DD254254A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR GENERATING A SPEED-PROPORTIONAL IMPULSE SEQUENCE WITH DC CURRENT MOTORS - Google Patents
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- DD254254A1 DD254254A1 DD86297008A DD29700886A DD254254A1 DD 254254 A1 DD254254 A1 DD 254254A1 DD 86297008 A DD86297008 A DD 86297008A DD 29700886 A DD29700886 A DD 29700886A DD 254254 A1 DD254254 A1 DD 254254A1
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Abstract
Die Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer drehzahlproportionalen Impulsfolge bei Gleichstromkommutatormotoren kann zur Drehzahlueberwachung oder Drehzahlregelung beliebiger Gleichstromkommutatormotoren eingesetzt werden. Die erfindungsgemaesse Schaltungsanordnung nutzt das ueber einem dem Gleichstromkommutatormotor masseseitig in Reihe geschalteten Strom-Spannungs-Wandler entstehende Spannungssignal. Der durch einen spannungsgesteuerten Hochpassfilter und einen nachgeschalteten spannungsgesteuerten Tiefpassfilter realisierte schmalbaendige Bandpass steht mit einem Komparator in Verbindung, an dessen Ausgang eine drehzahlproportionale Impulsfolge erzeugt wird. Die spannungsgesteuerten Filter werden zur Gewaehrleistung eines staendig optimalen drehzahlproportionalen Signals durch die Ausgangsspannung eines Integrators auf die jeweilige Motordrehzahl abgeglichen. Die Steuerung des Integrators uebernimmt eine logische Schaltung, die die Ausgangssignale der spannungsgesteuerten Filter auswertet. Zum Filterabgleich durch eine Rueckkopplung der Filtersteuerung mit dem Integrator ist eine Signalverarbeitung durch Gleichrichtungsschaltungen mit Siebglied, Komparatoren, einen spannungsgesteuerten Bandsperrfilter und durch einen Differenzverstaerker notwendig. Fig. 1The circuit arrangement for generating a speed-proportional pulse train in DC commutator motors can be used for speed monitoring or speed control of any DC commutator motors. The circuit arrangement according to the invention utilizes the voltage signal generated via a current-voltage converter connected in series to the DC commutator motor on the ground side. The realized by a voltage-controlled high-pass filter and a downstream voltage-controlled low-pass filter narrow-band bandpass is connected to a comparator in connection, at the output of a speed-proportional pulse train is generated. The voltage-controlled filters are matched by the output voltage of an integrator to the respective engine speed to ensure a constantly optimal speed-proportional signal. The control of the integrator assumes a logic circuit which evaluates the output signals of the voltage-controlled filters. For filter balancing by feedback of the filter control with the integrator signal processing by means of rectifier circuits with filter element, comparators, a voltage-controlled band elimination filter and a Differenzverstaerker is necessary. Fig. 1
Description
Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer drehzahlproportionalen Impulsfolge bei GleichstromkommutatormotorenCircuit arrangement for generating a speed-proportional pulse sequence in DC commutator motors
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist zur Drehzahlüberwachung beliebiger Gleichstromkommutatormotoren einsetzbar. Sie kann gleichfalls zur Drehzahlregelung von Gleichstromkommutatormotoren genutzt werden und findet damit in den Bereichen des wissenschaftlichen Gerätebaus, der Konsumgerätetechnik und der KFZ-Technik ihre Anwendung.The circuit arrangement according to the invention can be used to monitor the speed of any DC commutator motors. It can also be used to control the speed of DC commutator motors and is thus used in the fields of scientific instrumentation, consumer equipment technology and automotive technology.
Zur Erzeugung eines drehzahlproportionalen Signals sind verschiedene Methoden bekannt. So kann der z. B. zur Drehzahlregelung notwendige drehzahlproportionale"Istwert durch zusätzliche Geber wie IGR. Tachogenerator oder. Umlaufpotentiometer gewonnen werden. Der Geber bildet entweder eine mechanische Einheit mit dem Motor oder ist durch ein entsprechendes Kupplungselement mit diesem verbunden (DT-OS 2 240 180). Ein erhöhter Aufwand und ein größerer Raumbedarf kennzeichnen die Nachteile dieser Methode. Zu den Möglichkeiten der direkten Erfassung der Drehzahl zählt die Methode der Auswertung der Gegen-EMK sowie die Erfassung der Störimpulse des Stromes oder der Spannung eines Kommutatormotors, die beim Umschalten der Kommutatorsegmente entstehen (DE-OS 3 234 683 ; DE-PS ,2 913 838. DD-WP 116 108).Various methods are known for generating a speed-proportional signal. So the z. For example, the actual speed can be obtained by additional encoders such as IGR, tachogenerator or rotary potentiometer.The encoder either forms a mechanical unit with the motor or is connected to it by a suitable coupling element (DT-OS 2 240 180) The disadvantages of this method include increased effort and greater space requirements.The possibilities of direct detection of the rotational speed include the method of evaluating the back EMF as well as the detection of the interference impulses of the current or the voltage of a commutator motor which arise when the commutator segments are switched (DE -OS 3 234 683 ; DE-PS, 2 913 838. DD-WP 116 108).
