DE1463175A1

DE1463175A1 - Verfahren zum Einstellen eines Stellgliedes

Info

Publication number: DE1463175A1
Application number: DE19641463175
Authority: DE
Inventors: Sennhenn Dipl-Ing Emil
Original assignee: Fernseh GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1964-05-16
Filing date: 1964-05-16
Publication date: 1969-06-12
Also published as: NL6503311A; FR1533906A; GB1100323A; DE1463176A1; US3430117A; DE1463176B2

Description

Verfahren zur Steuerung eines Stellgliedes Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Stellgliedes unter Verwendung eines wechselstromgespeisten Stellmotors mit einer ersten und einer zweiten Wicklung, wobei eine Steuerspannung aus einer Regelabweichung gewonnen und der ersten Wicklung des Stellmotors zugeführt und zusätzlich der Strom durch die zweite Wicklung in Abhängigkeit von dem Pegel der Steuerspannung für die erste Wicklung beeinflußt wird. Die Steuerung des Stellgliedes kann entweder automatisch erfolgen oder fernbedienbar von Hand aus vorgenommen werden. Um ein Stellglied innerhalb eines bestimmten Stellbereiches fernsteuerbar einzustellen, wird üblicherweise ein Stellmotor und eine Brückenschaltung mit zwei Potentiometern verwendet. Eines dieser Potentiometer wird von Hand aus in eine gewünsch-te Stellung gebracht, die einer Sollstellung des Stellgliedes entspricht. Das andere Potentiometer ist mit dem Stellglied gekoppelt und dessen Stellung entspricht der Ist-Stellung des Stellgliedes. Wenn sich die Ist-Stellung von der Soll-Stellung unterscheidet, ist das Brückengleichgewicht gestört und es wird eine Steuerspannung abgeleitet. Diese Steuerspannung be- wirkt, daß der Stellmotor in positiver oder negativer Dreh- richtung verstellt wird, bis das Stellglied die Soll-Stellung erreicht hat.
Im Rahmen der Fernsehtechnik ist es häufig erforderlich, als Stellglieder Teile der Fernsehkamera, beispielsweise die Blende fernbedienbar einzustellen. Die bisher hierfür verwendeten Stellmotoren haben sich nicht völlig bewährt. Bei Gleichstromstellmotoren treten Störungen durch Kollektorfunken auf. Außer-dem ist am Kollektor nach längerem Stillstand manchmal eine Oxydationsschicht vorhanden, welche den Oberflächenwiderstand erhöht und gegebenenfalls den Anlauf des Motors verhindert.
Bei Wechselstromstellmotoren können diese Nachteile vermieden werden. Wechselstrommotoren können bekanntlich zwei Wicklungen haben. Einer ersten Wicklung wird die Steuerspannung zugeführt und einer zweiten Wicklung wird eine Spannung zugeführt, deren Phase gegenüber der Steuerspannung um 90o verschoben ist. Derartige Wechselstrommotoren haben den Nachteil, daß in der zwei-ten Wicklung dauernd Leistung verbraucht wird und somit die Stromversorgung des Gerätes dauernd belastet wird, obwohl der Stellmotor in der Praxis meist nur selten und dann nur kurzzeitig läuft. Eine bekannte Einrichtung dient zur Steuerung der Stellung eines Stellgliedes in Abhängigkeit von der Stellung einer Steuervorrichtung. Bei dieser bekannten Einrichtung wird ein wechselstromgespeister Stellmotor mit zwei Wicklungen verwendet, Diese beiden Wicklungen werden über je einen Verstärkerkanal gespeist. Die Verstärkung dieser Verstärkerkanäle ist kon-tinuierlich abhängig einerseits von der Stellung des Stell- gliedes in Bezug auf die Stellung der Steuervorrichtung und andererseits von der Geschwindigkeit der Stellungsänderung. Um keine Pendelschwingungen aufkommen zu lassen, werden die Strö- me durch die beiden Wicklungen des Stellmotors kontinuierlich bis auf Null vermindert, wenn die Stellungen des Stellgliedes und der Steuervorrichtung übereinstimmen.
Die Erfindung bezweckt ein Verfahren anzugeben, das unter Ver- wendung von Wechselströmmotoren die fernbedienbare Steuerung eines Stellgliedes in einem gegebenen Stellbereich mit großer Stellgenauigkeit ermöglicht.

Bei einen Verfahren zur Steuerung eines Stellgliedes unter Verwendung eines wechselstromgespeisten Stellmotors mit einer ersten und einer zweiten Wicklung, wobei eine Steuerspannung aus einer Regelspannung gewonnen und der ernten Wicklung des Stellmotors zugeführt und zusätzlich der Strom durch die zweite Wicklung in Abhängigkeit von den Pegel der Steuerspannung für die erste Wicklung beeinflußt wird, wird erfindungsgemäß der Strom durch die zweite Wicklung des Stellmotors in Abhängigkeif von der Steuerspannung eingeschaltet, wenn der Pegel dieser Steuerspannung einen relativ großen Schwellwert überschreitet und abgeschaltet wird, wenn der Pegel dieser Steuerspannung den vorgegebenen, relativ großen Schwellwert unterschreitet; der Strom durch die zweite Wicklung wird auch dann eingeschaltet, wenn der Pegel der Steuerspannung nur einen vorgegebenen, relativ kleinen Schwellwert, aber nicht den relätiv großen Schwellwert überschreitet. Bei den Verfahren nach der Erfindung wird der Strom durch die zweite Wicklung des Stellmotors in Abhängigkeit von der Stewerspannung eingeschaltet, wenn der Pegel dieser Steuerspannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, und ausgeschal- tet, wenn der Pegel dieser Steuerspannung den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.

Um möglichst viele Steuerschritte in einen gegebenen Stehbe-

reich und damit eine große Stehgenauigkeit zu erzielen, wäre

es notwendig, den Schwellwert relativ klein festzulegen, Dabei

wird unter einen Steuerschritt jene kleinste Vorstellung der

Steuervorrichtung verstanden, die noch eine YÄaderung des ßtell-

giiedes verursacht. Je größer die mahl derartiger Steuer-

schritte ist, umso genauer läßt sich die Stellung des Stellgliedes unter Verwendung der Steuervorrichtung einstellen. Ein derartig kleiner Schwellwert kann aber toleranzbedingte Schwierigkeiten verursachen. Wenn beispielsweise eine Brückenschaltung, ein Steuerpotentiometer und ein Stellpotentiometer zur Steuerung des Stellgliedes verwendet werden, dann kann der Abgriff des Steuerpotentiometers von Hand aus in eine gewünschte Stellung gebracht werden, wogegen der Abgriff des Stellpotentiometers mit dem Stellglied gekoppelt ist. Diese beiden Potentiometer müssen elektrisch und mechanisch aufeinander abgestimmt sein. Wenn der Abgriff eines Potentiometers eine Grenzlage erreicht hat, dann soll auch der Abgriff des anderen Potentiometers die zugeordnete Grenzlage erreichen. In der Praxis läßt sich dies aus Toleranzgründen nicht immer realisieren, da die serienmäßig gefertigten Potentiometer nicht genau gleich sind. So kann es vorkommen, daß der Abgriff des Steuerpotehtiometers seine Grenzlage erreicht hat, wogegen der Abgriff des Stellpotentiometers seine Grenzlage noch nicht erreicht hat. Auf Grund dieses Unterschiedes der Stellungen der Abgriffe entsteht eine gewisse Steuerspannung, die das Stellglied noch weiter verstellen will. Wenn dieses Stellglied in mechanischer Hinsicht aber bereits seine Grenzstellung erreicht hat, dann wird der Stellmotor (der üblicherweise über eine Rutschkupplung mit dem Stellglied gekoppelt ist) dauernd Leistung verbrauchen, die durch Kühlung wieder abgeführt werden muß. Ein relativ kleiner Schwellwert kann somit toleranzbedingte Schwierigkeiten verursachen.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung der Schwellwert relativ groß festgelegt. Ein relativ großer Sch«lwert hat aber den Nachteil, daß relativ wenige Steuerschritte in einem gegebenen Stellbereich erzielbar sind und somit die Verstellgenauigkeit klein ist. Eine große Verstellgenauigkeit (viele einzelne Steuerschritte) und eine große toleranzmäßige Stabilität sind somit einander widersprechende Bedingungen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden daher ein relativ, großer Schwellwert und ein relativ kleiner Schwellwert festgelegt. Der relativ große Schwellwert kann etwa 40 % bis 80 und der relativ kleine Schwellwert etwa 0,5 % bis 5 % des Maximalpegels der Steuerspannung betragen, Der Strom durch die zweite Wicklung des Stellmotors wird somit eingeschaltet, wenn der Pegel der Steuerspannung den relativ großen Schwellwert überschreitet, Wenn der Pegel der Steuerspannung diesen relativ großen Schwellwert unterschreitet (z. B. infolge der Nachsteuerung des Stellgliedes), dann wird der Strom durch die zweite Wicklung abgeschaltet. Wenn ein besonders kleiner Totbereich erzielt werden soll, ist es zweckmäßig, den Strom durch die zweite Wicklung mit einer gewissen einstellbaren Verzögerung auszuschalten. Auf diese Weise bleibt das Feld, welches durch diese zweite Wicklung bewirkt wird, in voller Größe mindestens solange vorhanden, bis sich eine Steuerspannung einstellt, die nicht mehr ausreicht, um den Stellmotor anzutreiben. Dabei wird unter Totbereich jener Stellbereich (z. B. Drehwinkel) verstanden, innerhalb dessen keine Nachstellung des Stellgliedes durch den Stellmotor möglich ist.
Diese Einschaltung - die nur durch die Überschreitung des rela- tiv kleinen Schwellwertes bewirkt wurde - wird dadurch beendet, daß der-Strom durch die zweite Wicklung des Stellmotors äuto-=---

matisch nacR'Bifistellbaren Zeit abgeschaltet wird:

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit dadurch aus, daß es sowohl eine große toleranzmäßige Stabilität als auch eine große Einstellgenauigkeit ermöglicht, Dabei wird die toleranzmäßige Stabilität durch den relativ großen Schwellwert gewährleistet. Toleranzmäßige Unterschiede, beispielsweise eines Steuerpotentiometers und eines Stellpotentiometers, spielen keine Rolle, weil der große Schwellwert derart festgelegt ist, daß Steuerspannungen in der Größenordnung dieses großen Schwellwertes nicht auf Grund toleranzmäßiger Unterschiede, sondern nur durch verschiedene Stellungen der Abgriffe des Steuerpotentiometers und des Stellpotentiometers verursacht sein können. Die große Einstellgenauigkeit wird dagegen durch den relativ kleinen Schwellwert ermöglicht, weil die Einrichtung auch noch auf kleine Steuerspannungen (die etwa 0,5 % bis 5 % der Maximalamplitude der Steuerspannung betragen können) anspricht, so daß das Stellglied während der dafür vorgesehenen Zeit nachgestellt wird, sofern dies aus mechanischen Gründen überhaupt möglich ist, Falls die Nachstellung während dieser Zeit jedoch nicht möglich sein sollte, dann wird der Strom durch die zweite Wicklung, wie bereits erwähnt, abgeschaltet, Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispielen erläutert. Die zugehörige Figur zeigt eine Einrichtung zur fernbedienbaren Steuerung eines Stellgliedes in schematischer Darstellung.
Die in der Figur dargestellte Einrichtung besteht aus dem Steuerspannungsgenerator 1, aus dem Stellglied 2, dem Stellmotor 3, dem Steuerspannungsumformer 4 und aus der Schaltstufe 5: Das Stellglied 2 soll fernsteuerbar sein. Dazu wird der Stellmotor 3, die Brückenschaltung mit dem Steuerpotentiometer 6 und dem Stelipotentiometer 7"und der Leistungsverstärker 8 verwendet, Der Abgriff des Steuerpotentiometers 6 ist von Hand aus einstellbar und nimmt dann eine gewünschte Stellung ein. Diese Stellung entspricht der Soll-Stellung des Stellgliedes 2. Der Abgriff des Stellpotentiometers 7 wird über das Koppelglied 9 durch das Stellglied 2 eingestellt. Die Stellung des Abgriffes entspricht der Ist-Stellung des Stellgliedes. Wenn sich die Ist-Stellung von der Soll-Stellung unterscheidet, dann ist das Brückengleichgewicht gestört und es wird unter Verwendung des Leistungsverstärkers 8 `eine-Steuerspannung A oder B über den Schaltungspunkt 10 abgegeben. Diese Steuerspannung A bzw. B bewirkt, daß der Stellmotor 3 in positiver bzw. negativer Drehriehtung verstellt wird. Mit dem Koppelglied 11 wird dann das Stellglied 2 nachgestellt, bis dieses die Soll-Stellung erreicht hat. Die Brückenschaltung ist dann im Gleichgewicht und über den Schaltungspunkt 10 wird die Steuerspannung C, die gleich dem Wert Null ist, abgegeben.
Im vorliegenden Fall ist als Stellglied 2 eine Blende oder eine Küvette innerhalb einer Fernsehkamera vorgesehen, welche unter Verwendung des Stellpotentiometers 7 fernbedienbar sein soll. Das Steuerpotentiometer 6 ist einige hundert Meter von der Fernsehkamera (nicht dargestellt) entfernt in ein Bedienpult eingebaut. Die übrigen in der Figur dargestellten Bauteile befinden sich innerhalb der Fernsehkamera. Der wechselstromgespeiste Stellmotor 3 hat die Wicklungen 13, 14 und ist unter Verwendung der Kondensatoren 15, 16 (je 7 #a) als Kondensatormotor geschaltet. Der ersten Wicklung 13 wird die Steuerspannung A oder B oder C zugeführt. Die zweite Wicklung 14 ist über die Klemmen 17, 18 an eine Speisespannungsquelle angeschlossen. Um den Strom durch die zweite Wicklung 14 in Abhängigkeit vom Pegel der Steuerspannung zu schalten, sind der Steuerspannungsumformer. 4 .und die Schaltstufe ,5 vorgesehen. ; Dem Steuerspannungsumformer 4 Wird über den Ausgang 10 die Steuerspannung A oder B oder C zugeführt. Diese Steuerspannung wird mit der Diode 21 (Type AA 119) gleichgerichtet und unter Verwendung des Kondensators 22 (50 #F) und des Widerstandes 24 (10 kOhm) geglättet. Diese Glätturig ist jedoch absichtlich unvollkommen, so daß beim Auftreten der Steuerspannung einem vorübergehenden Spannungssprung der Wechselspannungsanteil der schlecht geglätteten Gleichspannung (sogenannte Brummspannung) über den Kondensator 26 (5#F) der Basis des Transistors 23 (Typ BCY 12) zugeführt wird. Falls die Amplitude dieses Spannungssprunges und der Brummspannung einen bestimmten - durch die Schaltspannung des Transistors 23 festgelegten - Betrag übersteigen, dann wird die Emitter/Kollektorstrecke des Transistors 23 leitend.

Das Basispotential des Transistors 23 ist durch den Widerstand 27 (2,2 kOhm) festgelegt, der einerseits an die Basis und andererseits an den Emitter des Transistors 23 und über Klemme 28 an den positiven Pol (+12 Volt) einer Spannungsquelle angeschlossen ist, deren negativer Pol an Masse gelegt ist. Im Kollektorkreis des Transistors 23 liegen der Kondensator 29 (100 #F) und der Widerstand 30 (8,2 kOhm). Wenn die Emitter/Kollektorstrecke des Transistors 23 leitend wird, dann wird der Kondensator 29 schnell aufgeladen. Wenn der Transistor 23 von seinem leitenden Zustand in seinen nichtleitenden Zustand übergeht, dann entlädt sich der Kondensator 29 über den Widerstand 30 und somit nimmt das Kollektorpotential mit einer gewissen Verzögerung seinen ersten Wert wieder an. Diese Verzögerung ist von der Dimensionierung des Kondensators 29 und,des: Widerstandes 30 abhängig. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, wenn diese Verzögerung größer als 1/10O sec. ist.

Der Kollektor des Transistors 23 .ist. an, die $asis des.Transi-

stoss . 33 ,(Type CC 141,) angeschlossen, .,der mit dem Widerstand 33 (820 Ohm) als Impeäanadler geschaltet st.:Der;Widerstand 34

(220 Ohm) dient zur Strombegrenzung, Vom Auegang 35 des.3teuer-

spannungsformers 4 wird somit ein altsignul abgegeben, wel"

ches zwei. verschiedene Werte annehmen kann, die den beiden mög-

lichen Werten des Potentials am Kollektor des Transistors 23 im

nichtleitenden und leitenden Zustand entsprechen. Der Zustand

des Transistors 23.ist davon abhängig, ob die Steuerspannung

am Schaltufapunkt..10 einen von zwei Schwellwerten oder aber

einen relativ kleinen Schwellwert,usd.elnen relativ großen

Schwellwert Überschreitet; Wenn die augenblicklich vorhandene

Steuerspannung kleiner als der relativ kleine Schwellwert und

somit auch kleiner als der relativ große Schwellwert ist, dann

hat das Schaltsignal an der Klemme 35,seiaes ersten Wert nä»-

lich praktisch Masse potential. Die beiden Schwellwerte der

Steuerspannung werden durch den Steuerspanaungsumformer 4 fest-

gelegt. Venn die Steuerspannung den relativ großen Schwellwert

überschreitet, dann sind die Amplituden des Spannungssprunges

und der Brumrspanng, die über denonde@ssator 26 übertragen

werden, relativ groß, so da£ die MmitterjKollektorstrecke des

Transistors 23 nicht nur kurzzeitig leitet, sondern solange bei-

tet, wie die Steuerspannung den großen Bchwellwert überschrei-

tet. Die Beaessung.des Kondensators 82, des Widerstandes 24 und

die Schalt spaanumg`des Transistors 23 best%ren den relativ

großen Schwellwert der Steuerspannung, Wenn dieser große Schwell-

wert beispielsweise erhöht werden soll, dann kann die Bemes-

sung des Kondensators 22 und des #iderataräem 24 derart geändert

werden, das die aal besser geglättet wird und daher die

Amplitede der Bru»rrspanaung kleiner wird. Unter sonst gleichen

Umständen ist somit eine größere Steuerepannuag@erforderlieh,

um den relativ großen Schwellwert zu erreichen und den Tran-

sistor 23 zu schalten. Das Schaltsignal an Schaltungspunkt 35

geht auf seinen zweiten Wert und bleibt dort, solange die Emitter/Kollektorstrecke des Transistors 23 leitet und die Steuerspannung den relativ großen Schwellwert überschreitet. Wenn diese Steuerspannung den vorgegebenen großen Schwellwert unterschreitet, dann nimmt das Schaltsignal wieder seinen er- sten Wert an.

Claims

i'at@ntansyrüche 1 , Verfalircii zur Steuerung eines Stellgliedes unter Ver- wendiIiig eines wechselstroingeshcisten. Stellmotors mit einer crsteii lind einer .zweiten Vicklung, wobei eine Steiicrspännung aus einer ,ltegelabiieieltung gewonnen und der ersten Wicklung des Stellmotors zugeführt und zusätzlich der Strom durch die zweite Wiclclung ' I in hbiiängigkeit von dem Pegel der S touersliantiutig iiir cIie arste t@ieklutig beeinilußt wird, dadurch gelcenn- zeichnet, daß der Stroia durch die zweite Wichlung (14) des Stellmotors (3) in Abhängigkeit von der Steuerspan- nun g (t. oder a oder C) eingeschaltet wird, wenn der Pegel dieser Steuerspannung einen relativ großen Schwoll- wert überschreitet, daß der Strom durch die zweite tfichlung (14) abgeschaltet wird, wenn der 1'ogel dieser Steuersliaiiiitiisg den vorgegebenen, relativ großen Schwell- wert unterschreitet, und daß der Strom durch die zweite Uieklun; (14) auch dann eingeschaltet wird, wenn der Pegel der Steuerspannung (A oder il oder C) nur eitlen vorge- gebc:nen, relativ kleinen Schwellwert, aber nicht den re- lativ großen Seliwellwert überschreitet. @. Ver i'@.iIiren nach :-iislirucii 1, dadurch gel;cilnzeieliuet, daß der Str ou durch die zweite tliel:lung automatisch nach einer eiii:@tellharoti Zeit immer dann allgeschaltet wirtI, wenn die; jl#iiiselialtting dieses Stromes nur durch 'Überschreitung des kleinen Seüwellwertes bewirkt wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene, relativ große Schwellwert der Steuerspannung größer als die zum Anlauf des Motors erforderliche Steuerspannung ist. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung der zweiten Motorwicklung (14) zwei gleichsinnig in Reihe liegende Dioden (37,38) und zwei Kondensatoren (15,16) als Brückenwiderstände einer Brückenschaltung geschaltet sind, in deren erster Diagonale zwischen den Verbindungspunkten je eines der Kondensatoren mit je einem der Gleichrichter ein steuerbarer Gleichrichter (36) angeordnet ist und in deren zweite Diagonale zwischen den Verbindungspunkten der beiden Kondensatoren miteinander und der beiden Dioden miteinander eine Serienschaltung der zweiten Wicklung (14) mit einer Speisespannungsquelle geschaltet ist. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung (A oder B oder C) unter Verwendung eines Gleichrichters (21) gleichgerichtet und die gleichgerichtete Spannung mittels eines Kondensators (22) und eines ohmschen Widerstandes (24) derart unvollkommen geglättet und über einen weiteren Kondensator (26) der Basis eines Transistors (23) zugeführt wird, daß bei einer den vorgegebenen, relativ großen Schwellwort übersteigenden Steuerspannung eine Brummspannung verbleibt, die ausreicht, um die Emitter/Kollektorstreeke des Transistors (23) leitend zu machen. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Arbeitswiderstand des Trausistors (23) ein Kondensator (29) geschaltet ist.