DE2601751B2

DE2601751B2 - Steuerschaltung zur drehzahlsteuerung einer von einem motor angetriebenen welle

Info

Publication number: DE2601751B2
Application number: DE19762601751
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Kubokura Kuniaki Hitachi Ibaraki Sunada (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-01-20
Filing date: 1976-01-19
Publication date: 1977-09-22
Also published as: JPS5425989B2; US4040508A; JPS5185412A; DE2601751A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist. Eine Schaltung dieser Gattung ist aus der USA-Patentschrift 35 99 764 bekannt. Dort wird die Ist-Drehzahl der Welle als Wechselspannung gemessen, die über einen Transformator und eine nachgeschaltete Gleiclhrichterstufe mit KC-Glied geführt wird. Die so erzeugte Gleichspannung hat eine Größe, die von der Ist-Drehzahl der Welle und vom Übertragungsfaktor des Transformators abhängt, und pulsiert mit einer zur Ist-Drehzahl proportionalen Frequenz zwischen einem oberen Wert und einem unteren Wert. Überschreitet der obere Wert der pulsierenden Gleichspannung einen vorgegebenen oberen Pegel, so wird eine Bremseinrichtung betätigt; unterschreitet der untere Wert der pulsierenden Gleichspannung einen vorgegebenen unteren Pegel, so wird eine Kupplungseinrichtung F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Motors mit Kupplungs- und Bremseinrichtungen sowie einer Drehzahl-Steuerschaitung,

Fig.2 ein detaillierteres Schaltbild eines Teils der Steuerschaltung nach F i g. 1,

Fig.3 ein Impulsdiagramm zui- Darstellung des zeitlichen Verlaufs von an verschiedenen Punkten der Steuerschaltung nach F i g. 2 auftretenden Signalen und

F i g. 4 ein weiteres Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Steuerschaltung nach F i g. 2.

Gemäß Fig. 1 treibt ein Motor 9 über eine Reibungskupplung 61 und eine Reibungsbremse 51 eine Welle 7, die die Drehenergie des Motors 9 auf eine Nutzeinrichtung 8, beispielsweise einer Arbeitsmaschine, überträgt.

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-Drchzahl-Impulssignals a mit einer zur Soll-Drehzahl des Drehzahlwählers 3 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 Fig.2 weist die Steuerschaltung 1 ein UND-Glied ίί auf, licsscii eine Eingangskiernrne mit dem Ausgang a des Impulsgenerators 4 und dessen andere Eingangsklemme mit dem Ausgang b des

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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 Verklinkunnsspeicherschaltung 13 zum vorübergehenden Festhalten eines Zählwerts verbunden. Die Verklinkungsspeicherschaltung 13 hat fünf Ausgänge f,g, h, /und j. Von diesen sind die Ausgänge f, g, h und /jeweils mit einem Eingang der UND-Glieder 141, 142, 143 beziehungsweise 144 einer logischen Schaltung 14 verbunden. Die Ausgänge der ι UND-Glieder 141 und 142 sind mit einem Eingang eines Verstärkers 18 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. ι

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 fr des Drehzahldetektors 2 getriggert und erzeugen entsprechende Impulssignale. Die Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators 161 ist kürzer als die des monostabilen Multivibrators 162.

Ein Ausgang k des einen monoslabilen 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 /des anderen monostabilen Multivibrators 162 1st mit dem anderen Eingang des UND-Glieds 142 sowie ferner über einen Inverter mit dem anderen Eingang des UND-Glieds !44 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 180° gegenüber dem Eingangssignal sowie einen Ausgang c/ für ein Signal, welches mit dem Eingangssignal phasengleich ist. Die Bezugsziffer 171 bezeichnet einen Inverter.

Die Fig.3a bis 3h veranschaulichen die Eingangsund Ausgangssignal-Wellenformen in verschiedenen Elementen der Steuerschaltung. Das Soll-Drehzahl-Impulssignai des Impulsgenerators 4 ist in F i g. 3a gezeigt. Die Methode, nach welcher die Soll-Drehzahl von niedrigen Drehzahlen zu hohen Drehzahlen anwächst, 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 Periode in F i g. 3b gezeigt.

