DE1763437B2 - Einrichtung zur geschwindigkeitsregelung durch erzeugung eines gleichstromsignals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung durch Erzeugung eines Gleichstromsignals gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DT-AS 1193150 ist eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl für einen elektromotorischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb bekannt, bei der ein monostabiler Multivibrator durch nadeiförmige Impulse erregt wird. Die Frequenz der Ausgangsimpulse des Multivibrators unterscheidet sich von der durch einen Frequenzgenerator gelieferten, der IST-Drehzahl proportionalen Frequenz nur um einen Multiplikationsfaktor, während die Breite dieser Impulse von der Form und Amplitude der Frequenzsignale des Frequenzgenerators vollständig unabhängig ist. Diese Impulse des Multivibrators werden zu einem Bandfilter geführt, das auf eine der Solldrehzahl zugeordnete Durchlaßfrequenz abgestimmt ist, die ein Vielfaches der höchsten Impulsfrequenz des Impulsgenerators beträgt Dieser Druckschrift läßt sich also nur entnehmen, daß zur Verarbeitung der Signale, die zur Geschwindigkeitsregelung erforderlich sind, ein monostabiler Kreis herangezogen werden kann.

Zur Zeit werden verschiedene frequenzempfindliche Schaltungsanordnungen (Wiensche Brücken, Resonanzkreise, die auf zwei zu beiden Seiten der Sollfrequenz liegende Frequenzen abgestimmt sind) verwendet, wobei die Stromversorgung durch einen Tachogenerator auf Permanentmagnet-Basis erfolgt.

Solche Detektorkreise haben im allgemeinen den Nachteil, daß eine Versorgung mit relativ hoher Leistung erforderlich ist Verwendet man zur Versorgung einen permanent-magnetischen Generator, so läßt sich zwar diese Schwierigkeit beheben; andererseits sind jedoch in diesem Fall bei Maschinen mit niedriger Drehzahl relativ aufwendige Schaltungseinrichtungen mit großen Abmessungen erforderlich, so daß die Herstellungs- und Wartungskosten zu hoch werden.

Eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung durch Erzeugung eines Gleichstromsignals der angegebenen Gattung ist aus der DT-AS 10 77 307 bekannt. Dabei werden durch ein UND-Glied bei gleichzeitigem Vorhandensein von zwei bestimmten Signalen Kommandoimpulse erzeugt. Die Kommendoimpulse werden durch die Differenz zwischen dem Ausgangssignal einer fremdgesteuerten Kippstufe und einem Signal gebildet, das komplementär zu dem Ausgangssignal einer monostabilen Kippstufe ist. Ein außerdem vorgesehenes UND-Glied gibt keine Ausgangsspannung ab, da die Ausgangsspannung der monostabilen Kippstufe und die Signalspannung niemals gleichzeitig einen Signalwert aufweisen.

Wenn die Halbperiodendauer der Schlupffrequenz kleiner als die eingestellte Kipplänge der monostabilen Kippstufe ist, ergibt sich der umkehrte Ablauf, so daß das erste UND-Glied keine Ausgangsspannung erzeugt und nur das zweite UND-Glied Stellimpulse abgibt.

Die fremdgesteuerte Kippstufe erzeugt eine rechteckförmige Signalspannung, die einerseits von der monostabilen Kippstufe und andererseits in einer Umkehrstufe empfangen wird, so daß zwei Signalwege entstehen; in dem zweiten UND-Glied wird das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe mit dem Ausgangssignal der Umkehrstufe zusammengesetzt. Es sind also zwei Signalwege für die Zuführung von Signalspannungen zu dem zweiten UND-Glied erforderlich; da die Funktionsweise der bekannten Einrichtung davon abhängt, ob die Halbperiodendauer kleiner oder größer als die eingestellte Kipplänge der monostabilen Kippstufe ist, werden außerdem zwei weitere Signalwege für die Zuführung der Signalspannungen zu dem ersten UND-Glied benötigt.

Diese bekannte Einrichtung hat also einen sehr komplizierten Aufbau, da in Abhängigkeit von der Halbperiodendauer der Schlupffrequenz jeweils zwei verschiedene Signalwege angesteuert werden müssen, womit das jeweils zugeordnete UND-Glied entsprechende Kommandoimpulse erzeugen kann. Diese Aufteilung der Signalbahnen und die anschließende Zusammenfassung in Abhängigkeit von der Halbperiodendauer an einem bestimmten UND-Glied ist jedoch sehr aufwendig und erfordert eine Reihe von logischen Schaltungen für die einzelnen Funktionen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, die trotz eines einfachen Aufbaus bei allen auftretenden

Halbperiodendauern die Frequenzabweichung des zu steuernden Organs sehr genau angibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere auf folgender Funktionsweise: das von dem monostabilen Kreis gelieferte geeichte Signal steuert einen Leistungskreis an, der Rechtecksignale erzeugt, deren Amplitude eine Funktion der Versorgungsspannung und deren Pulsfrequenz proportional zu der Frequenz des Organs ist Diese Rechtecksignale werden auf einen Integrationskreis gegeben, der eine zur Frequenz des Organs proportionale mittlere Spannung erzeugt. Diese mittlere Spannung ist entgegengesetzt zu einer der Sollfrequenz entsprechenden Bezugsspannung; die sich ergebende Spannung wird so gefiltert, daß ein Gleichstromsignal entsteht, das der Frequenzabweichung in Bezug auf die Sollfrequenz proportional ist.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung spielt also die Halbperiodendauer der abgetasteten Frequenz keine Rolle, sondern es wird eine einzige Gleichspannung nach der Integration des einzigen Ausgangssignals der monostabilen Kippstufe erhalten; diese mittlere Spannung wird mit einer Gleichspannung verglichen, die der Sollfrequenz entspricht, um ein Korrektur-Gieichstromsignal zu gewinnen, das der Frequenzabweichung proportional ist. Damit läßt sich dann jeweils die gewünschte Regelung auf den Sollwert durchführen.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung ist also kein Frequenzvergleich zwischen den Signalen mehrerer Signalbahnen erforderlich, sondern es wird nur jeweils ein Signal verarbeitet und schließlich mit einer Bezugsspannung verglichen, die der Sollfrequenz entspricht; die sich ergebende Spannung wird in Filtern gefiltert, um die störenden Wellen auszuscheiden, so daß schließlich ein Gleichstromsignal erhalten wird, das proportional zur Frequenzabweichung in bezug auf die Sollfrequenz ist.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn die synchronisierten Impulse bei jedem Nulldurchgang der periodischen Welle entsprechend der Frequenz des Organs, dessen Geschwindigkeit gesteuert wird, erzeugt werden, da sich auf diese Weise die Steuerfrequenz des monostabilen Kreises in Bezug auf die Grundfrequenz verdoppeln läßt. Dadurch vereinfacht sich wiederum die Filterung zur Gewinnung des Gleichstromsignals, und die Ansprechzeit des Kreises wird geringer.

Das geeichte, von dem monostabilen Kreis gelieferte 5" Signal sollte einen durch eine Versorgungsquelle gebildeten Leistungskreis ansteuern, wobei die Versorgungsquelle ihre Leistung über eine gesteuerte Diode an einen Widerstand abgibt. Die Diode wird durch eine Vorspannung gesperrt oder leitend gemacht, die über einen von dem monostabilen Kreis gesteuerten Transistor geliefert wird. Um eine Nullabweichung der Spannung als Funktion der Amplitude dieser Versorgungsspannung zu vermeiden, sollte für die Gegenspannung ein Bruchteil der Versorgungsspannung des Leistungskreises genutzt werden.

Als Alternative hierzu kann ein zweiter monostabiler, dem ~rsten entsprechender, jedoch durch ein Frequenznormal zur Lieferung einer der Sollfrequenz entsprechenden Bezugsspannung gesteuerter Kreis vorgesehen werden, wobei durch Vergleich dieser beiden Spannungen am Ausgang das der Freuquenzabweichung in Bezug auf die Sollfrequenz proportionale Gleichstromsignal erhalten wird. Diese Lösung hat den Vorteil, daß sich Abweichungen bzw. Fluktuationen dieser beiden, einander entgegengesetzt geschalteten Kreise kompensieren, da sie jeweils einen identischen Aufbau haben. Das Ausgangssignal schwankt also nur in einem sehr kleinen Bereich in Abhängigkeit von winzigen Änderungen der Eigenschaften der Bauelemente.

Der so gebildete Kreis kann zur Synchronisierung der Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung benutzt werden, wenn das Signal des Frequenznormals vor dem Anschluß durch die Frequenz der Netzspannung ersetzt wird, an die die Schaltung angeschlossen werden soll.

Dadurch wird also der erste monostabile Kreis durch die Impulse gesteuert, während der zweite monostabile Kreis über das Netz gesteuert wird. Die Abweichung zwischen diesen beiden Frequenzen bestimmt die Fehlerspannung am Ausgang des frequenzempfindlichen Schaltungsteils und steuert die Einrichtung so, daß die beiden Frequenzen auf denselben Wert gebracht werden, bevor die Phasen miteinander verglichen werden.

Im folgenden werden zwei Ausführungsformen gemäß der Erfindung beispielshalber anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

F i g. 1 einen Kreis gemäß der Erfindung;

F i g. 2 eine Variante des Kreises.

Zunächst sei die F i g. 1 näher erläutert. Das Wechselsignal 1 der periodischen Welle, dessen Frequenzabweichung zur Sollfrequenz gemessen werden soll, wird in einen Kreis zur Signalformung gegeben, welcher einen Umformer 2 und einen Adapter 3 aufweist, und welcher es gestattet, eine Rechteckwelle 4 zu erhalten Der Umformer 2 ist durch eine Kippstufe gebildet, deren Vorspannung genügend stabil ist, um die Schaltung bei einem festen Niveau in der Nähe des Nullpunktes der Spannung ansprechen zu lassen. Der Adapter 3 wird durch einen Stromverstärkerkreis gebildet. Am Ausgang des Adapters 3 wird die Rechteckwelle durch Kreise 5 so abgeleitet, daß die Spitzen 6 entstehen. Ein Polaritätswähler 7 ermöglicht es hierauf, Spitzen 8 von identischer Polarität zu erhalten. Diese Spitzen 8 steuern einen monostabilen Kreis 9, der so gestaltet ist, daß er möglichst unempfindlich gegen Temperaturänderungen ist.

Die Versorgung 10 dieses monostabilen Kreises ist sorgfältig spannungsstabilisiert und dient ebenfalls zur Versorgung des Umformers 2 und des Adapters 3.

Die Zeitkonstante des monostabilen Kreises ist als Funktion des Frequenzbandes einreguliert, in welchem der tachometrische Kreis benutzt werden soll. Folglich ist für eine Nennfrequenz von 50 Hz die Zeit zwischen zwei von dem Ableitungskreis ausgehenden Spitzen derselben die Polarität 10 Millisekunden.

Unter diesen Bedingungen muß zum Erreichen einer korrekten Arbeitsweise des monostabilen Kreises in dem Frequenzband oberhalb der doppelten Nennfrequenz die Zeitkonstante desselben weniger als 5 Millisekunden betragen.

Das geeichte, vom monostabilen Kreis 9 ausgehende Signal 11 steuert einen von einer Versorgungsquelle 12 gebildeten Leistungskreis, der seine Leistung an einen Leistungskreis 13 abgibt, welcher einen Widerstand und eine Diode aufweist. Letztere wird gesperrt oder leitend gemacht durch eine Vorspannung, welche von einem durch den monostabilen Kreis gesteuerten Schalttransistor J4 gesteuert wird. Dieser Transistor wird von einer elektrischen Quelle 15 gespeist.

Ein Integrationskreis 16 liefert von geeichten

Signalen, die vom Leistungskreis 13 ausgehen, eine mitttlere Spannung, die der Frequenz dieser Signale proportional ist. Diese mittlere Spannung ist entgegengesetzt zu einer regelbaren Spannung 18 und ist gebildet von einem Teil der Spannung der Leistungsversorgung 12 und entspricht der eingestellten Sollfrequenz. Die resultierende Spannung wird mit Hilfe der Filterzellen 17 gefiltert. Man erhält auf diese Weise am Ausgang ein Gleichstromsignal 19, das der Abweichung der Frequenz in bezug auf die Sollfrequenz proportional ist.

