DE1588961B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vergleichsanordnung zur Erzeugung eines Steuersignals, dessen Amplitude ein Maß für die Phasendifferenz zwischen einem ersten und einem zweiten Signal ist, insbesondere zur Steuerung des synchronen Laufs zweier Motoren, mit einem Vergleicher zur Erzeugung eines Phasensignals, dessen Dauer eine Funktion der Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal ist und das eine Toranordnung steuert, die für die Dauer des jeweiligen Phasensignals Impulse vorbestimmter Folgefrequenz hindurchläßt, welche die Erzeugung des Steuersignals mittels eines Digital-Analog-Umsetzers steuern.

Eine nach diesem Prinzip arbeitende Anordnung ist bekannt durch die Zeitschrift »Industrie-Anzeiger, Essen«, 85. Jahrgang, (1963), Nr. 8, S. 22 bis 25. Bei ihr werden mittels induktiver Wandler an zwei Motoren Signale erzeugt, die über einen ihnen gemeinsamen Kanal verstärkt werden und ein Ausgangssignal erzeugen, welches in seiner Länge dem zu messenden Phasenunterschied entspricht, jedoch hinsichtlich seiner Richtung noch besonders ausgewertet werden muß. Hierzu ist bei der bekannten Anordnung eine besondere Hilfsspannung erforderlich. Erst durch diese Hilfsspannung erhält man die Regelabweichung hinsichtlich Amplitude und Vorzeichen. Diese Auswertung des Meßsignals hinsichtlich seiner Richtung erfolgt jedoch erst innerhalb einer Hintereinanderschaltung eines Diodentors, einer Mittelwertstufe und einer Vergleichsstufe.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vergleichsanordnung der eingangs genannten Art so zu schaffen, daß das Steuersignal bei geringerem Schaltungsaufwand noch genauer erzeugbar ist.

Bei einer Vergleichsanordnung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Vergleicher einen ersten Eingang für das erste und einen zweiten Eingang für das zweite Signal aufweist, die jeweils mit dem Setzeingang eines ihnen individuell zugeordneten Speichers über ein logisches Verknüpfungsglied und mit dem Löscheingang des jeweils anderen Speichers unmittelbar verbunden sind, wobei ein zweiter Eingang jedes logischen Verknüpfungsgliedes mit dem den einen Schaltzustand angebenden Ausgang des jeweils anderen Speichers verbunden ist, daß die Toranordnung je ein mit dem den anderen Schalzustand angebenden Ausgang je eines Speichers verbundenes weiteres logisches Verknüpfungsglied aufweist, deren zweiten Eingänge die Impulse zugeführt sind, und daß die Ausgänge dieser weiteren logischen Verknüpfungsglieder mit unterschiedlichen Zählrichtungseingängen eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers verbunden sind, der seinerseits mit dem Digital-Analog-Umsetzer verbunden ist.

Ein Vergleicher der bei der Erfindung verwendeten Art ist im Prinzip durch »Digitale Signalverarbeitung in der Regelungstecknik«, VDE-Buchreihe, Band 8 (1962), insbes. S. 51, Bild 10 a, an sich bekannt. Es wird deshalb nur Schutz für die Kombination zum Zwecke des Phasenvergleichs beansprucht. Die Vorteile der neuen Vergleichsanordnung bestehen im wesentlichen darin, daß die Vergleichsanordnung die z.B. von zu überwachenden Motoren gelieferten Signale getrennt hinsichtlich deren Richtung empfängt und sie in jeweils einem besonderen Kanal als Öffnungssignale für zwei UND-Gatter aufbereitet, die die Impulssignale eines Taktgenerators auf einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler leiten. Dieser enthält also jeweils einen Zählerstand, in dem die Richtung der Phasensignale bezüglich einer Voreilung oder Nacheilung automatisch bereits erfaßt ist. Es ist keine besondere Kontaktspannungsquelle erforderlich, die im Sinne genauer Meßergebnisse eine hochkonstante Spannung liefern muß. Der Zählerstand des Zählers dient zur Ansteuerung eines Digital-Analog-Umsetzers, der unmittelbar das Steuersignal liefert, welches in seiner Amplitude ein Maß für die frei zu wählende vorgegebene Solldrehzahl und für die Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal ist.

