DE1513445A1 - Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl und Winkelstellung einer Welle,z.B. eines elektrischen Motors - Google Patents

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

t5t3445

11. Jan. 1969 Wi. ^t, P 15 13 4H₅.9

Sequential Electronic.

Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl und Winkelstellung einer Welle, zum Beispiel eines elektrischen

Motor3

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl und Winkelttellung einer Welle mit einem an diese angeschlossenen Signalgeber, mit einer Bezugssif*nalquelle und mit Mitteln zum Vergleich des Signals aus dem Signalgeber mit dem Bezugssignal nach Frequenz und Phase zur Bildung eines Regelsignales .

Eine schon recht gute Regelung der Lag« oder Phase der Motorwelle erhält man durch Verwendung bestimmter Vorrichtungen, wie z. B. einer optischen Anzeige in dem übertrager, wozu eine große Anzahl von Linien auf eine Scheibe aufgezeichnet werden, so daß ein optischer Impulsgeber entsteht. Das Übertragersignal durchlauft einen Winkel von 36o°, während sich die Welle um einen Betrag dreht, der gleich dem Winkel zwischen zwei auf der Scheibe nebeneinanderliegenden Linien ist. Die Stellung der Welle läßt sich dann soweit regeln, daß sie innerhalb des Winkels zwischen zwei auf der Scheibe auf·- einanderfolgenden Linien ist.

Die oben beschrieben· Verwendung eines an eine Motorwelle angekoppelten Übertragers, der ein Signal mit einer Frequenz liefert, die eine Funktion der Drehzahl des Motors 1st, ist die bei allen phasenstarren Motorregelungen angewandte Standaidtechnik. Bei allen bekannten Regelschaltungen gibt es Jedoch immer eine minimale Motordrehzahl, unterhalb der

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die Schaltung unwirksam wird. Der Hauptgrund für die Unwirksamkeit der Anordnungen bei sehr niedrigen Motordrehzahlen liegt darin, daß die Übertragerfrequenz unter einen Wert sinkt, bei dem Drehmomentstörungen auftreten, und damit setzt die Regelung aus, um diese Störungen zu überwinden. Die bekanntsten Schaltungen versagen daher bei der Regelung von mit ganz niedriger Drehzahl laufenden Motoren. Solche Schaltungen sind von vornehereln auch nutzlos für die Regelungen bis herab zur Drehzahl Null.

Durch die Feststellung der Lage der sich drehenden Motorwelle liefert der Übertrager eine bestimmte Information. Der Übertrager arbeitet so, daß die die Stellung der Welle angebende Information mit einer Geschwindigkeit gegeben wird, die proportional 4 zu der Drehzahl des Motors 1st. Der Übertrager läßt sich so aufbauen, daft er für Jede Umdrehung der Motorwelle um 36o° eine große Anzahl von einzelnen Bits liefert. Trotzdem 1st die Geschwindigkeit, mit der diese Information von dem Übertrager gegeben wird, proportional zu der Drehzahl des Motors. Wenn die Informationsgeschwindigkeit darstellt, 1st f > PN/60 Hz. N, bedeutet dabei die Geschwindigkelt des Motors in Umdrehungen pro Minute und P bedeutet die Zahl der Pole pro Umdrehung des Übertragers. Falls die optische Anzeige des Übertragers eine Scheibe mit 20.000 Linien ist, dann 1st P * 2o.ooo.

Der Lehrsatz von Shannon sagt, daß die Grenze des Regelbandes f/2 Hz ist. Enthält das Frequenzspektrum der Drfchmomentstörungen Frequenzen über f/2, wird die Regelschaltung wirkungslos. Innere Drehmomentstörungen kSnnen Auren die Einwirkung der Bürsten und Kommutatoren usw. entstehen. Bei Abnahme der Solldrehzahl des Motors ( d. h. , daß N abnimmt) nimmt f bis zu einem Punkt ab, bei dem die Bandbreit· f/2 bei irgendeiner Motordrehzahl N unter dem Frequenzspektrum liegt, das sich durch die verschiedenartigen Drehmoment störungen ergibt.

