DE1166906B - Verfahren zum Bestimmen und Konstanthalten des Drehzahlverhaeltnisses zweier elektrischer Antriebe - Google Patents

Description

• Verfahren zum Bestimmen und Konstanthalten des Drehzahlverhältnisses zweier elektrischer Antriebe Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen und Konstanthalten des Drehzahlverhältnisses zweier elektrischer Antriebe sowie auf eine Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
• In der Antriebstechnik tritt oft das Problem auf, zwei separat angetriebene Wellen synchron oder mit einem bestimmten Drehzahlverhältnis laufen zu lassen. Es ist bereits bekannt, ein bestimmtes Drehzahlverhältnis durch die Verwendung von Tachometerdynamos aufrechtzuerhalten, wobei jedoch die Genauigkeit des resultierenden Drehzahlverhältnisses durch die Genauigkeit der Tachometerdynamos beschränkt ist. Insbesondere ist es schwierig, ein Drehzahlverhältnis zu erzielen, welches nahe bei Eins liegt. Ein absoluter Synchronlauf von zwei Antrieben kann durch Geschwindigkeitsregulierung nicht erreicht werden, da ein stets noch verbleibender Gesclwindigkeitsfehler nach einer bestimmten Zeit einen großen Phasenfehler ergibt. Gemäß einer bekannten Einrichtung zur Konstanhaltung des Drehzahlverhältnisses zweier elektrischer Antriebe M1, M2 werden mit den Umdrehungszahlen der Antriebe M in Beziehung stehende Impulse erzeugt und in Zählwerken verglichen. Dabei ist jedem der beiden Antriebe Ml, M2 ein separates Zählwerk Z1 bzw. Z2 zugeordnet. Die beiden Zählwerke Z1, Z2 werden jeweils gleichzeitig gestartet und durch die Wegimpulse der entsprechenden Antriebe weitergeschaltet. Das Zählwerk Z1 zählt dabei eine vorgegebene Zahl Z, von Impulsen ab und sperrt dann sowohl sich selbst als auch das Zählwerk ZZ, welches inzwischen eine Zahl Z Impulse gezählt hat. In diesem Zeitpunkt wird aus den beiden Zählerständen durch momentane Ablesung die Differenz gebildet und diese mittels eines Digital-Analogumformers in eine Steuergröße für den Antrieb M2 umgewandelt. Die beiden Zähler Z1, Z2 werden hierauf auf Null zurückgestellt und von neuem gestartet. Die Steuerspannung bleibt bis zum Ende des nächsten Zählintervalles bestehen. Bei dieser Einrichtung geschieht die Differenzbildung in bestimmten Zeitintervallen. Um eine phasenempfindliche Regelung zu erhalten, muß dabei außer den beiden Zählwerken noch ein Integrationsglied vorgesehen werden. Ferner müssen die Zählwerke für eine gute Regelung große Zählkapazitäten (etwa 1000) aufweisen und die Frequenz der Impulsgeber für eine gute Dynamik sehr groß sein, da ja nur immer nach etwa 1000 Impulsen die Steuergröße für den zu regelnden Antrieb geändert wird.
• Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens, mittels welchem eine rasche und phasengetreue Regelung erzielt wird und welches einen sehr kleinen Aufwand an Apparaten erfordert.
• Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen und Konstanthalten des Drehzahlverhältnisses zweier elektrischer Antriebe werden mit den Umdrehungszahlen in Beziehung stehende Impulse erzeugt und in Zählwerken verglichen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse des einen Antriebes dem additiven, die Impulse des anderen Antriebes dem subtraktiven Eingang eines gemeinsamen Zählwerkes zugeführt werden und eine von der Stellung dieses Zählwerkes in Abhängigkeit stehende elektrische Größe bestimmt wird, welche die Steuerung des einen Antriebes bewirkt.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist es zweckmäßig, so vorzugehen, daß ein Teil der durch einen der beiden Antriebe erzeugten Impulse periodisch unterdrückt wird und die Impulse des einen Antriebes dem additiven, die nicht unterdrückten Impulse des anderen Betriebes dem subtraktiven Eingang eines gemeinsamen Zählwerkes zugeführt werden und eine von der Stellung dieses Zählwerkes in Abhängigkeit stehende elektrische Größe bestimmt wird, welche die Steuerung des einen Antriebes bewirkt.
