DE2012510B2 - Motorsteuerungssystem mit einem Frequenzvervielfacher - Google Patents

Description

Frequenz-Diskriminator 28 mit der Ausgangsgröße der einstellbaren Frequenzsteuerung 30 verglichen. Das Steuersignal am Ausgang des Frequenzdiskriminators 28 wird über die Verbindungsleitung 73 tem gesteuerten Gleichrichter 70 zugeführt und steuert die Amplitude der durch den Gleichrichter 70 aus einer Stromquelle 77 dem Wechselrichter 71 über die Verbindungsleitung 74 zugeführten Gleichspannung. Dieses Steuersignal vom Diskriminator 28 wird ebenfalls fiber die Verbindungsleitung 75 weitergeleitet, um die Folgefrequenz der Ansteuerungsimpulse am Ausgang der einstellbaren Frequenzsteuerung 30 zu steuern. Diese Ansteuerimpulse ihrerseits steuern die Folgefrequenz, mit welcher der Wechselrichter 71 die von dem Gleichrichter 70 zugeführte Gleichspannung umwandelt und sie über die Verbindungsleitung 76 an den Motor 33 weiterleitet. Die von der Frequenzsteuerung 30 über die Verbindungsleitung 72 an den Frequenzdiskriminator 28 zugeführten P. nsteuerungssignale bewirken, daß die einstellbare FoJgefrequenz der Ansteuerungssignale von der Frequenzsteuerung 30 der Folgefrequenz der dem Diskriminator 28 von dem Frequenzteiler 27 zugeführten Signale folgt Wie bereits aufgezeigt, liefert ein solches System eine präzise Steuerung der Motordrehzahl durch Synchronisation der einstellbaren Frequenzsteuerung, deren Impulse die dem Motor zugeführte Wechselspannung ai Γ einem genauen Frequenzstandard halten. Für Festfrequenzen kann dieser Standard ein Hauptoszillator 10, beispielsweise ein Quarz-Oszillator, sein oder für variable Frequenzen kann dies eine Steuerung 25 für den Oszillator 10 oder ein Tachometerausgang von einem Hauptmotor sein.

Damit das in F i g. 1 gezeigte Motorsteuerungssystem mit hoher Genauigkeit arbeitet, ist es wesentlich, daß der Frequenzvervielfacher 11 mit einer viel höheren Pulsfrequenz arbeitet als der Hauptoszillator 10. Dabei arbeitet der Vervielfacher als ein Teilvervielfacher, indem er bei einer kontinuierlichen Pulskette an seinem Eingang ausgangsseitig weniger als die vollständige Pulskette liefert. Wenn beispielsweise die Frequenz des Hauptoszillators 10 100 Hz beträgt und der Vervielfacher beispielsweise 1, 2 oder 3 Impulse pro Sekunde unterdrückt, dann würde die Ausgangsfrequenz das 0,99-, 0,98- oder 0,97fache der Eingangsfrequenz betragen, und die Motorfrequenz könnte nur mit einer Genauigkeit von 1% eingestellt werden. Wenn dagegen der spannungsgesteuerte Oszillator 15 nach einer Frequenzvervielfachung mit einer Frequenz von 1000 Hz arbeitet und dann wiederum 1,2 oder 3 Impulse pro Sekunde im Vervielfacher 12 unterdrückt werden, dann entsprechen die Ausgangsfrequenzen dem 0,999-, 0,998- oder 0,997fachen der Eingangsfrequenz, so daß die Motorsteuerung mit einer Genauigkeit von 0,1% erfolgt. Um wiederum eine Nennfrequenz von 100 Hz zu erhalten, muß die Frequenz der neuen Pulskette im nachgeschalteten Frequenzteiler 27 durch zehn geteilt werden. Dies gilt besonders dann, wenn der Hauptoszillator der Tachometerausgang eines Motors ist Sehr oft ist der Tachometer auf eine Impulsfrequenz begrenzt, welche für den exakten Betrieb einer digitalen Motorsteuerung zu niedrig ist.

