DE2324824C2

DE2324824C2 - Schaltungsanordnung zur Korrektur der Meßspannung eines analogen Drehzahlgebers

Info

Publication number: DE2324824C2
Application number: DE2324824A
Authority: DE
Inventors: Horst Appel; Klaus Dipl.-Ing. Boehm; Gerhard Dipl.-Ing. Gleissner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-05-16
Filing date: 1973-05-16
Publication date: 1974-10-17
Also published as: JPS5340501B2; JPS5020771A; SE388695B; FR2229974A1; US3919634A; DE2324824A1; DE2324824B1; IT1012375B; FR2229974B1; CH566004A5; BE814585A; GB1428637A

Description

spannung (U_n) schließt und ihn bei einer vor- Die erfindungsgemäßc Korrekturschaltung vergegebenen Endzahl öffnet und die Gedächtnis- bessert die Genauigkeit der Meßspannung eines anastufe (15) zur Sperrung der Bezugsfrequenz (;₀) 40 logen Drehzahlgebers wesentlich, da die Korrektur rücksetzt sowie den Zähler (13) zurückstellt. fortwährend erfolgt und nicht an vorgegebene Meß-

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, zeiten gebunden ist. Bei Verwendung der korrigierten gekennzeichnet durch Verwendung des höchst- Spannung als Drehzahl-Istwert in einem analogen möglichen Zählerstandes als Endzahl. Drehzahlregclkreis kann ein gebräuchlicher elek-

45 tronischei Regler verwendet werden, dessen Genauigkeit sich im gleichen Maße wie die Genauigkeit der

Meßspannung erhöht. Der Drehzahlsollwert für

diesen Regler kann wie üblich durch eine Sollwertspannung vorgegeben werden, ohne daß weitere

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- 50 Solhvertgrößcn gebildet werden müssen,
anordnung zur Korrektur der Meßspannung eines Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein analogen Drehzahlgebers durch eine aus einer dreh- Schaltglied zur Bildung der drehzahlproportionalen zahlproportionalen Signalfolge eines digitalen Dreh- Impulsfolge, bestehend aus Impulsen mit konstanter zahlgebers abgeleitete Korrekturspannung aus einem Spannungs-Zeit-Fläche, das jeweils für eine feste Integralregler. 55 Zeitspanne innerhalb einer Periode der drehzahl·· Bei analogen Drehzahlregelkreisen liegt bei ver- proportionalen Signalfolge des digitalen Drehzahltretbarem Aufwand die erreichbare statische Ge- gebers eine konstante Bezugspannung auf den Fühnauigkeit nicht wesentlich unter 1% der Nenndreh- rungsgrößenkanal des Integralreglers aufschaltct. Ein zahl. Für hochgenaue Drehzahlregelungen sind daher derartiges Schaltglied formt die Signale des digitalen digitale Regelkreise gebräuchlich, die jedoch einen 60 Drehzahlgebers in Impulse mit konstanter Spansehr großen Schaltungsaufwand bedingen. Bei analo- nungs-Zeit-Fläche um.

gen Regelkreisen mit elektronischen Reglern hängt die Bei Verwendung eines derartigen Schaltgliedes ist erzielbare Genauigkeit im wesentlichen von der Güte die Güte der erfindungsgemäßen Korrekturschaltung des Drehzahl-Istwertes ab, beispielsweise von der außer von der Verwendung des digitalen Drehzahl-Meßspannung eines Tachogenerators als Drehzahl- 65 gebers noch abhängig von der Genauigkeit der Begeber. Die Genauigkeit eines Tachogenerators ist zugsspannung und der festen Zeitspanne. Diese feste jedoch durch Temperaturgang und Linearitätsfehler Zeitspanne läßt sich beispielsweise durch bekannt* begrenzt. Zeitglieder erzeugen. Zur Erzeugung einer besonders

genauen Zeitspanne sieht eine Ausgestaltung der Erfindung einen Zähler mit vorgeschaltetem Sperrgatter vor, das eine hochgenaue Bezugsfrequenz in Abhängigkeit vom Ausgangssignal einer vom digitalen Drehzahlgeber angesteuerten Gedächtnisstufe freigibt, sowie eine Auswertelog'k für den Zählerstand, die bei einer vorgegebenen Anfangszahl einen Scha!ι.τ für die Bezugsspannung schließt und ihn bei einer vorgegebenen Endzahl öffnet und die Gedächtnisstute zur Sperrrng der Bezugsfrequenz rück- to setzt sowie den Zähler rückstellt.

Durch geeignete Wahl der Anfangs- und der Endzahl, d. h. also du'ch Zählen einer bestimmten Anzahl von Impulsen der hochgenauen Bezugsfrequenz, läßt sich die benötigte feste Zeitspanne leicht einstellen und an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen. Außerdem ist gewährleistet, daß die feste Zeitspanne immer in eine Periode der drehzahlpmportionalen Signalfolge des dmitalen Drehzahlgebers füllt. Hierzu muß lediglich izcwahricistet sein. daß die feste Zeitspanne kleiner ist .Is eine Periode der drehzahlproportionalen Signalfolge hei der !inchsimöglichen Drehzahl.

Das Rückstellen des Zahlers kann unterbleiben, wenn der höchstmögliche Zählerstand als Endzahl verwendet wird. Der Zähler beginnt dann von selbst wieder mit Null.

Die hochgenaue Bezugsfrequenz kann zweckinäßigerweise durch einen Schwingquarz erzeugt werden, dessen Frequenz gegebenenfalls über einen Frequenzteiler untersetzt werden kann.

Alisführungsbeispiele der Erfindung und ihre in den Unteransprüchen gekennzeichneten Ausües!.·.!- tungen werden irn folgenden an Hand der F igiüen näher beschrieben. Fs zeigt

Fig. I eine schematKcbe Darsi-Jlung einer e'findungsuemäßen Schaltungsanordnung zur korrekt¹.;! der Meßspannung eines analogen Drehzahlgeber·..

F i g. 2 die Schaltung eines Ausführungsbeispiels eines Schaltglicdes zur Bildung der drchzahlproportionalen Impulsfolge, bestehend aus Impulsen mit konstanter Spannungs-Zeit-Fläche.

I⁷ig. 3 einige charakteristische Spannungsverläufe in den Schaltungen der F i g. I und 2.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 liefert der Tachogenerator 1 als analoger Drehzahlgeber die Meßspannung L',. Mit dem Tachogenerator 1 ist ein digitaler Impulsgeber zur Erzeugung einer drehzahlproportionalcn Signalfolgc/, (Fig. 3a) mit der Periode T₁ fest gekoppelt. Der digitale Drehzahlgeber besteht aus einer die Impulsscheibe 2 ab tastenden Sonde 3 — beispielsweise einem Hallgenerator — mit einer nachgcschaltctcn Impulsverstärker- und Impulsformerstufe 4.

Die drehzahlproportionale Signalfolge /, und eine konstante Frequenz /_n werden einem Schaltglied 5 eingegeben. Das Schaltglicd 5 bildet aus der Frequenz /„ eine feste Zeitspanne /₀ und ordnet diese Zeitspanne jeweils in eine Periode T₁ der drehzahlproportionalen Signalfrequcnz /, ein und schließt den Schalter 6 während der Zeitspanne I_n. Der Schalter 6 legt eine hochgenaue konstante Bczugsspannung U_t) in den Führungsgrößenkanal 7 des Integralreglers 8, der in bekannter Weise aus einem Operationsverstärker und einem Rückkopplungskonden- sator aufgebaut sein kann. Im Regelgrößcnkanal 9 des Integralreglcrs 8 liegt ständig die korrigierte Spannung £/.,.