Die Hintereinanderschaltung eines Zählers mit einem Digital-Analog-Umsetzer ist an sich bereits durch die Zeitschrift »ETZ-A«, Band 82, Heft 18 (1961), S. 574 bis 579 bekannt.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung an Hand der Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung, bei der die Erfindung benutzt wird, und

Fig. 2 zeigt schematisch eine Vergleichsanordnung gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung enthält einen Motor 1, der in der folgenden Beschreibung als Hauptmotor bezeichnet wird. Ihm wird aus einer Spannungsquelle 2 Energie zugeführt. Ein als Hauptsynchronisierungssignal bezeichnetes Synchronisierungssignal wird beispielsweise von der Fotozelle 3 erzeugt, die eine am Haupttor angebrachte Markierung IA anzeigt. Dieses Hauptsynchronisierungssignal wird einem Eingang einer Vergleichsanordnung 4 zugeführt, der außerdem ein als Nebensynchronisierungssignal bezeichnetes Synchronisierungssignal von der Fotozelle 5 zugeführt wird, die eine am als Nebenmotor bezeichneten Motor 5 angebrachte Markierung 6 A anzeigt. Die Vergleichsanordnung vergleicht die Phasenunterschiede zwischen dem Haupt- und dem Nebensynchronisierungssignal und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal, das die für den Nebenmotor 6 zum synchronen Betrieb mit dem Hauptmotor 1 erforderliche Geschwindigkeit anzeigt. Durch das Ausgangssignal der Vergleichsanordnung wird der Spannungspegel an der Eingangsklemme des Multivibrators 8, der ein üblicher astabilder Multivibrator ist, geändert. Eine Änderung der Eingangsspannung dieses Multivibrators 8 bewirkt eine entsprechende Änderung seiner Arbeitsfrequenz. Die Ausgangssignale des Multivibrators 8 werden durch einen üblichen Nebenstromantriebsverstärker 9 verstärkt und dem Nebenmotor 6 als Speisespannung zugeführt. Man erkennt, daß die Frequenz des Multivibrators 8 derart durch die Phasenlage zwischen den beiden Motoren gesteuert wird, daß der Nebenmotor 6 in Phase mit dem Hauptmotor 1 arbeitet. Die in F i g. 1 durch gestrichelte Umrandung 11 umschlossenen Anordnungen werden von der Spannungsquelle 12 gespeist.

Vor der Beschreibung der in F i g. 2 dargestellten Anordnung werden gewisse Bezeichnungen und Grundsätze festgelegt. Die in der Anordnung gemäß Fig. 2 als Speicher benutzten Flip-Flops werden von positiven Impulsen gesetzt und zurückgestellt. Als positiver Impuls wird ein Wechsel von einem positiven Potential eines Pegels zu einem mehr positiven Potential definiert. Entsprechend wird unter einem negativen Impuls der Wechsel von einem positiven Potential zu einem gegenüber diesem negativen Potential verstanden. Diese Flip-Flops befinden sich zu Beginn des Betriebes im zurückgestellten Zustand. Die als logische Verknüpfungsglieder verwendeten UND-Gatter erzeugen bei Koinzidenz zweier Eingangssignale hohen Pegels ein Ausgangssignal hohen Pegels. Beispiele für die in der Schaltung gemäß Fig. 1 zu verwendenden Flip-Flops finden sich in Harmon Kardons Veröffentlichungen »Digital Logic«, Katalog-Nr. 515. Die UND-Gatter sind von üblicher Bauart und beispielsweise ebenfalls in dem genannten Katalog beschrieben.

