DE2638523A1

DE2638523A1 - Verfahren und einrichtung zum beseitigen der welligen komponente in der steuerschleife eines motors

Info

Publication number: DE2638523A1
Application number: DE19762638523
Authority: DE
Inventors: Katsuzi Mizumoto
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1975-08-28
Filing date: 1976-08-26
Publication date: 1977-03-03
Also published as: US4283665A; GB1564041A; JPS5230909U; DE2638523C3; JPS6031428Y2; DE2638523B2

Description

Verfahren und Einrichtung zum Beseitigen der welligen Komponente in der Steuerschleife eines Motors

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Steuerschaltung für eine verbesserte Geschwindigkeitssteuerung einos Motors, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich in Verbindung mit dem Antrieb des Plattentellers eines Plattenspielers.

Bei herkömmlichen Steuerschaltungen für einen Motor, besonders solchen, die ein Spannungssteuerimgssystem benutzen, wie es allgemein im Blockschaltbild der Pig. 1 gezeigt ist, wird die Drehzahl eines von einer Speisesteuerschaltung 1 gespeisten Motors durch die gegenelektromotorischen Kräfte erfaßt, die in den Motorwicklungen L1, L2 und LJ induziert werden, die hier als in einer Detektorschaltung 2 enthalten dargestellt sind. Die induzierten Erfassungssignale werden mit Hilfe von Dioden D1, D2 und D3 gleichgerichtet und zusammengefaßt, um ein der

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Drehzahl des Motors proportionales Signal zu erzeugen, Dieses erfaßte Ge schwindigkeitssignal wird von einem Tiefpassfilter 3 gefiltert und mit einer Bezugsspannung, die einer vorbestimmten Drehzahl des Motors entspricht, in einer Vergleichsschaltung 4 verglichen, um damit die Geschwindigkeitssteuerung des Motors zu "bewirken.

Bei dieser bisherigen Steuerschaltung für die Drehzahl ist die Frequenz der Grundkomponente des welligen Signals, das in den Motorwicklungen induziert wird, extrem niedrig, so daß dadurch das S/N-Verhältnis und die Geschwindigkeitsschwankungs- und Schwingungseigenschaften zu einer Abnahme neigen. Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wird das Tiefpassfilter 3 zum Glätten und damit zum Vermindern der nachteiligen Wirkungen des welligen Signals benutzt. Dieses bewirkt ein Ansteigen der Phasenverzögerung in der Steuerschleife, wenn sich das wellige Signal verringert, und wenn die Schleifenverstärkung vergrößert wird, um diese Phasenverzögerung zu kompensieren, werden die Übergangseigenschaften des Systems schlecht. In diesem Zusammenhang ist auf die US-PS 3 651 368 der Anmelderin hinzuweisen.

Um diese Schwierigkeiten zumindest teilweise zu beseitigen, kann die Trägheit des Schwungrades oder des Plattentellers vergrößert werden, wodurch jedoch wiederum die Anlaufeigenschaften des Systems nachteilig beeinflußt werden.

Ein Ziel der Erfindung ist daher, eine Steuerschaltung für die Geschwindigkeit eines Motors zu schaffen, die Schaltungen zum Beseitigen unerwünschter welliger Komponenten umfaßt, wodurch die nachteiligen Wirkungen des welligen Signals in vorteilhafter Weise vermindert werden, ohne daß die Phasenverzögerung an-

steigt, und wobei die Geschwindigkeitsschwankungs- und schwin-

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gungseigenschaften und das-S/E"-Verhältnis wesentlich verbessert v/erden können, ohne daß die Übergangseigenschaften, die Schleifenverstärkung oder die Anlaufeigenschaften des Systems beeinflußt werden.

Dieses und andere Ziele der Erfindung werden durch Vorsehen einer Steuerschaltung für die Geschwindigkeitssteuerung eines Motors erreicht, bei der ein Drehzahl-Erfassungssignal, das eine einer Gleichstromkomponente überlagerte wellige Komponente enthält, sowohl an eine Tiefpassfilter/Phasenverzögerungs-Schaltung als auch an eine Phasenvoreilungsschaltung gegeben wird, deren Ausgangssignale eine Phasendifferenz von etwa 180 Grad haben, wodurch die wellige Komponente beseitigt und nur die gewünschte Gleichstromkomponente beibehalten wird, die dann mit einer ausgewählten Bezugsgleichspannung verglichen wird, um ein endgültiges Geschwindigkeitssteuersignal abzuleiten, das nach Art einer Servoschleife an die Speisesteuerschaltung für die Motorwicklungen zurückgeführt wird.

