DD233258A1

DD233258A1 - CIRCUIT FOR ANALOG SPEED CONTROL

Info

Publication number: DD233258A1
Application number: DD27182684A
Authority: DD
Inventors: Bernd Muehle; Horst Perner; Dietmar Herbst
Original assignee: Dresden Elektromaschinenbau
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1986-02-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur analogen Drehzahlregelung von Elektromotoren, insbesondere Elektronikmotoren. Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, den Aufwand fuer eine genaue analoge Drehzahlregelung zu senken, wobei die Aufgabe zu loesen ist die Auswirkungen von Versorgungsspannungsschwankungen, Temperatur- und Alterungseinfluessen ohne aufwendige Stabilisierungsmassnahmen weitestgehend zu beseitigen. Geloest wird die Aufgabe erfindungsgemaess dadurch, dass ein digitaler Drehzahlgeber auf den Eingang eines monostabilen Multivibrator vom Timertyp 555 geschaltet ist, dessen Ausgang einen Transistor mit Kollektorwiderstand ansteuert und dass in einem Tiefpass die Istwertbildung vorgenommen wird. Der von einem Spannungsteiler abgenommene unstabilisierte Sollwert wird mit dem Istwert in einem Regelverstaerker mit hoher Gleichspannungsverstaerkung durch Differenzbildung gegen Null zur Drehzahlstellung verwendet. Drehzahlist- und -sollwert veraendern sich damit beide direkt proportional mit Aenderungen der Versorgungsspannung wodurch ihre Auswirkungen auf die Drehzahlregelung eleminiert werden kann. FigurThe invention relates to a circuit arrangement for analog speed control of electric motors, in particular electronic motors. The invention is based on the objective to reduce the cost of a precise analog speed control, the task is to solve the effects of supply voltage fluctuations, temperature and aging influences without consuming stabilization measures as far as possible to eliminate. Geloest the task according to Erfindaess characterized in that a digital speed sensor is connected to the input of a monostable multivibrator timer type 555, whose output drives a transistor with collector resistance and that in a low-pass the actual value is made. The unstabilized setpoint taken from a voltage divider is used with the actual value in a Regelverstaerker with high Gleichspannungsverstaerkung by subtraction to zero for speed position. The speed actual and setpoint values are thus both directly proportional to changes in the supply voltage, whereby their effects on the speed control can be eliminated. figure

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur analogen Drehzahlregelung von Elektromotoren, insbesondere von Elektronikmotoren.The invention relates to a circuit arrangement for the analog speed control of electric motors, in particular of electronic motors.

Characteristic of the known technical solutions

Bekannte Schaltungsanordnungen zur analogen Drehzahlregelung eines Elektromotors arbeiten im allgemeinen mit einem Differenzverstärker als Regelverstärker, an dessen einem Eingangeine der Drehzahl des Motors proportionale Spannung als Istwert und an dessen zweitem Eingang eine konstante Spannung als Sollwert anliegen.Known circuit arrangements for analog speed control of an electric motor generally work with a differential amplifier as a control amplifier, at whose one input the motor speed proportional voltage as the actual value and at the second input a constant voltage applied as the setpoint.

Zur Bereitstellung einer der Drehzahl proportionalen Spannung, die mit der Sollwertspannung verglichen wird, sind eine Reihe von Lösungen bekannt geworden, die zum großen Teil vom verwendeten Motor abhängen. So wird nach der DE-OS 2218235, IPK H02p, 5/06 z. B. die induzierte Gegenspannung zur Istwertbildung herangezogen. Eine derartige Lösung ist bei höheren Anforderungen an die Drehzahlkonstanz nicht anwendbar, da die durch Temperaturänderungen verursachten Fehler zu groß und schwer kompensierbar sind. Es werden deshalb für hohe Anforderungen andere Anordnungen angewendet.To provide a voltage proportional to the speed, which is compared with the set point voltage, a number of solutions have become known which depend in large part on the motor used. Thus, according to DE-OS 2218235, IPK H02p, 5/06 z. B. the induced negative voltage used for actual value formation. Such a solution is not applicable to higher demands on the speed constancy, since the errors caused by temperature changes are too large and difficult to compensate. Therefore, other arrangements are used for high demands.

