DE2212110C3 - Steuereinrichtung für ein durch einen drehzahlregelbaren und reversierbaren Antriebsmotor betätigtes Potentiometer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für ein durch einen drehzahlregelbaren und rever jierbaren Antriebsmotor betätigtes Potentiometer, bei der der Drehzahlregler des Antriebsmotors durch eine mit der Soll-Istwertdifferenz beaufschlagte Steuer schaltung gesteuert ist, welche Steuerschaltung bis zu einem bestimmten Wert der Soll-Istwertdifferenz ein konstantes Steuersignal abgibt.

Durch die DT-AS 12 73 043 ist eine solche Steuereinrichtung bekannt. Bei dieser bekannten Steuereinrichtung soll das von dem Antriebsmotor betätigte Element unabhängig von der Größe des Abweichungssignalb (Soll-Istwertdifferenz) mit konstanter Geschwindigkeit verstellt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Drehzahlregler über einen möglichst großen Bereich ein gegenüber der eigentlichen Größe des Abweichungssignals konstantes Steuersignal erhält. Entsprechend diesem konstanten Steuersignal läuft der Antriebsmotor dann mit konstanter Drehzahl. Mittels einer Begrenzerschaltung, welche die Amplitude des Abweichungssignals auf eine bestimmte Höhe begrenzt, wird das konstante Steuersignal erzeugt. Unterschreitet das Abweichungssignal die durch die Be- <>o grenzerschaltung vorgegebene Höhe, dann wird die Drehzahl entsprechend dem weiteren Absinken des Abweichungssignals gesteuert, so daß mit abnehmendem Abweichungssignal auch die Drehzahl abnimmt. Das von dem Antriebsmotor betätigte Element wird mit abnehmender Geschwindigkeit an die gewünschte Endstellung herangefahren.

Ie nachdem, ob das durch den Antriebsmotor zu ver-110

stellende Element ein Potentiometer oder ein Schlitten einer Werkzeugmaschine ist, bestehen unterschiedliche Forderungen hinsichtlich der Verstellung dieses Elements. Soll durch den Antriebsmotor der Schlitten einer Werkzeugmaschine verstellt v/erden, so ist eine konstante niedere Verste'lgeschwindigkeit möglichst über den ganzen Verstellbereich erwünscht. Sei der Verstellung eines Potentiometers, welches in der Regel ein Bauteil einer Regelschaltung darstellt, steht dagegen eine möglichst hohe Verstellgeschwindigkeit und genaue Einstellung im Vordergrund.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Steuereinrichtung so auszubilden, daß ein genaues Einstellen eines Potentiometers bei kurzer Einstellzeit möglich ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei der eingangs beschriebenen Steuereinrichtung nach der Erfindung dadurch, daß als Steuerschaltung eine mit einer Rückführung bcschaltete Verstärkereinrichtung vorgesehen ist, wobei die Rückführung so bemessen ist, daß die Verstärkereinrichtung bis zu dem bestimmten Wert der Soll-Istwertdifferenz voll durchgesteuert ist und daß ferner dem Drehzahlregler ein Mindestsollwert vorgegeben ist.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich der Aufwand für die Steuereinrichtung trotz der Reversierbarkeit des Antriebsmotors dadurch verhältnismäßig gering nahen, daß die Verstärkercinrichtung einen RegeUerstärker und einen Umkehrverstärker aufweist, wobei die Soll-Istwertdifferenz am invertierenden Eingang des Regelverstärkers anliegt und der Umkehrverstärker mit seinem invertierenden Eingang an den Ausgang des Regelverstärkers angeschlossen ist und daß für beide Drehrichtungen ein gemeinsamer Drehzahlregler vorgesehen ist, dessen Steuereingang über Entkopplungsdioden sowohl mit dem Ausgang des Regelverstärkers als auch mit dem Ausgang des Umkehrverstärkers verbunden ist.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben.