Bei der Auswertung der Gegen-EMK treten beim stromdurchflossenen Motor infolge von Verlustwiderstandsschwankungen des Motors Fehler der gemessenen Gegen-EMK auf die die erreichbare Genauigkeit dieser Methode einschränken (GB-PS 1 131 677).When evaluating the back EMF occur in the current-carrying motor due to loss of resistance fluctuations of the engine error of the measured back EMF on the limit the achievable accuracy of this method (GB-PS 1,131,677).
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-1.1286- 39-1547-1.1286- 39-1547
Es sind Lösungen bekannt, bei denen ein Signal, das aus dem Motorstrom oder der Motorspannung gewonnen wird, einen Komparator ansteuert, dessen Ausgangsimpulsfolge einer der Drehzahl proportionalen Frequenz entspricht (GB-PS 2 088 591). In der DE-PS 3 210 134 ist eine Schaltungsanordnung beschrieben, die bei der Verwendung eines ffleichstromkommutatomotors mit einer ungeraden Anzahl von Kommutatorsegmenten, aus dem Prequenzspektrum eines dem Motorstrom proportionalen Signals, den Anteil hoher Frequenzen, der bei Kommutatorsegmentumschaltungen entsteht, in Form von Madelimpulsen als drehzahlproportionale Istwertgröße nutzt. Dem Kommutatormotor ist ein Strom-Spannungs-Wandler in Reihe geschaltet, dem eine Differenzierstufe folgt. Die durch die Filterung separierten Nadelimpulse werden durch einen Komparator in Rechteckimpulse umgeformt und mittels eines Frequenz-Spannungs-Wandlers in .eine der Drehzahl des Motors proportionale Spannung überführt.Solutions are known in which a signal, which is obtained from the motor current or the motor voltage, drives a comparator whose output pulse train corresponds to a speed proportional to the frequency (GB-PS 2,088,591). In DE-PS 3 210 134 a circuit arrangement is described which, in the use of a Gleichstromstromkommutatomotors with an odd number of Kommutatorsegmenten from the Prequenzspektrum a signal proportional to the motor current, the proportion of high frequencies, which arises at Kommutatorsegmentumschaltungen, in the form of Madelimpulsen as uses speed-proportional actual value variable. The commutator motor is connected in series with a current-voltage converter followed by a differentiating stage. The separated by the filtering needle pulses are converted by a comparator into rectangular pulses and converted by means of a frequency-voltage converter in .eine the speed of the motor proportional voltage.
Das in DE-OS 3 234 684 vorgeschlagene Verfahren zur Messung der Drehzahl eines Gleichstrommotors nutzt die Spannungsspitzen, die durch die Kommutierung im Motor induziert werden. Die Frequenz dieser Spannungsspitzen wird zu einem analogen, der Motordrehzahl proportionalen Signal verarbeitet .The method proposed in DE-OS 3 234 684 for measuring the rotational speed of a DC motor uses the voltage peaks which are induced by the commutation in the motor. The frequency of these voltage spikes is processed to an analog signal proportional to the engine speed.
In US-PS 3 675 126 wird eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung von Universal- oder Gleichstromkommutatormotoren vorgeschlagen, bei der ebenfalls die bei der Kommutierung entstehenden Störungen, die der Motordrehzahl proportional sind, ausgewertet werden. Das in eine frequente Spannung umgewandelte Motorstromsignal wird durch einen fest eingestellten Eandpaßfilter so verändert, daß die tieffrequenten Signalanteile einschließlich der Speisefrequenz (Wechselstrombetrieb), sowie das hochfrequente Bürstenrauschen unterdrückt sind.In US-PS 3,675,126 a circuit arrangement for measuring the speed of universal or Gleichstromkommutatormotoren is proposed, in which also the resulting commutation disturbances, which are proportional to the engine speed, are evaluated. The converted into a frequency voltage motor current signal is changed by a fixed Eand-pass filter so that the low-frequency signal components including the supply frequency (AC operation), and the high-frequency brush noise are suppressed.
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Die Patentschrift US-PS 3 346 725 stellt eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung eines Elektromotors vor, bei der Stromschwankungen, die bei der Kommutierung entstehen, über einen Transformer ausgewertet werden. In einem so vom Bürstenstromkreis des Motors getrennten Meßkreis werden die höheren Frequenzanteile durch einen Filter unterdrückt und zu. einheitlichen Impulsen geformt, die einen Zähler ansteuern.The patent US-PS 3 346 725 presents a circuit arrangement for measuring the speed of an electric motor, are evaluated in the current fluctuations that occur during commutation, via a transformer. In a thus separated from the brush circuit of the motor measuring circuit, the higher frequency components are suppressed by a filter and to. formed uniform pulses that drive a counter.
Diese Verfahren zur Erzeugung eines drehzahlproportionalen Signals sind jedoch nur für ausgewählte Gleichstromkommutatormotoren anwendbar. So ist die in DE-PS 3 210 134 beschriebene Schaltungsanordnung nur für Gleichstromkommutatormotoren geeignet, die eine ungerade Anzahl von Kommutatorsegmenten aufweisen und deren Bürsten so angeordnet sind, daß nicht mehrere Kommutatorsegmentumschaltungen gleichzeitig erfolgen. Die Schaltungsanordnungen sind entsprechend ihrer Wirkungsweise nur für Motoren mit geringem Störspektrum einsetzbar. Da hierfür eine möglichst geringe Anzahl von Kommutatorsegmenten die Voraussetzung ist, sind der erreichbaren Genauigkeit der Drehzahlerfassung Grenzen gesetzt.However, these methods of generating a speed proportional signal are only applicable to selected DC commutator motors. Thus, the circuit arrangement described in DE-PS 3 210 134 is only suitable for Gleichstromkommutatormotoren having an odd number of Kommutatorsegmenten and their brushes are arranged so that not take place several Kommutatorsegmentumschaltungen simultaneously. The circuits can be used according to their mode of action only for motors with low interference spectrum. Since this is the minimum possible number of Kommutatorsegmenten the condition, the achievable accuracy of the speed detection limits.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit möglichst geringem Aufwand eine hohe Betriebssicherheit für beliebige Gleichstromkommutatormotoren zu gewährleisten.The aim of the invention is to ensure a high level of operational reliability for any DC commutator motors with the least possible effort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu entwickeln.; die eine für den gesamten Drehzahlbereich optimale, störungsfreie, der Drehzahl proportionale Signalfolge bei beliebigen Gleichstromkommutatormotoren zur Drehzahlüberwachung oder zur Drehzahlregelung erzeugt, ohne zusätzliche Geber zu verwenden.The invention has for its object to develop a circuit arrangement.; the one for the entire speed range optimal, trouble-free, the speed-proportional signal sequence in any DC commutator motors for speed monitoring or speed control generated without using additional encoder.
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Erfdndungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer drehzahlproportionalen Impulsfolge bei Gleichstromkommutatormotoren mit einer steuerbaren Spannungsquelle, einem Strom-Spannungs-Wandler, mit Filtern und Komparatoren. gekennzeichnet dadurch, daß der Strom-Spannungs-Wandler masseseitig mit dem Gleichstromkommutatormotor in Reihe geschaltet ist, daß der Strom-Spannungs -Wandler einerseits über einen spannungsesteuerten Hochpaßfilter und einen spannungsgesteuerten Tiefpaßfilter mit einem Komparator, an dessen Ausgang die drehzahlproportionale Impulsfolge bereitsteht, und andererseits über einen Koppelkondensator mit einem spannungsgesteuerten Band-^ Sperrfilter verknüpft ist, daß der invertierende Eingang eines Differenzverstärkers mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Tiefpaßfilters und der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Eandsperrfilters beschaltet ist, daß jeweils der Ausgang des spannungsgesteuerten Tiefpaßfilters, des spannungsgesteuerten Hochpaßfilters und des Differenzverstärkers über eine Gleichrichtungsschaltung mit Siebglied und einem nachgeschalteten Komparator mit jeweils einem Eingang einer logischen Schaltung in Verbindung steht, wobei die logische Schaltung zur Ansteuerung des Integrators diesem zugeordnet ist, und daß der Ausgang des Integrators zur Regelung des spannungsgesteuerten Hochpaßfilters, des spannungsgesteuerten Tiefpaßfilters und des spannungsgesteuerten Bandsperrfilters mit diesen verknüpft ist. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht eine geberlose Methode der Drehzahlgewinnung bei Gleichstromkommutatormotoren. Als Istwertsignal wird der durch den Strom-Spannungs-Wandler in eine frequente Spannung überführte Motorstrom mit den ihm aufgeprägten Kommutatorwellen und Drehzahlwell en genutzt. Dieses Spannungssignal wird auf einen spannungsgesteuerten Hochpaßfilter geführt. Dieser Hochpaiifilter mit der ihn charakterisierenden unteren Grenzfrequenz dient zur Unterdrückung des GleichspannungsanteilsErfdndungsgemäß the object is achieved by a circuit arrangement for generating a speed-proportional pulse train in Gleichstromkommutatormotoren with a controllable voltage source, a current-voltage converter, with filters and comparators. characterized in that the current-voltage converter is connected on the ground side with the Gleichstromkommutatormotor in series, that the current-voltage converter on the one hand via a voltage-controlled high-pass filter and a voltage controlled low-pass filter with a comparator at whose output the speed-proportional pulse train is ready, and on the other a coupling capacitor is connected to a voltage controlled band- ^ filter, that the inverting input of a differential amplifier to the output of the voltage controlled low-pass filter and the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the output of the voltage-controlled Eandsperrfilters that each of the output of the voltage-controlled low-pass filter, the voltage-controlled high-pass filter and the differential amplifier via a rectifier circuit with filter element and a downstream comparator, each having an input of a logic circuit is associated with the logic circuit for driving the integrator associated therewith, and that the output of the integrator for controlling the voltage-controlled high-pass filter, the voltage-controlled low-pass filter and the voltage-controlled band rejection filter is linked to these. The circuit arrangement according to the invention enables a sensorless method of speed generation in DC commutator motors. The actual value signal used is the motor current converted by the current-to-voltage converter into a frequency voltage with the commutator shafts and speed waves impressed on it. This voltage signal is fed to a voltage-controlled high-pass filter. This high-pass filter with the lower limit frequency characterizing it serves to suppress the DC voltage component