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. / ■-, ι / s " ■ ;<■ -'. ZWr. 3 (J2- Andcrunß8ö39. ν. 4. 9.1»67)

Anders aus gedrückt bedeutet dies, daß die Häufigkeit, mit der der übertrager die Stellung der Motorwelle ermittelt, so ist, daß viele der durch die Schwankungen des Drehmomentes erzeugten Störungen nicht erfaßt werden und damit nicht die Rggelung erzielt wird, die erforderlich ist, um der Bezugsfrequenz zu folgen und um diese Schwankungen des Drehmomentes auszugleichen. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Wirkungslosifekeit der bisher bekannten Regelschaltungen sich sowohl auf die Regelung der Motordrehzahl als auch auf die Regelung der Winkelstellung der Motorwelle (Frequenz und Phase) bezieht.

Eine Hauptaufgabe dieser E-rfindung liegt ^- somit in der Ausbildung einer Regelschaltung, die eine wirkungsvolle Regelung bei sehr niedrigen Drehzahlen und auch noch bei einer Drehzahl Null zulSßt.

Die Erfindung betrifft weiter die Ausbildung der Regelschaltung, die in einem weiten DrehζahIbereich von der Drehzahl Null an wirksam ist, so daß sich eine einzige Schaltung dort verwenden läßt, wo eine solche Anpassungsfähigkeit erwünscht 1st.

Die Erfindung betrifft weiter eine Regelanordnung für einen großen Drehzahlbereich, die sich die Information zunutze macht, die ein an die Motorwelle angeschlossener Geber gibt.

Die Erfindung betrifft weiter eine Regelschaltung, die zusätzlich zu der Regelung der Drehzahl tram Beispiel der Welle eines Motors eine wirkungsvolle und genaue Regelung der Winkelstellung der Motorwelle ermöglicht.

Zur Lösung dieser gestellten Aufgabe sieht die Erfindung in

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Weiterentwlclung der zu Beginn dieser Beschreibung genannten bekannten Schaltungsanordnung vor, daß der Signalgeber zwei um 9o° gegeneinander phasenverschobene Signale erzeugt, daß eine Trägersignalquelle mit einer wesentlich höheren Frequenz als die Frequenz de» Signale aus dem Signalgeber vorgesehen ist, daß ein Umsetzer vorgesehen ist, der das Trftgersignal mit den beiden Signalen aus dem Signalgeber unter Bildung eines Einseitenbandsignales moduliert und dieses Einseitenbandsignal den Vergleichsmitteln zugeführt wird.

" Der Signalgeber erzeugt somit ein Sinus-und ein Koslnussignal. Hierdurch läßt sich auch bei ganz niedriger Drehzahl der Welle bzw. tiefer Frequenz des Signalgebers das Einseitenbandslgnal erzeugen. Bei stillstehender Welle liefert der Signalgeber zwei gleiche Spannungen, die zwei auf einer Sinuswelle um 9o° auseinanderliegende Punkte markieren. Das in dem Umsetzer erzeugte Einseitenbandsignal hat dann die Frequenz des Trägereignales, aber ist gegenüber diesem um einen Winkel verschoben, der gleich einer Funktion der Signale des Signalgebers ist.

Welter sieht die ERfindung vor, daß der Sifrnnalgeber eine optische Vorrichtung, wie z. B. eine Geberscheibe ist.

Schließlich sieht die Erfindung noch vor, daß der Umsetzer das Einseitenband nach dem Phasenverfahren erzeugt und daß die Frequenz des Trägersißnales mindestens zweimal so groß wie die höchste unerwünschte FrequenzRchwankunfar der Welle ist.

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel der Ausführungen beschrieben, die In der Zeichnung dargestellt sind. Dabei ist:

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Pigl ί ein Blockschaltbild einer ersten

erfindungsgenAften Ausbildung,

Fig. 2 schematisch ein Schaltbild eines speziel

len Umsetzers, der in dem übertrager rerwandt wird, um die erflndungagemäße Schaltung wirksam zu machen,

Pig. 3 ein Blockschaltbild einer zweiten

erflndungsgemäßen Ausführung i

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Pig. 4 sohematlsch ein Schaltbild eines speziellen Umsotzera, der bei der in Pig. 3 gezeigten Ausführung eingesetzt wird.