So wurden zur Istwertbildung aufwendige Lösungen wie Tachogeneratoren oder zusätzliche Tachowicklungen eingesetzt wie sie in R. Müller „Drehzahlregelung einsträngiger kollektorloser Gleichstrommotoren", Feinwerktechnik und Meßtechnik 84.Thus, complex solutions such as tachogenerators or additional tacho windings were used for actual value generation as described in R. Müller "Speed control of single-strand brushless DC motors", precision engineering and measuring technology 84.

Jahrgang (1976) Heft 4, S. 161-164, Carl-Hauser-Verlag München oder der DE-OS 283453, IPK HO2K, 29/02 beschrieben sind.Vintage (1976) Issue 4, pp. 161-164, Carl-Hauser-Verlag Munich or DE-OS 283453, IPK HO2K, 29/02.

Es ist aber auch möglich, wie in dem o.g. Artikel von R. Müller ausgeführt wird, bei unipolarangesteuerten Elektronikmotoren die in der jeweils nicht vom Motorstrom durchflossenen Wicklungshälfte rotatorisch induzierte Spannung über Dioden oder Transistoren auszukoppeln und zur Istwertbildung heranzuziehen.But it is also possible, as in the o.g. The article by R. Müller is carried out, in unipolar-controlled electronic motors to decouple the rotationally induced voltage across diodes or transistors in the winding half not through which the motor current flows, and to use this for the actual value formation.

Diese Spannung ist auf Grund derTemperaturabhängigkeit der Halbleiterbauelemente und des Magnetmaterials fehlerbehaftet und bedingt bei hohen Forderungen an die Regelgenauigkeit erhebliche Kompensationsmaßnahmen.Due to the temperature dependence of the semiconductor components and the magnetic material, this voltage is subject to errors and, given high demands on the control accuracy, causes considerable compensation measures.

In einer in der DE-OS 2616044, IPK HO2K, 29/02 beschriebenen Lösung werden mit den Flanken der in der Motorwicklung induzierten Spannung über einen monostabilen Multivibrator Impulse konstanter Länge und Amplitude getriggert, die über RC-Glieder in ein Analogsignal umgeformt zur Regelung des Motorstromes verwendet werden. Da aber das Ausgangssignal des monostabilen Mulivibratorsvon der Versorgungsspannung abhängig ist, muß neben der Sollwerterzeugung auch der Multivibrator von einer stabilisierten Spannung versorgt werden. Genaue Referenzspannungsquellen verursachen aber einen hohen Aufwand.In a solution described in DE-OS 2616044, IPK HO2K, 29/02 pulses of constant length and amplitude are triggered with the edges of the induced voltage in the motor winding via a monostable multivibrator, which is converted via RC elements into an analog signal to control the Motor current can be used. Since, however, the output signal of the monostable multivibrator depends on the supply voltage, in addition to the setpoint generation, the multivibrator must also be supplied with a stabilized voltage. Accurate reference voltage sources cause a lot of effort.

Weiterhin ist es nach U. Riefenstahl „Frequenz-Spannungswandler für hohe dynamische Ansprüche" in messen, steuern, regeln, 23.Jahrgang(1980)Heft3, S. 124-128 bekannt, den Drehzahlistwert aus den Impulsen eines digitalen Drehzahlgebers abzuleiten, indem diese über einen monostabilen Multivibrator in Signale mit konstanter Spannungs-Zeit-Fläche umgewandelt und in einem nachgeschalteten Tiefpaß in ein Analogsignal geformt werden.Furthermore, it is known from U. Riefenstahl "frequency-voltage converter for high dynamic demands" in measure, control, rules, 23.Jahrgang (1980) Heft3, pp 124-128 known to derive the actual speed from the pulses of a digital speed sensor by this converted by a monostable multivibrator in signals with a constant voltage-time surface and formed in a downstream low-pass filter into an analog signal.

Aber auch hier ist eine Stabilisierung der Versorgungsspannung erforderlich, um eine konstante Amplitude der vom monostabilen Multivibrator abgegebenen Signale zu sichern.But again, a stabilization of the supply voltage is required to ensure a constant amplitude of the output from the monostable multivibrator signals.

