DE2144180A1

DE2144180A1 - Kontrollsystem für einen Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit

Info

Publication number: DE2144180A1
Application number: DE19712144180
Authority: DE
Inventors: Ivor John High Wycombe Buckingham Wicks (Großbritannien)
Original assignee: Instron Corp
Current assignee: Instron Corp
Priority date: 1970-09-07
Filing date: 1971-09-03
Publication date: 1972-03-16
Also published as: GB1309326A; DE2144180C2

Description

J 56 Plo6

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INSTRON LIMITED, Coronation Road, High Wycombe, Buckinghamshire, England

Kontrollsystem für einen Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit

Die Erfindung schafft ein Kontrollsystem, wodurch ein Antriebsglied mit irgendeiner, aus einer Zahl verschiedener konstanter Geschwindigkeiten ausgewählter Geschwindigkeit betrieben werden kann. Obwohl das Kontrollsystem in erster Linie dazu entwickelt worden ist, die Kreuzköpfe einer Zugprüfmaschine mit konstanter Geschwindigkeit anzutreiben, so kann es doch allgemein Verwendung finden.

Es ist möglich, den Kreuzkopf einer solchen Maschine mit befriedigender Genauigkeit anzutreiben, indem man ein Servosystem zur Positionskontrolle benutzt, das einen Synchronmotor verwendet, der entweder vom Netz oder von einem quarzgesteuerten Oszillator gespeist wird. Wenn jedoch, wie es normalerweise der Fall ist, die Geschwindigkeiten der Kreuzköpfe einen größeren Bereich überstreichen sollen, dann ist es notwendig, entweder eine Reihe von Synchronmotoren, die mit verschiedenen Geschwindigkeiten laufen, oder einen einzelnen Synchronmotor, der dann verschiede-

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ne Getriebe enthält, zu verwenden. Diese Wege sind «jedoch beide kostspielig. Das System nach der Erfindung bietet eine größere Genauigkeit und Zuverlässigkeit, und es eliminiert die Notwendigkeit für Getriebe mit variabler Geschwindigkeit.

Das System nach der Erfindung besteht aus einem Elektromotor, einem Synchronmotor, dessen Läufer an die Welle des Elektromotors gekoppelt ist, Einrichtungen, um die Ständerspulen des Synchronmotors mit dreiphasigem Wechselstrom einer vorher bestimmten Frequenz zu versorgen, einem Impulsgeber, der eine Reihe von diskreten Impulsen erzeugt, einem Frequenzteiler, der aus der Impulsreihe Ausgabeimpulse mit der Frequenz des dreiphasigen Stroms macht, Vorrichtungen, um zu den Impulsen, die im Frequenzteiler während der Erzeugung eines jeden Ausgabeimpulses gezählt werden, eine bestimmte, aber variable Anzahl von Impulsen entweder hinzuzufügen oder abzuziehen, und dadurch die Phase der Ausgabe-Impulsreihe zu variieren, einem Phasenvergleicher, der die Reihe der Ausgabeimpulse von dem Frequenzteiler mit einer Reihe entsprechender geformter Impulse vergleicht, die von der Läuferspule des Synchronmotors kommen und dieselbe Frequenz wie die Spannung in dieser Läuferspule haben, und aus von dem Phasenvergleicher kontrollierten Einrichtungen, um die Laufgeschwindigkeit des Motors so zu halten, daß die beiden Impulsreihen in Phase bleiben.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Impulse von einer Additions/Subtraktions-Einheit, die Impulse von einem

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Oszillator mit konstanter Frequenz durch einen einstellbaren Frequenzteiler erhält, zu den Impulsen, die in dem Frequenzteiler gezählt werden, hinzugefügt oder von ihnen abgezogen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird auch der dreiphasige Wechselstrom, der auf den Ständer des Synchronmotors gegeben wird, von dem Impulserzeuger über einen 3-Phasen-Umformer geliefert, der von einem Frequenzteiler mit dem Impulsgeber verbunden wird, wobei der Frequenzteiler die Frequenz um dasselbe Verhältnis teilt, vrie der Frequenzteiler, der die Ausgabeimpulse zu dem Phasenvergleicher liefert.

Eine Ausführungsform des Kontrollsystems nach der Erfindung wird im folgenden in Einzelheiten anhand eines Beispiels beschrieben werden, wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird. In diesen zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm;

Fig. 2 eine schematische Ansicht des Synchronmotors; und

Fig. 3 Diagramme von Impulsreihen.