Die Wellenform des Ausgangssignals c des mit dem anderen Eingang des UND-Gliedes 11 verbundenen Inverters 171 ist in Fig.3c gezeigt. Das UND-Glied 11 läßt das Soll-Drehzahl-Impulssignal nur während des Zeitintervalls durch, in welchem das in F i g. 3c gezeigte Signal »1« ist. Die Impulse des das UND-Glied 11 passierenden Soll-Drehzahlsignals werden von dem Zähler 12 gezählt. Der sich ergebende Zählwert wird vorübergehend in der Verklinkungsspeicherschaltung to 13 festgehalten. Der Zähler 12 und die Verklinkungsspeicherschaltung 13 werden durch ein Rückstellsignal am Ausgang t/der Torsteuerschaltung 17 zurückgestellt, welches eine Wellenform ähnlich der in Fig.3b gezeigten hat.

je liaiHI UCIII irälliWci I cUv.ugl VlIv t v.1 nuiirktiilga

speicherschaltung 13 ein Ausgangssignal an einem der Ausgänge f, g, h, i und j, bis sie anschließend durch das Rückstellsignal zurückgestellt wird

Die Beziehung zwischen den Zählwerten und den Ausgängen im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind aus der nachfolgenden Tabelle 1 ersichtlich:

Tabelle

Zählwert Ausgans

Betätigung

0- 7
8-11

12-13

14

15

h i j

Bremse

Kupplung

Wenn das Ausgangssignal am Ausgang f der Verklinkungsspeicherschaltung 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 5 aufgeprägt wird. Die Wellenform des Ausgangs-Impulssignals ist in Fig. 3d 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.

F i g. 3e zeigt die zugehörige Wellenform. Wie aus den F i g. 3d und 3e ersichtlich, ist div Impulsdauer r* des monostabilen Multivibrators 161 länger als die Impulsdauer τ·,..des monostabilen Multivibrators 162.

Wenn das Ausgangssignal am Ausgang h der Verklinkungsspeicherschaltung 13 erscheint, wird das umgekehrte Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 161 entsprechend Fig. 3f durch ein UND-Glied

143 über den Verstärker 19 an eine Ktipplungs-Spule 6 gegeben.

Wenn das Ausgangssignal am Ausgang / der Verklinkungsspeicherschaltung 13 erscheint, wird das umgekehrte Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 162 entsprechend F i g. 3g durch das UND-Glied

144 zum Verstärker 19 gegeben. Das verstärkte Ausgangssignal wird an die Kupplungs-Spule 6 gegeben.

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

F i g. 4 veranschaulicht das Verfahren, nach welchem die Drehzahl der Welle 7 tatsächlich von einem niedrigen Wert auf eine Soll-Drehzahl gebracht wird. Fig.4a zeigt ein Soll-Drehzahl-Impulssignal, welches eine vorgeschriebene Periode entsprechend einer bestimmten Soll-Drehzahl hat. Fig. 4b zeigt ein Isi-Drehzahl-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-Drehtahl-Impulssignals während der Periode des !st-Drehz;;h!-Irnpu!ss!gna!s, wie in Fig.4b gezeigt. Das Ausgangssignal erscheint am Ausgang j der Verriegelungsspeicherschaltung 13, ein Strom fließt kontinuier-

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lieh durch die Kupplungs-Spule 6 (wie in Fig.4d 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 von dem Zähler 12 während der Periode des Ist-Drehzahl-Impulssignals gezählten Impulse des Soll-Drehzahl-Impulssignals. Wenn der Zählwert vierzehn wird, erscheint das Ausgangssignal am Ausgang / der Verriegelungsspeicherschaltung 13 und ein Strom fließt während eines bestimmten Zeitintervalls 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-lmpulssignals der monostabilen Multivibratoren 161 und 162 des Betätigungszeitsignal-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 (Fig.4d).

Wenn die Ist-Drehzahl der Welle 7 erhöht wird und dabei die Soll-Drehzahl überschreitet, d. h. wenn der Zähler 12 elf Impulse des Soll-Drehzahl-lmpulssignals während der Periode des Ist-Drehzahl-lmpulssignals zählt, erscheint das Ausgangssignal am Ausgang g der Verriegelungsspeicherschaltung 13. Somit wird das Ausgangs-Itnpulssignal des monostabilen Multivibrators 162 bestimmt durch die logische Schaltung 14. Während der Impulsdauer des Ausgangs-lmpulssignals wird ein StromfluB durch die Bremsen-Spule 5 aufrechterhalten, und die Bremseinrichtung 51 wird in Arbeitsstellung gehalten (F i g. 4c).

Wenn die Bremseinrichtung 51 betätigt wird und die Ist-Drehzahl der Welle 7 kleiner wird als die Soll-Drehzahl, fließt wieder der Strom durch die Kupplungs-Spule 6, so daß die Welle 7 beschleunigt wire (vergleiche rechtes Ende der F i g. 4d).

Auf diese Weise werden die Betätigung der Kupplung 61 beziehungsweise der Bremse 51 wiederholt und da: Umlaufen der Welle 7 mit der Soll-Drehzahl wire aufrechterhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

26 Ol Patentansprüche:

1. Steuerschaltung zur Drehzahlsteuerung einer von einem Motor über Kupplungs- und Bremsein- S richtungen angetriebenen Welle, mit einem Drehzahldeüektor zur Erfassung der Ist-Drehzahl der Welle, einem Drehzahlwähler zur Einstellung einer Soll-Drehzahl für die Welle und einer Steuerstufe zur Betätigung der Kupplungs- und Bremseinrichtungen in Abhängigkeit von den Ist- und Soll-Drehzahlwerten, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahldetektor (2) ein erstes Impulssignal (b) mit zur Ist-Drehzahl umgekehrt proportionaler Periode erzeugt, daß zu dem Drehzahlwähler (3) ein Signalgenerator (4) gehört, der ein zweites !mpulssignal (a) mit zur Soll-Drehzahl umgekehrt proportionaler Periode erzeugt, und daß die Steuerstufe (1) das Verhältnis aus der Periode des ersten Impulssignals zu der des zweiten impuissignals bildet und die Bremseinrichtung (51) betätigt, wenn dieses Verhältnis einen vorgegebenen Wert unterschreitet bzw. die Kupplungseinrichtung (61), wenn das Verhältnis den vorgegebenen Wert überschreitet.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe (1) zur Bildung des besagten Verhältnisses der Signalperioden einen Zähler (12) umfaßt, der die Impulse des zweiten Impulssignals (a) während jeder Periode des ersten Impulssignals (b)zählt, sowie einen Speicher (13), der die gezählten Impulse speichert und ein dem Zählwert entsprechendes Ausgangssignal (7 ... j) erzeugt.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe (1) einen von dem ersten Impulssignal (b) getriggerten Signalgenerator (16) umfaßt, der ein Zeitsignal vorgegebener Dauer zur entsprechenden Steuerung der Betätigungszeit der Kuppiungs- und Bremseinrichtungen (51, 61) erzeugt, sowie eine logische Schaltung (14), die das Zeitsignal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Speichers (13) der Kupplungs- oder der Bremseinrichtung zuführt.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (16) zwei monostabile Multi vibratoren (161, 162) unterschiedlicher Zeitkonstanten umfaßt.

beaufschlagt Die Erhöhung oder Verringerung der Ist-Drehzahl, d. h. die Vorgabe eines Sollwertes, wird durch Änderung des Übertragungsfaktors oes Transformators erreicht. Die beiden Werte für den oberen und den unteren Pegel sind so gewählt daß im Normalbetrieb, wenn die Ist-Drehrahl der Welle dem So^wert entspricht, die pulsierende Gleichspannung wahrend jeder Periode beide Pegel je einmal kurz über- bzw. unterschreitet.

Da die Vorgabe der Soll-Drehzahl durch entsprechende Einstellung des Transformator-Ubertragungsfaktors erfolgt, wird die Sollwert-Vorgabe von der Ist-Drehzahl abhängig. Dies wirkt sich unter anderem dadurch aus daß eine vollständige Bremsung lediglich durch Änderung des Übertragungsfaktors nicht möglich ist Da die Größe der Gleichspannung zur Ist-Drehzahl proportional ist. wird gleichgültig, wie groß der Übertragungsfaktor eingestellt wird, im unteren Drehzahlbereich irgendwann der Punkt erreicht, an dem die pulsierende Gleichspannung den vorgegebenen unteren Pegel unterschreitet, bei dem wiederum die Kupplung betätigt wird. Das gleiche gilt für die Steuerung im oberen Drehzahlbereich. Bei der bekannten Steuerschaltung ist also der steuerbare Drehzahlbereich prinzipiell begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung zu schaffen, die eine genaue Drehzahlsteuerung über einen theoretisch unbegrenzten Drehzahlbereich gestattet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach dem Kennzeichendes Patentanspruchs 1.

Danach ist der Sollwert als von der Ist-Drehzahl unabhängiges Impulssignal vorgebbar, wobei auch der für das Verhältnis aus den Perioden von Ist- und Soll-Drehzahlsignal vorgegebene Wert frei wählbar ist.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen