DE1212143C2 - Generator zur Erzeugung einer Anzahl von zyklisch phasenverschobenen Impulsgruppen - Google Patents

Generator zur Erzeugung einer Anzahl von zyklisch phasenverschobenen Impulsgruppen

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DE1212143C2
DE1212143C2 DE1963H0050817 DEH0050817A DE1212143C2 DE 1212143 C2 DE1212143 C2 DE 1212143C2 DE 1963H0050817 DE1963H0050817 DE 1963H0050817 DE H0050817 A DEH0050817 A DE H0050817A DE 1212143 C2 DE1212143 C2 DE 1212143C2
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Dehavilland Aircraft
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    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
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Description

55
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung eines mehrphasigen Schrittschaltmotors mit einem Impulsgenerator, dessen Ausgangsimpulse einem reversiblen Ringzähler, dessen Zählstufenanzahl mit der Anzahl der Phasen des Schrittschaltmotors übereinstimmt, zugeführt sind und dessen Zählstufenausgänge an die einzelnen Phasenwicklungen des Schrittschaltmotors angeschlossen sind.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt (DT-AS 1 134 150). Hierbei wird der Schrittschaltmotor von einem vierstufigen Ringzähler gesteuert, der vier Transistoren enthält und einen Eingang aufweist, auf welchen die gegebenen Stromimpulse gegeben werden. Dieser Ringzähler besitzt vier Ausgänge, über welche vier Ströme an den Schrittschaltmotor abgegeben werden. Der Ringzähler hat die Eigenschaft, daß immer nur gleichzeitig einer der vier Ströme fließen kann und der Rotor bei jedem neuen Eingangsimpuls eine Drehung um 90° in gleicher Drehrichtung ausführt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann auch eine Ringzählerschaltung benutzt werden, die eine Rückwärtszählung gestattet.
Über die in diesem Falle zur Drehzahl- und Drehrichtungssteuerung erforderliche Steuersignalgabe enthält diese Auslegeschrift jedoch keine Angaben.
Es ist zwar bereits eine vor- und rückwärtszählende Schaltungsanordnung bekannt (DT-AS 1136 375), bei der ein reversibler Zähler vorgesehen ist, bei dem die Zählimpulse nicht getrennten Eingängen zugeführt werden, sondern über nur einen Eingang einlaufen und in Abhängigkeit von Steuerbefehlen vorwärts oder rückwärts gezählt werden. Auch hier sind demgemäß mehrere Steuersignale erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Bauart so auszubilden, daß der Schrittschaltmotor mit bestimmer Drehzahl in bestimmter Drehrichtung entsprechend einem einzigen vorgegebenen Steuersignal gesteuert wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der durch ein Steuersignal in seiner Frequenz steuerbare Impulsgenerator und eine die Polarität des Steuersignals auswertende Schaltstufe mit zwei Ausgangsleitungen für Vor- und Rückwärtszählsignale vorgesehen sind und daß jede Zählstufe des reversiblen Ringzählers aus einer zwei Paar Eingangsleitungen und eine Impulseingangsleitung besitzenden UND-Schaltung und einer dieser zugeordneten, zwei Eingangsleitungen besitzenden bistabilen Kippschaltung besteht, die untereinander und mit der die Polarität auswertenden Schaltstufe derart verbunden sind, daß jedem ersten Eingangsleitungspaar jeder UND-Schaltung das Vorwärtssignal und die Ausgangssignale der bistabilen Kippstufe der dieser Zählschaltung in Vorwärtsrichtung folgenden Zählschaltung und jedem zweiten Eingangsleitungspaar jeder UND-Schaltung das Rückwärtssignal und die Ausgangssignale der bistabilen Kippstufe der dieser Zählschaltung in Rückwärtsrichtung folgenden Zählschaltung zugeführt sind, und daß an dem zweiten Eingang der bistabilen Kippschaltung über Dioden jeweils der Ausgang der bistabilen Kippschaltungen der nachfolgenden und der vorhergehenden Zählstufe angeschlossen ist.
