DE2619888B2

DE2619888B2 - Zeitmessgerät mit einem Motor

Info

Publication number: DE2619888B2
Application number: DE2619888A
Authority: DE
Inventors: Roger Le Locle Buehler (Schweiz); Christian Morteau Faivre (Frankreich)
Original assignee: Les Fabriques dAssortiments Reunies SA FAR
Current assignee: Les Fabriques dAssortiments Reunies SA FAR
Priority date: 1975-05-16
Filing date: 1976-05-05
Publication date: 1979-09-13
Also published as: CH600413B5; DE2619888A1; US4086521A; CH637675A4; JPS51141671A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zeitmeßgerät mit einem Motor, dessen Winkellage durch dessen unterschiedlich schnellen Lauf mit einer elektronischen Vorrichtung geregelt wird, weiche eine Zeitbasis zur Abgabe von Bezugs- und Taktimpulsen und Vor-Rückwärtszähler aufweist, welcher einerseits durch Motorimpulse und andererseits durch Bezugsimpulse gesteuert ist und der ein Phasensignal abgibt, das kennzeichnend ist für die Phasendifferenz zwischen den Bezugsimpulsen und den Motorimpulsen, die die Winkellage des Motors darstellen.

In den bekannten Zeitmeßgeräten diser Art (DE-AS

21 25 224) ist ein Aufwärts-Abwärtszähler vorhanden, der einerseits die Bezugsimpulse zählt, die ein Generator mit stabiler Frequenz abgibt und andererseits die Motorimpulse davon abzählt, die für die Winkellage des Motors darstellend sind. Wenn die Differenz dieser Aufwärts- und Abwärtszählung einen gewissen Schwellwert überschreitet, bewirkt ein vom Aufwärts-Abwärtszähler abgegebenes Signal, daß der

ίο Motor beschleunigt oder verzögert wird, damit die Anzahl der Bezugsimpulse und die Anzahl der Motorimpulse wieder ins Gleichgewicht kommen. Bei

den bekannten Systemen können daher die Änderungen der Drehgeschwindigkeit beträchtlich sein. Je nach verwendetem Motor und Steuersystem kann die Geschwindigkeit stark ansteigen, um darauf wieder schnell zu fallen, so daß sich die Anzeige eher sprungweise als regelmäßig bewegt. Es hat sich sogar gezeigt, daß ein Stillstand oder ein Durchgehen des Motors nicht völlig ausgeschlossen werden kann.

Die Verwendung eines Aufwärts-Abwärtszählers führt weiter zu folgendem Nachteil: Wenn ein Motorimpuls gleichzeitig mit einem Bezugsimpuls am Eingang des Aufwärts-Abwärtszählers eintrifft, wird einer der beiden Impulse nicht gezählt, was Synchronisationsfehler ergibt, die sich in Gangfehler des Zeitmeßgerätes umsetzen, die mehrere Sekunden pro Tag erreichen können.

Bei einem Zeitmeßgerät dieser Art ist dies aber nicht zulässig.

Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Drehgeschwindigkeit eines Motors für ein Zeitmeßgerät in engen Grenzen zu halten und zu vermeiden, daß Synchronisationsfehler auftreten, die den Gang des Gerätes beeinträchtigen könnten.

Das erfindungsgemäße Zeitmeßgerät ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine geschwindigkeitsgesteuerte Begrenzungsvorrichtung enthält, welche die Taktimpulse zählt und einen oberen und einen unteren Grenzwert für die Drehgeschwindigkeit des Motors bestimmt und erlaubt, je nach Zustand des Vor-Rückwärtszählers, dem eine Antikoinzidenzschaltung für die Zählimpulse vorgeschaltet ist, die Drehgeschwindigkeit des Motors zwischen diesen beiden Grenzwerten zu halten, wobei der Abstand zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert bis auf einen Minimalwert gewählt werden kann, welcher zwei Zähleinheiten der Taktimpulse entspricht und wobei die Begrenzungsvorrichtung ein Signal an eine Speicherschaltung abgibt, die durch eine logische Schaltung die digitale Regelung des Motors steuert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die

F i g. 1 ein Blockschema des erfindungsgemäßen Zeitmeßgerätes;

F i g. 2 anhand von Diagrammen die Arbeitsweise der Antikoinzidenzschaltung; und

F i g. 3 die Änderungen der Motorgeschwindigkeit feo einerseits bei bekannten Systemen und anderseits beim erfindungsgemäßen System.