Im Furminjisgrüßenkanal 7 des Jntegralreglers 8 erscheint somit eine drehzahlproportionaie Impulsfolge U₁ (F i g. 3 c), deren Impulse konstante Spannungs-Zeit-Flächen entsprechend dem Produkt aus der Bezugsspannung U₀ und der Zeitspanne J₀ aufweisen. Eine unmittelbare Umformung der Impulsfolge U₁ durch Mittelwertbildung in ein analoges drehzahlproportionales Signal und seine Verwendung als Drehzahl-Istwert in einer Drehzahlregelung würde eine sehr starke Glättung mit einer entsprechend großen Zeitkonstanten bedingen und die Regeldynamik einer schnellen Drehzahlregelung beeinträchtigen. Dieser Nachteil wird bei der erfindungsgemäßen Korrekturschaltung vermieden. In einer Periode T₁ der drehzahlproportionalen Signalfrequenz /, wird als Regelabweichung während der Zeitspanne <₀ die Differenz aus der Bezugsspannung U₀ und der korrigierten Spannung U., integriert, und währenJ der ve,bleibenden Restzeic / wird nur die korrgierte Spannung L'., integriert. L>er Integralregler 8 Uiult innerhalb einer Periode T₁ jeweils während der Zeitspanne i_lt hoch und während der Restzeit/, wieder zurück. Als Ausgangssignal des Integralregler^ 8 entsteht eine sägezahniörmige Wechselspannung L. , (Fig 3d), die in einem Addierverstärker 10 zur Meßspannung L\ des analogen Drehzahlgebers 1 hinzugefügt wird. Die korrigierte Spannung LJ., als Au\- gangisignai des Addierverstr.rkers 10 besteht somit aus einer drehzahlproportionalen Gleichspannung mit einer überlagerten Oberwelle. Bei einer Abweichung der Meßspannung i/, vom Mittelwert der dr.-'i/.iniproportionalen Impulsfolge L'. mit Impulsen mit konstanter Spannungs-Zeit-FIäehe im Führungsgrößenknnal 7 des Intcgralreglers 8 enthält die W eehselspannung {7., einen Gleichanteil, der die Spannung C'., am Ausgang des Add'.crverstärkers IO entsprechend korrigiert.

Besonders wichtig ist die Tatsache, der der Frequenzgang der Korrekturschaltung i ist. Die Korrekturschaltung verhält sich daher bei einer Drehzahländerung wie ein proportionales Glied mit der Verstärkung I.

An Hand des Ausführungsbcispiols von F i g 2 wird die Wirkungsweise des Schaltglicdes 5 erläutert. Das Sperrgatter 14 läßt die Impulse der Bezugsfrequenz /„ (Fig. 3b) durch, sobald die drehzahlproportionale Signalfolge f, (Fig. 3a) zu Beginn einer Periode T₁ die Gedächtnisstufe IS setzt. Die Impulse der Bezugsfrequenz /_n werden vom vierstufigen Binärzähler 13 gezählt, dessen Zählerstand von der Auswcrtclogik 16 überwacht wird. Die Auswertelogik 16 besteht aus einem NAND-Glied 17 und einem Flip-Flop 18. Die ersten beiden Zähl- impulsr werden zur Pufferung bei Störimpulsen verwendet. Fällt das Signal der drehzahlproportionalen Signalfrtquenz Z₁ innerhalb der ersten zwei Zählimpulse wieder zurück — beispielsweise durch Flat tern des digitalen Impulsgebers 2, 3 — wird der Schalter 6 nicht geschlossen. Dadurch können Fchlimpulse des digitalen Drehzahlgebers, deren Dauer kürzer als zwei Bezugsimpulslängen ist, zu keiner Verfälschung der Zeitspanne f₀ führen. Beim Zähler stand »2« wird das Flip-Flop 18 gesetzt. Der als Schalter 6 dienende Feldeffekt-Transistor wird vom Ausgang des Flip-Flop 18 angesteuert und schaltet die Bezugsspannung U₀ auf den Führungsgrößenkanal 7 des Integralreglcrs 8. Beim höchstmöglichen Zählerstand 15 ist die Zeitspanne f_n abgelaufen. Die

UND-Bedingung des NAND-Gliedes 17 ist erfüllt, das Flip-Flop 18 und die Gedächtnisstufe 15 werden rückgesetzt, der Schalter 6 wieder geöffnet und das Sperrgattcr 14 für die Bezugsfrequenz /₀ gesperrt. Dadurch entsteht im Führungsgrößenkanal 7 die drehzahlproportionale Impulsfolge LZ₇ (Fig. 3c) mit Impulsen mit konstanter Spannungs-Zeit-Fläche.
Am Ausgang des Integrators 8 erscheint die säge-

zahnfb'rmifje Spannung (7., (Fig. 3d). Tm eingeschwungenen Zustand heben sich die Spannungs-Zeit-Flächen oberhalb und unterhalb der Null-Linie gerade nuf. Sobald die Meßspannung U₁ vom wahren Wert U., abweicht, enthält die Ausgangsspannung t/._t des Integrators 8 einen Glcichantcil, der die Meßspannung fy, im Addierverstärker 10 entsprechend korrigiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Bei einer bekannten Korrekturanordnung für Patentansprüche· einen analogen Drehzahlgeber, insbesondere für einen Tachogenerator, wird die Frequenz eines mit

1. Schaltungsanordnung zur Korrektur der dem Tachogenerator fest gekuppelten digitalen Dreh-Meßspannung eines analogen Drehzahlgebers 5 zahlgebers für die Dauer einer vorgegebenen MeB-durch eine aus einer drehzahlproportionalen zeit einem ersten Zählwerk zugeführt und sein Signalfolge eines digitalen Drehzahlgebers abge- Zählerstand nach Ablauf der Meßzeit mit dem leitete Korrekturspannung aus einem Integral- Zählerstand eines zweiten Zählwerks verglirhen, das regler, dadurch ge ken η ζ ei ch η et, daß im eine Sollfrequenz eines festen Impulsgebers zählt Führungsgrößenkanal (7) des Integralreglers (8) io (deutsche Auslegeschrift I 068 035). Die Differenz eine aus der Signalfolge (/,) des digitalen Dreh- der beiden Zählerstände wird am Ende der Meßzeit zahlgebers (2, 3) abgeleitete drehzahlproportio- von einem Digital-Analog-Umformer in eine Kornale Impulsfolge (U₁) aus Impulsen mit kon- rekturspannung umgesetzt, die bis zum Ende der stanter Spannungs-Zeit-Fläche und in seinem nächsten Meßzeit bestehenbleibt. Zur Speicherung Regelgrößenkanal (9) die korrigierte Spannung 15 der Korrekturspannung dient ein Integrationsglied, (i/_s)ansteht,dieeinAddierverstärker(10)ausder das die Korrekturspannung während der nächstfol-Meßspannung (U₁) und der Korrekturspannung genden Meßzeit festhält.

(L'.,) des Integralreglers (8) bildet. " Die Korrektur der Meßspannung u-s lachogene-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, ge- rators kann hei der bekannten Anordnung somit kennzeichnet durch ein Schaltgiied zur Bildung 20 jeweils nur nach vorgegebenen Meßzeiten erfolgen, der drehzahlproportionalen Impulsfolge, be- Die bekannte Korrekturanordnung benötigt insbestehend aus Impulsen mit konstanter Spannungs- sondere einen zusätzlichen Impulsgeber zur E-zcu-Zeit-Fläche, das jeweils für eine feste Zeitspanne gung einer Sollfrequenz, die in Abhängigkeit vom (t_u) innerhalb einer Periode (T₁) einer drehzahl- Drehzahlsollwert exakt einstellbar sein muß.
proportionalen Signalfolgf: (/,) des digitalen 25 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Drehzahlgebers (2. 3) eine konstante Bezugsspan- eine Korrekturschaltung für die Meßspannung eines nung (U₀) auf den Führungsgrößenkanal "(7) des analogen Drehzahlgebers zu schaffen, die ständig Integralreglers (8) aufschaltet. eine entsprechende Korrekturspannung bildet.

3. Schaltu igsanordnung nach Anspruch 2. ge- Diese Aufgabt wird erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet durch einen Zähler (13) mit vor- 30 Rist, daß im Führungsgrößenkanal des Integralreglers geschalteten: Sperrga.tcr (I-ij, das eine hoch- eine aus der Signulfolge des digitalen Drehzahlgebers genaue Bezugsfrequenz (/„) in Abhängigkeit vom abgeleitete drehzahlproportionale Impulsfolge aus Ausgangssignal eine: vom digitalen Drehzahl- Impulsen mit konstanter Spannungs-Zeit-Fläche und geber (2,3) angesteuerten Gedächtnisstufe (>5) in seinem Regelgrößenkanal die korrigierte Spanfreigibt, und durch eine Auswertelogik (16) für 35 nung ansteht, die ein Addierverstärker aus der Meßden Zählerstand, die bei einer vorgegebenen spannung und der Korrekturspannung des Integral-Anfangszahl einen Schalter (6) für die Bezugs- reglers bildet.