DE2601751A1

DE2601751A1 - Steuerschaltung fuer die steuerung der wellendrehzahl eines motors

Info

Publication number: DE2601751A1
Application number: DE19762601751
Authority: DE
Inventors: Kuniaki Kubokura; Masayoshi Sunada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-01-20
Filing date: 1976-01-19
Publication date: 1976-07-22
Also published as: JPS5185412A; DE2601751B2; JPS5425989B2; US4040508A

Description

Priorität: 20. Januar 1975, Japan, Nr. 7810/75

Steuerschaltung für die Steuerung der k'ellendrehzahl eines Motors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für die Steuerung der Wellendrehzah.l eines Motors mit Kupplungs- und Bremseinrichtungen. Dabei sind die Kupplungs- und Bremseinrichtungen zum intermittierender: Verbinden des Motors und einer Last elektromagnetisch beiäiigbar, wodurch die Drehzahl einer Welle gesteuert wird.

Ein System zur Steuerung der V'ellendrehzahl eines Kupplungsmotors mit Kupplungs- und Bremseinrichtungen ist aus der US-Patentschrift 3 599 764 bekannt. In dem Steuersystem für die Wellendrehzahl wird die Umlaufdrehzahl einer Antriebswelle einer vom Motor angetriebenen Einrichtung auf einem vorgewählten Wert gehalten durch Erzeugung eines gleichgerichteten Gleichstromsicjnalsund bei Abfallen dieses unter einen Bezugswert Erzeugung eines überlagerten Wechselstromsignals, wodurch die niedrige Wellendrehzahl angezeigt wird und eine Betätigung der Kupplung zur Erhöhung der Wellendrehzahl bewirkt wird· Wenn die Wellendrehzahl größer als der vorgewählte Wert wird, übersteigt das erzeugte Signal den Bezugswert und wird durch einen

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zweiten Festkörperschalter erfaßt, wodurch die Bremse in Betrieb gesetzt wird, bis die V/ellendrehzahl abnimmt. Somit holt eine alternierende, pulsierende und sich nicht überlappende Betätigung der Kupplungs- und Bremseinrichtung die Antriebswelle der Lastmaschine auf der vorgewählten Drehzahl. Das bekannte Steuersystem formt ein Gleichstromsignal von Heßeinrichtungen für die Wellendrehzahl in das überlagerte Wechselstromsignal um durch einen Gleichrichter und ein RC-Glied mit einer bestimmten vorgegebenen Zeitkonstante. Daraus ergibt sich jedoch für die bekannte Einrichtung der Nachteil, daß die Wellengeschwindigkeit nicht über einen großen Bereich von niedrigen bis zu hohen Geschwindigkeiten präzise gesteuert v/erden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung für die Steuerung der V/ellendrehzahl eines Motors mit Kupplungs- und Bremseinrichtungen zu schaffen, welche eine genaue und zuverlässige Drehzahlregelung über einen großen Drehzahlbereich ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuerschaltung erreicht, welche gekennzeichnet ist durch einen Drehzahldetektor zum Erfassen der Drehzahl des Motors und zur Erzeugung eines ersten Impulssigncls mit einer zur Ist-Drehzahl umgekehrt proportionalen Periode, einen Drehzahlwähler zum Einstellen einer Soll-Drehzahl der Motorwelle, einen Signalgenerator zur Erzeugung eines zweiten Impulssignals mit einer gegenüber der Soll-Drehzahl des Drehzahlwählers umgekehrt proportionalen Periode, eine erste Einrichtung zur Ermittlung des Verhältnisses der

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Periode des ersten Impulssignals zur Periode des zweiten Impulssignals und eine zweite Einrichtung zur Betätigung der Bremseinrichtung, bis dieses Verhältnis einen vorgegebenen Wert übersteigt, und zur Betätigung der Kupplungseinrichtung, wenn das Verhältnis den vorgegebenen Wert übersteigt.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann aus besonders einfachen logischen Schaltungen aufgebaut werden und ermöglicht somit mit einfachen Mitteln eine genaue und zuverlässige Drehzahlregelung über einen großen Drehzahlbereich.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild eines Kupplungsmotors, an welchem eine erfindungsgemäße Steuerschaltung angeschlossen i

Figur 2 ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuerschaltung,

Figur 3 V/ellenformen der Eingangs- und Ausgangssignale in verschiedenen Elementen der erfindungsgemäßen Steuerschaltung und .