Das Zeitgemäßgerät in F i g. 1 weist eine Schaltung 1 auf, die mit einem Quarz 2 einen frequenzstabilen Impulsgenerator bildet. Darauf folgt eine Teilerschalf>5 tung 3, die aus mehreren Teilerstufen besteht und von welcher zwei Impulszüge A und B abgenommen werden. Der Motor wird schematisch durch seine Spule 4 dargestellt, die mit einer an Masse G gelegten

Mittelanzapfung versehen ist. Die Rückkopplungsschleife zum Betrieb des Motors weist eine Schaltung 5 zur Impulsformung der Motorimpulse C auf, die darstellend sind für die Geschwindigkeit und die Winkellage des Motors, ferner ein NAN D-Tor 6, über welches die Motorimpulse C laufen müssen, bevor sie an einen Inverter 7 gelangen, der die Schleife schließt. Die Impulse B, deren Frequenz ein Mehrfaches jener der Motorimpulse betragen soll, lassen einen Zähler 8 vorrücken, welcher über drei Ausgänge, an welchen die Signale L_A, Li und Ls erscheinen, und über einen Rückstelleingang R verfügt. Die Signale L₁ und L₅ sind Impulse, die bei gewissen Zuständen des Zählers 8 erscheinen und die Grenzwerte (untere Grenze: Lr, obere Grenze L_s) der Drehgeschwindigkeit des Motors darstellen, nämlich eine obere Geschwindigkeit Vs und eine untere Geschwindigkeit Vi. Die Signale L₅ und Li gelangen an eine logische Schaltung 9, an welche auch das Phasensignal P_n des Aufwärts-Abwärtszählers 29 angelegt ist Die Schaltung 9 besteht im wesentlichen aus drei NAND-Toren 91, 93 und 94, wobei das erste Tor das Signal L/und das Phasensignal P_n des Zählers 29 erhält, das zweite Tor 93 das Signal L_s und das invertierte Phasensignal P_n erhält und das dritte Tor 94 die Ausgangssignale der ersten beiden Tore erhält. Die Arbeitsweise der logischen Schaltung 9 wird anhand der nachfolgenden Wahrheitstabelle erklärt:

L₁	Ls	0	Ausgang
		1	log.
		0	Schaltung 9
0	0	1	0
0	0	0	0
0	1	1	1
0	1	0
1	1	1
1	1	1

Das Ausgangssignal der Schaltung 9 ist gleich den Signalen Ls und Li, wenn diese gleich sind, wenn diese Signale jedoch ungleich sind, erscheint das invertierte Signal P_n am Ausgang der Schaltung 9.

Der Ausgang der Schaltung 9 ist mit dem Eingang Cl eine /^-Flip-Flops 10 verbunden. Die Eingänge /und K der Schaltung 10 sind mit dem Potential +_Vbezw. mit Masse G verbunden. Die Ausgänge Q und Q speisen die Eingänge / und K eines zweiten //C-Flip-Flops 11, dessen Ausgang Q das NAND-Tor 6 steuert. Die Motorimpulse Cgelangen nach erfolgter Normierung in einem Impulsformer MF1 als Impulse C an den Rückstelleingang7? des Zählers 8 und an den Eingang CI des Flip-Flops 11. Die vom Zähler 8 abgegeben Signale La bestehen aus einem Impuls, der immer dann erscheint, wenn der Zähler z. B. den Zustand »1« erreicht. Die Signale La stellen den ersten Flip-Flop 10 zurück.