Object of the invention

Mit der Erfindung soll erreicht werden, daß mit geringem Aufwand eine hohe Regelgenauigkeit realisierbar ist.With the invention is to be achieved that with little effort, a high control accuracy can be realized.

Explanation of the essence of the invention

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung zur analogen Drehzahlregelung eines Elektromotors, insbesondere eines Elektronikmotors, mit einem Differenzverstärker als Regelverstärker an dessen einem Eingang über einen von einem digitalen Drehzahlgeber angesteuerten monostabilen Multivibrator mit nachgeschaltetem Tiefpaß ein der Drehzahl proportionaler Istwert und an dessen zweiten Eingang ein Sollwert anliegen und dessen Ausgang auf den Elektromotor einzuwirken vermag, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Drehzahlregelung vom Einfluß der Versorgungsspannungsschwankungen, von Temperatur- und Alterungseinflüsse ι ohne aufwendige Stabilisierungsmaßnahmen weitestgehend unabhängig zu machen. Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der monostabile Multivibrator eine Eingangsbrückenschaltung mit nachfolgendem Komparator aufweist, dessen Schaltpunkt bei Spannungsnull in der Brückendiagonale liegt, daß die Ausgangsstufe des Multivibrators ein in der Amplitude sich direkt proportional mit der Versorgungsspannung änderndes Signal abzugeben vermag und daß der Sollwert proportional aus der Versorgungsspannung über einen Widerstandsteiler abgeleitet ist. Zur Erzielung einer hohen Regelgenauigkeit ist es erforderlich, daß der Regelverstärker eine hohe Gleichspannungsverstärkung aufweist.Starting from a circuit arrangement for analog speed control of an electric motor, in particular an electronic motor, with a differential amplifier as a control amplifier at one input via a controlled by a digital speed sensor monostable multivibrator with low pass downstream one of the speed proportional actual value and at its second input a setpoint and its Output is able to act on the electric motor, the object of the invention is to make the speed control from the influence of supply voltage fluctuations, temperature and aging ι largely independent without costly stabilization measures. The object is achieved in that the monostable multivibrator has an input bridge circuit with subsequent comparator whose switching point is at zero voltage in the bridge diagonal, that the output stage of the multivibrator is able to deliver a signal in amplitude directly proportional to the supply voltage changing signal and that the target value proportional is derived from the supply voltage via a resistor divider. To achieve a high control accuracy, it is necessary that the control amplifier has a high DC voltage gain.

ie Ausgangsstufe des monostabilen Multivibrators wird zweckmäßigerweise durch eine direkt über der Versorgungsspannung sgende Transistor-Widerstandskombination gebildet. Es ist aber auch möglich, zwei über der Versorgungsspannung in Reihe sgende Halbleiterschalter anzuordnen, die wechselseitig angesteuert werden können.The output stage of the monostable multivibrator is expediently formed by a transistor-resistance combination which transitions directly above the supply voltage. However, it is also possible to arrange two semiconductor switches which are connected in series across the supply voltage and which can be driven alternately.

ie Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist folgende: Durch die Eingangsbrückenschaltung des lonostabilen Multivibrators und dem nachgeordneten Komparator, dessen Schaltungspunkt bei Spannungsnull in der rückendiagonale liegt, werden die vom Drehzahlgeber eingehenden digitalen Signale unabhängig von der ersorgungsspannung in Impulse konstanter Dauer gewandelt. Durch die Ausgangsstufe des Multivibrators wird eine direkt roportionale Änderung der Amplitude der abgegebenen Impulse mit der Versorgungsspannung erreicht.The operation of the circuit arrangement according to the invention is the following: Through the input bridge circuit of the lonostable multivibrator and the downstream comparator whose node is at zero voltage in the back diagonal, the incoming from the tachometer digital signals are converted independently of the supply voltage in pulses of constant duration. Through the output stage of the multivibrator, a direct roportionale change in the amplitude of the emitted pulses is achieved with the supply voltage.

