DE2166360B2

DE2166360B2 - Speed control for camera DC motor - has speed proportional pulses to feed frequency to voltage converter which supplies trigger

Info

Publication number: DE2166360B2
Application number: DE19712166360
Authority: DE
Inventors: Heinrich; Scheiber Robert Dr.phil.; Wien Cap
Original assignee: Ausscheidung aus: 21 24 945 Vockenhuber, Karl, Ing.; Hauser, Raimund, DDr.; Wien
Priority date: 1970-07-10
Filing date: 1971-05-19
Publication date: 1976-04-01
Also published as: DE2166360A1

Abstract

The speed control, for a camera d.c. motor, has a frequency to voltage converter to produce a d.c. voltage proportional to the motor speed. This converter contains a transistor whose input is connected to the voltage pulse source having a frequency proportional to the motor speed, and whose output is connected via a low-capacitance storage. The trigger controls the transistor that regulates the motor speed. The storage capacitor is shunted by a variable resistor. The advantage lies in the control circuit increased precision and range of proportionality.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Art. Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt durch die GB-PS 11 77 456.The invention relates to a circuit arrangement as described in the preamble of claim 1 Art. Such a circuit arrangement is known from GB-PS 11 77 456.

Bei einer aus der DT-AS 12 66 010 bekannten Drehzahlregelanordnung für Gleichstrommotoren wird ein der Ist-Drehzahl des Gleichstrommotors entsprechendes Frequenzsignal einem LC-Schwingkreis zugeführt, der auf eine der Soll-Drehzahl des Gleichstrommotors entsprechende Frequenz abgestimmt ist. Das der Regelabweichung entsprechende Ausgangs-Frequenzsignal des LC-Schwingkreises wird mittels eines Frequenz-Spannungsumsetzers in ein korrespondierendes Wechselspannungssignal umgewandelt, das zur weiteren Signalformung einem Schmitt-Trigger zugeleitet wird. Das auf diese Weise zu einem Impulssignal umgeformte Wechselspannungssignal steuert dann einen mit dem Gleichstrommotor in Serie angeordneten Schalttransistor. Die Verwendung eines LC-Schwingkreises und die Ansteuerung des Schmitt-Triggers ist indessen aus mehreren Gründen ungünstig. Die Spule des LC-Schwingkreises verursacht einen verhältnismäßig hohen Kostenaufwand und verhindert die Ausbildung der bekannten Anordnung in integrierter Schaltkreistechnik. Weiterhin bedingt die zwangläufig verhältnismäßig große Induktivität der Schwingkreisspule eine entsprechend große Kapazität des Schwingkreiskondensators, woraus eine hohe Zeitkonstante und damit eine schlechte Ansprechempfindlichkeit des Regelkreises resultieren. Schließlich führt die Sinusform des dem Schmitt-Trigger zugeführten Wechselspannungssignals zu unscharfen (»verwaschenen«) Schnittpunkten mit der Ansprechschwelle des Schmitt-Triggers, woraus Ungenauigkeiten des Impulslängen-Impulspausenverhältnisses der Ausgangsimpulse des Schmitt-Triggers und damit Regelungenauigkeiten resultieren.In a speed control arrangement known from DT-AS 12 66 010 for DC motors, a speed corresponding to the actual speed of the DC motor is used Frequency signal fed to an LC resonant circuit, which is based on one of the target speed of the DC motor corresponding frequency is tuned. The output frequency signal corresponding to the control deviation the LC resonant circuit is made by means of a frequency-voltage converter converted into a corresponding AC voltage signal, which is fed to a Schmitt trigger for further signal shaping will. The alternating voltage signal, which is converted into a pulse signal in this way, then also controls one switching transistor arranged in series with the DC motor. The use of an LC resonant circuit and the control of the Schmitt trigger is, however, unfavorable for several reasons. The coil of the LC resonant circuit causes a relatively high cost and prevents the formation of known arrangement in integrated circuit technology. Furthermore, it is inevitably proportionate large inductance of the resonant circuit coil a correspondingly large capacitance of the resonant circuit capacitor, from which a high time constant and thus poor responsiveness of the control loop result. Finally, the sinusoidal shape of the AC voltage signal fed to the Schmitt trigger leads too fuzzy ("blurred") intersections with the response threshold of the Schmitt trigger, from which Inaccuracies in the pulse length / pulse pause ratio of the output pulses of the Schmitt trigger and thus control inaccuracies result.