Figur 4 Ausgangswellenformen zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Steuerschaltung.

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Gemäß Figur 1 ist einemMotor mit Kupplungs- und Bremseinrichtungen eine erfindungsgemäße Steuerschaltung zur Steuerung einer VJellendrehzahl zugeordnet. Der mit 9 bezeichnete Motor gibt Drehenergie an eine Welle 7, eine Reibungskupplung 61 und eine Reibungsbremse 51 ab. Die Drehenergie der Welle 7 wird an eine Nutzeinrichtung 8. beispielsweise eine Arbeitsmaschine, weitergegeben und von dieser verbraucht.

Eine Steuerschaltung 1 zur Steuerung der Funktion der Kupplungseinrichtung 61 und der Bremseinrichtung 51 ist mit den Ausgängen eines Drehzahlwählers 3 für die Einstellung einer Soll-Drehzahl, einem Impulssignalgenerator 4 zur Erzeugung eines Soll-Drehzahl-Impulssignals α mit einer zur Soll-Drehzahl des Drehzahlwühlers umgekehrt proportionalen Periode und einem Drehzahldetektor 2 zur Erzeugung eines Ist-Drehzahl-Impulssignals b mit einer zur Ist-Drehzahl der Welle 7 umgekehrt proportionalen Periode verbunden.

Gemäß Figur 2 weist die Steuerschaltung 1 ein UND-Glied 11 auf, dessen eine Eingangsklemme mit dem Ausgang α des Impulsgenerators 4 und dessen andere Eingangsklemrae mit dem Ausgang b des Drehzahldetektors 2 verbunden ist. Eine Ausgangsklemme des UND-Glieds 11 ist mit einem Eingang eines Zählers 12 verbunden. Die Ausgänge des Zählers 12 sind mit den Eingängen einer Verklinkungsspeicherschaltung 13 zum vorübergehenden Festhalten eines Zählwerts verbunden« Die Verklinkungsspeicherschaltung 13 hat fünf Ausgänge ^t 9/ ⁿf i ^ur>d j· Von diesen sind die Ausgänge f, g, h und i

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jeweils mit einem Eingang der UND-Glieder 141, 142, 143 beziehungsweise 144 einer logischen Schaltung 14 verbunden. Die Ausgänge der UND-Glieder 141 und 142 sind mit einem Eingang eines Verstärkers verbunden, während die Ausgänge der UND-Glieder 143 und 144 und der verbleibende Ausgang j der Verklinkungsspeicherschaltung 13 mit einem Eingang eines Verstärkers 19 verbunden sind«

Ferner ist die Ausgangsklemme b des Drehzahldetektors 2 mit zwei monostabilen Multivibratoren 161 und 162 eines Betätigungs-Zeitsignalgenerators 16 verbunden. Die beiden monostabilen Multivibratoren werden durch das Ist-Drehzahl-Impulssignal b des Drehzahldetektors 2 getriggert und erzeugen entsprechende Impulssignale. Die Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators 161 ist kurzer als die des monostabilen Multivibrators 162.

Ein Ausgang k des einen monostabilen Multivibrators 161 des Betätigungs-Zeitsignalgenerators 16 ist mit dem anderen Eingang des •UND-Glieds 141 sowie ferner über einen Inverter mit dem anderen Eingang des UND-Glieds 143 verbunden. Ein Ausgang 1 des anderen monostabilen Multivibrators 162 ist mit dem anderen Eingang des UND-Glieds 142 sowie ferner über einen Inverter mit dem anderen Eingang des UND-Glieds 144 verbunden.

Eine Torsteuerschaltung 17 hat einen Eingang, welcher mit dem Ausgang b des Drehzahldetektors 2 verbunden ist, einen Ausgang c für ein Signal mit einer Phasendifferenz von 18o gegeaüber dem Eingangssignal sowie einen Ausgang d für ein Signal, welches mit dem

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Eingangssignal phasengleich ist« Die Bezugsziffer 171 bezeichnet einen Inverter.

Die Figuren 3 α bis 3 h veranschaulichen die Eingangs- und Ausgangssignal-U'ellen formen in verschiedenen Elementen der Steuerschaltung. Das Soll-Drehzahl-Impulssignal des Impulsgeneratörs 4 ist in Figur 3 α gezeigt. Die Methode, nach welcher die Soll-Drehzahl von niedrigen Drehzahlen zu hohen Drehzahlen anv/ächst, ist in dieser Zeichnungsfigur in Richtung von links nach rechts verlaufend gezeigt. Entsprechend ist das Ist-Drehzahl-Impulssignal des Drehzahldetektors 2 mit der zur Ist-Drehzahl der Welle 7 umgekehrt proportionalen Peiode in Figur 3 b gezeigt.