iese proportionale Abhängigkeit ist auch nach dem Tiefpaß vorhanden, da sich die für die integrierte Spannung maßgebliche pannungs-Zeit-Fläche durch die konstante Impulsdauer ebenfalls mit der Versorgungsspannung ändert. Da auch der zur rzeugung des Drehzahlsollwertes dienende Spannungsteiler an der gleichen Versorgungsspannung liegt, sind Soll-und Istwert Dn Änderungen in der Versorgungsspannung im gleichen Maße betroffen, so daß sich bei einer Differenzbildung gegen Null im egelverstärker ihre Wirkung kompensiert.This proportional dependence is also present after the low-pass filter, since the voltage-time surface relevant for the integrated voltage also changes with the supply voltage due to the constant pulse duration. Since the voltage divider serving to generate the speed setpoint is also at the same supply voltage, setpoint and actual value Dn changes in the supply voltage are affected to the same extent, so that their effect compensates for a difference formation towards zero in the egelverstärker.

ie Kompensation ist um so vollkommener, je höher die Gleichspannungsverstärkung des Regelverstärkers ist.The compensation is the more perfect, the higher the DC gain of the control amplifier.

3 ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ohne Referenzelement möglich, eine hohe Regelgenauigkeit zu •zielen.3 is in the circuit arrangement according to the invention without reference element possible to aim a high control accuracy.

usführungsbeispielusführungsbeispiel

ie Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist ein lockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt. Ein Hallschaltkreis 1, der das Hallelement und einen ttegrierten Trigger enthält, ist im Stator eines nicht näher dargestellten einsträngigen Elektronikmotor angeordnet. Dieser allschaltkreis 1 wird in erster Linie zur Rotorlageerfassung benötigt. Darüber hinaus ist der Hallschaltkreis 1 zur Erfassung der tdrehzahl des Elektronikmotors mit dem monostabilen Multivibrator 2 verbunden. Eine Schaltflanke des Hallschaltkreises 1 löst η monostabilen Multivibrator 2 einen Impuls konstanter Länge aus. Als monostabiler Multivibrator 2 wird ein Timer Typ 555 ngesetzt. Dieser Timer weist am Eingang eine Brückenschaltung mit nachgeschaltetem Komparator auf, dessen Schaltpunkt 3i Spannungsnull in der Brückendiagonale liegt. Dadurch wird am Ausgang des monostabilen Multivibrator 2 ein von der ersorgungsspannung U_v unabhängiges Signal konstanter Impulsbreite abgegeben. Die Schaltung der Ausgangsstufe des lonostabilen Multivibrators 2 besteht aus einem Transistor 3 mit einem Kollektorwiderstand 4. Durch diese Ausgangsstufe erden die vom Multivibrator 2 abgegebenen Signale in ihrer Amplitude direkt proportional von Änderungen der ersorgungsspannung beeinflußt, während die Impulslänge unbeeinflußt bleibt. Der Kollektor des Transistors 3 ist mit dem hgang des Tiefpasses 5 verbunden. An dessen Ausgang steht durch Mittelwertbildung ein der Drehzahl proportionales leichspannungssignal geringer Welligkeit zur Verfügung, das sich ebenfalls direkt proportional mit der Versorgungsspannung _v ändert. Dieses Signal wird auf den Minuseingang des Regelverstärkers 6 geschaltet. Am Pluseingang des Regelverstärkers 6 3gt der Drehsollwert an, der mit Hilfe des aus den Widerständen 7 und 8 gebildeten Teilers aus der Versorgungsspannung U_v sbildet wird. Zur Einstellung des Teilverhältnisses ist es natürlich möglich, einen der Widerstände 7 oder 8 als einstellbaren Widerstand auszugestalten. Der aus den Widerständen 7 und 8 bestehende Teiler liegt ohne Beeinflussung durch ein eferenzelement an der Versorgungsspannung U_v, weshalb der Drehzahlsollwert wie der Drehzahllistwert Änderungen der ersorgungsspannung U_v direkt proportional folgt.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing a lock diagram of the circuit arrangement according to the invention is shown. A Hall circuit 1, which contains the Hall element and a ttegrierten trigger is arranged in the stator of a single-ended electronic motor, not shown. This all-circuit 1 is needed primarily for rotor position detection. In addition, the Hall effect circuit 1 for detecting the t-speed of the electronic motor is connected to the monostable multivibrator 2. A switching edge of the Hall circuit 1 triggers η monostable multivibrator 2 a pulse of constant length. As a monostable multivibrator 2 a timer type 555 is set. This timer has at the input to a bridge circuit with downstream comparator whose switching point 3i voltage zero is in the bridge diagonal. As a result, at the output of the monostable multivibrator 2, an independent of the supply voltage U _v signal constant pulse width is delivered. The output of the output stage of the lonostable multivibrator 2 consists of a transistor 3 with a collector resistor 4. By this output stage ground the output signals from the multivibrator 2 in their amplitude directly proportional to changes in the supply voltage affects while the pulse length remains unaffected. The collector of the transistor 3 is connected to the passage of the low-pass filter 5. At its output is by averaging one of the speed proportional light signal low ripple available, which also changes directly proportional to the supply voltage _v . This signal is switched to the negative input of the control amplifier 6. At the positive input of the control amplifier 6 3gt of the rotational setpoint, which is formed using the divider formed from the resistors 7 and 8 from the supply voltage U _v s. To set the partial ratio, it is of course possible to design one of the resistors 7 or 8 as an adjustable resistor. The divider consisting of the resistors 7 and 8 is without influencing by an eferenzelement to the supply voltage U _v , which is why the speed setpoint as the speed list value changes of the supply voltage U _v follows directly proportional.