Bei der Ausführung nach PIg. 1 1st ein statischer« optischer Geber 12 an die Welle 13 eines Motors 14 angeschlossen und liefert zwei Ausgangssignale. Diese sind sinusförmig und geben die winkellage der Welle 12 an. Diese beiden Sinuswollen sind um 90° phasenverschoben. Sie können durch die Gleichungen k sin 0 und k C03 0 wiedergegeben werden. Es gibt eine Vielzahl von solohon statischen Gebern, die bei Anschluß an die Motorwelle solche Sinusapannungen abceben.

Ein Umsetzer l6 moduliert ein Trilgeraignal A sin 2 ft ft, das von einer TrUgersignalquelle 18 geliefert wird, mit den beiden Auafjangaopannungen k sin 0 und k cos 0 des Gebers 12. Dadurch entsteht eine Spannung B sin (2^/nTf_ot + cCj2f), dio im folgenden ¹¹S" genannt ./ird. Pig. 2 zeigt scheoatlsoh einen solchen Umsetzer 16. Der Cobc-r 12 bildet zusammen mit der TrSgersignalquolle 18 und dem Unaotzor IG den . übertrager. Der übertrager 12, 16 und 18 formt dann die Drehung der Welle 13 in das gewünschte Signal 8 un.

Diese Ausgangsspannung 3 des Umsetzers 16 ist gleich den oberen Seitenband eines Trögersignale alt der Frequenz f₀, daa mit eiuor der Ausgangsspannungen des Gebers 12 amplitudenmoduliert wurde. Zn die· ser bevorzugten Ausführung wird dieses Verfahren nioht ancowandt, da sich dabei Schwierigkeiten bei der Plltorunc erccben. Eine Trägerfrequenz von 15 kHz hat nach einer Amplitudenmodulation alt Frequenzen in dor Größenordnung von wenigen Hz Seitenbandor, die so äJoht aw TrH^ci- lichen, daQ sie nicht mohr wo^rjcflltort ν.·αΐκΚτι ,'Ja-

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nen· Aus diesem Grund wird sowohl die Cosinus- als auch die Sinus·* funktion benötigt, um das Phaeensuchvorfahren cinor Einseitenband«· erzeugung anwenden zu können. Sobald man erkannt hat, daß dies· beoondere Modulationsart erwünscht ist, lassen eich viele Umsetzer mit der gewUnsohten Urasetzerfunktion entwerfen. Fig. 2 zeigt schßmatlech einen solchen Umsetzer.

An dieser Stella soll erwähnt werden, daß die Erfindung kein res Mittel vorsieht, um eine Einseitenbcmd-Aucgangsapannung dos Übertragers zu erhalten, da sie die Ausgangsspannunc eines Einacitenand-ä Übertragers als Informationssignal verwendet, "das in einer phasenatarren Regelschaltung mit dem Bezugssignal verglichen wird.

Veiter sei noch darauf hingewiesen, daß das Seitenband sowohl das obere als auoh das untere Seltenband cein kann.

Auf dieoo Woico entsteht ein Übertragersignal S, dessen Frequenz beliebig hoch sein kann. Dieses Signal trügt infolgo der Frequenz- und Phasenabwolchi! ci von der Trägerfrequenz f ein Signal, das die Winkellage} dor Wo'no IJ kontinuierlich angibt ♦ Zum Varstilndnis dessen dient öl.« fol^f nie Boschreibung des übri^on Teils der .Schaltung und <*.:'..ο KrlHuterun,' en dazu,, wie das Bczu/scsignal R die Drohzahl des Motor3 lh vegelt

LMo Bezi i^sa IgT)J.'"Iquel Io 20 Hof crt ein Bazugcsignal R, das folgender üleiohunc gehör cht: C ein 2-TC (f₀ + f_d) t. Ein Phacor.detoktor 22 vergleicht die Signale R und S und bildet eine EecPlsp^nr.uns ü_c, deren Durchschnittswert proportional zu der Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen R und S ist* Die (?~80o von E bestiirvt dio dem

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Motor zuzuführende Leistung. Wonn die R-Frequenz von der 3-Frequona abweicht, ergibt sich eine iinderung der dem Motor sugoführten Leistung, wodurch die S-Frequonz wieder genau auf die R-Prequenz gebracht wird« Dio beiden Frequenzen R und S behalten dann eine Phasendifferenz, die ausreicht, um dem Motor genügend Leiotung zuzuführen, damit er allen Belastungen gewachsen lat. Somit wird die Drehzahl dee Motors durch die Wahl von f_d bestimmt.