Die Wellenform des Ausgangssignals c des mit dem anderen Eingang des UND-Gliedes 11 verbundenen Inverters 171 ist in Figur 3 c gezeigt. Das ÜND-^Glied 11 läßt das Soll-Drehzahl-Impulssignal nur während des Zeitintervalls durch, in welchem das in Figur 3 c gezeigte Signal "1" ist. Das durch das UND-Glied Π hindurchgekommene Soll-Drehzahl-Impulssignal hat die durch den Zähler 12 gezählte Anzahl von Impulsen. Der sich ergebende Zählv/ert v/ird vorübergehend in der Verklinkungsspeicherschaltung 13 festgehalten. Der Zähler 12 und die Verklinkungsspeicherschaltung 13 werden durch ein Rückstellsignal am Ausgang d der Torsteuerschaltung 17 zurückgestellt, welches eine Wellenform ähnlich der in Figur 3 b gezeigten hat.

Je nach dem Zählwert erzeugt die Verklinkungsspeicherschaltung 13 ein Ausgangssignal an einem der Ausgänge f, g, h, i und j, bis

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sie anschließend durch das Rückstellsignal zurückgestellt wird.

Die Beziehung zwischen den Zählwerten und den Ausgängen im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich:

Tabelle 1

Zählwert ·	Ausgang	Betätigung
Ό - 7 - 8 - Π	f g	>■ Bremse
12 - 13	h
14	i
15	j

*■ Kupplu

Wenn das Ausgangssignal am Ausgang f der Verklink-.ungsspeicherschaltung 13 erscheint, wird das UND-Glied 141 der logischen Schaltung 14 geöffnet, so daß das Ausgangs-Impulssignal des monostabilen Multivibrators 161 durch den Verstärker 18 verstärkt und einer Bremsenspule δ aufgeprägt wird· Die Wellenform des Ausgangs-Impulssignals ist in Figur 3 d gezeigt.

Wenn das Ausgangssignal am Ausgang g der Verklinkungsspeicherschaltung 13 erscheint, wird das UND-Glied 142 der logischen Schaltung 14 geöffnet und das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 162 wird an den Verstärker 18 gegeben. Das verstärkte Ausgangssignal wird der Bremsen-Spule 5 aufgeprägt.

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Figur 3 e zeigt die zugehörige Wellenform. Wie aus den Figuren 3· d und 3 e ersichtlich, ist die Impulsdauer T, des monostabilen Multivibrators 161 länger als die Impulsdauer ¹JT des monostabilen Multivibrators 162.

Wenn das Ausgangssignal am Ausgang h der Verklinkungsspeicherschaitung 13 erscheint, wird das umgekehrte Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 161 entsprechend Figur 3 f durch ein UND-Glied 143 über den Verstärker 19 an eine Kupplungs-Spule 6 gegeben.

Wenn das Ausgangssignal am Ausgang i der Verklinkungsspeicherschaltung 13 erscheint, wird das umgekehrte Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 162 entsprechend Figur 3 g durch das UND-Glied 144 zum Verstärker 19 gegeben. Das verstärkte Ausgangssignal wird an die Kupplungs-Spule 6 gegeben.

V/enn das Ausgangssignal am Ausgang j der Verriegelungsspeicherschaltung 13 erscheint, wird es direkt durch den Verstärker 19 verstärkt und das verstärkte Signal wird an die Kupplungs-Spule 6 gegeben. Figur 3 h zeigt die Ausgangswellenform des Verstärkers für diesen Fall.

Figur 4 veranschaulicht das Verfahren, nach welchem die Drehzahl der Welle 7 tatsächlich von einem niedrigen Wert auf eine Soll-Drehzahl- gebracht wird. Figur 4 α zeigt ein Soll-Drehzahl-Impulssignal, welches eine vorgeschriebene Periode entsprechend einer bestimmten Soll-Drehzahl hat. Figur 4 d zeigt ein Ist-Drehzahl-

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Impulssignal, welches eine zu der Soll-Drehzahl der Welle 7 umgekehrt proportionale Periode hat.