er Regelverstärker 6 weist eine hohe Gleichspannungsverstärkung auf. Durch die in ihm beim Soll-Istwert-Vergleich jrchgeführte Differenzbildung gegen Null wird der Einfluß von Änderungen der Versorgungsspannung U_v auf die geregelte rehzahl ausgeschaltet.he control amplifier 6 has a high DC voltage gain. Due to the comparison of the difference between them in the setpoint-actual value comparison, the influence of changes in the supply voltage U _v on the controlled reheating rate is eliminated.

lit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gelingt es, ohne Anwendung von Referenzelementen eine Drehzahlregelung aher Genauigkeit aufzubauen.With the circuit arrangement according to the invention, it is possible to build up a speed control accuracy without the use of reference elements.

urch die Verwendung der Umschaltimpulse des Elektronikmotors über den ohnehin vorhandenen Hallschaltkreis 1, wird neben 3r ökonomischen Lösung gleichzeitig eine Unabhängigkeit von Alterungserscheinungen und Temeraturverhalten des lagnetmaterials und damit eine gute Langzeitkonstanz der Drehzahlregelung erreicht.urch the use of the switching pulses of the electronic motor on the already existing Hall effect circuit 1, in addition to 3r economical solution at the same time an independence of aging and Temeraturverhalten the magnetic material and thus achieved a good long-term stability of the speed control.

bschließend soll noch erwähnt werden, daß die erfindungsgemäße analoge Drehzahlregelschaltung natürlich auch mit ideren digitalen Drehzahlgebern arbeiten kann, wodurch sie eine breite vom Motortyp unabhängige Anwendungsmöglichkeit at.Finally, it should be mentioned that the analog speed control circuit according to the invention can of course also work with ideren digital speed sensors, creating a wide independent of the motor type application option.

Claims

Invention claim:

1. Schaltungsanordnungzuranalogen speed control of an electric motor, in particular an electronic motor, with a differential amplifier as a control amplifier at one input via a controlled by a digital speed encoder monostable multivibrator with low pass downstream one of the speed proportional feedback value and at the second input of a target value and its output to the Electric motor is able to act, characterized in that the monostable multivibrator has an input bridge circuit with subsequent comparator whose switching point is at zero voltage in the bridge diagonal, that the output stage of the multivibrator is able to deliver a signal directly proportional to the supply voltage in amplitude amplitude changes and that the setpoint is derived proportionally from the supply voltage via a resistor divider.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the control amplifier has a high DC voltage gain.

3. Circuit arrangement according to item 1 or 2, characterized in that a transistor having a collector resistance is used as the output stage of the monostable multivibrator, which are above the supply voltage.

4. Circuit arrangement according to one of the items 1 or 2, characterized in that as the output stage of the monostable multivibrator two semiconductor switches located in series across the supply voltage are used.

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