DE1563645C - Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Stellmotors - Google Patents

Description

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Wird der Verstärkungsfaktor des Verstärkers für den dynamischen Teil des Steuervorganges bemessen, z. B. für die Bremsfähigkeit des Stellmotors beim Verzögern, so braucht der Stellmotor eine verhältnismäßig hohe Anlaufspannung, und der Motor läuft zu spät an. Wird jedoch der Verstärkungsfaktor der Anlaufspannung des Motors entsprechend bemessen, so ist die Drehzahländerung im Verhältnis zur Anzahl der erforderlichen Umdrehungen des Stellmotors zum richtigen Einstellen des Stellgliedes zu groß, und das Stellglied überschreitet den einzustellenden Wert. Hierdurch besteht die Gefahr, daß die Steuerung ins Pendeln gerät.

Eine Abhilfe hierfür wird in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die für den Anlauf des Stellmotors ausreichende Spannung an einem Potentiometer und die der Brückendiagonalspannung entsprechende proportional verstärkte Spannung an einem Widerstand einstellbar sind. Damit kann die vom Regelteil abgegebene Spannung der Anlaufspannung des Stellmotors und der Verstärkerfaktor des Reglers dem dynamischen Verhalten des Bremsmotors, insbesondere dessen Bremsvermögen, angepaßt werden.

Eine größere Genauigkeit in der Einstellung des Stellgliedes durch optimale Bemessung des Brems-· Vermögens wird weiterhin dadurch erreicht, daß parallel zum Anker des Stellmotors ein entsprechend bemessener elektrischer Widerstand liegt, durch den ein bremsender Strom hindurchfließt, sobald bei in Betriebslage befindlichem Relais die beim Umlaufen des Ankers in ihm induzierte am Emitter des Ausgangstransistors liegende Spannung höher ist als die an der Basis des Ausgangstransistors liegende Spannung des Regelteiles. Durch diese Maßnahme und durch das Abfallen der Relais kurz vor dem Erreichen des Brückenabgleichs auf den Sollwert, wodurch ein vollständiger Kurzschluß des Motors erzielt wird, erhält der Abgleichvorgang bis zum Sollwert einen angenähert logarithmischen Verlauf.

Eine Programmsteuerung, insbesondere zum Steuern des Vorschubs eines Werkzeuges mittels eines Arbeitszylinders, ergibt sich dadurch, daß mehrere fest eingestellte Sollwertpotentiometer vorgesehen sind, von denen jeweils eines nach Belieben in die .Brückenschaltung einzuschalten und aus dieser auszuschalten ist. Vorzugsweise wird hierbei jedes Sollwertpotentiometer an Stelle eines anderen eingeschaltet. Zum An- und Ausschalten der Potentiometer können Schältrelais, insbesondere End- schalter, dienen.

. In der Zeichnung ist eine Werkzeuganstellvorrichtung als Äusführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt, bei dessen Beschreibung im Zusammenhang mit den Ansprüchen und der Zeichnung sich zusätzliche vorteilhafte Merkmale ergeben. Es zeigen

F i g. 1 und 2 je ein Schaltbild,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein motorbetriebenes Stromregelventil, :; ;;;; F i g. 4 ein Schaltbild eines Steuergeräts.

Ein doppeltwirkender Arbeitszylinder 1 dient zur axialen Verschiebung eines nicht umlaufenden Bohrers 2. Die beiden Seiten des Arbeitszylinders sind 'mittels eines magnetbetätigten Vier/Dreiwegeventils 3 wechselweise an eine Pumpe 4 oder einen Vorratsbehälter 5 anzuschließen oder davon zu trennen. Zwischen dem Wegeventil 3 und dem Vorratsbehälter 5 ist ein Stromregelventil 6 in den Rücklauf eingeschaltet, dessen eine Steuerkurve aufweisendes Drosselglied 7 mittels eines Gleichstromnebenschlußmotors 8 über ein Getriebe 9 anzutreiben ist. Eine Abtriebswelle 10 des Getriebes 9 ist über einen Seiltrieb 11 mit einem Istwertpotentiometer 12 verbunden, das Bestandteil einer Meßbrücke ist, der ein nach Belieben einstellbares Sollwertpotentiometer 13 zugehört. Die Diagonalspannung der Meßbrücke ist mittels eines Steuerverstärkers 14 zu verstärken und dient zur Speisung des Getriebemotors 8, 9.