Ferner sorgt der Frequenzteiler für eine gewisse »Regulierung« der Pulse. Beispielsweise kann die Unterdrückung des einen oder anderen Pulses im Zähler zu einem Unterschied in der resultierenden Pulsphase führen. Durch ein Teilverhältnis von beispielsweise 10:1 kann dagegen ein Phasenfehler von 45° auf 4,5' gesenkt werden.

F i g. 1 zeigt demgemäß in dem gestrichelten Block 11 einen Frequenzvervielfacher, der den Schwankungen in der Folgefrequenz der Signale am Ausgang des Haiiptoszillators 10 folgen kann und die Frequenz auf einer proportionalen Basis über einen großen Bereich von Frequenzänderungen des Hauptoszillators erhöht. Dieser Frequenzvervielfacher enthält einen Frequenzdiskriminator 14, einen spannungsgesteuerten Oszillator 15, der mit einem Vielfachen der Frequenz des Hauptoszillators 10 schwingt, und einen Frequenzteiler 16.

Der Diskriminator 14 kann den gleichen Aufbau besitzen wie der Diskriminator 28. Er umfaßt typischerweise drei Flip-Flops, die jeweils Impulse von dem Hauptoszillator und von der Oszillatorschaltung 15 erhalten, nachdem diese durch den Frequenzteiler 16 geteilt wurden. Die Flip-Flops werden so gesteuert, daß eines der drei Flip-Flops eine Ausgangsspannung einer Polarität abgibt wenn die Folgefrequenz der von dem Hauptoszillator abgegebenen Impulsfolge die über die Leitung 2C an den Diskriminator gegebene Folgefrequenz der Impulse des Oszillators 15 überschreitet. Wenn die geteilte Ausgangsfrequenz des Oszillators die Folgefrequenz des Hauptoszillators überschreitet, gibt ein anderes Flip-Flop ein Ausgangssignal der entgegengesetzten Polarität ab. Wenn die Folgefrequenz beider Signale gleich ist, wird das dritte Flip-Flop angesteuert und gibt eine pulsierende negative und positive Ausgangsspannung mit etwa gleicher Impulsdauer ab, so daß der Kondensator in der Beschleunigungs-Verzögerungsschaltung, die nachfolgend im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben wird, die Spannung für den spannungsgesteuerten Oszillator konstant hält, so daß das Ausgangssignal dieses Oszillators durch den vorbestimmten mehrfachen Wert der Impulsfolgefrequenz des Hauptoszillators synchronisiert wird.

Fig.2 zeigt Jen Frequenzvervielfacher deutlicher. Ein Kondensator 54 speichert indirekt die Ausgangssignale des Diskriminators 14. Dieser Kondensator 54 bildet einen Teil der Beschleunigungs-Verzögerungsschaltung 42. Eine negative Spannung oder eine Spannung von Null Volt am Ausgang des Diskriminators 14 um! damit an der Basis des Transistors 40 sperrt diesen Transistor. Dies gestattet, daß am Punkt 57 eine positive Verriegelungsspannung erscheint, welche es ermöglicht, daß auf den Kondensator 54 ein Ladestrom fließt. Die Geschwindigkeit der Aufladung und Entladung des Kondensators 54 wird bestimmt durch die Transistoren 50 bzw. 51 mit ihren zugehörigen Widerständen 52 bzw. 53. Wenn die Folgefrequenz des Hauptoszillators gleich der Folgefrequenz des geteilten Ausgangssignals von dem spannungsgesteuerten Oszillator 61 ist und wenn in gleichem Abstand aufeinanderfolgende negative und positive Impulse an die Beschleunigungs- und Verzögerungsschaltung 42 gegeben werden, dann nehmen die Ströme durch die Widerstände 52 und 53 solche Werte an, daß die Aufladegeschwindigkeit geringfügig größer ist als die Entladegeschwindigkeit, um die Verluste in der Schaltung zu kompensieren, so daß die Spannung am Kondensator 54 konstant bleibt. Der Verstärker 60 erhält das Ausgangssignal und spricht auf die Spannung an dem Kondensator 54 an. Er dient lediglich dazu, die Ladung auf dem Kondensator 54 von dem spannungsgesteuerten Oszillator 61 zu trennen.