• Die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens umfaßt je einen Impulserzeuger für jeden Antrieb, welche Impulserzeuger mit der Umdrehungszahl der Antriebe in Beziehung stehende Impulse liefern, und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein vorwärts und rückwärts zählendes Zählwerk mit einem additiven und einem subtraktiven Eingang vorhanden ist, wobei an den additiven Eingang der Impulserzeuger des ersten Antriebes und an den subtraktiven Eingang der Impulserzeuger des zweiten Antriebes angeschlossen ist. Ferner ist ein Umformer zur Bildung einer der Zählerstellung entsprechenden elektrischen Größe vorhanden, welche elektrische Größe der Drehzahl-Steuereinrichtung des einen Antriebes zugeführt wird.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 die schematische Darstellung einer ersten Ausführung der Einrichtung zur Erzeugung des Gleichlaufes von zwei elektrischen Antrieben, F i g. 2 eine zweite Ausführung der Einrichtung, ebenfalls in schematischer Darstellung, zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines bestimmten Drehzahlverhältnisses zwischen zwei elektrischen Antrieben und F i g. 3 bis 5 verschiedene Einzelheiten.
• Wie aus der F i g. 1 hervorgeht, sind zwei elektrische Antriebe 1 und 2 vorhanden, welche eine Drehzahl n1 bzw. n., aufweisen. Mit den Wellen der Antriebsmotoren steht je eine Lochscheibe 3 in Verbindung, welche Lochscheiben geschlitzt sind und mit je einer Lichtquelle 5 und einer Photozelle 6 so zusammenwirken, daß bei der Drehung der Lochscheibe 3 durch die Photozelle 6 Impulse geliefert werden. Diese Impulse gelangen durch einen gemeinsamen Verstärker 7 auf die beiden Eingänge eines elektronischen Zählers 8, welcher vorwärts und rückwärts zählen kann. Die Impulse, welche durch den Antrieb 1 erzeugt werden, bewirken ein Vorwärtsschreiten des elektronischen Zählers 8 und die Impulse, welche durch den Antrieb 2 erzeugt werden, ein Rückwärtsschreiten desselben Zählers. Laufen die beiden Antriebe exakt synchron, so bleibt der Zähler auf einem bestimmten Wert. Der genannte Zähler 8 steht mit einem Digital-Analogwandler 9 in Verbindung, in welchem eine Gleichspannung erzeugt wird, welche nach einem bestimmten Gesetz vom momentanen Zählerstand abhängig ist. Die Spannung wird in einem Verstärker 10 verstärkt und einer Steuereinrichtung 4 zugeführt, welche den Antrieb 2 steuert.
• Ist durch eine Störung zwischen den beiden Antrieben eine Winkeldifferenz vorhanden, so wirkt die Steuereinrichtung 11 so lange, bis diese Differenz bis auf einen geringen Restwinkel korrigiert ist. Dieser Restwinkel ist um so geringer, je empfindlicher die Regeleinrichtung ist und je mehr Impulse pro Umdrehung der Welle produziert werden.