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und der niederfrequenten Drehzahlwelle im Spannungssignal. Ein dem Hochpaßfilter nachgeschalteter spannungsgesteuerter Tiefpaßfilter, dessen obere Grenzfrequenz höher liegt, als die untere Grenzfrequenz des Hochpaßfilters bewirkt eine Trennung der Kommutatorwelle von den höherfrequenten Störimpulsen (z. B. Bürstenrauschen). so daß die Kommutatorwelle als ein sinusähnliches Wechselspannungssignal am Ausgang des spannungsgesteuerten Tiefpaßfilters vorliegt Der durch den Hochpaßfilter und nachgeschalteten Tiefpaßfilter realisierte schmalbandige Banpaß wird durch die Grenzfrequenzen festgelegt. Die obere Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters hat vorzugsweise die 1,5 - bis 2 - fache Größe der unteren Grenzfrequenz des Hochpaßfilters. Das sinusähnliche Wechselspannungssignal am Ausgang des Tiefpaßfilters wird auf einen Komparator geführt, an dessen Ausgang eine der Anzahl der Kommutatorumschaltungen äquivalente und damit der Drehzahl proportionale Impulsfolge standartgerechter Rechteckimpulse zur Verfugung stehtand the low frequency speed shaft in the voltage signal. A high pass filter downstream voltage controlled low pass filter whose upper cutoff frequency is higher than the lower cutoff frequency of the high pass filter causes separation of the commutator wave from the higher frequency glitches (eg, brush noise). so that the commutator is present as a sinusoidal AC signal at the output of the voltage-controlled low-pass filter The realized by the high-pass filter and low-pass filter narrowband Banpaß is determined by the cut-off frequencies. The upper limit frequency of the low-pass filter is preferably 1.5 to 2 times the size of the lower limit frequency of the high-pass filter. The sinusoidal AC signal at the output of the low-pass filter is fed to a comparator, at the output of one of the number of Kommutatorumschaltungen equivalent and thus the rotational speed proportional pulse sequence of standard rectangular pulses is available
Das durch die Grenzfrequenz des Hochpaß- und Tiefpaßfilters bestimmte Frequenzband muß auf die geweilige Drehzahl des Gleichstromkommutatormotors abgestimmt sein, damit eine ungestörte Erfassung der Kommutatorwelle gewährleistet wird'. Dieses wird durch eine Spannungssteuerung, der genannten Filter erreicht. Zur Erzeugung dieser Steuerspannung wird das am Strom-Spannungs-Wandler abgenommene Spannungssignal. das auf den spannungsgesteuerten Hochpaßfilter geführt wird. gleichfalls über einen Koppelkondensator auf einen Bandsperrfilter gegeben, dessen Frequenzsperrband ebenfalls durch eine Spannung steuerbar und mit den Grenzfrequenzen des Hochpaßfilters und des Tiefpaßfilters abgestimmt ist .The frequency band determined by the cut-off frequency of the high-pass filter and the low-pass filter must be matched to the desired rotational speed of the DC commutator motor so that undisturbed detection of the commutator shaft is ensured. This is achieved by a voltage control, the said filter. To generate this control voltage is the current-voltage converter removed voltage signal. which is fed to the voltage-controlled high-pass filter. also given via a coupling capacitor to a band rejection filter whose frequency blocking band is also controlled by a voltage and matched with the cutoff frequencies of the high-pass filter and the low-pass filter.
Der Ausgang de? Bandsperrfilters ist mit dem nichtinvertierenden Eingang und der Ausgang des Tiefpaßfilters mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers verbunden ..The output de? The band reject filter is connected to the non-inverting input and the output of the low-pass filter to the inverting input of the differential amplifier.
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Die Signale, die an den Ausgang des spannungsgesteuerten Tiefpaßfilters, des spannungsgesteuerten Hochpaßfilters und des Differenzverstärkers anliegen, werden gleichgerichtet und gesiebt auf jeweils einen Komparator geführt. Je nach der Größe der Komparatoreingangsspannung in Bezug auf eine bestimmte Referenzspannung wird ein "Tief"- oder "Hoch" - Signalzustand erzeugt..Die drei Komparatoräusgänge sind mit jeweils einem Eingang der logischen Schaltung, die den Integrator steuert, wobei dieser die Erzeugung der Steuerspannung für die drei spannungsgesteuerten Filter realisiert, verbunden. Die logische Schaltung bewirkt über den Integrator entsprechend der Drehzahländerung des Motors entweder eine Verkleinerung, eine Vergrößerung oder aber keine Veränderung der Steuerspannung (gleichbleibende Drehzahl).The signals applied to the output of the voltage-controlled low-pass filter, the voltage-controlled high-pass filter and the differential amplifier are rectified and filtered, each passed to a comparator. Depending on the size of the comparator input voltage with respect to a particular reference voltage, a "low" or "high" signal state is generated. The three comparator outputs are each connected to one input of the logic circuit which controls the integrator, this being the generation of the control voltage realized for the three voltage-controlled filter, connected. The logic circuit causes via the integrator according to the speed change of the motor either a reduction, an increase or no change in the control voltage (constant speed).
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gewährleistet eine große Genauigkeit und eine hohe Störsicherheit bei der .Drehzahlerfassung. Für den Einsatz bestehen keinerlei Anforderungen an den Typ des Gleichstromkommutatormotors und an die Kommutatorumschaltung.The circuit arrangement according to the invention ensures high accuracy and high interference immunity in the case of rotational speed detection. There are no requirements for the type of DC commutator motor and for commutator switching.
Die Erfindung soll nachstehend anhand derThe invention will be described below with reference to the
Fig. 1 erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer drehzahlproportionalen Impulsfolge bei Gleichstromkommutatormotoren und1 circuit arrangement according to the invention for generating a speed-proportional pulse train in DC commutator motors and
Fig. 2 Spannungssignallolge an verschiedenen Schaltungspunkten (gemäß Fig. 1) während einer Ankerumdrehung bei einem 7 -Segment-Gleichstromkommut'atormotor in Abhängigkeit der Zeit tFig. 2 Spannungssignallolge at various circuit points (according to FIG. 1) during an armature rotation in a 7-segment DC commutator motor as a function of time t
näher erläutert werden.be explained in more detail.
Entsprechend Fig. 1 ist dem durch eine regelbare Spannungsquelle 1 steuerbaren Gleichstromkommutatormotor 2 ein" Widerstand 3 als Strom-Spannungs-Wandler masseseitig in Reihe geschaltet .According to FIG. 1, the DC commutator motor 2, which can be controlled by a controllable voltage source 1, is connected in series on the ground side as a current-voltage converter.
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Über den Widerstand 3 wird das Spannungssignal U. (Fig. 2). das neben der Kommutatorwelle auch die Drehzahlwelle und hochfrequente Störfrequenzen aufweist, abgenommen. Nach der Verarbeitung dieses Signals mittels spannungsgesteuertem Hochpaßfilter 4 und nachgeschaltetem spannungsgesteuerten Tiefpaßfilter 5 wird der außerhalb des durchlässigen Frequenzbandes liegende Frequenzanteil unterdrückt, so daß eine sinusähnliche Wechselspannung Up (Fig. 2) im Fall der abgeglichenen Filter entsteht. Der spannungsgesteuerte Tiefpaßfilter 5 ist so dimensioniert, daß die obere Grenzfrequenz etwa das 1,5 - bis 2.5 - fache der unteren Grenzfrequenz des spannungsgesteuerten Hochpaßfilters 4 beträgt. Die sinusähnliche Wechselspannung Ug wird über den NuIlspannungskomparator 6 in eine Rechteckspannung-Impulsfolge Un (Fig. 2) umgewandelt, die der der Drehzahl proportionalen Impulsfolge entspricht. Das Spannungssignal U, wird auch zum spannungsgesteuerten Bandsperrfilter 7 geführt. Der Frequenzbereich der Bandsperrung liegt im abgeglichenen Zustand der Filter so. daß nur die' Drehzahlwellenfrequenz unterdrückt wird, jedoch die Kommutatorwelle und die hochfrequenten Störungen unbeeinflußt bleiben. Der Differenzverstärker 11 ist mi.t seinem nichtinvertierenden Eingang mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Bandsperrfilters 7 verbunden und wird am invertierenden Eingang durch die sinusähnliche Wechselspannung Up gespeist., die dem Ausgang des spannungsgesteuerten Tiefpaßfilters 5 entnommen wird. Die Ausgängesder spannungsgesteuerten Tiefpaßfilters 5-, des spannungsgesteuerten Hochpaßfilters 4 und des Differenzverstärkers 11 sind jeweils eine Gleichrichtungsschaltung mit Siebglied 8, 9- 10 mit jeweils einem Komparator 12. 13, 14 verbunden. Besitzt das Eingangsspannungssignal der Komparatoren 12. 13. 14 einen größeren Wert als die zum Vergleich fest vorgegebenen Referenzspannung, die in der Größe der Maximalamplitude des Störspektrums liegt, so wird in den Ausgängen der Komparatoren 12. 13'; 14 ein nHochi:- Signal erzeugt.Via the resistor 3, the voltage signal U. (Fig. 2). which in addition to the commutator also has the speed shaft and high-frequency noise frequencies decreased. After processing this signal by means of voltage-controlled high-pass filter 4 and downstream voltage-controlled low-pass filter 5, the frequency component lying outside the transmissive frequency band is suppressed, so that a sinusoidal alternating voltage Up (FIG. 2) is produced in the case of the matched filter. The voltage-controlled low-pass filter 5 is dimensioned such that the upper limit frequency is approximately 1.5 to 2.5 times the lower limit frequency of the voltage-controlled high-pass filter 4. The sinusoidal alternating voltage Ug is converted via the voltage comparator 6 into a square-wave voltage pulse sequence U n (FIG. 2) which corresponds to the pulse sequence proportional to the rotational speed. The voltage signal U, is also fed to the voltage-controlled band elimination filter 7. The frequency range of the band stop is in the balanced state of the filter so. that only the 'speed shaft frequency is suppressed, but the commutator and the high-frequency disturbances remain unaffected. The differential amplifier 11 is mi.t its non-inverting input connected to the output of the voltage-controlled band-stop filter 7 and is fed at the inverting input through the sinusoidal AC voltage Up, which is taken from the output of the voltage-controlled low-pass filter 5. The outputs of the voltage-controlled low-pass filter 5, the voltage-controlled high-pass filter 4 and the differential amplifier 11 are each a rectifying circuit with filter element 8, 9-10 connected to a respective comparator 12. 13, 14. If the input voltage signal of the comparators 12. 13. 14 has a value greater than the fixed reference voltage for comparison, which lies in the magnitude of the maximum amplitude of the interference spectrum, 13 '; 14 an n high i: signal generated.
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Die Ausgänge der Komparatoren 12. 13, 14 werden jeweils auf einen Eingang der logischen Schaltung 15 geführt. Die logische Schaltung 15, die über drei Ausgänge mit dem Integrator 16 verknüpft ist. realisiert die Steuerung des Integrators 16. Derjenige Ausgang der logischen Schaltung 15; der auf i!Tieft! - Pegel gelegt wird, ist für die Integratorsteuerung maßgebend.The outputs of the comparators 12. 13, 14 are each guided to an input of the logic circuit 15. The logic circuit 15, which is linked to the integrator 16 via three outputs. realizes the control of the integrator 16. That output of the logic circuit 15 ; the one on i! Low t! - Level is set, is decisive for the integrator control.
Ein "Tief" - Pegel am ''Halt': - Eingang des Integrators 16 sogt dafür, daß der momentane Wert der Steuerspannung, die am Ausgang des Integrators 16 für die Steuerung der drei Filter bereitsteht, unverändert bleibt. Ein ftTiefT; - Pegel am "Minus" - oder "Plus" - Eingang des Integrators 16 bewirkt eine Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Steuerspannung.A "low" level at the "Halt" : input of the integrator 16 so that the instantaneous value of the control voltage, which is available at the output of the integrator 16 for the control of the three filters, remains unchanged. One ft low T; - Level at the "minus" or "plus" - input of the integrator 16 causes a reduction or increase in the control voltage.
Die logische Schaltung 15 ist so ausgelegt., daß nur jeweils ein Integratoreingang durch einen "Tief11 - Pegel aktiviert werden kann. Die logische Schaltung 15 ist im Ausführungsbeispiel aus drei NAND-Gattern 18; 19. 20 aufgebaut. Das mit zwei Ausgängen ausgestattete erste NAND-Gatter 18, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des zweiten !Comparators 13 und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des dritten Komparators 14 in Verbindung steht, ist ausgangsseitig mit. dem !iPlusif-Eingang des Integrators 16 verknüpft. Der Ausgang des zweiten Komparators 13 wird direkt auf den "HinusK - Eingang des Integrators 16 geführt. Das zweite NAND-Gatter 19 dient zur Invertierung des Ausgangssignals des dritten Komparators 14. Das durch das zweite NAND-Gatter 19 invertierte Signal wird auf einen der drei Eingänge des dritten NAND-Gatters 20 geführt. Die beiden anderen Eingänge des dritten NAND-Gatters 20 stehen mit dem Ausgang des ersten Komparato'rs 12 und des zweiten Komparators 13 in Verbindung. Der Ausgang des dritten NAND-Gatters 20 ist an den "Halt:; - Eingang des Integrators 16 geführt. .The logic circuit 15 is designed in such a way that only one integrator input can be activated by a "low 11 level." The logic circuit 15 is constructed in the exemplary embodiment from three NAND gates 18 , 19. 20. The first one equipped with two outputs NAND gate 18, one input of which a second input is connected to the output of the third comparator 14 with the output of the second! Comparators 13 and in conjunction, the! i Plus if input of the integrator is connected to the output side. linked sixteenth the output of the second comparator 13 is fed directly to the "Hinus K - input of the integrator 16. The second NAND gate 19 serves to invert the output signal of the third comparator 14. The signal inverted by the second NAND gate 19 is fed to one of the three inputs of the third NAND gate 20. The other two inputs of the third NAND gate 20 are connected to the output of the first comparator 12 and the second comparator 13 in connection. The output of the third NAND gate 20 is fed to the "halt : " input of the integrator 16.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung soll im folgenden näher erläutert werden.The function of the circuit arrangement according to the invention will be explained in more detail below.