Dem Sollwertpotentiometer 13 sind noch zusätzliche Potentiometer 13' und 13" zugeordnet, die mit Schaltern 15,15' und 15" verbunden sind, wobei ein Schalter 15'" zusätzlich mit dem Potentiometer 13 verbunden ist. Die Schalter 15 bis 15'" sind mittels !eines Schaltvorsprunges 16 von der Kolbenstange des Arbeitszylinders 1 zu betätigen.

Das Sollwertpotentiometer 13 ist so eingestellt, daß durch das Stromregelventil 6 eine große Flüssigkeitsmenge hindurchfließen kann und sich somit eine schnelle Verschiebung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder 1 ergibt. Das Sollwertpotentiometer 13" ist auf geringste Durchflußmenge eingestellt und das Potentiometer 13' auf eine etwas größere Menge. Der Schalter 15 schaltet den Vorwärtsgang und der Schalter 15'" den Rückwärtsgang des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder 1. Somit ergibt sich beim Anstellen des Bohrers 2, daß beim Betätigen des Schalters 15 dieser rasch angestellt wird, bis der Schaltvorsprung 16 den Schalter 15' betätigt, wodurch sich die Anstellung des Bohrers stark verlangsamt. Der Schalter 15" ist für den Arbeitsvorschub des Bohrers 2 maßgebend, während.durch die Betätigung des Schalters 15'" der Arbeitskolben im Eilgang zurückgefahren wird.

Das Drosselglied 7 im Stromregelventil 6 ist in einer einen engen Durchlaß aufweisenden Drosselbüchse 21 drehbar gelagert und wird mittels einer Feder 22 in seiner Lage gehalten. In das Drosselglied 7 greift das abgeflachte Ende der Antriebswelle 10 ein, die eine Seilrolle 23 auf einem Bund trägt, welche mittels einer Rastverbindung drehfest mit der Antriebswelle 10 verbunden ist. Zwischen der Seilrolle .23 und. dem Getriebe 9 ist ein Axialdrucklager 24 vorgesehen.

. Der die.Seilrolle 23 mit einem Antriebsrad 25 des Istwertpotentiometers 12 verbindende Seiltrieb 11 ist über zwei Umlenkrollen 26 geführt und, wird mittels einer Spannvorrichtung gespannt gehalten, die um eine an einem unter der Wirkung einer Feder stehenden. Hebel angebrachte; Seilrolle 27 herumgeführt ist. Das Antriebsrad 25 ist durch eine durchsichtige Scheibe 28 hindurch sichtbar, so daß mittels einer "Skala und eines Zeigers die jeweilige Drehlage des Stellgliedes des Istwertpotentiometers 12 zu sehen ist. Das Seil des Seiltriebes 11. ist an seinen beiden Enden nach, mindestens teilweiser .Umschlingung der Seil-' rolle 23 an dieser befestigt. .
¹ ' Das Steuergerät 14 hat entsprechend Fig.4 einen Transformator, mit,, einer Primärwicklung 31 und mit vier Sekundärwicklungen 32 bis 35. Die erste Sekundärwicklung 32 liefert, unter Einschaltung einer Sicherung e 1, über. einen Gleichrichter G1 eine 'Hilfsspannung für den Betrieb der Sollwertpotentiometer 13, 13', und 13", welche ,Spannung ,durch einen Kondensator C1 geglättet, an den Klemmen P "und N abnehmbar ist. ' ' .