Ein bevorzugter Gedanke liegt darin, daß bei einer Steuerschaltung für einen Motor ein Drehzahl-Erfassungssignal, das eine einer Gleichstromkomponente überlagerte wellige Komponente enthält, sowohl an eine Tiefpassfilter/Phasenverzögerungs-Schaltung als auch an eine Phasenvoreilungsschaltung gegeben wird, deren Ausgangssignale eine Phasendifferenz von etwa 180 Grad haben, um wirkungsvoll die v/ellige Komponente zu beseitigen'und damit nur die Gleichstromkomponente herauszuziehen. Die letztere wird gegenüber einer Drehzahl-Bezugsspannung in einer Verzögerungsschaltung ausgeglichen, deren Ausgangssignal an eine Speisösteuerschaltung für die Wicklungen des Motors zurückgeführt wird.

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Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung, teilweise als Blockschaltbild, die eine herkömmliche Steuerschaltung für die Geschwindigkeit eines Motors zeigt,

Fig. 2 eine schematische Schaltung, die eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerschaltung für die Motorgeschwindigkeit zeigt, und

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerschaltung für die Motorgeschwindigkeit zeigt.

Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerschaltung für die Motorgeschwindigkeit wird in Verbindung mit Fig. 2 erläutert. Die Schaltung weist allgemein eine Speisesteuerschaltung 1 für die Motorwicklungen und eine Detektorschaltung 2, die identisch den in Fig. 1 gezeigten Schaltungen sind, eine Tiefpassfilter/Phasenverzögerungs-Schaltung 3 aktiver Bauart, die einen Transistor Tr1 in Bnitterfolgerschaltung benutzt, und eine EC-Phasenvoreilungsschaltung 5 auf.

Die Werte des Widerstandes Rr- und des Kondensators C₂. der Pha-

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senvoreilungsschaltung 5 sind so gewählt, daß die Summe des Absolutwertes der Phasenverzögerung, die von dem Tiefpassfilter 3 erzeugt wird, und des Absolutwerts der Phasenvoreilung, die von der Phasenvoreilungsschaltung 5 erzeugt wird, 180 Grad beträgt.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung weist außerdem eine Vergleichsschaltung 4- mit Transistoren Tr2 und Tr3, die einen Differenz-

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verstärker bilden, und einen Transistor Tr4-, der mit den Emittern der Transistören Tr2 und Tr3 verbunden ist, auf. Das Ausgangssignal des Tiefpassfilters wird an die Basis des Transistors Tr2 gegeben, während eine ausgewählte Bezugsspannung an die Basis des Transistors Tr3 gegeben wird. Die Zuführung der Bezugsspannung wird durch Betätigung eines Schalters SW in einem Widerstände IL,j, Ey|p ^un<l E.-, aufweisenden Spannungsteiler gesteuert. Im einzelnen nimmt der Schaltarm des Schalters SW die mit einer durchgezogenen Linie angegebene Stellung für einen Betrieb mit 33 Umdrehungen pro Minute und die mit der gestrichelten Linie angegebene Stellung für einen Betrieb mit einer Drehzahl von 4-5 Umdrehungen pro Minute ein.

Der Transistor Tr4 dessen Emitter das Ausgangssignal der Phasenvoreilungsschaltung 5 zugeführt ist, arbeitet als ein Verstärker mit geerdeter Basis in Bezug auf das Phasenvoreilungssignal und als eine Konstantstromquelle für den durch Tr2 und Tr3 gebildeten Differenzverstärker in Bezug auf das Phasenverzögerungssignal von dem Tiefpassfilter 3·

Ist der Schalter SW in seine durch die durchgezogene Linie in Fig. 2 dargestellte Stellung geschaltet, um eine Treiberspannung an die Speisesteuerschaltung 1 zu geben, so dreht sich der Motor mit 33 Umdrehungen pro Minute, wie dieses durch die Werte der V/iderstände E.^ und B^ ~ bestimmt ist. Ist bei dieser Drehzahl die Grundfrequenz des der Gleichstromkomponente überlagerten welligen Signals des Geschwindigkeitserfassungssignals 6,6 Hz, so ist die von dem Tiefpassfilter 3 erzeugte Phasenverzögerung 160 Grad und ein diese wellige Komponente enthaltendes Signal wird an Tr2 gegeben. Andererseits beträgt die von der Phasenvoreilungsschaltung 5 erzeugte Phasenverschiebung 5 bis 20 Grad und ihr ebenfalls die wellige Komponente enthaltendes Au s gangs signal wird an den Emitter von TrA- gegeben. Auf die-

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se Weise ergibt sich eine zusammengefaßte Phasendifferenz von 180 Grad zwischen dem Ausgangssignal des Tiefpassfilters 3 und dem der Phasenvoreilungsschaltung 5·

Anfangs während des Anlaufens nimmt die Emitter spannung von Tr4 ab, während die Basisspannung von Tr2 ansteigt. Während diesel¹ Zeitdauer wird eine große Vorspannung an Tr^zl- gegeben, so daß damit seine Kollektorspannung entsprechend verringert wird. Als Folge davon werden die an die Transistoren Tr2 und Tr3 gegebenen Vorspannungen ansteigen und ihre Kollektorspannungen vermindert. Gleichzeitig wird die Kollektorspannung von Tr2 weiter vermindert, da das Signal von dem Tiefpassfilter 3 an die Basis von Tr2 gegeben wird und damit infolge der Differenzverstärkerschaltung die Kollektorspannung von Tr3 durch die gleiche Größe vergrößert wird, wie die Kollektorspannung von Tr2 vermindert wird. Als Folge davon wird der wellige Signalanteil in dem Phasenverzögerungssignal, das von dem Tiefpassfilter 3 erzeugt wird, und der wellige Signalanteil in dem Phasenvoreilungssignal, das von der Phasenvoreilungsschaltung 5 erzeugt wird, durch den Transistor Tr3 beseitigt und nur die gewünschte Gleichstromkomponente des Geschwindigkeitserfassungssignals bleibt am Kollektor des Transistors

Da die Basisspannung von Tr2 weiterhin abnimmt, nimmt die Emibter spannung von Tr4- weiterhin zu, so daß damit die Kollektorspannung von Tr3₅ die als ein Fehlersignal in Bezug auf die gewünschte Betriebsgeschwindigkeit dient, allmählich verschwindet.

Auf diese Weise wird der wellige Signalanteil von der Detektorschaltung 2 beseitigt und nur die Gleichstromkomponente am Kollektor des Transistors Tr3 erhalten und als eine Steuerspannung an die Treiberschaltung 1 gegeben. Im einzelnen wird die Gleichstromkomponente des Signals der Detektorschaltung über

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— ν —

das Tiefpassfilter 3 an die Basis des. Transistors Tr2 in den Differenzverstärker 4 gegeben und dort mit der Basisspannung (Bezugsgleichspannung) von Tr3 verglichen. Der Pegel der Differenz als Folge des Vergleichs wird verstärkt und in Form einer Servoschleife als Steuersignal an die Speisesteuerschaltung 1 für die Motorwicklungen zurückgeführt.

Wenn der Schalter SW auf die in Fig. 2 mit der gestrichelten Linie angegebene Stellung geschaltet wird, arbeitet die Schaltung in der zuvor beschriebenen Weise, wobei jedoch die konstante Drehzahl des Motors 45 Umdrehungen pro Minute beträgt.

Bei der Ausführungsform in Fig. 2 werden die Signale des Tiefpassfilters 3 und der Phasenvoreilungsschaltung 5 getrennt an Tr2 und an Tr4 in der Vergleichsschaltung 4 gegeben, so daß dadurch die Signale sich niemals gegenseitig beeinflussen können, um nachteilig den Betrieb der Schaltung zu beeinflussen. Werden diese Signale dagegen lediglich addiert, um die wellige Komponente zu beseitigen, so kann eine solche gegenseitige Beeinflussung leicht auftreten. In diesem Fall müssen daher Pufferverstärker 6 an den Eingangs- und Ausgangsseiten sowohl der Phasenverzögerungsschaltung 5 als auch des Tiefpassfilters 3 vorgesehen werden, wie dieses in Fig. 3 gezeigt ist, wo Bezugszeichen 7 und 8 einen Summier- und einen Gleichspannungsverstärker jeweils bezeichnen. In der Schaltung der Fig. 3 vergleicht die Vergleichsschaltung 4 nur die Gleichstromkomponenten.

Es ist schwierig, das Tiefpassfilter 3 und die Phasenvoreilungsschaltung 5 so auszulegen, daß sie eine absolute Phasendifferenz von genau 180 Grad für alle benutzten Frequenzbänder bewirken. Es ist jedoch möglich, diese Schaltungen so auszulegen, daß sie eine absolute Phasendifferenz von etwa 180 Grad in Bezug nur auf die Grund- oder erste harmonische Komponente des 'welligen Si-

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gnals bewirken. Auf diese Weise können die harmonischen Komponenten höherer Ordnung durch ein einfaches Filter beseitigt werden, das eine kleine Zeitkonstante hat. Außerdem muß nicht immer die absolute Phasendifferenz auf genau 180 Grad beschränkt werden, da selbst, wenn diese Phasendifferenz sich verschiebt oder geringfügig ändert, das dadurch bedingte Fehlersignal eine relativ hohe Frequenz hat und leicht mit Hilfe eines einfachen, zuvor beschriebenen Filters beseitigt werden kann.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung wurde praktisch aufgebaut .

und arbeitete in der zuvor beschriebenen Weise zufriedenstellend., wobei die folgenden Bauelemente benutzt wurden:

- 820.Ω.

- 560.Ω.

- 8,2

^E2,12 " ^{20 ΚΛ R}13 - ³°

- 33/if

- 3,3 /if θ" 100 Vf

Die Erfindung wurde in Verbindung mit einem E-Servokreis beschrieben, bei dem das Drehzahl-Erfassungssignal als eine Spannungsänderung erfaßt wird. Dem Fachmann ist jedoch sofort klar, daß das Konzept der Erfindung in gleicher Weise auch bei einem sogenannten f-Servokreis angewendet werden kann, bei dem die Drehzahl als Frequenzänderungen erfaßt wird, und auch bei einem Phasen-Servokreis.

- 2 SC 94-5	^B7,8,9
- 2 SC 1344	^E10
- 6,8 ΚΛ
- 20 IiI	^R13
- 10 KXl-	^C1
- 330Λ	Co

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Claims

Patentansprüche

( 1· J Steuerschaltung mit einer Servoschleife für die Geschwindigkeitssteuerung eines Motors mit einer Speisesteuerschaltung für die Motorwicklungen, einer Detektorschaltung zum Erzeugen eines der Motorgeschwindigkeit proportionalen Signals, das eine einer Gleichstromkomponente überlagerte wellige Komponente enthält, einem Tiefpassfilter zum Glätten des Geschwindigkeitssignals und gleichzeitigen zwangsläufigen Erzeugen einer Phasenverzögerung, einer einer gewünschten Motorgeschwindigkeit proportionalen Bezugsspannung und mit einem Vergleicher zum Erzeugen eines der Differenz zwischen der Bezugsspannung und j dem gefilterten Geschwindigkeitssignal proportionalen Ausgangs- ' signals, das als ein Steuersignal an die Speisesteuerschaltung zurückgeführt wird, gekennz eichnet durch eine i Phasenvoreilungsschaltung (5) zum Voreilen der Phasenlage des j Geschwindigkeitssignals um eine Größe, die gleich etwa 180 Grad \ minus der vom Tiefpassfilter (3) erzeugten Phasenverzögerung ist, j durch eine das Geschwindigkeitssignal an die Phasenvoreilungs- j schaltung (5) gebende Einrichtung, durch eine das Ausgangssignal der Phasenvoreilungsschaltung (5) an den Vergleicher (4-) gebende Einrichtung und durch eine im Vergleicher (4-) vorgesehene j

Einrichtung (Tr2, Tr3, Tr4), die auf das Ausgangssignal des Tiefpassfilters (3) und der Phasenvoreilungsschaltung (5) wirkt, um die wellige Komponente zu beseitigen, wodurch nur die Gleichstromkomponente des Geschwindigkeitssignals an die Speisesteuerschaltung (1) zurückgeführt wird.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Vegleicher (4-) einen Differenzverstärker (Tr2, Tr3) aufweist, der erste und zweite Transistoren (Tr2,

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Tr3) rait miteinander verbundenen Emittern und einen dritten Transistor (Tr(4-)) umfaßt, dessen Kollektor mit den verbundenen Emittern verbunden ist, wobei das Ausgangssignal des Tiefpassfilters (3) der Basis des ersten Transistors (Tr2), das Ausgangs signal der Phasenvoreilungssclialtung (5) dem Emitter des dritten Transistors (TJ4) und die Bezugsspannung der Basis des zweiten Transistors (TrJ) zugeführt sind.
3· Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Bezugsspannung von einem schaltbaren Spannungsteiler (SV, R_x.^,, R^p' ^ßi3^ abgeleitet ist, wodurch eine gegebene Bezugsspannung nach Maßgabe der gewünschten Motorgeschwindigkeit auszuwählen ist.
4. Verfahren zum Steuern der Motorgeschwindigkeit, bei dem ein der Motorgeschwindigkeit proportionales Geschwindigkeitssignal abgeleitet wird, das eine der Gleichstromkomponente überlagerte wellige Komponente aufweist, das Geschwindigkeitssignal gefiltert und dabei zwangsläufig in seiner Phase um X Grad verzögert wird, das gefilterte Geschwindigkeitssignal mit einer Bezugsspannung verglichen wird, um ein Fehlersignal abzuleiten, und dieses Fehlersignal in Form einer Servoschleife ar_ eine Speisesteuerschaltung für die Motorwicklungen zurückgeführt wird, das zum Beseitigen der wlligen Komponente dadurch gekennzeichnet ist, daß die Phase des Geschwindigkeitssignals um etwa 180 Grad - X vorverschoben wird und das phasenvorverschobene Geschwindigkeitssignal mit dem phasenverzögerten Gesehwindigkeitssignal verglichen wird, um die wellige Komponente zu beseitigen und nur die Gleichstromkomponente zurückzubehalten.

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