Wenn die Ist-Drehzahl der Welle 7 niedrig ist, zählt der Zähler 12 fünfzehn oder mehr Impulse des Soll-Drehzahl-Impulssignals während der Periode des Ist-Drehzahl-Impulssignals, wie in Figur 4 b gezeigt. Das Ausgangssignal erscheint am Ausgang j der Verriegelungsspeicherschaltung 13, ein Strom fließt kontinuierlich durch die Kupplungs-Spule 6 (wie in Figur 4 d gezeigt) und die Kupplung 61 wird betätigt. Somit steigt die Ist-Drehzahl der Welle 7 allmählich an
und die Periode der Ist-Drehzahl-Impulse nimmt ab. Daher verringert sich die Anzahl der · s von dem Zähler 12 während der
Periode des Ist-Drehzahl-Impulssignals gezählten Impulse des Soll-Drehzahl-Impulssignals. Wenn der Zähiv/ert vierzehn wird, erscheint das Ausgangssignal am Ausgang i der Verriegelungsspeicherschaltung 13 und ein Strom fließt während eines bestimmten Zeitintervolls
durch die Kupplungs-Spule 6. Das Zeitintervall, während welches
die Kupplungs-Spule 6 betätigt wird, d. h. während welches der
Stromfluß durch die Kupplungs-Spule 6 aufrechterhalten wird, bestimmt sich aus der Impulsdauer des Ausgangs-Impulssignals der
monostabilen Hultivibratoren 161 und 162 des BetätigvngszeiisLgnaL-Generators 16. Wenn der Zählwert den Wert zwölf erreicht, erscheint das Ausgangssignal am Ausgang h der Verriegelungsspeicherschaltung 13 und die Periode des durch die Kupplungs-Spule 6 fließenden Stroms wird noch kleiner (Figur 4 d ).

Wenn die Ist-Drehzahl der Welle 7 erhöht wird und dabei die SoIl-

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Drehzahl überschreite^ d.h. wenn der Zähler 12 elf Impulse des Soll-Drehzahl-Impulssignals wahrend der Periode des Ist-Drehzahl-Impulssignals zählt, erscheint das Ausgangssignal am Ausgang g der Verriegelungsspeicherschaltung 13. Somit wird das Ausgangs-Impulssignal des monostabilen Multivibrators 162 bestimmt durch die logische Schaltung 14. V/ährend der Impulsdauer des Ausgangsimpulssignals wird ein Stromfluß durch die Bremsen-Spule 5 aufrechterhalten und die Bremseinrichtung 5Ί wird in Arbeitsstellung gehalten ( Figur 4c).

Wenn die Bremseinrichtung 51 betätigt wird und die IstvDrehzahl der Welle 7 kleiner wird als die Soll-Drehzahl, fließt wieder der Strom durch die Kupplungs-Spule 6, so daß die Welle 7 beschleunigt wird» (vergleiche rechtes Ende der Figur 4 d). /

Auf diese V/eise werden die Betätigung der Kupplung 61. beziehungsweise der Bremse 51 v/iederholt und das Umlaufen der Welle 7 mit der Soll-Drehzahl wird aufrechterhalten.

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Claims

Patentansprüche

1. Steuerschaltung für die Steuerung der Wellendrehzahl eines *■

Motors mit Kupplungs- und Bremseinrichtungen, gekennzeichnet durch einen Drehzähldetektor (2) zum Erfassen der Ist-Drehzahl des Motors (9) und zur Erzeugung eines ersten Impulssignals mit einer zur Ist-Drehzahl umgekehrt proportionalen Periode, einen Drehzahlwähler (3) zum Einstellen einer Soll-Drehzahl der Motorwelle (7), einen Signalgenerator (4) zur Erzeugung eines zweiten Impulssignals mit einer gegenüber der Soll-Drehzahl des Drehzahlwählers (3) umgekehrt proportionalen Periode, eine erste Einrichtung zur Ermittlung des Verhältnisses der Periode des ersten Impulssignals zur Periode des zweiten Impulssignals und eine zweite Einrichtung zur Betätigung der Bremseinrichtung (51), bis dieses Verhältnis einen vorgegebenen V/ert übersteigt, sowie zur Betätigung der Kupplungseinrichtung (61), wenn das Verhältnis

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den vorgegebenen Wert übersteigt.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine Anordnung zur Steuerung der Betätigungsdauer der Kupplungseinrichtung (61) und der Bremseinrichtung (51) aufweist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Steuerung der Betütigungsdauer der Kupplungs- beziehungsweise Bremseinrichtung zwei monostabile Multivibratoren (161), (162) mit unterschiedlichen Zeitkonstanten umfaßt.