Die zweite Sekundärwicklung 33 liefert, unter Einschaltung einer Sicherung e 2 über einen Gleichrichter G 2, eine durch einen Kondensator C 2 geglättete Brückenspannung tür die aus einem der Potentiometer 13,13' oder 13" und dem Istwertpotensometer 12 gebildete Meßbrücke, welche Spannung in den Klemmen A und E abnehmbar ist.

Die dritte Sekundärwicklung 34 liefert, unter Einschaltung einer Sicherung e 2 über einen Gleichrichrichter G 3 und geglättet durch einen Kondensator C 3, eine Betriebsspannung für einen zweiteiligen, bipolaren Schaltteil mit je einem zweistufigen Verstärker, der Transistoren Tl und T 2 sowie ein. Relais d 1 einerseits und Transistoren Γ3 und TA sowie ein Relais d 2 andererseits aufweist. In einem der von dem Gleichrichter G 3 gespeisten beiden Leiter 36 und 37 liegt ein Widerstand R10. Zwischen den Leitern 36 und 37 liegt ein Widerstand R11 und eine zur Konstanthaltung der Spannung dienende Zenerdiode D1. Die Hintereinanderschaltung von je einem Gleichrichter G 6 oder G 7 und einem Widerstand R 13 oder R14 dient zur Erzeugung und Stabilisierung der Basisspannung der Transistoren T 2 und T 3.

An die zwischen dem Widerstand R13 oder R14 und dem Gleichrichter G 6 oder G 7 liegende Leitung ist über einen Widerstand R Yl oder R18 eine Basis des Transistors T 2 oder Γ 3 angeschlossen, dessen Emitter an der Leitung 37 und dessen Kollektor über einen Widerstand R12 oder R15 an der Leitung 36 liegt. Der Kollektor ist mit der Basis des Transistors Γ1 oder T 4 verbunden, dessen Emitter über einen Gleichrichter G 2 oder G 3 an die Leitung 37 und über das Relais d 1 oder d 2 an die Leitung 36 angeschlossen ist. Zwischen dem Emitter des Transistors T1 oder T 4 und dem Gleichrichter G 2 oder G 3 einerseits und der Leitung 36 andererseits liegt ein Widerstand R16 oder R19. Die Basis des Transistors T 2 ist über ein Potentiometer R 3 mit einer Brückenleitung 38 und die Basis des Transistors T 3 unmittelbar mit einer Brückenleitung 39 verbunden.

Die vierte Sekundärwicklung 35 liefert unter Einschaltung einer Sicherunge4 ebenfalls über einen Gleichrichter G 5 eine Betriebsspannung für einen Regelteil mit Transistoren Γ 5 bis T 7. Zwischen zwei durch den Gleichrichter G 5 gespeisten Leitungen 40 und 41 liegt ein Kondensator C 5 sowie ein Potentiometer R1, dessen Abgriffsleitung mit der Basis des Transistors T 6 verbunden ist und außerdem an einer Gleichspannungsseite eines Gleichrichters G 4 liegt, dessen andere Seite an den Emitter des Transistors Γ 6 angeschlossen ist. Die Wechselspannungseingangsklemmen des Gleichrichters G 4 sind mit den Leitungen 38 und 39 verbunden. In der Leitung 38 liegt vor dem Gleichrichter G 4 ein einstellbarer Widerstand R 2 und in der Leitung 39 ein elektrischer Widerstand R 9. Der Kollektor des Transistors T 6 ist an die Leitung 40 und der Emitter dieses Transistors über einen Widerstand R 4 an die Leitung 41 angeschlossen. . ....'." '.'..'

Die Basis -,des.rTransistors TS ist über einen Widerstand R 7 mit dem Emitter des Transistors T 6, der Kollektor über einen Widerstand R 8 mit der Leitung 40 und der Emitter über einen Widerstand R 5 mit der Leitung 41 verbunden. An den Emitter des Transistors TS ist außerdem die Basis des Transistors Γ 7 angeschlossen, desen. Kollektor mit der Leitung 40 und desen Emitter über einen Widerstand R 6 sowie einen dazu parallelgeschalteten zur Funkenlöschung an Kontakten dienenden Kondensator C 4 mit der Basis des Transistors Γ 5 verbunden ist.

