DE2418769C3

DE2418769C3 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE2418769C3
Application number: DE2418769A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Komagane Nagano Miyazaki (Japan)
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1973-04-18
Filing date: 1974-04-18
Publication date: 1979-08-23
Also published as: NL7405286A; DE2418769A1; DE2418769B2; GB1472115A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit einer Drehzahlregelschleife zum Vergleichen einer Ausgangsspannung eines Frequenzgenerators, welcher eine der Drehzahl des Gleichstrommotors proportionale *s Spannung liefert, mit einer Bezugsspannung in einem Differentialverstärker und zum Verstärken der aus dem Vergleich gewonnenen Spannung und Anlegen dieser Spannung an den Gleichstrommotor und mit einer Phasenlagensteuerschleife, enthaltend einen Phasenla- so genkomparator, welcher die Phasenlage der Ausgangsspannung des Frequenzgenerators mit einer aus einem Bezugsoszillator gewonnenen Bezugsfrequenz vergleicht und das aus dem Vergleich gewonnene Signal als Bezugsspannung an den Differentialverstärker legt.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-AS 14 63 048 bekannt.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung sollen aus Temperaturschwankungen oder sonstigen Schwankungen, welche die Bezugssignale beeinflussen, resultieren- ^h0 de Regelschwingungen vermieden werden. Dazu benötigt die bekannte Schaltungsanordnung jedoch einen zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand, der darin zu sehen ist, daß der Bezugsoszillator neben dem Bezugssignal für den Phasenvergleich auch ein Bezugs- ^r"' signal für den Drehzahlvergleich vorsehen muß, wobei das Bezugssignal für den Drehzahlvergleich noch in eir e proportionale Spannung umgewandelt werden muß.

Auch bei der Drehzahlregelung nach der GB-PS 11 41 635 werden für den Drehzahlvergleich zusätzliche Frequenz-Spannungswandler benötigt, um entsprechende Signale für die Vergieichseinrichtung zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem trotz eines einfachen Phasenkomparator Regelschwingungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Phasenlagenkomparator zwei zueinander komplementäre Ausgänge aufweist, die wechselweise die Signalreihenfolge 1 und 0 tragen, wenn an den Eingängen zwischen zwei Signalen aus dem Bezugsoszillator mehr als ein Signal aus dem Frequenzgenerator ansteht und die Signalfolge 0— 1 tragen, wenn zwischen zwei Signalen aus dem Frequenzgenerator mehr als ein Signal aus dem Bezugsoszillator ansteht und daß die beiden Ausgänge über eine Widerstandskette mit einem Abgriff miteinander verbunden sind, an welchem die Bezugsspannung für den Differentialverstärker abgegriffen wird.

Die Widerstandskette kann als Widerstandspaar ausgebildet sein, an deren Verbindungspunkt die Bezugsspannung abgegriffen wird.

Vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß man lediglich einen Bezugsoszillator benötigt, der das Bezugssignal für den Phasenvergleich liefert.

Anhand der Zeichnungen wird an Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 und 2 Blockschaltbilder von Ausführungsbeispielen der Erfindung,

F i g. 3 ein Schaltbild eines Phasenlagenkomparators, welcher in der F i g. 1 zur Anwendung kommen kann,

F i g. 4 eine Übersicht der verschiedenen Zustände des Phasenlagenkomparators,

F i g. 5a, 5b eine graphische Darstellung des Betriebes des Ausführungsbeispieles in der F i g. 1,

F i g. 6 eine graphische Darstellung der Charakteristik des Ausführungsbeispieles in der F i g. 1 und

F i g. 7 eine Kurvendarstellung, welche den Betrieb des Ausführungsbeispiels der F i g. 4 zeigt.

Die F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbetspiel der Erfindung, bei dem ein Frequenzgenerator G mit einem Gleichstrommotor M gekoppelt ist, wobei der Frequenzgenerator eine Wechselspannung abgibt, die proportional zur Drehzahl des Gleichstrommotors M ist. Der Ausgang des Frequenzgenerators G wird mittels eines Gleichrichters 21 gleichgerichtet und in einem Filter 22 integriert, so daß man eine Gleichspannung erhält. Der Ausgang des Frequenzgenerators G besitzt eine Frequenz und eine Amplitude, welche normalerweise der Drehzahl des Gleichstrommotors Λ/ proportional sind. In den Fällen, in denen die Amplitude nicht proportional ist zur Drehzahl des Gleichstrommotors M, kann die Kombination aus Gleichrichter 21 und Filter 22 durch einen Frequenz-Spannungs-Wandler, der einen Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler bildet, ersetzt sein. Der Ausgang des Frequenzgenerators G gelangt ferner zu einem Wellenformer 23, der eine Rechteckwelle bildet. Diese wird an eine Frequenzteilerschaltung 24 weitergeleitet, deren Ausgang mit einem Phasenlagenkomparator 25 verbunden ist. Dieser führt einen Phasenvergleich mit einem Bezugssignal aus einem Bezugsoszillator 26 durch.