In der Gleichung für das Signal S lot α eine Konstante, die durch den Jeweiligen Umsetzer 16 bCGtimrat wird. 0 läflt eich allgemein durch die w Formelt 0 - i^Nt + © ausdrücken. Hierbei ateht N"für die Drehzahl des Motors Ik in N/min und Ic₁ let eino Konstante, die von dor Polzahl pro Umdrehung des optischen Geboro 14 abhängt. Durch Einsetzen in dio Gleichung für S erhält mans S - D Bin [[2^f₀ + R₁Il) t +cxq) . Da die Frequenz von S durch die Wirkungsweise der Schaltung cloieh der FrQ-quenz von B wird, folgt ι k-jN - 2TCf^. Aus diener Gleichung erkennt man ü.ie Abhängigkeit der Drehzahl N des Motors von der Frequenz des Bezuges ignajLc Ju

^ Von großer ' ich'igkeit lot <Ue Tatsache, daß bei f_d «· O auch M « O r,eln nruß» Trot^ciera bestehen noch zwei Signale, S und R, dio J cd ο beliib!fθ .or.;·-·,.-οi;.cno I^couenz f haben können, und mit den'·:: eich dor Kotor weiter re_; · 1. iM.rc In diesora Fall wlx-d dio Motorwclle 13 einen winkel anii<-;i,r,i.<_} ö'.:r zvr Bildung einer Phasendifferenz zwischen IX vpd C ausreicht, ho daß seinerseits eiiio Spannung E entsteht, niit der die BoInstuns ^⁰S Motora aufgefangen wird. Das bedeutet, an3 sich erflndui\^s£omli3 auch eine Rc-cluns bi3 zur Geschwindigkeit !lull erreichen IU ßt.

t Stabilisator 24 vrurdo lediglich eingezeichnet, um daran zu crln-

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nern, daS In einem geeohloseenen Servosystem immer eine gewisse dynamlsohe Stabilisierung erfordorllch let« Ea let bekannt, daß oine dynamisch· Stabilität der Regolechlelfe erforderlich lot, und es lat welter bekannt, welche Schaltungen hierfür verwendbar sind. Au« diesem Orund ist ea Überflüssig, hler die Einzelheiten des Stabilisators 24 welter zu erläutern·

Daa Steuersignal E_Q dient zum Regeln des Betragen dor von dom Kraft* verstttrker 26 abgegebenen Leistung. Der Kraftverstärker liefert die zum Speisen des Motors 14 erforderliche Energie, Hler 1st oma rocht beträchtliche Leistung3verstärkung erwünscht, mm die Phasenregelung In bezug auf die Stellung der Motorwelle 12 bis auf ein Maximum zu treiben.

Vom Standpunkt der Xnformatlonsanalyse bietet die Technik dieser Erfindung eine verbesserte Regelung, da sie die Anwendung eines kontinuierlich veränderlichen optischen Anzeigesignals (d. h.i k oin 0) zuläßt. Im Unterschied hierzu erzeugen die bekannten nogolschaltungen eine Impulsfolge, wobei die Zahl der bei jeder vollen Umdrehung der Welle erzeugten Impulse der Zahl dor Linien auf der Schoibo in dem optischen Gebor des Übertragers gleich 1st. Dio Impulse dos Übertragers bilden das Inforraationaslgnal S und werden rait dor von oiner Bezugsfrequenzquelle abgegebenen Impulsfolge verglichen, dlo das Bczugβsignal R bilden. Auf bekannte Weise werden dlo Phase und die Frequenz dieser Impulse zum Regeln dor Drehzahl d03 Motors verwandt und, in gewissem Umfang, zum Regeln der Winkelstellung dor He-e Motorwelle. Da Jedoch nur ein Impuls für Je ^60° von ein 0 vorhanden iat, geht» der übrige Teil der von dem sin 0 - Signal erzeugten Information Über 44« Stellung der Motorwelle verloren. Doi verhältnismäßig

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hohen Drehzahlen des Motors wiegt dieser Informationsverlust nicht schwor, da die zu überwindenden Drohmoraentstörungen oine Frequenz haben, die beträchtlich unter der Frequenz des von dom übertrager ge· lieferten Irapulszu^ea liegt. Bei niedrigen Drehzahlen führt der Informationsverlust jedoch zu den vorstehend genannten Schwierigkeiten* so daß eine bostircmto Drehzahl auftritt« unterhalb der dl· bekamt·*! Regelschaltungen versagen.

Aus diesem Qrundο ist es eine besondere Leistung dieser Erfindung« daO die gesamte von dem optischen Geber 12 stammende Information ausgewertet werden kann. Da3 Signal k sin φ liefert eine kontinuierli« ohe Anzeige über die Winkelstellung der Motorwelle 1J3. Da das Tragersignal kontinuierlich durch dieses Signal amplitudenmoduliert wird, enthalt das Auscangssignal S dos Übertragers weit mehr Infornvition als die Ubortragcrsignale bekannter Schaltungen.

Von einem Gesichtspunkt aus ist es die Anwendung dice vollen Signals des optischen Gebers 12, was die erfinduncsgeraUße Verbccceruns ermöglicht.
>

Von einara anderen Standpunkt aus ist C3 die Verwendung oines Trügerslgnals, das rait dor von dem Geber 12 abgegebenen Spannung moduliert wird, wodurch ein Übertrageraignal S höherer Frequenz entsteht, wolchO3 das orfindunssgomlia nüglicho verbesserte Verhalten gestattet.

Wie bereite ausgeführt wurdo, liegt oin Grund fUr die Verwendung von sowohl der,sin φ - Spannung als auch der cos /t - Spannung dos Gebers 12 darin, daß dann ein praktischer Urasotzor 16 verwendet worden kam, bei dem das obere Seitenband selbst die Auogan^sspaimun;: S des Umsetzers 16 bildot. Natürlich könnte man ebenso nur die ein

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nung verwenden und die cos ff - Spannung hieraus durch eine Verzögerung um 90° ableiten. Abgesehen davon, dafl die hiorsu erforderlichen zusätzlichen Schaltelemente unerwünscht sind und es Schwiarigkeiton bereitet» eine Phasenverschiebung von genau 90° su erreichen, gibt es zusätzlich noch einen troiteren sehr v/lchtieen Grund, vai-usi vorzugsweise sowohl die sin φ - Spannung al3 auch die cos φ - Spannung beide unmittelbar von dem optischen Geber 12 abgenommen werden. Dieser Grund lievt darin, daß alle in der - oln ff - Spannung nuftretonden Fohler ocHr Verzerrungen zum größten Teil durch die Verwendung ' der 003 ff - Spannung von dct.i Gleichen optioohen Geber ausgeglichen werden, der die sin φ - Spannung erzeugt. Die Verwendung von sowohl der cos ff « als auch der ein ff - Spannung vom gleichen optischen Geber 12 löscht e51o linearen Verzorrungon in dessen Ausgangccpannung. aus·

Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Verwendung von sowfahl dar sin & - Spannut.; als auch der cos ff - Spannung doa optischen Gcbora als auch dia L: eucun^ dos einen Seitenbandes bevorzugte Ausführungen dios' " En iun,3 sind, die mit den zur Zelt verfügbaren Mitteln di'j boat * Kr\- nisce liefern. In ihrem broltesten Sinn erfaßt die LrriTKluiii; πύο' lo Anwendung nur einox· AusGangssparuiung öez Gebern 1? wid/■;·''ir .";.! Vtr,ent*.uns von Piltcrmitttaln, uro ein Ein3Citonband-Γ--;':ι "'. ;. zn <■■,. -ölen.

TiIο in PIg. 2 --¹ZOiStO Umsetzerschaltung 1st ein Doiepiel fUr don Aufbau des Ur^-^.sers 16. Dan VarstHndni» von Einzelheiten dieser Schal tun'; bereitet Fachleuten keine Schwierigkeit. Die Furktion Cicser Schaltung x;J.rd daher hier nur in breiten SLÜgan beschrieben. Die

n Q1 und Q3 erfüllen eino Tren,^rifuriktio.***

ergibt c'sh oin hoher Eiiigan^ov/idorstanÄ tOr das £lngar*£3&:lgrml·

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ne in, jedem Kanal liegende Brücke 28, wobei jede Brocke 28 aus vier

Widerstaaden und vier Dioden besteht, bildet zusammen mit den Trans« . format oren T1 und T? in dem Sinus-Kanal und den Transformatoren T2 und Τ4 in dem Cosinus-Kanal zwei abgeglichen« Modulatoren, die das TrHgersignal mit den beiden Geberspannungen modulieren. Die Tr&nai- . stören Q2 und Q4 erfüllen eine Trennfunktlon und weisen einen hohen Eingangswiderstand bei niedrigem Ausgangswiderstand auf· D«r Widerstand R und der Kondensator C sind wichtige Element·, die «u»a«m*n ein Phasen-Netzwerk bilden, das das untere Seltenband unterdrückt und nur das obere Seitenband durchlaßt. Die Funktion eines solchen Pha- -Ψ sen-Notzworka ißt bekannt. Weiter wird ein DetrlebsverstUrker 29 alt

einem sehr hohen Eingangswiderstand verwandt, um eine Belastung des -Phasen-Netzwerk3 CR und damit Verzerrungen zu vermeiden. Dor Traneistor 05 und die dazugehörigen Schaltelemente bilden einen Signalverformer· Das gewünschte Ubcrtragersignal S kann am Kollektor des Transistors Q5 abgegriffen werden.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung dieser Erfindung, in der dao TrS-geraignal A sin 21Cf_et dadurch in die Schaltung JO eingebracht wird, daß man die Trägersignalquelle 38 zur Speisung der Lampe oder einer anderen in dem optischen Geber 52 benutzten Lichtquelle verwendet. Pieoor staticche optische Oober 52 1st an die Welle 22 des zu regelnden Motors Z*i angekoppelt. Auch hier kann für den Geber 32 Jedo beliebige bekannte Ausführung verwandt werden. Eine TrUgersignalquelle 38 liefert das Trägersignal Λ sin 21CT₀* und erfüllt damit dl« gleiche Punktior., dio auch boi άοτ in Pig. 1 gezeigten Ausführung erfüllt wurde. Dan· Triigereignai moduliert Jedoch dao ejreh Licht der in dem Geber 22 vorhandenen Lichtquelle, so daß zwei Ausgangsslgnalc enteto* hen. E1C30 beiden Signale aind in Pis· 3 mit A^ ein jf sin 2 Tf_ct und A₁ cos /S oeii 2tcf_ct bezeichnet. Sie werden In den Umsetzer 36 «log«-

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geben. Der Umsetzer 36, dessen genaue Schaltuns In Pig. H G°zQlst wird, liefert ein EinsGitonband-Signal S, das In soinor Fora lden- . tisch mit dem Signal lot, das der In Flg. 1 go 2 ο Ißt© U.-rcotzor 16 abgibt.

Die Ausführung nach FIg · 3 ermöglicht die Anwendung eines weit einfacheren Umsetzers 36, der In FIg* 4 gezeigt 1st» Die Wirkungsweise der In Flg. 4 gezeigten Schaltung ist mit der Wirkungsweise vergleich, barer Schaltungselemente aus Flg. 2 vergleichbar· Wichtig ist vor allen Dingen, daß der Kondensator C und der Widerstand R sine Schaltung bilden, die das obere Seltenband auswählt.-Wieder wird ein Verstärker 29 mit sehr hohem Eingangswiderstand verwandt» ura eine Bei»-· stung des Phasen-Netzwerkes CR zu vermeiden·

Die Ausführung nach Fig. 3 1st «infacher und arbeitet direkter als die Ausführung nach Fig. 1. Die Aueführung nach Flg. 1 wird Jedoch wegen der Schwierigkeiten bevorzugt/, dl· auftreten, wenn das von dem Geber 32 abgegebene Licht der Augenblioksgru0o des Trügersignals folgen soll.

Sine weitere Ausführung der Erfindung soll nooh kurz ohne zeichnung beschrieben werden, um ein tieferes Verständnis für den Umfang dieser grundlegenden Erfindung zu geben. Das Qitter in dem optischen ber 12 könnte mit der Tragerfrequenz f_Q gedreht werden. Dadurch entstände ein Geber 12, dessen Signal unmittelbar «in Sinseltenband wäre. Bei Drehung der Scheibe des Gebers 12 auf der Well« I3 in der gleichen Richtung wie das Gitter entsteht das ober« Seitenband· Bei Drehung der Scheibe auf der Welle 13 entgegengesetzt zur Drehrlohtung des Gitters entsteht das unter« Seitonband. Xn beiden Füllen entsteht sofort «in Blnssitenband. Das gewÜnaohte üt*rtrag«rsl£nftl ^L~

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S ergibt eich dann ohne weiteren Umsetzer. Eine solcho Ausführung wird wegen der mechanischen Schwierigkeiten nicht bevorzugt· Das Gitter muß mit einer genauen und konstanten Geschwindigkeit umlaufen, was sehr schwierig und nur mit großem Aufwand zu erreichen 1st. WeI-

ter würde diese Ausführung zum Steuern dea Gitters einen zuc&tzllchen

Motor und damit auch einen Drohzahlregler für diesen Motor erfordern.^! Somit würde diese Vorrichtung mehr Aufwand und eine größere Schaltung erfordern als die bevorzugte Ausführung nach FIg* 1·

Im breitesten Sinne umfaßt diese Erfindung das Einleiten einer TrS-gerfrequenz in die Wirkungsweise des Übertragers und eine solche Modulation dieser Trägerfrequenz, dad entweder ein oberes oder ein unteres Seitenband« aber nicht beide gleichzeitig, entstehen. Diese» Seltenbandsignal wird dann in bezug auf Frequenz und Phase mit einen Bezugssignal verglichen, se daß ein Hegelslgnal entsteht, dme eine Funktion des Frequenz- und Phasenuntorsohledes zwischen dea Bezugsslgnal und diesem oberen Seitenband 1st. Dieses Regelslgnal wird dann dem zu regelnden Motor zugeleitet. Bei einer Belastung von Null wird der Motor dann so geregelt, daß die Frequenz und die Phase den Ubertragersignals Identisch aind mit Frequenz und Phase dos Bezugssignale« Bei Belastung des Motors, gleichgültig ob dloser l'iuft oder stillsteht, verschiebt sich die Fhase des übortrogQrslgnals, so daß sich ein Phasenuntersohiod ergibt. Dadurch bildet sieh ein Hogelslgnal, mit dem der Motor wieder an das Bezugsslgnal angekoppelt wird.

In bezug auf die Frequenz hat diese Regelung eine Genauigkeit von 100 £. Das bedeutet, daß sich jede itnderung in der Frequenz des IJezugsslgnals in einer Änderung der Motordrehzahl widerspiegelt v*.i damit ein Übertragerslßnal entsteht, dosaon Frequenz den Frequenzänderungen des Bezugsslgnals folgt«

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Xn bezug auf die Phasenregelung kann die Schaltungsanordnung nicht 100 % genau sein. £■ kann jedoch eine beträchtliche Übereinstimmung «wischen der Winkelstellung der Motorwelle und der Phase des Bezugs-■ignals R erzielt werden«

Zn einer Ausführung ist der Motor 14 mit einem statischen optischen Geber 12 versehen, der 64.000 Linien pro Umdrehung aufweist« Zwanzig Bogeneekunden stellen damit 360 elektrische Grad in der Ausgangscpan« nung de« Umsetzers 16 dar« Unter der Annahme» daß eine Fhasondiffe« rens von 360° «wischen den Signal des Umsetzers 16 und dem Signal der Bezugssignalquelle 20 v4 volle Energiezuruhr sum Motor bedeutet« kannj der Motor 14 im Hinbliok auf die Winkelstellung οeiner Wolle inner* halb von 20 Bogeneekunden eingeregelt werden. Der Kraft verstärker 26 kann jedoch so ausgelegt werden» daß sich eine Sohlelfenverstärkung von 100 ergibt. Damit kann d«m Motor die volle Leiatun- mit einer Phasendifferenz von 3,6° «wischen dem Übertragersignal S und dem De* zugsslgnal R zugeführt werden. Das bedeutet« daß die Stellung dor Motorwelle auf ein Teil in 6,4 Killionen eingeregelt wurden kann. Ander« gesagt, bedeutet dies, dad Störungen, wobei es «loh im allgemeinen um mechanisohe Vibrationen handelt, auf etwa ihres unkompensierten Wertes herabgedrückt werden können.

Der Umstand, dafl sich die Phasenlage der Motorwelle Ij? nicht hundertprozentig regeln lK8t, sollte nicht die Tatsache verdecken, daß eine Xnderur« in der Winkelstellung der Well« vollatHndlg geregelt werden kann« Bei einer Verschiebung da« Bezugssignale R um 5° dreht sich auch dl· Rotorwelle ausreichend, um eine Verschiebung des Fhasonsrin lcele de« Ubertragersignals S von 5° zu bewirken* Dadurch wird die

zwischen den Signalen S und R konstant auf dan Wert ■

» der H#twerariiß ist, ν» ο la txm Auffangen der Belastung 909844/08SO

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Motors 14 ausreichendes Regelsignal E_Q zu erzeugen, iine* Ί&οηΌ Abhängigkeit 1st dann besondere erwUnooht, wenn daa Bezugesi^nal R von einem Hauptmotor geliefert und zum Regeln des Motors 14 als Tochtorfflotor verwandt wird. Dieser letzte Punkt bezüglich der Fähigkeit des geregelten Motors 14,einer Änderung im Bezugssignal R zu folgen, l3t nur ein anderer Wog, um klarzustellen» daß bei allen Frequenzen eine vollständige Frequenzregelung möglich lot, unabhängig davon, wlo tief die Frequenz liegt.

Das mit der Erfindung erzielbare Betriebeverhalten 4 IUQt sich am besten durch einen Hinweis auf eine Ausführung klarstellen, mit der ein. Motor in einem Drehzahlbereich zwlschon 0,01 und 100 N/min geregelt wird und der Motor Belastungen bis zu 0,61 mkg aufnimmt. Xn diesem Fall konnte der Motor Drehmomentsturungen von 100 # auffangen und blieb mit einer Genauigkeit von nehr al« einer Bogensokundo im Synchronismus·

Patentanspruch et BAD ORIGINAL

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Claims (4)

1. Dr. Ing. E. BERKENFELD ■ Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

   Anlage Aktenzeichen * 15 1.5 ""5·7

   zur Eingabe vom 11. Jan. 69 Vi. Name d. Anm. Sequential Ε1βΟΪΓΟΠΐθ .

   Patentan Sprüche

   \V Schaltungsanordnung zum Regeln der

   Drehzwahl und Winkelstellung einer Walle mit einem an diese angeschlossenen Signalgeber, mit einer Bezugssignalquelle und mit Mitteln zum Vergleich des Signals au* dem Signalgeber mit dem Bezugasignal nach Frequenz und Phase zur Bildung eines Regelsignales, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (12) zwei um 9o° gegeneinander phasenverschobene Signale erzeugt, daß eine Trägersignalquelle (18) mit einer weieetlich höheren Frequenz als die Frequenz der Signale aus dem Signalgeber (12) vorgesehen ist, daß ein Umsetzer (16) vorgesehen ist, der das Trägersignal mit den beiden Signalen aus dem Signalgeber (12) unter Bildung eines Elnseitenbandslgnales moduliert und dieses Einseitenbandsignalö den Vergleichemitteln (22) zugeführt wird.
2. 2) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (12) eine optische Vorrichtung ist.
3. 3) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (16) das Einseitenband nach den Phasenverfahren erzeugt.
4. 4) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1- 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Trägersignalee mindestens zweimal so groß wie die höchste unerwünschte Frequenz-Schwankung der Welle (13) 1st.

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