Der spannungsgesteuerte Oszillator 61 kann ein beliebiger linearer spannungsgesteuerter Oszillator

sein. Ein derartiger Oszillator hat einen festgelegten Multiplikationsfaktor für einen weiten Bereich von Ausgangsfrequenzen und hält in der gezeigten Schaltung diesen konstanten Multiplikationsfaktor in einem weiten Bereich von Hauptoszillatorfrequenzen aufrecht. Das auf der Leitung 18 in F i g. 1 abgegebene Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 61 wird dem Motorsteuerungssystem an dem Impulsfrequenz-Multiplikator 12 zugeführt. Das Ausgangssignal des Oszillators 61 wird ferner in einer geschlossenen Schleife über die Leitung 19, den Frequenzteiler 16 und die Leitung 20 zum Diskriminator 14 zurückgeführt. Da die Rückführung des Ausgangs des spannungsgesteuerten Oszillators 61 auf den Diskriminator 14 erfolgt, muß die Frequenz dieses Ausgangssignals auf der Leitung 18 um den gleichen Faktor verringert werden. Dies erfolgt durch die Teilerschaltung 16, die beispielsweise eine entsprechende Anzahl von Flip-Flops enthalten kann, so daß der Teilfaktor gleich dem Multiplikationsfaktor des spannungsgesteuerten Oszillators ist.

Die Ausgangssignale des Hauptoszillators 10 werden durch eine Steuerung 24 verändert oder nachgeregelt, welche mit einer Steuersignalquelle 25 verbunden ist. Beispielsweise können der Hauptoszillator 10 und die Steuerung 24 ein digitales Tachometer sein, das Impuls

ίο mit einer Folgefrequenz proportional zur Winkelgeschwindigkeit einer Welle liefert. Wenn eine feste Folgefrequenz der Signale des Hauptoszillators 10 erwünscht ist, dann kann dieser ein quarzgesteuerter Oszillator sein. Ebenso kann der Oszillator 10 ein Relaxationsoszillator mit fester oder einstellbarer Frequenz sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Motorsteuerungssystem mit einem steuerbaren impulssynchronisierten rückgekoppelten Frequenzvervielfacher, der einen spannungsgesteuerten Os- zillator und einen Frequenzdiskriminator enthält, welcher auf die ImpulEfolgefrequenzen des Ausgangssignals des Oszillators und ein Signal von einem Hauptoszillator anspricht und den Oszillator so ansteuert, daß die Impulsfolgefrequenz seines Ausgangssignals ein vorgegebenes Vielfaches der Impulsfolgefrequenz des Signals des Hauptoszilla- -ors ausmacht, und mit einer zum impulsweisen Steuern der Motordrehzahl dienenden, auf die Impulsfolgefrequenz des Oszillator-Ausgangssignals ansprechenden Einrichtung mit Mitteln zum proportionalen Steuern der Frequenz der dem Motor zugeführten elektrischen Spannung, dadurch gekennzeichnet,

daß im Frequenzvervielfacher (11) zwischen den Frequenzdiskriminator (14) und den Ausgang des Oszillators (15,61) ein Frequenzteiler (16) mit einem dem vorgegebenen Vielfachen des Oszillators (15, 61) entsprechenden Teilungsfaktcr geschaltet ist, daß der Frequenzdiskriminator (14) einen impulsweisen Vergleich durchführt und jegliche Impulsfolgefrequenz-Differenz zum Ansteuern des Oszillators erfaßt,

und daß zwischen den Frequenzdiskriminator (14) und den Oszillator (15, 61) eine Beschleunigungs-Verzögerungsschaltung (42) geschaltet ist, die an ihrem Ausgang (56) ein mittleres Gleichspannungssignal erzeugt, das sich unabhängig von der Änderungsgeschwindigkeit der Impulsfolgefrequenz-Differenz mit einer konstanten Geschwindigkeit bis zu einem der geänderten Differenz entsprechenden Wert verändert, wobei die konstante Änderungsgeschwindigkeii: höchstens gleich dem kleinsten Wert der hochstzulässigen Drehzahländerungsgeschwindigkeit aller Motoren ist.

2. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzdiskriminator (14) des Frequenzvervielfachers (11) eine Detektorschaltung enthält, die ein erstes Signal einer Polarität abgibt, wenn die Folgefrequenz der Impulse vom Hauptoszillator (10) die geteilte Folgefrequenz der OsziUator-Ausgangsimpulse überschreitet, die ferner ein zweites Signal der entgegengesetzten Polarität abgibt, wenn die geteilte Folgefrequenz der OsziUator-Ausgangsimpulse die Folgefrequenz der Impulse des Hauptoszillators (10) übersteigt, und die abwechselnd das erste sowie das zweite Signal abgibt, wenn im wesentlichen gleiche Impulsfolgefrequenzen vorliegen.

3. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz des Oszillators (15,61), die die Folgefrequenz der dem Motor zugeführten Impulse steuert, auch die Motorspannung steuert

4. Motorsteuerungssystem nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein dem Frequenzvervielfacher (11) nachgeschaltetes Impulsauswahlsystem (13).

5. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulsauswahlsystern (13) einen Frequenzteiler (27) enthält.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Motorsteuerungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist ein Motorsteuerungssystem bekannt, welches die Drehzahl des gesteuerten Motors präzise mit einem Teil der Frequenz eines Hauptimpulsgebers synchronisiert. Ein derartiges System ist geeignet für die Verwendung in einem Nachlaufsystem für die Motordrehzahl, wo ein oder mehrere Motoren genau einem Hauptmotor mit verschiedenen Teildrehzahlen folgen. Da die Betriebswechselspannung jedes der gesteuerten Motoren dabei von den Impulsen zur Ansteuerung von Thyristoren eines Wechselrichters abhängt, ist es für eine präzise Drehzahlsteuerung erwünscht, daß die Folgefrequenz der Impulse für den Wechselrichter um geringe Beträge geändert werden kann.

Aus der Zeitschrift Electronics, 30. Oktober 1959, Seiten 56, 57, ist zwar ein steuerbarer bzw. abstimmbarer Frequenzvervielfacher bekannt, der einen spannungsgesteuerteE Oszillator und einen Frequenzdiskriminator aufweist, der aus einem Frequenzzähler besteht, dessen Zählergebnis mit einem stabilen Zeitsollwert verglichen wird. Hierbei ist insbesondere nachteilig, daß kein impulsweiser Vergleich von Impulsfolgen durchgeführt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Motorsteuerungssystem der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß eine einwandfreie Steuerung nachgeschalteter Motoren auch dann gewährleistet ist, wenn eine Frequenzänderung des Eingangssignals erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein impulsweiser Vergleich der dem Frequenzdiskriminator zugeführten Signalgruppen erfolgt Theoretisch könnte bereits das Ausgangssignal des Frequenzvervielfachers zur Ansteuerung des Oszillators verwendet werden. Die Beschleunigungs-Verzögerungsschaltung sorgt zusätzlich dafür, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Impulsfolgefrequenz-Differenz am Ausgang des Frequenzdiskriminators als Variable eliminiert wird. Somit kann eine einwandfreie, gleichmäßige Steuerung aller eventuell nachgeschalteten Motoren erhalten werden, auch wenn eingangsseitig beispielsweise durch einen Hauptmotor eine sehr große Änderungsgeschwindigkeit veranlaßt wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 ist ein Blockschaltbild eines Motorsteuerungssystems mit einem Frequenzvervielfacher gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig.2 ist teilweise als Blockschaltbild und teilweise als Schaltzeichnung ausgeführt und zeigt den Frequenzvervielfacher gemäß F i g. 1.

Fig. 1 zeigt ein Motorsteuerungssystem mit einem Frequenzvervielfacher. Eine einstellbare Frequenzsteuerung 30 für einen Wechselstrommotor 33 wird auf der Basis von einzelnen Impulsen mit einem Hauptoszillator 10 durch eine Impulsauswahlschaltung 13 mit einem Impulsfrequenzvervielfacher 12 enthält, der eine Anzahl der Impulse des Hauptoszillators 10 auswählt entsprechend der Einstellung des Schalters 21, welcher ein Signal für den Multiplikationsfaktor an den Vervielfacher 12 abgibt. Die Impulse werden gleichmäßig verteilt durch den Frequenzteiler 27 und durch eine η