• Ist das gewünschte Drehzahlverhältnis nicht gleich Eins, so wird durch eine Zählschaltung unter Mitwirkung einer Torschaltung im einen Impulskanal ein gewisser genau definierter Prozentsatz der Impulse unterdrückt. Eine solche Einrichtung ist in der F i g. 1 dargestellt. Die beiden Antriebe sind mit 11 und 12 bezeichnet, welche wiederum mit Lochscheiben 13 in Verbindung stehen, die im Bereich von Lichtquellen 15 und Photozellen 16 rotieren. Der gemeinsame Verstärker ist mit 17 bezeichnet. Der eine Impulskanal wird direkt dem Zählwerk 18 zugeführt, während der andere Impulskanal durch eine Torschaltung 19 geleitet wird, welche einen Vorwärtszähler 20 aufweist. Die Torschaltung 19 steht dann wiederum mit dem Zählwerk 18 in Verbindung, welches an einen Digital-Analogwandler 21 zur Ermittlung einer seiner Stellung entsprechenden Spannung angeschlossen ist. In der beschriebenen Weise steht dieser Wandler 21 mit einem Verstärker 22 und mit einer Steuereinrichtung 23 in Verbindung, welche den Antrieb 12 beeinflußt.
• Die Ausbildung der Torschaltung ist aus der Fig. 3 näher ersichtlich. Während die Impulse aus der Quelle 24 ungehindert in das Zählwerk 25 gelangen, werden die Impulse aus der Quelle 26 zuerst einem Verzögerungsmultivibrator 27 und einer Torschaltung 28 zugeführt. Die Impulsfolge aus der Quelle 26 gelangt gleichzeitig auf einen vorwählbaren Zähler 29 bekannter Bauart. welcher stets nach N Eingangsimpulsen einen Ausgangsimpuls an einen Tormultivibrator 30 abgibt und diesen kippt. Der Impuls des Tormultivibrators 30 schließt die Torschaltung 28, so daß jeder N-te Impuls der Impulsfolge aus der Quelle 26 nicht an den Eingang des Zählwerkes 25 gelangt. Daraus resultiert ein Drehzahlverhältnis von Bei der aus der F i g. 4 ersichtlichen Variante wird nicht jeder N-te Impuls unterdrückt, sondern es werden jedesmal von einer Anzahl Impulsen M aufeinanderfolgende Impulse zurückgehalten. Die Impulse der Impulsquelle 31 gelangen über einen Verzögerungsmultivibrator 32 auf eine Torschaltung 33 und von dort auf den Subtraktionseingang eines Zählwerkes 34. Gleichzeitig gelangen die Impulse auch auf einen Zähler 35, welcher beispielsweise bis 1000 zählen kann. Jedesmal beim Durchgang durch 1000 gibt der Zähler 35 einen Triggerimpuls auf einen Tor-Flip-Flop 36, welcher kippt und die Torschaltung 33 für die Impulsfolge aus der Quelle 31 schließt. Der Zähler 35 wird durch eine Koinzidenzstufe 37 abgetastet, welche bei der Zählerstellung M anspricht und einen Triggerimpuls auf den Tor-Flip-Flop 36 gibt. Dieser kippt zurück und öffnet die Torschaltung 33 wieder. Es werden also in diesem Falle auf 1000 Impulse M Impulse zurückgehalten. Das resultierende Drehzahlverhältnis beträgt in diesem Falle Die Ausbildung des Digital-Analogwandlers, welcher die im elektronischen Zählwerk gespeicherte Impulszahldifferenz der beiden Eingänge in eine analoge Größe, z. B. in eine Spannung, umwandelt, ist aus der F i g. 5 ersichtlich. Mit 38 ist eine vorwärts und rückwärts zählende Kaltkathodenröhre mit Anode 39 und mit einer Anzahl Hauptkathoden 40.0, 40.1 ... bis 40.9 und mit Hilfskathoden 41 bezeichnet. Die Hauptkathoden 40.0 bis 40.9 stehen über Widerstände 42.0 bis 42.9 mit einer horizontalen Kette von Widerständen 43 in Verbindung. Der Ausgang ist mit 44 bezeichnet. Jeder Stellung der Zählröhre entspricht eine bestimmte Ausgangsspannung. Um einen linearen Zusammenhang zwischen Zählerstellung und Ausgangsspannung zu bekommen, müssen alle Widerstände 43 der horizontalen Kette gleich sein. Die Widerstände 42.0 bis 42.9 und 43 sind so bemessen, daß die folgenden Verhältnisse Gültigkeit haben: Widerstand 42.0 = Widerstand 42.1-i- Widerstand 43 = Widerstand 42.2 + 2 Widerstand 43 usw. Es können auch mehrere Zählstufen in gleicher Weise zu einem einzigen Additionsnetzwerk verhängt werden, wenn die einzelnen Stufen mit dem ihnen entsprechenden Gewicht addiert werden.