Als Antriebsmotor ist ein kollektorloser Gleichstrommotor vorgesehen, so daß das Motorpotentiometer keiner Wartung bedarf. Die Ständerwicklung des kollektorlosen Gleichstrommotors besteht aus vier Teilwicklungssträngen Wi bis W4, die jeweils um 90° elektrisch gegeneinander versetzt und mit ihrem einen Ende in Stern geschaltet und mit der Nulleitung einer Motorgleichspannungsquelle Um verbunden sind. Mit ihrem anderen Ende sind die Teilwicklungsstränge Wi bis W 4 jeweils mit einem Leistungstransistor Π bis T4 in Reihe geschaltet. Die Emitter der Leistungstransistoren Ti bis 74 sind mit dem Minuspol der Motorgleichspannungsquelle verbunden. Die Steuerung der Leistungstransistoren Ti bis 7" 4 erfolgt über erste Vortransistoren Γ5 bis 7"8. Hierzu sind jeweils zwei Vortransistoren Γ5, Τβ bzw. 7"7, 7"8 mit ihren Basisanschlüssen mit den Hallspannungsanschlüssen eines Hallgenerators Hi bzw. H2 verbunden. Mit ihren Steueretromanschlüssen sind die Hallgeneratoren einerseits über je einen Widerstand R 5 bzw. R 6 an den Minuspul und andererseits über einen gemeinsamen Widerstand R 7 an die Nulleitung der Motorgleichspannungsquelle Um angeschlossen. Durch die Hallgeneratoren Hi und H 2 werden die ersten Vortransistoren Γ5 bis TS in Abhängigeit von der Stellung des in der Zeichnung nicht dargestellten Permanentmagneiiäufers des kollektorlosen Gleichstrommotors an-

gesteuert. Mit ihren Kollektoren sind die ersten Vortransistoren 75 bis 78 jeweils direkt mit den Basisan Schlüssen der Leistungstransistoren 7"1 bis 74 und über erste Kollektorwiderstände R\ bis R 4 mit dem Minuspol der Motorgleichspannungsquelle verbunden. Die Emitter der ersten Vortrans;stor**n 75 bis 78 sind mit einer ersten Verbindungsleitung L 1 verbunden.

An jedem Hallspannungsanschluß der Hallgeneratoren H 1 und H 2 ist zusätzlich zu dem ersten Vortransistor 75 bis 78 jeweils ein zweiter Vortransitors 79 bis 712 mit seiner Basis angeschlossen. Mit seinem Kollektor ist jeder zweite Vortransistor ebenfalls mit der Basis eines Leistungstransistors 71 bis 74 und über je einen der ersten Kollektorwiderstände Ri bis R 4 mit dem Minuspol der Motorgleichspannungsquelle verbunden. Die Zuordnung der zweiten Vortransistoren 79 bis 712 zu den Leistungstransistoren 71 bis 74 ist so getroffen, daß jeweils der gegenüber dem ersten Vortransistor an dem anderen Hallspannungsanschluß des gleichen Hallgenerators angeschlossene zweite Vortransistor mit dem gleichen Leistungstransistor verbunden ist. So ist beispielsweise der an den einen Hallspannungsanschluß des Hallgenerators /71 angeschlossene erste Vortransistor 75 und der an den anderen Hallspannungsanschluß des Hallgenerators H 1 angeschlossene zweite Vortransistor 79 mit dem Leistungstransistor 71 verbunden. In entsprechender Weise sind die übrigen ersten und zweiten Vortransistoren mit den übrigen Leistungstransistoren verbunden. Mit ihrem Emitter sind die zweiten Vortransistoren an eine gemeinsame zweite Verbindungsleitung L 2 angeschlossen.

Die erste Verbindungsleitung L 1 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines durch den Drehzahlregler gesteuerten Stelltransistors 713 und die dazu in Reihe liegende Kollektor-Emitter-Strecke eines durch die Einrichtung zur Drehrichtungsauswahl gesteuerten Schalttransistors 715 mit dem Pluspol der Motorgleichspannungsquelle verbunden. In gleicher Weise ist die zweite Verbindungsleitung L 2 über die Kollektor-Emitter-Strecke eines vom Drehzahlregler gesteuerten zweiten Stelltransistors 714 und die dazu in Reihe liegende Kollektor-Emitter-Strecke eines von der Einrichtung zur Drehrichtungsaiiswahl gesteuerten zweiten Schalttransistors 716 ebenfalls mit dem Pluspol der Motorgleichspannungsquelle verbunden.