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In dem Pall- daß die Filter durch die Spannungssteuerung entsprechend der Drehzahl des Gleichstromkommutatormotors 2 abgeglichen sind, wird durch die Filterung des Spannungssignals U, über den spannungsgesteuerten Hochpaßfilter 4 und den spannungsgesteuerten Tiefpaßfilter 5 die Kommutatorwelle von den Störfrequenzen; der Drehzahlwelle und dem Gleichspannungsanteil befreit. Das über die.erste Gleichrichtungsschaltung mit Siebglied 8 gleichgerichtete und ge-, glättete Spannungssignal erzeugt am Ausgang des ersten Komparators 12 einen "Hoch'" - Pegel- Da durch den spannungsgesteuerten Hochpaßfilter 4 nur der Gleichspannungsanteil und die Drehzahlwelle unterdrückt wird, und die Kommutatorwelle ihn vollständig passiert; ist am Ausgang des zweiten Komparators 13 gleichfalls ein ''Hoch'* - Pegel vorhanden. Der spannungsgesteuerte Bandsperrfilter 7; dessen Mittelfrequenz so dimensioniert ist daß ihr Wert mit der Anzahl der Kommutatorsegmente multipliziert genau die aus dem spannungs· gesteuerten Hochpaßfilter 4 und dem nachgeschalteten spannungsgesteuerten Tiefpaßfilter 5 gebildete Mitteldurchlaßfrequenz ergibt; filtert im Abgleichfall die Drehzahlwellenfrequenz heraus. Der Gleichspannungsanteil wird durch den Koppelkondensator 17 eliminiert. Im Differenzverstärker 11 wird die Kommutatorwelle von diesem Signal subtrahiert., so daß am'Eingang des dritten Komparators 14 das verstärkte, durch die dritte Gleichrichtungsschaltung mit Siebglied 10 gleichgerichtete und geglätte Störsignal anliegt, welches am Ausgang des dritten Komparators 14 ein ''Tief'1' -Signal bereitstellt,In the Pall- that the filters are balanced by the voltage control according to the speed of the Gleichstromkommutatormotors 2, the filtering of the voltage signal U, via the voltage-controlled high-pass filter 4 and the voltage-controlled low-pass filter 5, the commutator of the interference frequencies ; the speed shaft and the DC component freed. The rectified and smoothed voltage signal via the first rectification circuit with filter element 8 generates a "high" level at the output of the first comparator 12 because only the DC voltage component and the rotational speed are suppressed by the voltage controlled highpass filter 4, and the commutator shaft suppresses it completely happened; is at the output of the second comparator 13 also a '' high '* - level available. The voltage controlled band elimination filter 7 ; whose center frequency is dimensioned such that its value multiplied by the number of commutator segments gives exactly the mean frequency formed by the voltage-controlled high-pass filter 4 and the downstream voltage-controlled low-pass filter 5; In the comparison case, it filters out the speed shaft frequency. The DC component is eliminated by the coupling capacitor 17. In the differential amplifier 11, the commutator is subtracted from this signal. So that am'Eingang of the third comparator 14 the amplified is applied through the third rectifying circuit with filter element 10 rectified and geglätte interference signal, which at the output of the third comparator 14, a 'low' 1 'Signal provides
Die logische Schaltung 15 aktiviert unter diesen Eingangs^- -The logic circuit 15 activates below this input.
bedingungen den t;Halt" - Eingang des Integrators 16 durch einen "Tief - Pegel. Der "Plus" - Eingang und der- rMinus';-Eingang des Integrators 16 sind durch einen ;lHoehH - Zustand gesperrt. Die Ausgangsspannung des Integrators 16; die zur Steuerung der Filter dient, bleibt auf dem ursprünglichen. Wert. Damit bleiben auch die Grenzfrequenzen der spannungs-conditions the t; Halt "input of the integrator 16 by a" low level. The "Plus" - input and DER r minus'; Input of the integrator 16 are characterized by an; l Hoeh H - locked state. The output voltage of the integrator 16 ; which serves to control the filters remains on the original. Value. This also keeps the cut-off frequencies of the voltage
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gesteuerten Filter auf dem gleichen Wert.controlled filter at the same value.
Verändert sich die Drehzahl des Gleichstromkommutatorniotors 2, so muß eine Kachregelung der Filter erfolgen. Im Fall einer Drehzahlerhöhung bleibt nur das durch den spannungsgesteuerten Hochpaßfilter 4 verarbeitete Signal im Vergleich zum Abgleichfall der Filter erhalten. Der am Ausgang des zweiten !Comparators 13 bereitgestellte "Hoch" - Pegel verriegelt den "Minus" - Eingang des Integrators 16. Durch den spannungsgesteuerten Tiefpaßfilter 5 wird die Kommutatorwelle. durch die vergößerte Drehzahl jetzt höherfrequenter, unterdrückt. Der erste Komparator liefert dadurch nur noch einen I:Tief!i - Pegel für den entsprechenden Eingang der logischen Schaltung 15. Gleichzeitig'wird das Differenzsignal zwischen dem spannungsgesteuerten Bandsperrfilter 7 und dem spannungsgesteuerten Tiefpaßfilter 5 so groß, daß der dritte !Comparator 14 einen "Hoch" - Pegel erzeugt. Die logische Schaltung 15 aktiviert mit diesen Eingangspegeln nur den i;Plus" - Eingang des Integrators 16. Die daraus resultierende Vergrößerung der Ausgangsspannung des Integrators 16 bewirkt eine Nachregelung der spannungsgesteuerten Filter., so daß der abgeglichene Zustand entsprechend der neuen Drehzahl wiederhergestellt wird und damit weiterhin eine der Zahl der Kommutatorsegmentumschaltungen entsprechende Signalfolge von Rechteckspannungsimpulsen am Ausgang des Kullspannungskomparators 6 abgenommen werden kann.If the rotational speed of the DC commutator 2 changes, then the filter must be regulated in terms of caching. In the case of a speed increase, only the signal processed by the voltage-controlled high-pass filter 4 is retained in comparison with the case of matching the filters. The "high" level provided at the output of the second comparator 13 latches the "minus" input of the integrator 16. The voltage controlled low-pass filter 5 causes the commutator wave. by the increased speed now higher frequency, suppressed. The first comparator thereby provides only an I: Deep i - level for the corresponding input of the logic circuit 15. Gleichzeitig'wird the difference signal between the voltage-controlled notch filter 7 and the voltage-controlled low-pass filter 5 such that the third comparator 14 is a "! High "level generated. The logic circuit 15 activates only the i with these input levels; Plus "input of the integrator 16. The resulting increase in the output voltage of the integrator 16 causes a readjustment of the voltage-controlled filter, so that the adjusted state is restored in accordance with the new speed and thus continue to the number of Kommutatorsegmentumschaltungen corresponding signal sequence of square-wave voltage pulses at the output the Kullspannungskomparators 6 can be removed.
Eine Verringerung der Motordrehzahl hat die Unterdrückung der Kommutatorwellenfrequenz im spannungsgesteuerten Hochpaßfilter 4 zur Folge. Das durch die zweite Gleichrichtungsschaltung mit Siebglied 9 umgeformte hochfrequente Störsignal erzeugt am Ausgang des zweiten !Comparators 13 nur noch einen ''Tief" - Pegel. Da die logische Schaltung 15 mit diesem Pegelzustand den ' Minus'" - Eingang des Integrators 16 aktiviert der "Half - und fiPlus!' - Eingang werden durch das erste NAND-Gatter 18 und das dritte NAND-Gatter 20A reduction in the engine speed results in the suppression of the commutator shaft frequency in the voltage-controlled high-pass filter 4. The high-frequency interference signal formed by the second rectification circuit with filter element 9 produces only a "low" level at the output of the second comparator 13. Since the logic circuit 15 with this level state activates the "minus " input of the integrator 16, the Half and fi Plus ! 'Inputs are passed through the first NAND gate 18 and the third NAND gate 20
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mit einem "Hoch11 - Pegel gesperrt., verkleinert sich die vom Integrator 16 bereitgestellte Steuerspannung- Die durch den spannungsgesteuerten Hochpaßfilter k und den spannungsgesteuerten Tiefpaßfilter 5 realisierte mittlere Durchlaßfrequenz und die vom spannungsgesteuerten Bandsperrfilter 7 festgelegte Sperrfrequ.enz v/erden verkleinert, so daß alle Filter entsprechend der Drehzahländerung wieder den abgeglichenen Zustand erreichen.locked with a "high 11 - level, reduces the control voltage provided by the integrator 16 The realized by the voltage controlled high pass filter k and the voltage controlled low pass filter 5 average transmission frequency and fixed by the voltage controlled band reject filter 7 Sperrfrequ.enz v / earth reduced, so that all filters return to the adjusted state according to the speed change.
Bei stehendem Gleichstromkommutatormotor 2 liefert der Ausgang des Integrators 16 den untersten Grenzwert der Steuerspannung. Die spannungsgesteuerten Filter sind damit auf die niedrigste Grenzfrequenz eingestellt, so daß dür die einsetzende Drehung des Gleichstromkommutatormotors 2 die spannungsgesteuerten Filter als abgeglichen anzusehen sind. Bei einer Ankerumdrehung des Gleichstromkommutatormotors 2 erzeugt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung am Ausgang des Nullspannungskomparators 6 doppelt so viele Rechteckspannungsimpulse, wie der Motor Kommutatorsegmente besitzt. Das heißt bei jeder Kommutatorumschaltung wird im Rechteckimpuls geliefert. Über einen Teiler, der eine Frequenzteilung im Verhältnis der Anzahl der Kommutatorsegmente mal zwei zu 1 ermöglicht, kann eine Spannungssignalfolge erzeugt werden die eine der Drehzahl des Gleichstromkommutatormotors entsprechende Frequenz besitzt.When the DC commutator motor 2 is stationary, the output of the integrator 16 supplies the lowest limit value of the control voltage. The voltage-controlled filter are thus set to the lowest cutoff frequency, so that for the onset of rotation of the Gleichstromkommutatormotors 2, the voltage-controlled filter are to be regarded as balanced. During an armature rotation of the DC commutator motor 2, the circuit arrangement according to the invention generates twice as many square-wave voltage pulses at the output of the zero voltage comparator 6 as the motor has commutator segments. That is, each commutator switching is delivered in a rectangular pulse. Via a divider, which allows a frequency division in proportion to the number of Kommutatorsegmente times two to 1, a voltage signal sequence can be generated which has one of the speed of the DC commutator motor corresponding frequency.
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