F i g. 2 zeigt die in F i g. 1 enthaltene Vergleichsanordnung 4. Wie in der Beschreibung zu Fi g. 1 ge sagt, nimmt sie zwei Eingangssignale auf, nämlich das Hauptsynchronisierungssignal und das Nebensynchronisierungssignal. In Fig. 2 wird das Nebensynchronisierungssignal über einen ersten Eingang 22 sowohl einem Eingang des UND-Gatters 20 als auch dem Rückstelleingang des Flip-Flops 24 zugeführt. Der andere Eingang des UND-Gatters 20 ist direkt mit dem »1«- oder Setzausgang des Flip-Flops 24 verbunden. Da sich das Flip-Flop 24 zu Anfang im

ίο zurückgestellten Zustand befindet, ermöglicht es der mit dem »!«-Ausgang dieses Flip-Flops verbundenen Eingang des UND-Gatters 20, daß ein zugeführtes Nebensynchronisierungssignal zum Setzen des Flip-Flops 26 durch das UND-Gatter 20 gelangt. Ist das Flip-Flop 26 gesetzt, so ist der direkt mit dem »1«- Ausgang dieses Flip-Flops 26 verbundene Eingang des UND-Gatters 28 unwirksam gemacht. Gleichzeitig mit dem Unwirksammachen dieses Eingangs des UND-Gatters 28 tritt am »0«-Ausgang des Flip-Flops 26 ein Betätigungssignal auf, das einen Eingang einer zur Toranordnung gehörenden UND-Gatters 30 aktiviert. Ihr anderer Eingang ist mit dem Augsang eines üblichen Taktimpulsgenerators 32 verbunden. Während des aktivierten Zustandes gelangt durch das UND-Gatter eine bestimmte Anzahl von Taktimpulsen vom Generator 32 zu einem Eingang eines üblichen Vonvärts-Rückwärts-Zählers 36. Die Anzahl der durch das UND-Gatter 30 gelangten Impulse wird durch die Länge des Betätigungssignals vom Flip-Flop 26 und die Impulsfolgefrequenz des Taktimpulsgenerators 32 bestimmt.

Dieses Betätigungssignal wird durch den Empfang eines Hauptsynchronisierungssignals an dem zweiten Eingang 34 der Vergleichsanordnung 4 beendet. Da der andere Eingang des UND-Gatters 28 durch den Setzzustand des Flip-Flops 26 gesperrt ist gelangt das Hauptsynchronisierungesignal nicht durch das UND-Gatter 28. Das Hauptsynchronisierungssignal stellt jedoch das Flip-Flop 26 zurück, wodurch das Betätigungssignal für das UND-Gatter 30 beendet wird. Bei Beendigung dieses Betätigungssignals gelangen keine Taktimpulse mehr durch das UND-Gatter 30, und ein Synchronisierungszyklus ist beendet.
Aus der Beschreibung des Zusammenwirkens zwisehen den UND-Gattern 20 und 28 und den Flip-Flops 24 und 26 geht hervor, daß die Zeitspanne, während der das Flip-Flop 26 im Setzzustand ist, der Zeitspanne zwischen dem Eintreffen des Neben- und des Hauptsynchronisierungssignals an den Eingängen 22 und 34 entspricht.

Die im Setzzustand des Flip-Flops 26 durch das UND-Gatter 30 gelangten Impulse werden zur Zählung in einer Richtung, die beispielsweise als Rückwärtsrichtung bezeichnet wird, dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 36 zugeführt. Der erreichte Zählerstand ist eine Funktion der Impulsfolgefrequenz des Taktimpulsgenerators 32 und der Dauer des Setzzustandes des Flip-Flops 26. In Abhängigkeit eines im Zähler 36 gespeicherten Zählerstandes reagiert ein Digital-Analog-Umsetzer 38 von üblicher Bauart und setzt diesen in ein entsprechendes an seinem Ausgang 40 auftretendes Analogsignal um.

Wei in der Beschreibung zu F i g. 1 erklärt, dient das Ausgangssignal am Ausgang 40 als Kompensationsspannung zur Steuerung der Arbeitsfrequenz des Multivibrators 8, wodurch die Geschwindigkeit des Nebenmotors 6 gesteuert wird.

In dem beschriebenen speziellen Fall trifft das Ne-

bensynchronisierungssignal vor dem Hauptsynchronisierungssignal ein, und der Zählerstand des Zählers 36 erzeugt eine Kompensationsspannung am Eingang des Multivibrators 8, durch die die Geschwindigkeit des Nebenmotors 6 verringert wird, so daß er in Synchronismus mit dem Hauptmotor 1 kommt.