Der Drehzahlregler besteht aus einem Regeltransistor 717, dor mit seinem Emitter direkt an die Nulleitung und mit seinem Kollektor über einen zweiten Kollektorwiderstand fi8 am Minuspol der Motorgleichspannungsquelle liegt. Ferner ist dieser Regeltransistor 717 mit seinem Kollektor jeweils über einen Basiswiderstand R 9 bzw. R 10 mit der Basis des ersten und zweiten Stelltransistors 713 und 714 verbunden. Mit seiner Basis ist der Regeltransistor 717 über einen Widerstand RM am gemeinsamen Verbindungspunkt des einen Anschlußpols von Auskoppeldioden D 1 bis D4 angeschlossen. Diese Auskoppeldioden sind mit ihrem anderen Anschlußpol jeweils an das mit den Leistungstransistoren verbundene Ende der Teilwicklungsstränge Wl bis W4 angeschlossen. Weiterhin ist der Regeltransistor 717 über einen ersten Basiswiderstand R 12 und zwei mit diesem Basiswiderstand in Reihe liegenden Entkoppelungsdioden D5 und D6 (Oderverknüpfung) jeweils mit dem Ausgang eines Regelverstärkers yl und mit dem Ausgang eines Umkehrverstärkers y 2 sowie über einen zweiten Basiswiderstand R 13 mit dem Minuspol einer Steuergleichspannungsquelle Us: verbunden. Die Nulleitung ist der Steuergleichspannungsquelle und der Motorgleiehspannungsquellt gemeinsam zugeordnet.

Der erste und zweite Schalttransistor 715 und 7J6 ist jeweils über einen entsprechenden Basiswiderstand R 15, R 16 an den Ausgang eines Verstärkers y3 bzw. v4 angeschlossen. Durch einen zwischen dem Ausgang und dem nicht invertierenden Eingang dieser Verstärker angeschlossenen Mitkoppelungswiderstand R 17

ίο bzw. R 18 wird bei diesen Verstärkern y3 und y4 ein Kippverhalten erreicht. Der Verstärker y 3 ist mit seinem nicht invertierenden Eingang über einen ersten Verbindungswiderstand R 19 an den Ausgang des Regel vei stärkers y\ und über einen ersten Einstell widerstand /?20 an die Nulleitung der Motor- und Steuergleichspannungsquelle angeschlossen. Desgleichen ist der Verstärker ν 4 über einen zweiten Verbindungswiderstand R2\ an den Ausgang des Umkehrverstärkers ν 2 und über einen zweiten Einstellwiderstand R 22 an die Nulleitung angeschlossen. Zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Regelverstärkers y 1 und des Umkehrverstärkers >·2 liegt jeweils ein Rückführungswiderstand R 23 bzw. /?24. Über einen dritten Verbindungswiderstand R25 ist der Umkehrverstärker \2 mit seinem invertierenden Eingang an den Ausgang des Regelverslärkers y\ angeschlossen. Der Regelverstärker y 1 ist dagegen über einen vierten Verbindungswiderstand /?26 mit dem Abgriff eines Potentiometerwiderstands /?27 verbunden. Um eine galvanische Trennung der Ein- und Ausgangsgröße zu erreichen, weist das Potentiometer einen weiteren Potentiometerwiderstand R 28 auf, dessen Abgriff mechanisch mit dem Abgriff des Potentiometerwiderstands 27 gekuppelt ist. Über einen Widerstand R 29 ist die Sollwertspannung Us an den invertierenden Eingang des Regelverslärkers y 1 gelegt.