Eine Abänderung der Einrichtung (F i g. 2) ist analog derjenigen, die soeben anhand der F i g. 1 beschrieben wurde, und man erkennt bei 1 das Wechselsignal, bei 2 den Umformer, bei 3 den Adapter, bei 4 die Rechteckwelle, bei 5 die Kreise, welche die Spitzen 6 liefern, bei 7 den Polaritätswähler, welcher die Spitzen 8 liefert, bei 9 den monostabilen, durch 10 versorgten Kreis, bei 12 die Quelle, welche ihre Leistung an den Leistungskreis 13 gibt, bei 14 den Schalttransistor, der durch die Quelle 15 versorgt wird, bei 16 den Integrationskreis 16 und bei 17 die Filterung.

Jedoch ist die Gegenspannung 18, welche nach F i g. 1 vorgesehen ist, um das Signal 19 zu liefern, in F i g. 2 unterdrückt.

In Fig.3 ist ein Frequenznormal 20 vorgesehen, welches aus einer Stimmgabel für 50 Hz besteht, deren Abweichung weniger als 10~⁶ pro Centigrad beträgt. Das Normal 20 erzeugt die Sollfrequenz und steuert einen Umformerkreis, der mit dem soeben beschriebenen zur Umformung des Wechselsignals dienenden identisch ist.

Dieser Kreis umfaßt wie die vorangehenden einen Umformer 2' und einen Adapter 3', Ableitungsvorrichtungen 5', einen Polaritätswähler 7', einen monostabilen

ίο Kreis 9', einen Schalttransistor 14', einen Leistungskreis 13' und einen Integrationskreis 16'. Die Leistungsquellen 10,12, 15 versorgen die Elemente 2', 3', 9', 13' und 14' dieses Kreises.
Die mittlere Spannung, die vom Integrationskreis 16 ausgeht und die der periodischen Welle 1 des gesteuerten Organs entspricht sowie die mittlere Spannung, die vom Integrator 16' ausgeht und der vom Frequenznormal 20 ausgehenden Welle entspricht, werden in einen Komparator 21 gegeben, welcher die dementsprechende Differenzspannung bestimmt. Diese Differenzspannung wird mit Hilfe der Filterzellen 17 gefiltert, und man erhält am Ausgang ein Gleichstromsignal 22, welches der Abweichung der Frequenz in bezug auf die Sollfrequenz, die vom Normal 20 geliefert wird, proportional ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung durch Erzeugung eines Gleichstromsignals, das der Frequenzabweichung eines gesteuerten Organs in bezug auf eine regelbare Sollfrequenz proportional ist, mit einem monostabilen, durch Impulse geeigneter Polarität angesteuerten Kreis, wobei die Impulse von einem Umformer ausgehen und mit einer periodischen Welle mit der Frequenz des gesteuerten Organs oder einem Untervielfachem dieser Frequenz synchronisiert sind, gekennzeichnet durch einen von den geeichten Signalen des monostabilen Kreis (9) angesteuerten Leistungskreis zur Erzeugung von Rechteck-Signalen, deren Amplitude eine Funktion der Versorgungsspannung und deren Pulsfrequenz proportional zur Frequenz des Organs ist, und durch einen Integrationskreis (16) zur Bestimmung einer mittlerer., der Frequenz des Organs proportionalen Spannung, wobei diese mittlere Spannung entgegengesetzt zu einer der Sollfrequenz entsprechenden Bezugsspannung ist und die resultierende Spannung zur Gewinnung eines Gleichstromsignals gefiltert wird, das der Frequenzabweichung in bezug auf die Sollfrequenz proportional ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die synchronisierten Impulse bei jedem Nulldurchgang der periodischen Welle entspre- jo chend der Frequenz des Organs, dessen Geschwindigkeit gesteuert wird, erzeugt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geeichte, von dem monostabilen Kreis (9) gelieferte Signal einen durch eine Versorgungssquelle (12) gebildeten Leistungskreis ansteuert, wobei die Versorgungsquelle ihre Leistung über eine gesteuerte Diode an einen Widerstand abgibt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten monostabilen, dem ersten entsprechenden, jedoch durch ein Frequenznormal (20) zur Lieferung einer der Sollfrequenz entsprechenden Bezugsspannung gesteuerten Kreis, wobei durch Vergleich dieser beiden Spannungen am Ausgang das der Frequenzabweichung in Bezug auf die Sollfrequenz proportionale Gleichstromsignal erhalten wird.