Die vorstehend erwähnten Unzulänglichkeiten werden bei der eingangs erwähnten bekannten Drehzahlregelanordnung nach der GB-PS 1177 456 dadurch vermieden, daß zum Soll-Istwertvergleich ein Schwellwertverstärker vorgesehen ist, der nur dann den Feldspulen eines Gleichstrommotors einen Erregerstrom zuführt, wenn das der Motordrehzahl entsprechende Eingangssignal den eingestellten Schwellwert überschreitet. Dieses Eingangssignal des Schwellwertverstärkers besteht aus einer von einer sägezahnförmigen Wechselspannung überlagerten Gleichspannung, die ihrerseits von einem mit gleichgerichteten Motordrehzahlsignalen gespeisten Miller-Integrator erzeugt werden. Die Eingangsstufe dieses Miller-Integrators weist einen Transistor in Basis-Emitterschaltung auf, zwischen dessen Basis- und Kollektorelektroden ein sogenannter Miller-Kondensator angeordnet ist, der die sägezahnförmige Modulation der Gleichspannung erzeugt. Der Miller-Kondensator verursacht indessen einen Frequenzgang, woraus eine unbefriedigende Regelgenauigkeit und eine unerwünschte Einengung des Proportionalbereichs der Regelung resultieren. Weiterhin ist der Miller-Integrator mit zwei Transistoren, zwei Kondensatoren und fünf Widerständen baulich verhältnismäßig aufwendig.The above-mentioned inadequacies are in the known speed control arrangement mentioned at the beginning according to GB-PS 1177 456 avoided by using a threshold amplifier for the comparison of the setpoint and actual values is provided that only then the field coils of a DC motor an excitation current when the input signal corresponding to the engine speed exceeds the set threshold value. This input signal of the threshold amplifier consists of one of a sawtooth-shaped AC voltage superimposed DC voltage, which in turn comes from a rectified motor speed signals powered Miller integrator are generated. The input stage of this Miller integrator has a transistor in base-emitter circuit, between its base and collector electrodes a so-called Miller capacitor is arranged, which generates the sawtooth modulation of the DC voltage. The Miller capacitor, however, causes a frequency response, resulting in unsatisfactory control accuracy and an undesired narrowing of the proportional range of the regulation result. Farther the Miller integrator is constructed with two transistors, two capacitors and five resistors relatively expensive.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, weiche bei verringertem baulichen Aufwand eine verbesserte Regelgenauigkeit und einen erweiterten Proportionalitätsbereich aufweist.The object of the invention is to create a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning, soft with reduced structural effort an improved control accuracy and an extended Has proportional range.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die. im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsan-Ordnung nach Anspruch 1 ist in dem Anspruch 2 gekennzeichnet. The object is achieved according to the invention by. in the characterizing part of claim 1 specified features solved.
An advantageous embodiment of the circuit arrangement according to claim 1 is characterized in claim 2.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt sich die Drehzahl eines Gleichstrommotors mit hoher Genauigkeit regeln, wobei sich als besonderer Vorteil ein großer Proportionalitätsbereich der Regelung ergibt. Ein weiterer Vorteil ist auch die einfache und daher billige bauliche Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die sich in integrierter Schaltkreistechnik verwirklichen läßt.With the circuit arrangement according to the invention, the speed of a DC motor can be increased Regulate accuracy, with a large proportional range of the regulation being a particular advantage results. Another advantage is the simple and therefore cheap structural design of the invention Circuit arrangement that can be implemented in integrated circuit technology.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. The invention is explained in more detail with reference to the drawing. The figure shows the circuit arrangement according to the invention.