Die Steuereinrichtung arbeitet wie folgt: Über den vierten Verbindungswiderstand /?26 liegt der Spannungsistwert und über den Widerstand /?29 der Spannungssollwert an dem invertierenden Eingang des Regelverstärkers y 1. Somit wird dem Regelverstärker y 1 eine Soll-Istwertdifferenz zugeführt. Der Rückführwiderstand 23 ist so ausgelegt, daß der Regelverstärker y\ bis zu einem bestimmten Wert der Soll-Istwertdifferenz voll durchgesteuert ist. Dieser Wert wird möglichst niedrig gewählt, so daß der Regelverstärker bei einer auftretenden Soll-Istwertdifferenz möglichst lange voll durchgesteuert ist. Der Rückführwiderstand R 24 gibt dem Umkehrverstärker y2 eine Verstärkung von - I.

Ist die durch die Soll-Istwertdifferenz hervorgerufene Spannung an dem invertierenden Eingang des Regelverstärkers y 1 positiv gegenüber dem an der Nulleitung liegenden nicht invertierenden Eingang des Regel-Verstärkers, so erscheint am Ausgang dieses Regelverstärkers eine negative Spannung. Diese negative Spannung hat zur Folge, daß der Regeltransistor 717 über die Entkopplungsdiode D 5 und seinen ersten Basiswiderstand R 12 aufgesteuert wird. Durch den Regelte transistor 717 werden die beiden Stelltransistoren 713 und 714 ebenfalls aufgesteuert. Das am Ausgang des Regelverstärkers y\ erscheinende negative Spannungssignal hat weiterhin ein Kippen des Verstärkers _y3 zur Folge. Hierdurch wird der Schalttransistor 715 durchgesteuert und damit die erste Verbindungsleitung L 1 leitend mit der Nulleitung verbunden. Über die ersten Vortransistoren 75 bis 78 werden nunmehr die Leistungstransistoren 71 bis 74 in entsprechender

Folge angesteuert, so daß der Motor in der einen Drehrichtung anläuft. Solange der Regelverstärker y I voll durchgesteuert ist, ist auch der Regeltransistor 717 und damit auch der angeschlossene Stelltransistor 713 voll durchgesteuert, d. h. der Motor läuft mit seiner höchstmöglichen Drehzahl. Erst wenn der Wert der Soll-Istwertdifferenz unter den durch den Rückführwiderstand R 23 vorgegebenen Wert absinkt, wird der Regeltransistor 717 durch den Regelverstärker y\ entsprechend dem abnehmenden Wert der Soll-Istwertdifferenz zugesteuert und damit der Antriebsmotor in seiner Drehzahl heruntergeregelt.

Durch den zweiten Basiswiderstand R 13 ist dem Regeltransistor T17 ein Mindestsollwert für die Drehzahl vorgegeben. Der Regeltransistor Γ17 kann somit durch den Regelverstärker y 1 nicht unter diesen Wert heruntergeregelt werden. Dadurch erhält der Antriebsmotor auch beim Annähern an den einzustellenden Wert eine noch ausreichende Spannung, die einen sicheren Lauf des Antriebsmotors bis zum Abschalten durch das Sperren des Schalttransistors 7"15 gewährleistet. Sobald nämlich am Ausgang des Regelverstärkers y 1 das negative Spannungssignal Null wird, kippt der Verstärker y3 zurück und der Schalttransistor 715 wird dadurch gesperrt.

Ist die durch die Soll-Istwertdifferenz am invertierenden Eingang des Regelverstärkers hervorgerufene Spannung dagegen negativ gegenüber dem ander Nullleitung liegenden nicht invertierenden Eingang dieses Regelverstärkers, so erscheint am Ausgang des Regel-Verstärkers ein positives Spannungssignal. Durch dieses positive Spannungssignal wird ein Stromfluß über die Entkopplungsdiode D5 verhindert. Dagegen steuert ein solches positives Spannungssignal den Umkehrverstärker y 2 durch, da dessen invertierender Eingang gegenüber dem ebenfalls mit der Nulleitung verbundenen nichtinvertierenden Eingang positive Spannung führt. Am Ausgang dieses Umkehrverstärkers y2 erscheint nunmehr ein negatives Spannungssignal. Dieses negative Spannungssignal vermag nunmehr widerum den Regeltransistor Γ17 über die Entkopplungsdiode D 6 und seinen ersten Basiswiderstand R12 aufzusteuern.

Außerdem kippt der Verstärker j'4 infolge des an seinem nicht invertierenden Eingang anstehenden negativen Spannungssignals und steuert damit den Schalttransistor Γ16 voll durch. Da über den Regeltransistor Γ17 auch der Stelltransistor 714 durchgesteuert ist, liegen nunmehr die /weilen Vortransistoren 79 bis 7Ί2 über die zweite Verbindungsleitung L2 an der Nulleitung. Diese zweiten Vortransistoren steuern die Leistungstransistoren Π bis 74 gegenüber den ersten Vortransistoren 75 bis 78 in anderer Folge an, so daß der Motor in seiner anderen Drehrichtung anläuft. Wie bereits für die eine Drehrichtung beschrieben, läuft der Antriebsmotor wiederum mit seiner vollen Drehzahl, bis der Wert der Soll-Istwertdifferenz unter den durch den Rückführwiderstand R 23 des Regelverstärkers y\ eingestellten Wert absinkt. Danach wird die Drehzahl ebenfalls proportional entsprechend dem Absinken des Wertes der Soll-Istwertdifferenz heruntergeregelt, bis wieder durch den zweiten Basiswiderstand R 13 des Regeltransistors 717 der Mindestsollwert erreicht ist. Die Abschaltung des Antriebsmotors erfolgt beim Zurückkippen des Verstärkers y4, wodurch der Schalttransistor 716 gesperrt und damit der Stromfluß in der zweiten Verbindungsleitung L 2 unterbrochen wird.

Über die Einstellwiderstände R 20 und R 22 kann die Empfindlichkeit der Verstärker y3 und y4 eingestellt werden, so daß auch hier eine optimale Anpassung dieser Verstärker an die jeweiligen Betriebsbedingungen möglich ist.

Der Rückführwidersland R23 wird vorteilhafterweise so bemessen, daß der Wert der Soll-Istwertdifferenz bis zu dem der Regelverstärker y 1 voll durchgesteuert ist, möglichst klein ist. Dadurch ist es möglich, den Antriebsmotor mit seiner vollen Drehzahl bis nahe an den einzustellenden Wert laufen zu lassen. Danach wird die Drehzahl des Anlriebsmotors proportional zum Absinken des Wertes der Soll-Istwertdifferenz auf eine Mindestdrehzahl heruntergeregelt. Durch die vorgegebene Mindestdrehzahl ist ein sicheres Erreichen der Endeinstellung gewährleistet. Mit der Steuereinrichtung nach der Erfindung lassen sich somit kurze Einstellzeiten bei großer Genauigkeit des Endeinstellwertes erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: 22

1. Steuereinrichtung für ein durch einen drehzahlregelbaren und reversierbaren Antriebsmotor betätigtes Potentiometer, bei der der Drehzahlregier des Antriebsmotors durch eine mit der Soll-Istwertdifferenz beaufschlagte Steuerschaltung gesteuert ist, welche Steuerschaltung bis zu einem bestimmten Wert der Soll-Istwertdifferenz ein konstantes Steuersignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerschaltung eine mit einer Rückführung (R 23, R 24) beschaltete Verstarkereinrichlung (yi, y2) vorgesehen ist, wobei die Rückführung so bemessen ist. daß die Verstärkereinrichtung bis zu dem bestimmten Wert der Soll-Istwertdifferenz voll durchgesteuert ist und daß ferner dem Drehzahlregler (Π7) ein .Mindestsollwert vorgegeben ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkereinrichtung einen Regelverstärker (yi) und einen Umkehrverstärker (_v2) aufweist, wobei die Soll-Istwertdifferenz am invertierenden Eingang des Regelverstärkers (>·1) anliegt und der Umkehrverstärker (>2) mit seinem invertierenden Eingang an den Ausgang des Rege'iverstärkers (y \) angeschlossen ist und daß für beide Drehrichungen ein gemeinsamer Drehzahlregler (7" 17) vorgesehen ist, dessen Steuereingang über Entkopplungsdioden (D5. D6) _?° sowohl mit dem Ausgang des Regelverstärkers (y 1) als auch mit dem Ausgang des Umkehrverstärkers (y 2) verbunden ist.