Zwei zueinander komplementäre Ausgänge des Phasenlagenkomparators 25 sind über eine Wider-

Standskette 27 mit einem Abgriff miteinander verbunden, an dem eine Bezugsspannung für einen Differentialverstärker 29 abgegriffen werden kann. Die abgegriffene Bezugsspannung wird über ein Nacheil-Voreilfilter 28, das mit einer Glättungsschaltung versehen ist, an den einen Eingang des Differentiaherstärkers 29 gelegt, an dessen anderem Eingang die Ausgangsspannung des Filters 22 liegt Der Ausgang des Differentialverstärkers 29 ist über einen Leistungsverstärker 30 am Gleichstrommotor Mangeschlossen. Das Tastverhältnis des Ausgangs des Phasenlagenkomparators 25 ändert sich in der Weise, daß stabilisierte Betriebsbedingungen beibehalten werden. Damit werden Regelschwingungen vermieden.

Die F i g. 2 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel, bei dem der Wellenformer 23 einen Schmitt-Trigger aufweist, der von zwei NPN-Transistoren Qi,Q2, einem Kondensator CI und Widerständen Ri bis R 5 gebildet wird. Der Bezugsoszillator 26 enthält einen astabilen Multivibrator, der aus zwei N PN-Transistoren Q 3, Q 4, Kondensatoren C3, C 4, Widerständen Rl bis R10, Dioden Di, D 2 und einem verstellbaren Widerstand VR1 besteht Der Phasenlagenkomparator 25 ist als Zähler ausgebildet und enthält zwei Flip-Flops FFl, FF2, die jeweils aus zwei NAND-Gattern NANDi bis NAND 4 bestehen, welche zu einer Verriegelungsschaltung miteinander verbunden sind. Ferner sind Torschaltungen G 1 bis G 4 vorgesehen. Diese enthalten miteinander verbundene Widerstände R19 bis R 28, Kondensatoren Cl bis C12 und Dioden D 6 bis D 9. Die Torschaltungen C1 bis G 4 werden durch die Ausgänge der NAND-Gatter NANDi, NAND2 und NAND4 gesteuert in der Weise, daß die Eingangssignale zu den Flip-Flops FFl, FF2, welche vom Bezugsoszillator 26 und dem Wellenformer 23 geliefert werden, blockiert oder hindurchgelassen werden. Diese Eingangssignale für die Flip-Flops stellen sich als invejniertes Setzsignal Sund als invertiertes Rückstellsignal Ädar.

Die F i g. 3 zeigt eine äquivalente Schaltung, bei der die Torschaltung G1, welche in der F i g. 2 durch die Verbindung des Kondensators C7 mit dem Widerstand R19 gebildet ist, durch einen Schäker S\ ersetzt ist. Dieser ist eingeschaltet, wenn ein invertierter Ausgang Qi vom Flip-Flop FF2 »1« ist Durch einen Schalter S₂ ist die Torschaltung G 2, welche in der F i g. 2 durch die Verbindung des Kondensators CS mit dem Widerstand R20 gebildet wird, ersetzt Dieser Schalter ist eingeschaltet, wenn ein invertierter Ausgang Qi des Flip-Flops FF2 »1« ist. Durch einen Schalter & ist die Torschaltung, welche durch die Verbindung des Kondensators C9, des Widerstandes Ä24 und der Diode D 6 gebildet wird, ersetzt Dieser Schalter ist eingeschaltet wenn ein nicnt invertierter Ausgang des Flip-Flops FFl »1« ist Ein Schalter 54 ersetzt die Torschaltung, welche durch die Verbindung des Kondensators ClO, des Widerstandes R 21 und der Diode Dl gebildet wird. Dieser Schalter ist eingeschaltet wenn ein invertierter Ausgang φ des Flip-Flops FFl »1« ist Ein Schalter Ss ersetzt die Torschaltung, welche durch die Verbindung des Kondensators CIl, des Widerstandes R 22 und der Diode D 8 gebildet wird.

ίο Dieser Schalter ist eingeschaltet wenn ein invertierter Ausgang <?i des Flip-Flops FFl »1« ist Ein Schalter S₆ schließlich ersetzt die Torschaltung, welche durch die Verbindung des Kondensators C12, des Widerstandes Λ 23 und der Diode D 9 gebildet wird. Dieser Schalter ist eingeschaltet wenn ein nicht invertierter Ausgang des Flip-Flops FFl »1« ist

Die F i g. 4 zeigt eine Tabelle, die die Betriebszustände wiedergibt, welche durch den als Zähler 25 ausgebildeten Phasenlagenkomparator, der von den Flip-Flops FFl, FF2 und den Schaltern 51 bis 56 gebildet wird, hervorgerufen werden. Der Phasenlagenkomparator 25 wird mit einem Bezugssignal R vom Bezugsoszillator 26 getriggert und mit einem Signal M des Frequenzgenerators G versorgt. Solange die beiden Eingangssignale R, Mabwechselnd an den Phasenlagenkomparator 25 gelegt werden, wird ein Ausgangssignal geliefert, das proportional zur Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen ist Die F i g. 6 zeigt die Durchschnittsausgangsspannung des Phasenlagen komparators 25 in Abhängigkeit von der Phasendiffe renz. Das nicht invertierte Ausgangssignal <?i des Flip-Flops FFl ist »1« für f_M > /« und »0« für /m < /«. Hierbei bedeuten /m die Frequenz des Signals M und (r die Frequenz des Bezugssignals R. Der Ausgang Q\ des Flip-Flops FFl ist »0«, wenn mehr als ein Signal des Frequenzgenerators G zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bezugssignalen des Bezugsoszillators 26 an den Phasenlagenkomparator geliefert werden. Der Ausgang Q\ des Flip-Flops FFl ist »1«, wenn mehr als eines der Bezugssignale des Bezugsoszillators 26 zwischen zwei nacheinanderliegenden Umlaufsignalen des Frequenzgenerators G an den Phasenlagenkomparator 25 gelegt werden. Hieraus gewinnt man eine Verbesserung der Stabilität der Synchronisation und des AnsprechverhaJ- tens. Die F i g. 5a zeigt die Verbesserung der Synchroni sation und die F i g. 5b das verbesserte Ansprechverhalten.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ist als Widerstandskette 27 ein Widerstandspaar vorgesehen, an dessen Verbindungspunkt man einen Ausgang, wie er in F i g. 7 dargestellt ist, gewinnt. Zusätzliche Schaltungseinrichtungen sind damit überflüssig.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit einer Drehzahlregelschleife zum Vergleichen einer Ausgangsspannung eines Frequenzgenerators, welcher eine der Drehzahl des Gleichstrommotors proportionale Spannung liefert, mit einer Bezugsspannung in einem Differentialverstärker und zum Verstärken der aus dem Vergleich gewonnenen Spannung und Anlegen dieser Spannung an den Gleichstrommotor und mit einer Phasenlagensteuerschleife, enthaltend einen Phasenlagenkomparator, welcher die Phasenlage der Ausgangsspannung des Frequenzgenerators mit einer aus einem Bezugsoszillator gewonnenen Bezugsfrequenz vergleicht und das aus dem Vergleich gewonnene Signal als Bezugsspannung an den Differentialverstärker legt, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenlagenkomparator (25) zwei zueinander komplementäre Ausgänge aufweist, die wechselweise die Signalreihenfolge 1 und 0 tragen, wenn an den Eingängen zwischen zwei Signalen aus dem Bezugsoszillator (26) mehr als ein Signal aus dem Frequenzgenerator (G) ansteht, und die Signalfolge 0—1 tragen, wenn zwischen zwei Signalen aus dem Frequenzgenerator mehr als ein Signal aus dem Bezugsoszillator ansteht, und daß die beiden Ausgänge über eine Widerstandskette (27) mit einem Abgriff miteinander verbunden sind, an welchem die Bezugsspannung für den Differentialverstärker (29) abgegriffen wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskette (27) als Widerstandspaar ausgebildet ist, an deren Verbindungspunkt die Bezugsspannung abgegriffen ist.