Die Impulse C stellen daher den Zähler 8 mit einer Frequenz zurück, die abhängig ist von der Drehzahl des Motors. Zwischen diesen Rückstellungen zählt der Zähler 8 die Impulse. Die Anzahl der aufgezählten Impulse ist abhängig von der Drehgeschwindigkeit des Motors. Die Signale Ls und Li sind Marken, die die beiden Grenzgeschwindigkeiten Vs und V/ angeben. Die obige Wahrheitstabelle zeigt, daß für Geschwindigkeiten größer als Vs (weder Li noch Ls können erscheinen) der Flip-Flop 10 nicht kippt, ebensowenig der Flip-Flop 11. Der Ausgang Q des letzteren bleibt auf Null und blockiert das NAND- Tor 6, was den Antrieb des Motors unterbindet, so daß dieser langsamer wird. Unterhalb von Vi (sowohl Ls als auch Li können erscheinen) kippt der Flip-Flop 10 und speichert diese Information, welche über den Flip-Flop 11 an das NAND-Tor 6 in dem Zeitpunkt abgegeben wird, in welchem ein Impuls C eintrifft, der das Ende der Meßperiode markiert. Das

ίο NAND-Tor 6 öffnet, und der Motor wird angetrieben und beschleunigt sich. Wenn sich die Geschwindigkeit zwischen Vs und Vi befindet, erscheint nur Ls und der Antrieb des Motors wird durch das Signal P_n bestimmt.

Um die gleichzeitige Ankunft von Motorimpulsen und Bezugsimpulsen beim Aufwärts-Abwärtszähler 29 zu verhindern, ist eine Antikoinzidenzschaltung 12 vorgesehen, an welche sowohl die Impulse A und B als auch die Motorimpulse C" angelegt werden. Die Schaltung 12 weist eine erste Impulsformerschaltung MF2 auf, an welche die Impulse A angelegt sind und deren Ausgangsimpulse A' derart gekürzt sind, daß sie die gleiche Länge wie die Impulse B aufweisen (siehe F i g. 2). Diese Impulsformerschaltung MF2 kann aus einer Differenzierschaltung bestehen. Die umgeformten Impulse Λ'und die Impulse B werden an ein NOR-Tor 13 angelegt. Wenn angenommen wird, daß die Impulse Λ'und B ein recht genaues Frequenzverhältnis haben, erscheinen am Ausgang des NOR-Tores 13 Impulse D mit der gleichen Frequenz wie jene des Signales B,

jo woboi jedoch in regelmäßigen Intervallen, d.h. mit der Frequenz des Signales A'(oder A), jeweils einer der Impulse unterdrückt ist, wie das Signal Din Fig.2 es zeigt. Die Impulse D und die Motorimpulse C" sind an ein UND-Tor 14 angelegt, dessen Ausgangssignal ein aus NOR-Toren 151 und 152 bestehendes Speicherelement 15 betätigen. Wegen des Tores 14 kann die Betätigung des Speicherelementes 15 nur dann stattfinden, wenn ein Motorimpuls C" mindestens teilweise mit einem Impuls D zusammenfällt. Das Speicherelement 15 kann durch die ansteigenden Flanken der Impulse D zurückgestellt werden, und zwar mit Hilfe eines Inverters 16 und eines Differenziergliedes 17. Die Zeitkonstante der Schaltung 12 ist sehr kurz, anderseits verhindert ein durch die Motorimpulse C gesteuertes NOR-Tor 18 die Rückstellung des Speicherelementes 15, bevor der Motorimpuls C", der dessen Betätigung bewirkt, beendet ist. Die Motorimpulse C und das Ausgangssignal 515 des Speicherelementes 15 (Ausgang des Tores 152) liegen an einem NOR-Tor 19 an, dessen Ausgangssignal über einen Inverter 20 ein zweites Speicherelement 21 betätigen kann, das aus NOR-Toren 211 und 212 besteht. Die abfallenden Flanken der Impulse D können über eine Differenzierschaltung 22 mit sehr kurzer Zeitkonstante die Rückstellung des zweiten Speicherelementes 21 bewirken. Diese Rückstellung kann wegen eines durch das Ausgangssignal des Inverters 20 gesteuerten NOR-Tores 23 nur dann stattfinden, wenn der Motorimpuls C beendet ist und das erste Speicherelement 15 zurückge-