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Bestimmen und Konstanthalten des Drehzahlverhältnisses zweier elektrischer Antriebe, wobei mit den Umdrehungszahlen in Beziehung stehende Impulse erzeugt und in Zählwerken verglichen werden, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Impulse des einen Antriebes dem additiven, die Impulse des anderen Antriebes dem subtraktiven Eingang eines gemeinsamen Zählwerkes zugeführt werden und eine von der Stellung dieses Zählwerkes in Abhängigkeit stehende elektrische Größe bestimmt wird, welche die Steuerung des einen Antriebes bewirkt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der durch einen der beiden Antriebe erzeugten Impulse periodisch unterdrückt wird und die Impulse des einen Antriebes dem additiven, die nicht unterdrückten Impulse des anderen Antriebes dem subtraktiven Eingang eines gemeinsamen Zählwerkes zugeführt werden und eine von der Stellung dieses Zählwerkes in Abhängigkeit stehende elektrische Größe bestimmt wird, welche die Steuerung des einen Antriebes bewirkt.
3. 3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend je einen Impulserzeuger für jeden Antrieb, welche Impulserzeuger mit der Umdrehungszahl der Antriebe in Beziehung stehende Impulse liefern, gekennzeichnet durch ein vorwärts und rückwärts zählendes Zählwerk mit einem additiven und einem subtraktiven Eingang, wobei an den additiven Eingang der Impulserzeuger des ersten Antriebes und an den subtraktiven Eingang der Impulserzeuger des zweiten Antriebes angeschlossen ist, und daß ein Umformer zur Bildung einer der Zählerstellung entsprechenden elektrischen Größe vorhanden ist, welche elektrische Größe der Drehzahlsteuereinrichtung des einen Antriebes zugeführt wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einem der beiden Eingänge des Zählwerkes eine Torschaltung vorgeschaltet ist, welche einen Teil der aus dem einen Impulserzeuger stammenden Impulse unterdrückt.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Torschaltung ein Verzögerungsmultivibrator vorgeschaltet ist.
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Impulserzeuger und dem Verzögerungsmultivibrator ein Zählwerk angeschlossen ist, welches über einen Tormultivibrator mit der Torschaltung in Verbindung steht und bei einem bestimmten Zählerstand die Torschaltung über den Tormultivibrator kurzzeitig schließt.
7. 7. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Impulserzeuger und dem Verzögerungsmultivibrator ein Zählwerk angeschlossen ist und die Torschaltung mit einem Tor-Flip-Flop in Verbindung steht, an dessen einem Eingang ein Impulsausgang einer bestimmten Stellung des Zählwerkes und dessen anderem Eingang eine das Zählwerk abtastende Koinzidenzschaltung angeschlossen ist, wobei der Tor-Flip-Flop beim Durchlauf des Zählwerkes durch die bestimmte Stellung gekippt wird und die Torschaltung schließt, während er beim Durchlauf des Zählwerkes durch die an der Koinzidenzschaltung festgelegte Stellung zurückgekippt wird und so die Torschaltung wieder impulsdurchlässig macht. B. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer zur Bildung der elektrischen Größe eine vorwärts und rückwärts zählende Kaltkathodenzählröhre mit einer Anode und mit einer Anzahl Hauptkathoden aufweist, welche über Widerstände mit einer horizontalen Kette von Widerständen in Verbindung stehen, wobei die elektrische Größe als Spannung über der horizontalen Widerstandskette abgenommen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 666 976, 754 886; deutsche Auslegeschriften Nr.1061877, 1068 035.