Auf diese Weise wird die Schaltungsanordnung wesentlich vereinfacht, und es wird erreicht, daß der Motor auf ein einziges Steuersignal anspricht, dessen Polarität die Drehrichtung des Motors bestimmt und dessen Größe die Drehzahl festlegt. Die Größe des Steuersignals steuert den Impulsgenerator, der eine Impulsgruppe mit einer Frequenz erzeugt, die eine Funktion der Amplitude des Steuersignals ist. Diese Frequenz spiegelt sich in der Frequenz der Phasen des Ausgangs des Ringzählers wieder. Dieser Ringzähler spricht auf die Polarität des Steuersignals an und zählt entweder nach vorn oder zurück und
3 4
steuert so die relative Phasenverschiebung an seinen geschaltet werden kann, z. B, von dem »1«- in den
Ausgängen und demgemäß die Drehrichtung des »O«-Zustand durch einen Impuls über die Dioden 18
Motors. von der benachbarten Kippstufe.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Die Anordnung ist derart, daß nur eine der drei
ist das Steuersignal das in einem Vergleicher, dem 5 bistabilen Kippstufen zu einer gegebenen Zeit im
ein Sollwert und als Istwert ein Maschinenparameter »1 «-Zustand sein kann. Demgemäß kann nur eine
zugeführt sind, gebildete Fehlersignal. der drei UND-Schaltungen 5, 6 und 7 zu einer Zeit
Dieses Fehlersignal, das beispielsweise als Funk- offen sein.
tion der Differenz zwischen dem Istwert und dem Die Arbeitsweise des reversiblen Ringzählers nach
Sollwert einer Einstellung auftritt, kann z.B. über io F i g. 1 wird im folgenden unter Bezugnahme auf den
ein Brennstoffregelventil einen Motor oder ein Trieb - Impulsplan gemäß F i g. 2 beschrieben. In F i g. 2 ist
werk so steuern, daß die Differenz auf Null gebracht unter A die Impulsgruppe dargestellt, welche von
wird. dem Impulsgenerator 1 geliefert wird. In dem Bei-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung spiel ist angenommen, daß die Impulsgruppe erst zu
ist eine Schaltvorrichtung vorgesehen, die auf die 15 einer Zeit T1 beginnt, worauf die Impulse in gleichen
Größe des Fehlersignals anspricht und den Impuls- Zeitabständen wiederkehren.
generator so lange vom reversiblen Ringzähler trennt, Die Diagramme B, C und D in F i g. 2 veranschau-
bis die Größe des Fehlersignals einen bestimmten liehen die Zustände der UND-Schaltungen 5, 6 bzw. 7.
Wert überschreitet. Die UND-Schaltungen können einen offenen oder
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im fol- ao geschlossenen Zustand einnehmen. Die Diagramme genden beispielsweise an Hand der Zeichnung be- E, F und G veranschaulichen die Zustände der bischrieben, deren Fig. 1 ein schematisches Block- stabilen Kippstufen 15,16 bzw. 17, welche die Zuschaltbild zeigt, stände »0« oder »1« annehmen können. Die Dia-
Der dargestellte reversible Ringzähler ist zur Ver- gramme H, I und / zeigen die Formen der Ausgangswendung in einem Flugzeug-Maschinensteuersystem as signale an den bistabilen Kippstufen 15, 16, 17.
bestimmt und dem Ausgang eines Impulsgenerators 1 Es sei angenommen, daß der Schalter 4 geschlossen zugeordnet, der Impulse mit einer Frequenz erzeugt, ist, so daß der Impulsgenerator 1 eine erzeugte Imwelche eine Funktion der Größe eines an die Ein- pulsgruppe an die UND-Schaltungen 5, 6 und 7 Übergangsleitung 2 angelegten Steuersignals ist. Die er- tragen kann. Zusätzlich sei eine der beiden Antriebszeugte Impulsgruppe wird entlang der Ausgangs- 30 leitungen 12 und 13 erregt. Es wird angenommen, leitung 3 über einen Ein-Aus-Schalter 4 an drei daß die Vorwärts-Antriebsleitung 12 erregt ist, so daß UND-Schaltungen 5, 6 und 7 angelegt. Jede UND- ein Eingangssignal an jeden der Eingänge 8 angelegt Schaltung hat zwei Eingangsleitungspaare 8, 9 und wird.
10, 11. Jeder Eingang 8 ist mit einer sogenannten Anfangs sei die Amplitude des entlang der Ein- »Vorwärts-Antriebsleitung« 12 und jeder Eingang 10 35 gangsleitung 2 zugeführten Eingangssignals 0, so daß mit einer sogenannten »Rückwärts-Antriebsleitung« der Impulsgenerator 1 keine Ausgangsimpulse liefert, 13 verbunden. Jede UND-Schaltung 5, 6 und 7 ist d. h. die Impulse der Impulsgruppe die Frequenz 0 derartig ausgebildet, daß sie einen Ausgangsimpuls haben. Unter diesen Umständen ist nur eine der bientsprechend einem angelegten Eingangsimpuls von stabilen Kippstufen 15, 16 und 17 im »1 «-Zustand, dem Impulsgenerator 1 nur dann erzeugt, wenn 40 Nach F i g. 2 ist diese bistabile Kippstufe die mit der außerdem gleichzeitig ein Signal an die zwei Ein- Bezugszahl 16. Da die bistabile Kippstufe 16 sich im gänge eines der beiden Eingangsleitungspaare ange- »1 «-Zustand befindet und da gemäß obiger Annahme legt wird, d. h. nur wenn ein Eingangssignal gleich- die Vorwärts-Antriebsleitung 12 erregt ist, sind die zeitig an die Eingänge 8 und 9 oder an die Eingänge Eingänge 8 und 9 der UND-Schaltung 5 beide erregt,
10 und 11 angelegt wird. Der Ausgang jeder UND- 45 so daß die UND-Schaltung 5 offen ist und bleibt. Die Schaltung wird auf eine zugeordnete bistabile Kipp- UND-Schaltung 5 ist also offen, und die UND-Schalstufe geführt. Die Kippstufen sind mit 15, 16 und 17 tungen 6 und 7 sind geschlossen (Diagramme B bis D bezeichnet und den UND-Schaltungen 5, 6 bzw. 7 in F i g. 2). Nach F i g. 2 bleibt der eben beschriebene zugeordnet. Die Kippstufen 15, 16 und 17 sind in Zustand des Kreises erhalten, bis zu einer Zeit T2 der einem Ring mit ihren Ausgängen verbunden, welche 5° Zustand des Kreises nach F i g. 1 geändert wird, mit dem Eingang 9 der UND-Schaltung verbunden wenn von dem Impulsgenerator 1 eine Impulsgruppe sind, die der benachbarten Kippstufe, unter Berück- abgegeben wird.
sichtigung einer Richtung entlang des Ringes, züge- Es sei nun angenommen, daß zu einer Zeit T1
ordnet ist und welche mit dem Eingang 11 der UND- (F i g. 2) die Amplitude des entlang der Leitung 2
Schaltung verbunden sind, die der benachbarten 55 zugeführten Eingangssignals ungleich 0 wird, so daß
Kippstufe, unter Berücksichtigung der entgegen- der Impulsgenerator 1 beginnt, eine Impulsgruppe an
gesetzten Richtung entlang des Ringes zugeordnet ist. die UND-Schaltungen 5, 6 und 7 abzugeben. Der
Somit ist z.B. der Ausgang der Kippstufe 15 mit dem erste Impuls K (Fi g. 2A) der Impulsgruppe gelangt
Eingang 9 der UND-Schaltung 7 und dem Eingang durch die offene UND-Schaltung 5 und erreicht die
11 der UND-Schaltung 6 verbunden. Der Ausgang 60 bistabile Kippstuf e 15, welche nach einer kurzen Verjeder Kippstufe ist weiterhin mit jeder benachbarten zögerung zu einer Zeit T2 vom »0«- in den »!«-Zubistabilen Kippstufe in dem Ring über Dioden 18 stand geschaltet wird. Das Arbeiten der bistabilen verbunden. Kippstufe 15 schaltet die Kippstufe 16 von dem »1«-
Jede Kippstufe 15, 16 und 17 ist derartig ausgebil- in den »0«-Zustand, wodurch die UND-Schaltung 5
det, daß sie von einem stabilen Zustand in den ande- 65 geschlossen und der Eingang 9 der UND-Schaltung 7
ren, z.B. von dem »0«- in den »1 «-Zustand durch erregt wird. Die UND-Schaltung 7 öffnet also,
einen Impuls von der zugeordneten UND-Schaltung Dieser Zustand des in Fig. 1 dargestellten Kreises
und von dem anderen in den ersten stabilen Zustand bleibt erhalten, bis zu einer Zeit T3, zu der der Im-
pulsgenerator 1 einen zweiten ImpulsL (Fig. 2) an die UND-Schaltungen 5, 6 und 7 liefert. Da nur die UND-Schaltung 7 offen ist, gelangt der Impuls L durch die UND-Schaltung 7 an die bistabile Kippstufe 17. Nach einer kurzen Verzögerung wird die bistabile Kippstufe 17 zu einer Zeit T4 vom »0«- in den »1 «-Zustand geschaltet, so daß die Polarität des Ausganges der bistabilen Kippstufe 17 an den Verstärker 27 in der in F i g. 2 G veranschaulichten Weise wechselt. Der Betrieb der bistabilen Kippstufe 17 schaltet die Kippstufe 15 von dem »1«- in den »0«- Zustand, wodurch die UND-Schaltung 7 geschlossen und der Eingang 9 der UND-Schaltung 6 erregt wird. Die UND-Schaltung 6 öffnet also.
Der in Fig. 1 dargestellte Kreis bleibt nun in dem beschriebenen Zustand bis zu einer Zeit T5, zu der der Impulsgenerator 1 einen dritten Impuls M an die UND-Schaltungen 5, 6 und 7 liefert. In diesem Fall gelangt der Impuls M durch die UND-Schaltung 6 und führt nach einer kurzen Verzögerung zu einer Zeit T6 zu einem weiteren gleichartigen Wechsel.
Wie die Diagramme E bis G in F i g. 2 veranschaulichen, sind die Zustandsänderungen der Kippstufen 15, 16 und 17 zyklisch, wobei nur eine der Kippstufen 15, 16 und 17 sich zu einer gegebenen Zeit im »1 «-Zustand befindet. Die Betriebsfrequenz jeder der Kippstufen 15, 16 und 17 ist ein Drittel der Frequenz der Impulsgruppe, die vom Impulsgenerator 1 geliefert wird.
Die Ausgänge der bistabilen Kippstufen 15, 16 und 17 werden an die Verstärker 25, 26 bzw. 27 geschaltet. Die Anordnung ist derart, daß jede der bistabilen Kippstufen 15, 16 und 17 kein Ausgangssignal abgibt, wenn sie sich im »O«-Zustand befindet, daß sie jedoch ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, wenn sie sich im »1 «-Zustand befindet. Die Ausgangssignale der bistabilen Kippstufen 15, 16 und 17 sind somit von den in der F i g. 2, H bis J dargestellten Formen.
Die Ausgangssignale der Verstärker 25, 26 und 27 haben ähnliche Form. Die Signale nach der F i g. 2, H bis J können als Dreiphasensystem von drei Impulsgruppen angesehen werden, welche gegeneinander um 120° phasenverschoben sind.
Sie haben eine Frequenz von einem Drittel der Frequenz des Ausgangssignals des Impulsgenerators 1. Mit dem Ausgangssignal kann ein Schrittschaltmotor 38 gespeist werden.