Das Ende der Leitung 41 verzweigt sich zu je einem Ruhekontakt d 1' und d 2' der Relais d 1 und d 2. An dem Emitter des Transistors T 7 ist je ein Arbeitskontakt der Relais d 1 und d 2 angeschlossen. Die Kontakte sind über Leitungen 42 und 43 und Anschlußklemmen Z und Y mit dem Anker des als Gleichstromnebenschlußmotor eventuell mit permanenter Felderregung ausgebildeten Stellmotors 8 verbunden. Zwischen den Leitungen 42 und 43 liegt ein Widerstand R 20.

Wird die Meßbrücke beim Anschluß an einen der Sollwertpotentiometer 13,13' oder 13" verstimmt, so wird je nach Verstimmung nach der negativen oder positiven Seite eines der Relais dl oder d2 zum Ansprechen gebracht. Hierdurch wird der betreffende Kontakt d 1' oder d 2' von seiner Ruhelage in die Arbeitslage geschwenkt, wodurch der Anker des Stellmotors 8 mit der Emitterseite des Transistors T 7 verbunden wird. Da im Potentiometer R1 bereits eine Grundspannung eingestellt ist, welche der Anlaufspannung des Ankers des Stellmotors 8 entspricht, läuft dieser Stellmotor an. Die vom Potentiometer R1 herrührende Spannung dient zusammen mit dem der Einstellung des Potentiometers R 2 entsprechenden Anteil der Brückendiagonalspannung zum Steuern des Regelteiles des Verstärkers, welcher den für den Antrieb des Stellmotors erforderlichen Strom zur Verfügung stellt, wobei die Steuerspannung zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors T 6 liegt.

Der Stellmotor 8 beginnt das Drosselglied 7 zu drehen und damit die Durchflußöffnung der Drossel zu ändern. Hierbei wird das Istwertpotentiometer 12 in der Weise verstellt, daß die Brückendiagonalspannung kleiner wird. Infolge der Verringerung der Brückendiagonalspannung wird der Regelverstärker weniger ausgesteuert, wodurch der Stellmotor 8 eine kleinere Spannung erhält. Die sich drehenden Teile des Motors versuchen jedoch infolge ihres Schwungmomentes ihre Drehzahl aufrechtzuerhalten, wodurch im Motoranker eine Spannung induziert wird, welche größer als die vom Regelverstärker gelieferte Speisespannung für den Motor ist. Die am Emitter des Transistors Γ 7 liegende Spannung ist also höher als die an der Basis liegende Spannung, welche der von der Meßbrücke augenblicklich gelieferten Spannimg entspricht. Der Transistor Γ 7 wird dadurch gesperrt, so daß kein Strom vom Kollektor zum Emitter und damit zum Stellmotor8 fließen kann. Die induzierte Gegenspannung treibt durch den Widerstand R 20 und den Anker einen Strom hindurch, wodurch der Stellmotor 8 abgebremst wird. ; " .

Wird der Stellmotor zu stark abgebremst, darm verringert sich die im Anker induzierte Spannung. Liegt nun an der Basis des Transistors T 7 eine höhere Spannung als. an seinem Emitter, so liefert der Regelverstärker wieder eine antreibende Spannung für den Motor, die in ihrer Größenordnung jedoch kleiner ist als die Spannung zu Beginn des Abgleiches der Meßbrücke und dem augenblicklichen Stande des Abgleiches entspricht. In dieser Weise wird die Drehzahl des Stellmotors 8 der sich

verkleinernden Diagonalspannung der Meßbrücke angepaßt. Kurz vor dem vollständigen Abgleich wird die Ansprechspannung des Schaltteiles unterschritten, und das angezogene Relais dl oder dl fällt ab. Hierdurch wird unter Trennung des Stellmotors vom Regelteil dessen Anker kurzgeschlossen, so daß der Motor vollends zum Stillstand kommt.