Das in den Zeichnungen dargestellte System zur Geschwindigkeitskontrolle umfaßt einen Synchronmotor 13 mit einem Ständer 24 (Fig. 2), drei Ständerspulen 25, einem Läufer 26 und einer Läuferspule 27. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, werden Rechteckwellen-

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Impulse, die von einem Oszillator Io mit einer Folgefrequenz f. erzeugt werden, von einem Frequenzteiler 11 geteilt und auf einen 3-Phasen-Umformer 12 gegeben, der sie in 3-Phasen-Sinusströme der geteilten Frequenz umwandelt, die an die Ständerspulen 25 des Synchronmotors 13 angelegt werden, dessen Läufer 26 mechanisch über eine Welle 28 an den Läufer eines Elektromotors Ik gekoppelt ist. Dabei sollte man für den Synchronmotor 13 eine Frequenz von 4oo Hz und für den Frequenzteiler 11 eine Frequenzteilung um 12oo verwenden. In diesem Fall ist also die von dem Oszillator Io gelieferte Trägerfrequenz f^ = 48o kHz.

Die Folgefrequenz f^ wird außerdem durch eine Additions/Subtraktions-Einheit 15 und einen Frequenzteiler 16, der ebenfalls eine Frequenzteilung um 12oo bewirkt, an einen Eingang eines Phasenvergleichers 17 angelegt. Die sinusförmige Spannung im Läufer des Synchronmotors 13, die bei stationärem Läufer eine Frequenz von 4oo Hz hat, wird nach der mit Hilfe eines Umformers 18 erfolgten Umwandlung in Rechteckwellen an den anderen Eingang des Phasenvergleichers 17 angelegt. Jeder Phasenunterschied zwischen den auf die Eingänge des Phasenvergleichers 17 gegebenen Signalen bewirkt eine Ausgangsgröße, die durch einen Filter 19, einen Meßverstärker 21 und einen Leistungsverstärker an den Motor 14 angelegt wird, so daß dieser veranlaßt wird, den Läufer 26 des Synchronmotors in die Richtung zu verschieben, in der der Phasenunterschied beseitigt wird.

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Wenn die Addition/Subtraktions-Einheit 15 keine Eingabegröße erhält, werden gleichphasige Rechteckwellen mit einer Frequenz ' von 4oo Hz auf beide Eingänge des Phasenvergleichers 17 gegebenj der Elektromotor 14 ist dann stationär, wobei der Läufer 26 des Synchronmotors 13 einen bestimmten Winkel mit dem Ständer 24 bildet.

Der Frequenzteiler 16 erzeugt einen Rechteckimpuls für alle 12oo Impulse, die von dem Oszillator Io abgeleitet werden. Falls zusätzliche Impulse zu.der Impulsreihe vom Oszillator während der Bildung der Rechteckimpulse hinzugefügt werden, wird die Hinterflanke des Rechteckimpulses entsprechend früher gebildet werden; außerdem wird der Phasenvergleicher 17 ansprechen, um eine Drehung des Motors 14 in die Richtung zu veranlassen, in der die Eingabegröße zum Phasenvergleicher 17 vom Synchronmotor 13 in Phase mit der Eingabegröße vom Frequenzteiler 16 gebracht wird. Falls Impulse von der Impulsreihe vom Oszillator während der Bildung eines Rechteckimpulses von dem Frequenzteiler abgezogen werden, wird die Hinterflanke des Rechteckimpulses entsprechend später gebildet werden; außerdem wird der Motor 14 von dem Phasenvergleicher 17 veranlaßt werden, sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen, um die beiden Eingabegrößen zum Phasenvergleicher wieder zurück in Phase zu bringen.

Die Wirkung des Hinzufügens und des Abziehens von Impulsen ist in den Diagrammen von Impulsreihen in Fig. 3 dargestellt.

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In jedem Paar der Diagramme zeigt A die Lage der Hinterflanke 29 eines Ausgabeimpulses von dem Frequenzleiter 16, und B zeigt die auf den Eingang des Frequenzteilers 16 gegebene Basis-Impulsreihe. Man sieht, daß die Einführung eines zusätzlichen Impulses 30 in die Basis-Impulsreihe die frühere Bildung der Hinterflanke 29 bewirkt, während das Abziehen des Impulses 31 von der Basis-Impulsreihe die spätere Bildung der Hinterflanke 29 verursacht .

Die Einheit 15 wird unter der Kontrolle eines Oszillators 2o, der Rechteckimpulse mit einer der höchsten geforderten Motorgeschwindigkeit entsprechenden Frequenz erzeugt, veranlaßt, Impulse hinzuzufügen oder abzuziehen. Diese Impulse werden mit einer Frequenz f₂, die einen von der Einstellung eines regelbaren Frequenzteilers 23 bestimmten Bruchteil der Frequenz des Oszillators 2o bildet, auf die Einheit 15 gegeben. Die Einheit 15 kann eingestellt werden, um zu bestimmen, ob die von dem Frequenzteiler 23 kommenden Impulse hinzugefügt oder abgezogen werden von denen, die von dem Oszillator Io abgegeben werden.