In dem Fall, in dem das Hauptsynchronisierungssignal vor dem Nebensynchronisierungssignal eintrifft, erfolgt der Vorgang ähnlich wie an Hand von Fig.2 erklärt. Beim Empfang des Hauptsynchronisierungssignals wird jedoch das Flip-Flop 24 gesetzt und verbleibt in diesem Zustand, bis es vom Nebensynchronisierungssignal zurückgestellt wird. Während des Setzzustandes dieses Flip-Flops 24 gelangt eine entsprechende Anzahl von Taktimpulsen vom Taktimpulsgenerator 32 durch ein ebenfalls zur Torschaltung gehörendes UND-Gatter 42. Diese Taktimpulse gelangen an den anderen Eingang des Zählers 36 und bewirken eine Zählung entgegengesetzt zur Richtung der Zählung mit Hilfe des UND-Gatters 30 so oder in Vorwärtsrichtung. Auf diese Weise erzeugt der Digital-Analog-Umsetzer 38 eine Spannung zur Vergrößerung der Geschwindigkeit des Nebenmotors 6, so daß dieser in Synchronismus mit dem Hauptmotor 1 kommt. »5

Arbeiten der Haupt- und der Nebenmotor in Synchronismus, so setzen das Haupt- und das Nebensynchronisierungssignal die beiden Flip-Flops 24 und 26 und stellen sie gleichzeitig zurück. Vorzugsweise verbleiben die Flip-Flops im Ruhezustand. Erfolgt in den UND-Gattern 20 und 28 eine Verzögerung, so kann diese zur Sicherstellung des gewünschten Ergebnisses ausgenutzt werden, so daß der Zustand des Zählers 36 unverändert bleibt.

Jeder Zählerstand des Zählers 36 kennzeichnet eine andere Geschwindigkeit des Nebenmotors. Ist dieser Zählerstand eingestellt, so wird die Geschwindigkeit des Nebenmotors 6 über den Digital-Analog-Umsetzer 38 und den astabilen Multivibrator 8 entsprechend dem Zählerstand geregelt. Ist die Geschwindigkeit des Nebenmotors gegenüber der des Hauptmotors zu langsam oder zu schnell, so zeigt die Vergleichsanordnung 4 diesen Unterschied an und bewirkt durch den Zählerstand des Zählers 36 eine diesem entsprechende Änderung der Geschwindigkeit des Nebenmotors.

Da jeder Zählerstand einer anderen Geschwindigkeit des Nebenmotors entspricht, kann die Genauigkeit dieses Synchronisierungssystems durch Änderung der Impulsfolgefrequenz des Taktimpulsgenerators 32 eingestellt werden. Durch eine höhere Frequenz erhält man eine größere Genauigkeit, da eine größere Abstufung der Geschwindigkeiten des Nebenmotors möglich ist.
Die Kapazität des Zählers muß in Abhängigkeit von der Impulsfolgefrequenz und der maximal möglichen Phasendifferenz geändert werden.

Obwohl in dem Ausführungsbeispiel ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler beschrieben wurde, können zur Erzielung komplementärer Zählerstände in Abhängigkeit von den durch die UND-Gatter 30 und 42 gelangten Impulsen auch zwei übliche in einer Richtung zählende Zähler verwendet werden. In diesem Fall wird jeder Zähler für sich derart mit dem Digital-Analog-Umsetzer verbunden, daß diesem ein dem absoluten Zählerstand entsprechendes Signal zugeführt wird.

Der Digital-Analog-Umsetzer 38 kann beispielsweise eine Anzahl von Parallelschaltungen aus Widerständen und Dioden enthalten, von denen jede eine bestimmte Stellung des Zählers 36 überwacht. Der Widerstand jedes Parallelzweiges ist auf die Anzeige eines bestimmten Zählerstandes abgestimmt. Beispielsweise aktiviert ein hoher Zählerstand die mit einem großen Widerstand verbundene Diode, während ein niedriger Zählerstand einem entsprechend kleineren Widerstand zugeordnet ist.

Die Überwachung der verschiedenen Zählerstel- V lungen durch den Digital-Analog-Umsetzer 38 kann dauernd erfolgen. Dann wird eine Integrieranordnung zur Erzeugung eines Mittelwertes der Reihe von aufeinanderfolgenden Zählerständen des Zählers 36 oder eines Mittelwertes der Analogsignale des Digital-Analog-Umsetzers 38 benutzt.

Dem Fachmann ist die Verwendung von logischen Verknüpfungsgliedern, beispielsweise UND-Gattern, an den Ausgängen des Zählers zur diskreten Anzeige des Zählerstandes jeweils nur beim Speichern eines den Phasenzustand kennzeichnenden Zählerstandes bekannt. Die anderen Eingänge dieser logischen Verknüpfungsglieder können beispielsweise über ein ODER-Gatter miteinander verbunden sein, über welche die das Ende einer Phasendifferenzbestimmung anzeigende Rückstellung des jeweiligen Flip-Flops 24 oder 26 überwacht wird.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es können beispielsweise einzelne Teile durch andere diesen äquivalente ersetzt werden. Beispielsweise können die Ιο- ι gischen Verknüpfungsglieder durch andere Kombinationen mit gleicher Funktion wie die in F i g. 2 gezeigte Anordnung ersetzt werden.

Statt eines Synchronmotors kann selbstverständlich auch irgendein anderer Motor verwendet werden, dessen Geschwindigkeit von der Frequenz der Speisespannung des Motors abhängt.

Die Phasenvergleichs- und Steueranordnung gemäß Fig. 2 kann außer im Zusammenhang mit einem Motorsynchronisierungssystem auch in anderen Systemen verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vergleichsanordnung zur Erzeugung eines Steuersignals, dessen Amplitude ein Maß für die Phasendifferenz zwischen einem ersten und einem zweiten Signal ist, insbesondere zur Steuerung des synchronen Laufs zweier Motoren, mit einem Vergleicher zur Erzeugung eines Phasensignals, dessen Dauer eine Funktion der Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal ist und das eine Toranordnung steuert, die für die Dauer des jeweiligen Phasensignals Impulse vorbestimmter Folgefrequenz hindurchläßt, welche die Erzeugung des Steuersignals mittels eines Digital-Analog-Umsetzers steuern, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (20, 22, 24, 26, 28, 34) einen ersten Eingang (22) für das erste und einen zweiten Eingang (34) für das zweite Signal aufweist, die jeweils mit dem Setzeingang eines ihnen individuell zugeordneten Speichers (24, 26) über ein logisches Verknüpfungsglied und mit dem Löscheingang des jeweils anderen Speichers unmittelbar verbunden sind, wobei ein zweiter Eingang jedes logischen Verknüpfungsgliedes mit dem den einen Schaltzustand angebenden Ausgang des jeweils anderen Speichers verbunden ist, daß die Toranordnung (30, 42) je ein mit dem den anderen Schaltzustand angebenden Ausgang je eines Speichers verbundenes weiteres logisches Verknüpfungsglied aufweist, deren zweiten Eingängen die Impulse zugeführt sind, und daß die Ausgänge dieser weiteren logischen Verknüpfungsglieder mit unterschiedlichen Zählrichtungseingängen eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers (36) verbunden sind, der seinerseits mit dem Digital-Analog-Umsetzer (38) verbunden ist.

2. Vergleichsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal aus die Winkelstellung und die Drehgeschwindigkeit eines Hauptmotors (1) anzeigenden periodischen Hauptsynchronisierungsimpulsen besteht, während das zweite Signal aus die Winkelstellung und die Drehgeschwindigkeit eines Nebenmotors (6) anzeigenden Nebensynchronisierungsimpulsen besteht und daß zur wahlweisen Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Nebenmotors (6) eine mit dem Ausgang (40) des Digital-Analog-Um-. setzers (38) verbundene Spannungsquelle änderbarer Frequenz vorgesehen ist.