W) stellt ist, und zwar wegen des Tores 19. Die Impulse gelangen weiter an ein NAND-Tor 24, das durch das Ausgangssignal des Tores 19 gesteuert wird. Dieser Durchgang ist den gleichen Bedingungen unterworfen wie die Rückstellung des Speicherelementes 21. Die b5 durch das NAND-Tor 24 gefilterten Impulse passieren anschließend ein NOR-Tor 25, das durch den Ausgang 521 des Speicherelementes 21 (Ausgang des Tores 211) gesteuert wird. Man erhält dann die Impulse UD. Ein

NOR-Tor 26 legt entweder die vom NOR-Tor 25 kommenden Impulse oder die von einem NOR-Tor 27, das die Impulse Bund die Impulse D erhält, kommenden Impulse an ein Verzögerungsglied CR an. Wie durch Vergleich der Signale B und D in Fig.2 leicht festgestellt werden kann, gibt das Tor 27 Impulse ab, die die Dauer der Impulse B aufweisen und in die Löcher im Signal D fallen. Dieses Diagramm zeigt weiter, daß die Motorimpulse C" durch einige Impulse D ersetzt sind. Diese Impulse können nicht mit den vom Tor 27 abgegebenen Bezugsimpulsen zusammenfallen. Die Verwendung von zwei Speicherzellen drängt sich auf wegen der Zufälligkeit des Augenblicks, in welchem ein Motorimpuls C bezogen auf den Impulszug D auftritt. In bestimmten Fällen muß vermieden werden, daß am Ausgang der Schaltung 12 Teilimpulse erscheinen. Dies wird durch die Speicherzelle 15 erreicht, die als Hilfsspeicher bezeichnet werden könnte und über das Tor 19 das Tor 24 steuert. Über einen Inverter 28 steuern die invertierten (UD') Ersatzmotorimpulse UD einen Steuereingang K des Aufwärts-Abwärtszählers 29. Dieser Steuereingang steuert die Aufwärts- oder Abwärtszählung eines am Eingang E anliegenden Impulses, jenachdem dieses Signal »0« oder »1« ist. Der Ausgang P_n des Aufwärts-Abwärtszählers 29 ist eines der Ausgangsbits, das ebenfalls an die logische Schaltung 9 angeschaltet wird.

Es sei beispielsweise angenommen, daß der Motor pro Umgang zwei Impulse C oder C abgebe, in welchem Fall er zwei Magnete besitzt, und daß seine Drehzahl bei richtiger Arbeitsweise acht Umdrehungen pro Sekunde betrage. Die Impulse A sollen eine Frequenz, die als Bezug dient, von 16 Hz haben, und für die Impulse B kann eine Frequenz von 128 Hz gewählt werden. Der Zähler 8 zählt Impulse, die zwischen den Motorimpulsen C" erscheinen. Im Fall, daß der Motor mit der richtigen Drehzahl dreht, erscheinen acht Impulse B zwischen zwei Impulsen C. Es sei angenommen, daß der Impuls L_s erscheine, nachdem der Zähler sechs Impulse B registriert hat, und daß der Impuls Li erscheine, nachdem der Zähler zehn Impulse registriert hat. Wenn der Motor zu rasch dreht und z. B. nur fünf Impulse B zwischen zwei Motorimpulsen C erscheinen, werden weder Ls noch Li erscheinen. In der Schaltung 9 werden die Ausgänge der NAND-Tore 91 und 93, auf welchen Ls bzw. Li ankommen, eine »1« aufweisen, die an ein drittes NAND-Tor 94 gelangt, dessen Ausgang »0« bleibt, unabhängig vom Zustand des Ausganges P_n des Aufwärts-Abwärtszählers 29. Am Eingang CX des Flip-Flops 10 erscheint kein Impuls, dieser kippt nicht und sein Ausgang Q weist eine »0« auf, bis der zweite Impuls Cam Eingang Ci des Flip-Flops 11 erscheint. Der Ausgang Q des letzteren ist daher auf »0«, was das NAND-Tor 6 blockiert, die Impulse C können nicht mehr passieren, die Speisung des Motors wird unterbrochen und dieser wird verlangsamt.