Wird das andere Relais d 1 oder d 2 betätigt, so läuft der Stellmotor 8 in Gegenrichtung.

Der Regelteil des Steuergeräts 40 liefert also eine für die Grunddrehzahl des Stellmotors 8 ausreichende, einstellbare, feste Anlaufspannung, welcher eine der Größe der Brückendiagonalspannung proportional verstärkte Spannung überlagert ist. Im Zusammenwirken mit dem Gleichstromnebenschlußmotor liefert der Regelverstärker eine angenähert logarithmische Regelfunktion, wodurch sehr kurze Stellzeiten von z. B. 0,5 Sekunden bei äußerst geringem Endfehler von z. B. 0,5 °/o erreicht werden. Der Schaltteil weist eine bipolare Gegentakteingangsstufe auf, welche eine einstellbare Ansprechspannung von einigen Millivolt hat und je nach dem Vorzeichen der Brückendiagonalspannung eines der Relais d 1 oder d 2 zum Ansprechen bringt. Beim Verbinden des Motors mit dem Regelverstärker mit Hilfe eines der Relais läuft der Motor sofort an.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 209 535/116

Claims (4)

1 2 motors in Ruhelage der beiden Relais kurzgeschlos- Patentansprüche: sen ist. Eine solche Vorrichtung ist bekannt aus den

1. Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen »Brown Boveri Mitteilungen«, 1957, S. 491.
Stellmotors, insbesondere eines Gleichstrom- 5 Bei dieser bekannten, als Servoregelgerät bezeichnebenschlußmotors an einem Durchflußregelven- neten Vorrichtung dient die Verstärkerschaltung austil für einen hydraulisch betätigbaren Arbeitszy- schließlich zum Betätigen zweier Relais. Durch Belinder, mit.Hilfe einer elektrischen Meßbrücke, tätigen eines dieser Relais wird einem Gleichstromin deren einem Zweig ein einstellbarer Sollwert- nebenschlußmotor die volle Betriebsspannung zugeber und in deren anderem Zweig ein von der io geführt. Das bekannte Gerät hat somit nur einen Winkeleinstellung der Antriebswelle/des Stell- Schaltteil für das Schalten der beiden Relais,
motors abhängiger Istwertgeber liegt und bei der Es ist auch bekannt, einen als Stellmotor dienenje ein Relais abhängig vom Vorzeichen der durch den Gleichstromnebenschlußmotor unmittelbar

. einen Verstärker verstärkten Brückendiagonal- durch die verstärkte Diagonalspannung einer Meßspannung betätigbar ist und bei der der Anker 15 brücke anzutreiben, wobei der Motor von einer des Stellmotors in Ruhelage der beiden Relais Drehrichtung durch den Nulldurchgang auf die ankurzgeschlossen ist, dadurch gekenn- dere Drehrichtung gesteuert wird. Hier wird jedoch zeichnet, daß der Verstärker(14) einen beim Nulldurchgang der für den Stellmotor erfor-Spannungsregler (T 5 bis T 7). aufweist, mit dem derliche volle Betriebsstrom nur mit Schwierigkeider Anker des Stellmotors (8) mittels der Relais 20 ten erreicht, so daß im Bereich des Nulldurchganges (d 1, d 2) verbindbar ist, daß die am Anker des keine exakte Steuerung möglich ist (»Brown Boveri Stellmotors (8) anlegbare Spannung so regelbar Mitteilungen«, 1957, S. 490).