Der mittels der dargestellten Schaltungsanordnung auf eine konstante Drehzahl zu regelnde Gleichstrommotor 1 kann beispielsweise ein batteriegespeister Kameramotor sein, dessen Kollektor am Eingang der Schaltungsanordnung liegt und schematisch in Form eines beliebig aufgebauten Schalters 2 angedeutet ist. Wesentlich ist, daß der Schalter 2 Bestandteil eines Frequenz-Spannungswandlers 3 (im Anspruch als Einrichtung zum Erzeugen einer von einer Wechselspannung überlagerten Gleichspannung bezeichnet) ist, dem er Rechtecksignale zuführt. Der Frequenz-Spannungswandler 3 weist einen Transistor 7s auf und erzeugt an seinem Ausgang eine von einer sägezahnförmigen Wechselspannung überlagerte Gleichspannung 4, deren Größe von 4er angebotenen Frequenz abhängig ist. Wesentlich ist hierbei, daß zur Drehzahlregelung eineThe DC motor to be regulated to a constant speed by means of the circuit arrangement shown 1 can be, for example, a battery-powered camera motor, whose collector at the input of the Circuit arrangement is and is indicated schematically in the form of an arbitrarily constructed switch 2. It is essential that the switch 2 is part of a frequency-voltage converter 3 (in the claim as a device for generating a direct voltage superimposed by an alternating voltage), the he feeds square wave signals. The frequency-voltage converter 3 has a transistor 7s and generates its output is a direct voltage 4 superimposed by a sawtooth-shaped alternating voltage, the Size depends on the frequency offered. It is essential here that a speed control

Wechselspannung angeboten wird, deren Frequenz von der Drehzahl des Motors 1 abhängig ist. Auf eine Glättung des Ausgangssignals des Frequenz-Spannungswandlers 3 wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung bewußt verzichtet; vielmehr wird gerade die Restwelligkeit dieses Ausgangssignals für Regelzwecke verwendet. Aus diesem Grunde kann ein im Ausgang des Frequenz-Spannungswandlers 3 liegender Kondensator Ci eine verhältnismäßig geringe Kapazität aufweisen. Die Ausgangsspannung des Frequenz-Spannungswandlers 3 kann im übrigen an einer Klemme 5 abgenommen und für weitere Regelaufgaben, beispielsweise zur Blendensteuerung einer Kamera in Abhängigkeit von der Motordrehzahl verwendet werden, um auch bei Drehzahlschwankungen des Motors 1 eine gleichmäßige Belichtung zu sichern. Parallel zu dem Kondensator Ci ist am Ausgang des Frequenz-Spannungswandlers 3 ein gegebenenfalls einstellbarer Widerstand Ri angeordnet, der als Entladeglied des Kondensators Ci dient. 2»AC voltage is offered, the frequency of which is dependent on the speed of the motor 1. Smoothing of the output signal of the frequency-voltage converter 3 is deliberately omitted in the arrangement according to the invention; rather, it is precisely the residual ripple of this output signal that is used for control purposes. For this reason, a capacitor Ci located at the output of the frequency-voltage converter 3 can have a relatively low capacitance. The output voltage of the frequency-voltage converter 3 can also be taken from a terminal 5 and used for other control tasks, for example to control the aperture of a camera as a function of the engine speed, in order to ensure uniform exposure even if the speed of the engine 1 fluctuates. In parallel with the capacitor Ci, an optionally adjustable resistor Ri is arranged at the output of the frequency-voltage converter 3, which resistor serves as a discharge element of the capacitor Ci. 2 »

Dem Frequenz-Spannungswandler 3 ist zur Ausnutzung der Restwelligkeit der Sägezahn-Gleichspannung 4 eine Impulsformerstufe bzw. ein Schwellwertschalter 6 mit geringer Hysterese nachgeschaltet, der im Arbeitsbereich durch die Restwelligkeit der Gleichspannung 4 ständig hin- und hergeschaltet wird. Je nach der Größe der Drehzahl des Motors 1 ergibt sich ein größerer oder kleinerer Gleichspannungsanteil der Sägezahn-Gleichspannung 4, so daß die Spitzen der Sägezähne je nach der Höhe dieser Gleichspannung um ein größeres oder kleineres Maß über dem Schwellwert des Schalters 6 liegen. Da die Sägezähne der Gleichspannung 4 naturgemäß eine schräge Flanke besitzen, verbleibt der Schwellwertschalter 6 je nachdem, wie weit die Sägezahnspitzen über der Schwellwertspannung liegen, länger oder kürzer ein- bzw. ausgeschaltet, so daß sich das als Steuerspannung 8 verwendete Ausgangssignal des Schwellwertschalters 6 je nach seinem Eingangssignal aus Impulsen mit größerer oder kleinerer Breite zusammensetzt.The frequency-voltage converter 3 is to utilize the residual ripple of the sawtooth direct voltage 4, a pulse shaper stage or a threshold switch 6 with low hysteresis is connected downstream of that in the working range is constantly switched back and forth by the residual ripple of the DC voltage 4. Depending on the The size of the speed of the motor 1 results in a greater or lesser DC voltage component of the sawtooth DC voltage 4, so that the tips of the saw teeth depending on the level of this DC voltage by a greater or lesser extent above the threshold value of the switch 6. Because the saw teeth of the DC voltage 4 naturally have a sloping edge, the threshold switch 6 remains depending on how the sawtooth peaks are far above the threshold voltage, longer or shorter switched on or off, so that the output signal used as the control voltage 8 of the threshold switch 6 depending on his Input signal composed of pulses with a larger or smaller width.

Der Schwellwertschalter 6 ist im dargestellten Beispiel als Schmitt-Trigger ausgeführt und weist einen Eingangstransistor 71 und einen Ausgangstransistor Ti auf. Abweichend vorr üblichen Schmitt-Trigger-Schaltungen besitzt der Schwellwertschalter 6 eine Rückkopplung in Form eines zwischen der Basis des Eingangstransistors Ti und dem Kollektor des Ausgangstransistors Ti nachgeschalteten Kopplungswiderstands Rk. Durch diese Rückkopplung wird die Steilheit der Charakteristik des Schmitt-Triggers stark vergrößert, so daß die Hysterese gegebenenfalls 100 mV betragen kann. Ferner ist an der Basis des Eingangstransistors Γι ein regelbarer Vorwiderstand Rv vorgesehen. Hierbei ergibt sich die Hysterese aus dem Verhältnis des Vorwiderstands Rv zum Kopplungswiderstand Rk. Durch Ausbildung der Widerstände Rv, Rk als Regelwiderstände läßt sich die Hysterese des Schwellwertschalters 6 leicht verstellen.In the example shown, the threshold value switch 6 is designed as a Schmitt trigger and has an input transistor 71 and an output transistor Ti . In contrast to the usual Schmitt trigger circuits, the threshold switch 6 has a feedback in the form of a coupling resistor Rk connected between the base of the input transistor Ti and the collector of the output transistor Ti the hysteresis can optionally be 100 mV. Furthermore, a controllable series resistor Rv is provided at the base of the input transistor Γι. The hysteresis results from the ratio of the series resistor Rv to the coupling resistor Rk. By designing the resistors Rv, Rk as variable resistors, the hysteresis of the threshold switch 6 can be easily adjusted.

Die Ansprechschwelle des Schwellwertschalters 6, die der Solldrehzahl des Motors t entspricht, läßt sich durch ein im Emitterkreis des Eingangstransistors ΤΊ liegendes Potentiometer R2 leicht einstellen. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist das Potentiometer R2 an den Emitterkreis des Eingangstransistors Ti über einen Emitterfolger Ti angeschlossen und dient zur Einstellung beispielsweise der Gangzahl einer Kamera. Der Emitterfolger Ti ist zur Kompensation von Spannungsund Temperaturschwankungen vorgesehen, was besonders für Kameramotoren vorteilhaft ist, da diese stark wechselnden Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind. Über eine Eingangsklemme 7 kann gegebenenfalls eine Führungsgröße zur Synchronisierung des Motors 1 mit einem Tonbandgerät aufgeprägt werden.The response threshold of the threshold switch 6, which corresponds to the target speed of the motor t, can easily be adjusted by a potentiometer R2 located in the emitter circuit of the input transistor ΤΊ. As can be seen from the figure, the potentiometer R2 is connected to the emitter circuit of the input transistor Ti via an emitter follower Ti and is used, for example, to set the number of gears of a camera. The emitter follower Ti is intended to compensate for voltage and temperature fluctuations, which is particularly advantageous for camera motors, as these are exposed to strongly changing environmental influences. A reference variable for synchronizing the motor 1 with a tape recorder can optionally be impressed via an input terminal 7.

Wie schon erwähnt, dient das Ausgangssignal des Schwellwertschalters 6 als Steuerspannung 8, die etwa Trapezform besitzt. An sich könnte diese Steuerspannung 8 bereits zur Motorsteuerung herangezogen werden. Für diesen Zweck müßte aber der Schwellwertschalter 6 wesentlich komplizierter aufgebaut sein. Bei einem Aufbau gemäß dem dargestellten Beispielsfall ist der Pegel der sich ergebenden Steuerspannung 8 für eine unmittelbare Motorregelung zu gering. Es wird deshalb zweckmäßig an den Ausgang des Schwellwertschalters 6 eine weitere Schaltstufe 9 angeschlossen, die einen Transistor Ta mit einer basi'sseitigen Serien-Diode Di aufweist. Die Schaltstufe 9 dient sowohl zur Stromverstärkung der Ausgangsspannung 8 des Schwellwertschalters 6 als auch zur Versteilerung der Impulsflanken. Als Ausgangsspannung der Schaltstufe 9 ergibt sich eine rechteckimpulsförmige Schaltspannung 10. Infolge der Steilheit der Impulsflanken der Schaltspannung 10 kann der Transistor Ta als elektronischer Schalter eingesetzt werden, woraus sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Durch die Schaltspannung 10 wird der Motor 1 alternierend aus- und eingeschaltet. Bei Änderung der Ist-Drehzahl des Motors 1 ändert sich das Impulsverhältnis der Schaltspannung 10 bis zum völligen Sperren oder Durchschalten des Transistors Ta. As already mentioned, the output signal of the threshold switch 6 serves as a control voltage 8, which has approximately a trapezoidal shape. In itself, this control voltage 8 could already be used for engine control. For this purpose, however, the threshold switch 6 would have to be constructed in a much more complicated manner. In a structure according to the example shown, the level of the resulting control voltage 8 is too low for direct motor control. It is therefore expedient to connect a further switching stage 9 to the output of the threshold switch 6, which has a transistor Ta with a series diode Di on the base side. The switching stage 9 serves both to amplify the current of the output voltage 8 of the threshold switch 6 and to steepen the pulse edges. The output voltage of the switching stage 9 is a square-pulse switching voltage 10. As a result of the steepness of the pulse edges of the switching voltage 10, the transistor Ta can be used as an electronic switch, which results in a high degree of efficiency. The motor 1 is switched on and off alternately by the switching voltage 10. When the actual speed of the motor 1 changes, the pulse ratio of the switching voltage 10 changes until the transistor Ta is completely blocked or switched on.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1.Circuit arrangement for regulating the speed of a direct current motor connected to a direct voltage source via a switching transistor, in particular a camera motor, with a device for generating a direct voltage corresponding to the motor speed, superimposed by an alternating voltage, with which a pulse shaper stage having a response threshold is acted upon, that when the response threshold is exceeded by the superimposed alternating voltage, output pulses for the control of the switching transistor are emitted, characterized in that the device (3) for generating the direct voltage superimposed by the alternating voltage has a transistor (T 5) whose input electrode has a pulse-shaped voltage applied to it whose frequency is proportional to the engine speed IS ₁ and whose output electrode is connected to one of the two poles of the DC voltage source via a storage capacitor (Cl) with a small capacity, and that the spoke rcondenser (Cl) an adjustable resistor (R 1) is connected in parallel.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that for generating the pulse-shaped Voltage a switch (2) actuated by the DC motor (1) is provided, which the input electrode of the transistor (T5) alternately connects to the two poles of the DC voltage source.