Wenn der Motor zu langsam dreht und zwischen zwei Impulsen C mehr als zehn Impulse B vorhanden sind, erscheinen sowohl Ls als auch Li. Unabhängig vom Zustand des Ausgangs P_n des Aufwärts-Abwärtszählers 29 wird einer der Ausgänge der Tore 91 und 93 eine »0« aufweisen. Dadurch wird der Ausgang Q von Flip-Flop 10 auf »1« gehen. Beim zweiten Impuls C läßt der Flip-Flop 11 eine »1« zu seinem Ausgang Q durch, wodurch das NAND-Tor 6 geöffnet wird. Die Antriebsimpulse C können zum Motor gelangen, welcher sich beschleunigt.
Wenn die Anzahl der zwei Impulsen C'erscheinenden Impulse B zwischen sechs und zehn liegt, wird nur Ls erscheinen, wie auch der Ausgang der Schaltung 9 entweder auf »0« bleiben wird, wenn P_n auf Null ist, oder auf »1« wechseln wird im Moment des Anstiegs von Ls auf »1«, wenn P_n auf »1« ist. Das Signal L_A stellt, wenn nötig, am Anfang jedes Meßzyklus den Flip-Flop 10 zurück.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß das Signal D dem

invertierten Signal B entspricht, bei dem jeder achte

ίο Impuls unterdrückt ist. Der erste gezeigte Impuls C betätigt die Speicherzelle 15 fs 15) nicht, weil er in die Lücke in den Impulsen D fällt. Für die nachfolgenden Motorimpulse C" ist zu berücksichtigen, daß die Speicherzelle 15 alle Impulse UD blockiert, bis einer auf den Anfang eines Impulses D fällt.

Die Flip-Flops 10 und 11 können als Speicherschaltung betrachtet werden, wenn man annimmt, daß sie das Meßresultat bis zum Ende der Meßperiode speichern, bevor es am Ende des Zyklus zum NAND-Tor 6 durchgelassen wird.

Es ist ersichtlich, daß bei der Regelung der Motors, die Vorrichtung hauptsächlich die Drehgeschwindigkeit des Motors berücksichtigt. Beim gewählten numerischen Beispiel wird diese Geschwindigkeit zweimal pro Umgang gemessen. Ein eventueller Fehler, der durch das Signal P_n hereingebracht wird, kann sich lediglich auf die Geschwindigkeitsgrenzwerte auswirken, die man für einen regelmäßigen Lauf der Zeiger klein wählen kann. Um diesen Vorteil darzustellen, zeigt Fig.3 gestrichelt (Kurve 40) die Änderung der Motorgeschwindigkeit Vin Funktion der Zeit bei einem bekannten System. Die ausgezogene Kurve 41 zeigt dagegen die Variation der Motorgeschwindigkeit bei einem erfindungsgemäßen Zeitmeßgerät. Der Geschwindigkeitswert Vb stellt die ideale Geschwindigkeit dar, während Vs und Vi die dem Motor auferlegten Geschwindigkeitsgrenzen sind.

Bei bekannten Systemen kann die Motorgeschwindigkeit in weiten Grenzen variieren, die obere Grenze ist gegeben durch die mechanischen Reibungen in den Motorlagern, während die untere Grenze praktisch der Stillstand ist. Diese Tatsache ergibt den bereits erwähnten Nachteil, daß, wenn die Geschwindigkeit unter eine gewisse Grenze fällt, der Motor nicht mehr starten kann, was zum Stillstand des Zeitmeßgerätes führt.

Beim erfindungsgemäßen Zeitmeßgerät wird, wenn die Motorgeschwindigkeit den Wert Vs erreicht, die Speisung des Motors unabhängig vom Zustand des Aufwärts-Abwärtszählers unterbrochen und die Geschwindigkeit verkleinert sich, um schließlich unter Vs zu fallen. In diesem Moment wird, wenn der Zähler gefüllt ist, der Motor wieder eingeschaltet und seine Geschwindigkeit überschreitet wieder Vs, worauf der Motor erneut abgeschaltet wird, so daß man kleine Schwingungen oder eine Stabilisation um Vs erhält, solange der Aufwärts-Abwärtszähler im gleichen Zustand ist. Sobald der Zähler nicht mehr voll ist und die Motorgeschwindigkeit unter Vs fällt, wird die Motorspeisung unterbrochen und seine Geschwindigkeit fällt gegen Vi. Sobald dieser Grenzwert Vi unterschritten wird, wird der Motor unabhängig vom Zustand des Aufwärts-Abwärtszählers wieder eingeschaltet. Man erhält so in gleicher Art die Schwingungen um die Geschwindigkeit Vb solange der Zustand des Zählers sich nicht ändert. Der Übergang zum Niveau Vs erfolgt, wenn der Zähler voll ist.
Der durch den Aufwärts-Abwärtszähler 29 bewirkte

Phasenfehler hat daher nur einen Einfluß auf die Geschwindigkeitsgrenzwerte.

Es ist leicht einzusehen, daß, wenn die in Zusammenhang mit F i g. 1 beschriebene Schaltung integriert werden soll, diese gewisse Änderungen erfahren kann. Die ÄC-Schaltungen, welche als Differenzierschaltungen arbeiten, werden durch andere Schaltungen ersetzt,

um die Verwendung von externen Kondensatoren in der integrierten Schaltung zu vermeiden. Das gleiche gilt für die Impulsformerschaltung MFl und die Verzögerungsschaltung CR. Die im Beispiel angegebenen Frequenzen können geändert werden. Weiter kann die Vorrichtung an unterschiedliche Motortypen angepaßt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

909 537/319

Claims

Patentansprüche:

1. Zeitmeßgerät mit einem Motor, dessen Winkellage durch dessen unterschiedlich schnellen Lauf mit einer elektronischen Vorrichtung geregelt wird, welche eine Zeitbasis zur Abgabe von Bezugsund Taktimpulsen und einen Vor-Rückwärtszähler aufweist, welcher einerseits durch Motorimpulse und andererseits durch Bezugsimpulse gesteuert ist und der ein Phasensignal abgibt, das kennzeichnend ist für die Phasendifferenz zwischen den Bezugsimpulsen und den Motorimpulsen, die die Winkellage des Motors darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß es eine geschwindigkeitsgesteuerte Begrenzungsvorrichtung (8, 9) enthält, welche die Taktimpulse (B) zählt und einen oberen und einen unteren Grenzwert für die Drehgeschwindigkeit des Motors bestimmt und erlaubt, je nach Zustand des Vor-Rückwärtszählers (29), dem eine Antikoinzidenzschaltung (12) für die Zählimpulse vorgeschaltet ist, die Drehgeschwindigkeit des Motors zwischen diesen beiden Grenzwerten zu halten, wobei der Abstand zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert bis auf einen Minimalwert gewählt werden kann, welcher zwei Zähleinheiten der Taktimpulse entspricht, und wobei die Begrenzungsvorrichtung ein Signal an einer Speicherschaltung (10,11) abgibt, die durch eine logische Schaltung (6) die digitale Regelung des Motors steuert.

2. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsvorrichtung (8, 9) einen Geschwindigkeitszähler (8) aufweist, welcher Geschwindigkeitssignale (Ls, L) an eine logische Schaltung abgibt, welche auch die Phasensignale erhält, wobei die logische Schaltung derart ausgelegt ist, daß sie an eine Speicherschaltung (10, 11) überträgt:

a) die Phasensignale im Falle, daß die Motorgeschwindigkeit zwischen den genannten oberen und unteren Grenzwerten liegt, und

b) die Geschwindigkeitssignale im Falle, daß die Motorgeschwindigkeit größer als der obere Grenzwert oder kleiner als der untere Grenzwert ist.

3. Zeitmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitszähler (8) ein Binärzähler ist, der durch die Motorimpulse (C) auf Null zurückgestellt wird und Taktimpulse (B) zählt, deren Frequenz ein Vielfaches der Bezugsimpulse (A) ist, wobei dieser Zähler zwei Geschwindigkeitssignale (Ls, L) für zwei bestimmte Zustände liefert.