Die wechselnden Zustände der bistabilen Kippstufen für die Bedingung, bei der die Antriebsleitung 12 erregt ist, werden in der folgenden Tabelle dargestellt:
15
Bistabile Kippstufe
I 16 I
17
0 1 0
1 0 0
0 0 1
0 1 0
1 0 0
0 0 1
0 1 0
Für den Rückwärtsantrieb ist die Antriebsleitung 13 erregt, welche ein Eingangssignal an die Eingänge 10 der UND-Schaltungen liefert. Unter der Annahme, daß die Kippstufe 16 in dem »1 «-Zustand ist, liegt ein Eingangssignal an dem Eingang 11 der UND-Schaltung 7 an, und dieses wird den nächsten Impuls von dem Impulsgenerator 1 zu der Kippstufe 17 durchlassen, wobei die Kippstufe 17 in den »!«-Zustand umschaltet. Die Kippstufe 16 wird also in den »O«-Zustand geschaltet, und an dem Eingang 11 der UND-Schaltung 5 erscheint ein Eingangssignal, das
ίο die Bereitschaft der UND-Schaltung für den nächsten Impuls ermöglicht. Die Schaltreihenfolge verläuft in diesem Fall über die Kippstufen 16, 17 und 15 und ist der vorher beschriebenen Reihenfolge entgegengesetzt.
Die Impulsgruppe von dem Impulsgenerator 1 wird durch die UND-Schaltungen in eine entsprechende Anzahl von Impulsgruppen geteilt; in diesem Beispiel sind es drei. Die Ausgangssignale der bistabilen Kippstufen stellen eine entsprechende Anzahl von Impulsgruppen dar, deren relative Phasen davon abhängig sind, welche der Antriebsleitungen 12 und 13 erregt ist, und deren Impulswiederholungsfrequenz proportional der durch den Impulsgenerator 1 erzeugten Impulsgruppe ist.
Die Ausgangssignale der bistabilen Kippstufen 15, 16 und 17 werden über zugeordnete Stromverstärker 25,26 und 27 an Statorwicklungen 35, 36 bzw. 37 des Schrittschaltmotors 38 geführt. Der Schrittschaltmotor 38 steuert über die Ausgangswelle 39 ein
Brennstoff-Steuerventil 40, wobei die Brennstoffversorgung für die Maschine mit 41 bezeichnet ist. Ein geeigneter Vergleicher 42 mißt einen ausgewählten Maschinenparameter, z. B. die Maschinengeschwindigkeit, und vergleicht diesen mit einem Bezugswert
(der selbst wiederum als eine Funktion eines oder mehrerer Maschinenparameter, z.B. Temperatur, veränderlich ist), um ein Ausgangssignal auf der Leitung 43 zu erzeugen, dessen Größe die Größe der Abweichung des ausgewählten Parameters von dem Bezugswert darstellt. Dieses Ausgangssignal wird über die Eingangsleitung 2 an den Impulsgenerator 1 angelegt, so daß dessen Ausgangssignale eine Wiederholungsfrequenz haben, welche eine Funktion der Größe der darauf bezogenen Abweichung ist. Das
Ausgangssignal auf der Leitung 43 wird außerdem an einen weiteren Vergleicher 44 angelegt, welcher die Größe des Ausgangssignals mit einem ausgewählten Schwellenwert (welcher ebenfalls als Funktion von einem oder mehreren Maschinenparametern veränderbar sein kann) vergleicht, um die Betätigung des Schalters 4 zu steuern, derart, daß dieser nur in dem eingeschalteten oder leitenden Zustand ist, wenn der ausgewählte Schwellenwert überschritten wird. Die Polarität des Ausgangssignals auf der Leitung 43
wird durch eine Vorrichtung 45 gemessen, um in Abhängigkeit von der Polarität die eine oder die andere der Antriebsleitungen 12 und 13 zu erregen.
Beim Betrieb des beschriebenen Systems werden die Ausgangssignale der bistabilen Kippstufen 15,16 und 17 über die zugeordneten Verstärker 25, 26 und 27 an die zugeordneten Statorwicklungen 35, 36 und 37 angelegt, um den Schrittschaltmotor 38 mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, welche eine Funktion der Größe des Steuersignals auf der Leitung 2 und deshalb der Größe der Abweichung des ausgewählten Maschinenparameters von dem Bezugswert in einer Richtung ist, die von der Erregung der Antriebsleitungen 12 und 13 und somit von der Polarität des
Ausgangssignals auf der Leitung 43 abhängig ist, welche wiederum von dem Sinn abhängig ist, in dem der ausgewählte Maschinenparameter von dem Bezugswert abweicht. Die Brennstoffversorgung für die Maschine wird somit durch den Schrittschaltmotor 38 mit einer Rate verändert, welche eine Funktion der Größe der Abweichung des ausgewählten Maschinen-
parameters von dem Bezugswert in dem Sinne ist, daß die Größe dieser Abweichung verringert wird. Der Schrittschaltmotor 38 kann nicht betätigt werden, wenn der Schalter 4 nicht in dem eingeschalteten Zustand ist, d. h., wenn die Größe des Ausgangssignals auf der Leitung 43 den ausgewählten Schwellenwert überschreitet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
409646/327

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung eines mehrphasigen Schrittschaltmotors mit einem Impulsgenerator, dessen Ausgangsimpulse einem reversiblen Ringzähler, dessen Zählstufenanzahl mit der Anzahl der Phasen des Schrittschaltmotors übereinstimmt, zugeführt sind und dessen Zählstufenausgänge an die einzelnen Phasenwicklungen des Schrittschaltmotors angeschlossen sind, dadurchgekennnet, daß der durch ein Steuersignal in seiner Frequenz steuerbare Impulsgenerator (1) und eine die Polarität des Steuersignals auswertende Schaltstufe (45) mit zwei Antriebsleitungen (12,13) für Vor- und Rückwärtszählsignale vorgesehen sind und daß jede Zählstufe des reversiblen Ringzählers aus einer zwei Paar Eingangsleitungen (8,9; 10,11) und eine Impulseingangsleitung besitzenden UND-Schaltung (S, 6, 7) und einer dieser zugeordneten, zwei Eingangsleitungen besitzenden bistabilen Kippschaltung (15, 16, 17) besteht, die untereinander und mit der die Polarität auswertenden Schaltstufe (45) derart verbunden sind, daß jedem ersten Eingangsleitungspaar (8, 9) jeder UND-Schaltung (5, 6, 7) das Vorwärtssignal und die Ausgangssignale der bistabilen Kippstufe der dieser Zählschaltung in Vorwärtsrichtung folgenden Zählschaltung und jedem zweiten Eingangsleitungspaar (10,11) jeder UND-Schaltung (5, 6,7) das Rückwärtssignal und die Ausgangssignale der bistabilen Kippstufe der dieser Zählschaltung in Rückwärtsrichtung folgenden Zählschaltung zugeführt sind, und daß an dem zweiten Eingang der bistabilen Kippschaltung (15, 16, 17) über Dioden (18) jeweils der Ausgang der bistabilen Kippschaltungen der nachfolgenden und der vorhergehenden Zählstufe angeschlossen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal das in einem Vergleicher (42), dem ein Sollwert und als Istwert ein Maschinenparameter zugeführt sind, gebildete Fehlersignal ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltvorrichtung (44, 4) vorgesehen ist, die auf die Größe des Fehlersignals anspricht und den Impulsgenerator (1) so lange vom reversiblen Ringzähler trennt, bis die Größe des Fehlersignals einen bestimmten Wert überschreitet.
DE1963H0050817 1962-11-12 1963-11-12 Generator zur Erzeugung einer Anzahl von zyklisch phasenverschobenen Impulsgruppen Expired DE1212143C2 (de)

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