4. Steuerschaltung für die Steuerung der Wellendrehzahl eines Motors mit Kupplungs- und Bremseinrichtungen, gekennzeichnet durch eine Kupplungs-Spule (6) zur Betätigung der Kupplungseinrichtung (61), eine Bremsspule (5) zur Betätigung der Bremseinrichtung (51), einen Drehzahldetektor (2) zum Erfassen der Ist-Drehzahl der Welle(7) und zur Erzeugung eines Impulssignals mit einer zur Ist-Drehzahl umgekehrten Periode, einen Drehzahlwähler zur Einstellung einer Soll-Drehzahl der Motorwelle (7), einen Impulssignalgenerator (4) zur Erzeugung eines Impulssignals

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mit einer zur Soll-Drehzahl des Drehzahldetektors (2) umgekehrt proportionalen Periode, eine Einrichtung zur Ermittlung des Verhältnisses der Periode des Impulssignals des Drehzahldetoktors (2) zur Periode des Impulssignals des Impulssignalgenerators (4), einen Betätigungs-Zeitsignal-Generator (16) zur Erzeugung eines Zeitsignals mit einer vorgegebensn Impulsdauer entsprechend dom Signal des Drehzahldetektors (2) und eine logische Schaltung (14) zur Abgabe des Zeitsignals an die Brems-Spule (5) beziehungsweise Kupplungs-Spule (6) entsprechend dem Verhältnis.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ermittlung des Periodenveihäitnisses einen Zähler

S 02Jzum Zählen des Soll-Drehzahl-Impulssignals für jede Periode des Ist-Drehzahl-Impulssignals sowie einen Speicher (13) zur Speicherung der gezählten Anzahl von Soll-Drehzahl-Impulsen während der Periode der Ist-Drehzahl-Impulssignale und zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend der gezählten Anzahl von Impulsen umfaßt.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch 'gekennzeichnet, oaß der Betätigungs-Zeitsignal-Generator (16) zwei monostabile

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Multivibratoren (lol, 162) umfaßt, deren Zeitkonstante jeweils die vorgegebene Impulsdauer bestimmt.

7. Steuerschaltung für die Steuerung der Wellendrehzahl eines Motors mit Kupplungs- und Bremseinrichtungen, gekennzeichnet durch eine eine Kuppiungs-Spule (6) aufweisende Reibungskupplung (61) zur Verbindung des Motors (9) mit einer Last (8) während der Erregung der Kupplungs-Spule (ό), eine eine Bremsen-Spule (5) aufweisende Reibungsbremse (51) zur Trennung der Last (S) vom Motor (9) und Aufbringung der Bremskraft auf die Last (8) bei Erregung der Bremsen-Spule (5), einen Drehzahldetektor (2) zum Erfassen einer Ist-Drehzahl der Last (8) und Erzeugung einer Impulsfolge mit einer zur Ist-Drehzahl umgekehrt proportionalen Periode, einen Drehzahlwähler (3) zur Einstellung einer gewünschten Drehzahl der Last (3), einen Impulssignalgenerator (4) zur Erzeugung einer Soll-Drehzahl-Impulsfolge mit einer zur Soll-Drehzahl des Drehzahlwählers umgekehrt proportionalen Periode, einen Zähler (12) zum Zählen der Soll-Drehzahl-Impulse für jede Periode der Ist-Drehzahl-Impulse, einen Speicher (13) zur Speicherung der gezählten Anzahl von Soll-Drehzahl-Impulsen für die Periode der Ist-Drehzahl-Inipuise, zwei monostabile Multi vibratoren (161, 162)

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mit unterschiedlichen Zeitkonstanten zur Erzeugung von Betätigungszeitsignalen mit einer derZeitkonstanten entsprechenden Impulsdauer je nach den Ist-Drehzahl-Impulsen und eine logische
Schaltung (14) zur v/ahlweisen Abgabe der Ausgangsgrößen der
monostabilen Multivibratoren (161, 162) zur Kupplungseinrichtung (61) oder Bremseinrichtung (51) entsprechend dem Speicherinhalt des Speichers (13).

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