Ein Eingang des Fhasenvergleichers 17 wird also Impulse mit einer Folgefrequenz von (f. £ fp)/ 12oo erhalten, und der andere Eingang wird Impulse mit einer Folgefrequenz von f^/1200 *_ N erhalten, wobei N die Drehgeschwindigkeit des Motors in Hz ist. Der Motor wird sich deshalb mit einer Geschwindigkeit N = f₂/12oo, die von der Einstellung des Frequenzteilers 23 bestimmt wird, und in eine Richtung drehen, die von der Einstellung der Einheit 15

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bestimmt wird. Jede Abweichung der Drehgeschwindigkeit des Motors vom Sollwert wird von dem Phasenvergleicher korrigiert werden, der sicherstellt, daß die Eingabegröße vom Synchronmotor 13 in Phase mit der vom Frequenzteiler 16 gehalten wird.

Wenn der Oszillator 2o abgeschaltet wird, dann wird der Motor lH in einer Lage anhalten, die genau von der Phase der Eingangsgröße zum Phasenvergleicher 17 'vom Frequenzteiler 16 im Zeitpunkt des Abschaltens bestimmt wird, wobei jede Tendenz zum überschwingen von dem Synchronmotor 13 korrigiert wird.

Eine genaue Kontrolle der Geschwindigkeit des Motors erfordert eine konstante Frequenz der Impulse vom Oszillator 2o, der dementsprechend quarzgesteuert oder ans Netz angeschlossen sein sollte. Der Oszillator Io kann jedoch relativ grob sein, da alle Abweichungen in der Frequenz f^ ausgeglichen werden.

Die Kontrolle der Geschwindigkeit des Motors wird also durch das Verschieben der Phase der vom Frequenzteiler 16 auf den Phasenvergleicher 17 gegebenen Rechteckwelle mit Hilfe der digitalen Einführung oder Unterdrückung von Impulsen bewirkt und ist dementsprechend extrem genau, weil eine präzise bestimmte Zahl von Impulsen in Abhängigkeit von der Einstellung des Frequenzteilers 23 eingeführt oder unterdrückt werden kann.

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Claims

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Patent ansprüche

il.J Kontrollsystem, um ein Antriebsglied bei einer aus einer Zahl von verschiedenen konstanten Geschwindigkeiten ausgewählten Geschwindigkeit zu betreiben, gekennzeichnet durch einen Elektromotor (1*0, einem Synchronmotor (13)» dessen Läufer (26) an die Welle des Elektromotors (14) gekoppelt ist, Einrichtungen, um die Ständerspulen (25) des Synchronmotors (13) mit 3-Phasen-Wechselstrom einer vorher bestimmten Frequenz zu speisen, einen Impulsgeber, der eine Reihe von diskreten Impulsen erzeugt, einen Frequenzteiler (11), der aus der Impulsreihe Ausgabeimpulse mit der Frequenz des dreiphasigen Wechselstroms herstellt, Vorrichtungen, um zu den Impulsen, die im Frequenzteiler (11) während der Herstellung eines jeden Ausgabeimpulses gezählt werden, eine bestimmte, aber variable Zahl von Impulsen hinzuzufügen oder von ihnen abzuziehen und dadurch die Phase der Ausgabeimpulsreihe zu variieren, einen Phasenvergleicher (17)» der die Reihe der Ausgabeimpulse von dem Frequenzteiler (11) mit einer Reihe entsprechender, geformter Impulse, die von der Läuferspule (27) des Synchronmotors (13) kommen und dieselbe Frequenz wie die Spannung in dieser Läuferspule haben, vergleicht, und durch von dem Phasenvergleicher (17) kontrollierte Einrichtungen, um die Laufgeschwindigkeit des Elektromotors (14) so zu halten, daß die beiden Impulsreihen in Phase bleiben.

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2. Kontrollsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Additions/Subtraktions-Einheit (15) um zu den Impulsen, die in dem Frequenzteiler (11) gezählt werden, Impulse hinzuzufügen oder von ihnen abzuziehen, einen Oszillator (2o) mit konstanter Frequenz und einen einstellbaren Frequenzteiler (23) umfaßt, um Impulse von dem Oszillator (2o) auf die Additions/Subtraktions-Einheit (15) zu übertragen.
3. Kontrollsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Ständer (24) des Synchronmotors (13) gegebene dreiphasige Wechselstrom von dem Impulsgeber iüber einen 3-Phasen-Umformer (12) kommt, der mit dem Impulsgeber über einen Frequenzteiler (11) verbunden ist, der in demselben Verhältnis teilt wie der Frequenzteiler (16), der die Ausgabeimpulse an den Phasenvergleicher (17) liefert.

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