ist, daß der Spannungsregler (Γ 5 bis Tl) stets Es ist weiterhin eine Fernsteuerung mit Folgeeine für den Anlauf des Stellmotors ausreichende regelung bekannt, bei der Ist- und Sollwertgeber Bespannung liefert, und daß dieser Spannung eine 25 standteile einer Meßbrücke, sind. Bei einer Verstimder Brückendiagonalspannung entsprechende, _mung der Brücke werden Relais betätigt, wodurch proportional verstärkte Spannung überlagert ist. die volle Betriebsspannung an den Stellmotor ange-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- legt wird. Eine der Verstimmung der Meßbrücke entkennzeichnet, daß die für den Anlauf des Stell- , sprechende Steuerung der Betriebsspannung ist motors (4) ausreichende Spannung an einem 30 nicht vorgesehen. Damit der Antriebsmotor infolge Potentiometer (R 1) und die der Brückendiago- des Schwungmomentes seiner sich drehenden Teile nalspannung entsprechende, proportional ver- nicht zu weit über den eingestellten Haltepunkt hinstärkte Spannung an einem Widerstand (R 2) ein- ausläuft, kann der Stellmotor nur mit geringer Drehstellbar sind, zahl betrieben werden (USA.-Patentschrift

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 35 2 508 162).

kennzeichnet, daß parallel zum Anker des Stell- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine motors (8) ein entsprechend bemessener elek- Vorrichtung zu schaffen, bei welcher für den Antrieb trischer Widerstand (R 20) liegt, durch den ein des Stellmotors stets eine Grundspannung zur Verbremsender Strom hindurchfiießt, sobald bei fügung steht, der die Steuerspannung überlagert ist, einem in Betriebslage befindlichen Relais (d 1, 40 so daß auch im Nulldurchgang eine sehr genaue d2) die beim Umlauf des Ankers in ihm indu- Steuerung möglich ist. Diese Aufgabe wird gemäß zierte, am Emitter des Ausgangstransistors (Γ 7) der Erfindung dadurch gelöst, daß der Verstärker liegende Spannung höher ist als die an der Basis einen Spannungsregler aufweist, mit dem der Anker des Ausgangstransistors liegende Spannung des des Stellmotors mittels der Relais verbindbar ist, Regelteiles. 45 daß die am Anker des Stellmotors anlegbare Span-

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehen- nung so regelbar ist, daß der Spannungsregler stets den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine für den Anlauf des Stellmotors ausreichende mehrere fest eingestellte Sollwertpotentiometer Spannung liefert, und daß dieser Spannung eine der (13,13', 13") vorgesehen sind, von denen jeweils Brückendiagonalspannung entsprechende proportioeines nach Belieben in die Brückenschaltung ein- 50 nal verstärkte Spannung überlagert ist.

schaltbar und aus dieser ausschaltbar ist. Der Regelverstärker erzeugt im Zusammenwirken

mit dem Gleichstromnebenschlußmotor eine ange-

----- nähert logarithmische Regelfunktion, durch welche

—— . :-·,·■ sehr kurze Stellzeiten bei äußerst geringem Endfeh-

■■■--■··· 55 ler erreicht werden. Der Schaltteil ist als bipolare

Gegentakteingangsstufe ausgebildet, welche eine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung einstellbare geringe Ansprechspannung hat. Bei der zum Steuern eines elektrischen Stellmotors, insbe- Verbindung des Regelverstärkers mit dem Stellmotor sondere eines Gleichstromnebenschlußmotors an über eines der Relais läuft dieser Motor sofort an, einem Durchflußregelventil für einen hydraulisch be- 60 wobei seine Drehrichtung vom jeweils betätigten tätigbaren Arbeitszylinder, mit Hilfe einer elek- Relais abhängt. Bei ausgeglichener Brücke sind trischen Meßbrücke, in deren einem Zweig ein ein- beide Relais abgefallen. Der Stellmotor wird stillstellbarer Sollwertgeber und in deren anderem Zweig gesetzt und durch die Ruhekontakte der Relais kurzein von der Winkeleinstellung der Antriebswelle des geschlossen.

Stellmotors abhängiger Istwertgeber liegt und bei 65 Dient zum Verstärken der zur Speisung des Moder je ein Relais abhängig vom Vorzeichen der durch tors, insbesondere Gleichstromnebenschlußmotors, einen Verstärker verstärkten Brückendiagonalspan- verwendeten Brückenspannung ein proportional wirnung betätigbar ist und bei der der Anker des Stell- kender Verstärker, so treten folgende Nachteile auf: