DE2722041C2

DE2722041C2 - Vorrichtung zur digitalen Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE2722041C2
Application number: DE2722041A
Authority: DE
Inventors: Istvan Dipl.-Ing. 8000 München Cocron; Eduard Ing.(Grad.) 8011 Aschheim Wagensonner
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1977-05-16
Filing date: 1977-05-16
Publication date: 1981-09-17
Also published as: JPS53142612A; US4216418A; DE2722041A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur digitalen Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors, insbesondere in fotografischen oder kinematografisehen Geräten, mit einer digitalen Zählvorrichtung, deren Starteingang mit einem Setzimpulsgenerator verbunden ist, dessen Frequenz abhängig ist von der Drehzahl des Gleichstrommotors und deren Takteingang an einen Taktimpulsgenerator angeschlossen ist,

JO dessen Frequenz großer als die Frequenz des Setzimpulsgenerators ist, wobei durch die digitale Zählvorrichtung eine im Stromkreis des Gleichstrommotors befindliche Halbleiterstufe steuerbar ist.

Eine solche Vorrichtung zur digitalen Regelung der

3^ Drehzahl ist aus der DE-OS 22 05 176 bekannt. Diese Vorrichtung weist eine Zähleinrichtung auf, welche aus mindestens zwei Digitalzählern besteht. Der erste Zähler zählt nach seiner Freigebe durch einen Tachometerimpuls (Setzimpuls) bis zu seinem Endwert hoch. Nach Erreichen seines Zählir.haltes gibt er auf einer Ausgangsleitung ein entsprechendes Signal ab. Zwischen zwei Setzimpulsen des Tachometers erreicht dieser Zähler in jedem Falle seinen Endstand. Durch das auf der Ausgang«.' itung auftretende Signal wird über eine weitere Leitung der Zähler zurückgesetzt. Außerdem wird über eine Ausgangsleitung der zweite Zähler beeinflußt. Dieser Zähler wird erst dann freigegeben, wenn nach dem Auf/reten eines Setzimpulses der erste Zähler voll gezählt wurde. Der erste Zähler und der zweite Zähler arbeiten mit einer Decodiervorrichtung zusammen, die die Speisespannung des Gleichstrommotors beeinflußt. Der gespeicherte Zählstand des zweiten Zählers ist ein Maß für die Zeit, die der bewegliche Teil des Motors benötigt, um einen bestimmten Weg

vs zurückzulegen. Durch die Decodierung des Zählerstan des des zweiten Zählers wird festgestellt, ob die Geschwindigkeit des Motors zu hoch oder zu niedrig ist. In Abhängigkeit vom Zählinhalt erfolgt entweder ein entsprechend starkes Bremsen des Motors oder aber eine entsprechend starke Beschleunigung desselben. Der durch den zweiten Zähler beeinflußbare Decodierer wird außerdem durch den ersten Zähler beeinflußt. Die Abtastung der Ausgangsinforttiation des zweiten Zählers erfolgt mit Hilfe eines Digital-Analog^Wandlers, dessen Ausgangssignale als Analogsignale die Motorspeisung steuern.

Die in der DEOS 22 05 176 beschriebene bekannte Vorrichtung soll die dort beschriebene Aufgabe lösen,

eine Einrichtung zum Regeln der Geschwindigkeit eines Motors zu schaffen, mit der auch feinstufige Änderungen der zugeführten Energie des Motors möglich sind, wobei der Nachteil bekannter Regeleinrichtungen vermieden werden soll, bei denen im wesentlichen nur die Möglichkeit besteht, festzustellen, ob der Motor schneller oder langsamer läuft, als es gewünscht ist und bei denen die Maßnahmen zur Auswertung der Regelabweichung zu grobe Ergebnisse liefern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur digitalen Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors der gattungsgemäßen Art weiterzubilden, wobei die Genauigkeit der Drehzahlregelung bei einfacher Ausbildung und bei Verwendung von möglichst wenigen Teilen groß sein soll. Hierbei soll eine genaue Drehzahlregelung mit Hilfe der Erkennung, ob der Gleicbstrommotor schneller oder langsamer als die gewünschte Drehzahl läuft, erfolgen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß entweder die Frequenz des Setzimpulsgenerators oder des 1 aktimpuisgenerators mittels einer drehzahlabhängig beeinflußbaren Vorrichtung veränderbar ist, daß als digitale Zählvorrichtung ein einziger Digitalzähler vorgesehen ist, dessen Eingänge mit einer digitalen Eingabevorrichtung verbunden sind, deren Signalkombination mit jedem Impuls des Setzimpulsgenerators erneut in den Digitalzähler eingegeben wird, daß mit dem Übertrag-Ausgang (Ü) bzw. mit den Ausgängen des Digitalzählers eine Speicherverhalten aufweisende, mit dem steuerbaren Halbleiter verbundene Steuerkippstufe vorgesehen ist, die eine Taktverbindung mit dem Setzimpulsgenerator aufweist und daß zwischen dem Setzimpulsgenerator und dem gleichzeitig als Stopeingang wirkenden Starteingang des Digitalzählers eine Verzögerungsstufe vorgesehen ist.

Je nachdem, ob die Frequenz des Setzimpulsgenerators oder die Frequenz des Taktimpuisgenerators mittels einer drehzahlabhängig beeinflußbaren Vorrichtung verändert wird, erfolgt im einen Falle eine drehzahlabhängige Veränderung der Impulsphase des Setzimpulses und damit eine drehzahlabhängige Änderung der Torzeit für die Weiterleitung der Information vom Ausgang des einzigen Zählers zu der Speicherverhaltenden aufweisenden Kippstufe oder aber eine Veränderung der Dauer- bzw. Zeitspanne, in der der Digitalzähler seinen Endzustand erreicht. Die Genauigkeit der Drehzahlregelung ist υ. a. dadurch gegeben, daß die Frequenz des Setziinpulsgenerators bzw. des Taktimpuisgenerators mittels der drehzahlabhängig beinflußbaren Vorrichtung voränderbar ist. Die Länge der Periodendauer eines Setzimpulses in bezug auf die Dauer eine Motorumdrehung hängt davon ab, welches Trägheitsmoment bzw Trägheitsverhalten der Motor aufweist. Bei Gleichstrommotoren mit geringem Trägheitsmoment wird die Periodendauer eines Setzimpulses gegenüber der Periodendauer des Motors entsprechend kurz gewählt werden. Bei Motoren mit trägem Verhalten wird die Periodendauer des Setzimpulses entsprechend langer sein

In der Impulsphase jedes Setzimpulses wird festgestellt, ob die vorgegebene Speicherzahl (Zählinhalt) des Digitalzählers erreicht, unterschritten oder überschritten wird. Am Ende der Impulsphase jedes Setzimpulses wird ein Taktimpuls zur getakteten Speicherstufe weitergeleitet. Diese Speicherstufe übernimmt mit jedem Taktimpuls des Selzimpulses das am Ausgang des Zählers vorhandene Potential als Digitalwert und speichert diesen.

In vorteilhafter Weise wird die Signalkombination der digitalen Eingabevorrichtung im Takt der Setzimpulse periodisch in den Digitalzähler eingegeben. Hierbei erfolgt eine periodische Überwachung der digitalen Eingabe- bzw. Wahlsignale, wodurch die Vorrichtung besonders störunanfällig wird. Dies wirkt sich besonders dann aus, wenn z. B. während des Betriebs eines Gleichstrommotors die digitale Eingabesignalinformation geändert wird.

ία Wird der Zählinhalt des Zählers innerhalb der Impulsphase der Setzimpulse erreicht, so bedeutet dies, daß der Motor zu langsam läuft. Folglich wird ein Übertragsignal zur Steuerschaltung des Motors weitergeleitet. Mit Hilfe der im Motorstromkreis vorgesehenen Halbleiterstufe wird bei zu schnell laufendem Motor dessen Stromkreis periodisch kurzzeitig gesperrt, und zwar so lange, bis der Motor die gewünschte periodisch eingegebene Nenndrehzahl aufweist Je größer die Anzahl der Setzimpulse pro Motorumdrehung ist, desto feinstufiger ist die Gleisstrommotorr. ^-ilung. Durch das Vorsehen der Verzögerungsstufe wild gewährleistet daß zunächst der Digitalzähler zu Beginn eines Setzimpulses in seine Ausgangszählstellung gesetzt wird und daß anschließend der Zähler zum Einzählen freigegeben wird.

In vorteilhafter Weise ist die Verzögerungsstufe invertierend ausgebildet Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß mit der positiven Anstiegsflanke eines jeden Setzimpulses der Digitalzähler zählbtreit geschaltet wird.

Der Setzimpulsgenerator kann in vorteilhafter Weise eine mit dem Gleichstrommotor zusammenwirkende Lichtschranke, ein Hallgenerator, eine mechanische Impulsschaltstufe, ein Tachogenerator oder eine kapazi-

j5 tive Impulsschaltstufe sein.

Gemäß weiterer Ausgestaltung ist der Übertrag-Ausgang des Digitalzählers mit dem einen Eingang eines Speicher-Flip-Flops verbunden,dessen anderer Ei -.gang mit einer bei abfallender Impulsflanke des Setzimpulsgenerators einen Impuls erzeugenden Impulsstufe verbunden ist. In vorteilhafter Weise weist die Impulsstufe ein NOR-Gatter auf, in dessen einer Eingangsleitung eine invertierende Verzögtrungsstufe vorgesehen ist.

4-, Gemäß weiterer Ausbildung ist die Steuerstufe ein getaktetes Speicher-Flip-Flop, dessen Takteingang mit der Impulsstufe verbunden ist, wobei zwischen Impulsstufe und Speicher-Flip-Flop eine Verzögerungsstufe angeordnet ist. In vorteilhafter Weise wird als Speicher-Flip-Flop ein RS-Flip-Flop verwendet, dessen beide Eingänge mit zwei UND-Gattern verbunden sind, deren erste Eingänge an die Impulsstufe angeschlossen sind r'.d deren zweite Eingänge über eine Inverterstufe miteinander verbunden sind, wobei einer dieser

y, Eingänge an der. Ausgang des Speicher-Flip-Flops angeschlossen ist. In vorteilhafter Weise wird als Digitalzähler ein 'Jmkehrzähler verwendet.

Im folgenden ν ird die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Die Figur z.eigt in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.

Gemäß der Figur ist mit ί eine Bätieriü bezeichnet,

die über einen Schalter 2 mit der Schaltungsanordnung verbindbar ist. Mittels des Schalters 2 ist ein

b5 Gleichstrommotor 3 einschaltbar, in dessen Stromkreis ein Schalttransistor 4 angeordnet ist.

Mit 5 ist ein binärer Umkehrzähler bezeichnet, wie er beispielsweise im Datenbuch 1976/77 von Siemens

»Digitale Schaltungen« auf den Seiten 205 bis 209 unter der Typenbezeichnung FLJ 215-84191 beschrieben ist. Der Takteingang T des Binärzählers 5 ist mit einem Taktgenerator 6 verbunden. Die Eingänge A, B, C, Ddes Binärzählers 5 sind an die Ausgänge einer digitalen Wählschaltung 7 angeschlossen. Durch Betätigen eines oderer mehrerer der schematisch angedeuteten Schalter 7a, 7b, 7c, 7d wird der Sollwert der Drehzahl des Gleichstrommotors 3 in den Binärzähler 5 eingegeben. Mit 8 ist ein Setzimpulsgenerator bezeichnet, dessen Impulsfrequenz in Abhängigkeit von der Drehzahl des Gleichstrommotors 3 über eine Steuerverbindung 9 veränderbar ist. Der Ausgang des Setzimpulsgenerators 8 ist mit dem Setzeingang 5 verbunden. Weist der Ausgang des Setzimpulsgenerators 8 das Potential »0« auf, so werden die Signale an den Eingängen A bis Ddes Binärzählers 5 zu den nicht geschalteten Ausgängen Qa, Qb, Qc, Qc/weitergeleitet bzw. geschoben.

8 über eine drei Inverterstufen 10, 11, 12 aufweisende, Verzögerungskette mit dem Start- und Stoppeingang FE des Zählers 5 verbunden. Der Ausgang Βλ des Binärzählers 5 ist mit dem Pluspol der Spannungsquelle 1 verbunden. Somit wird der Zähler 5 als Rückwärtszähler betrieben.

Beim Erreichen der vollen Zählkapazität bzw. der Zähler-Null-Stellung tritt am Übertrag-Ausgang Ödes Binärzählers 5 ein Übertrag-Impuls auf. Der Übertrag-Ausgang Üdes Binärzählers 5 ist mit dem einen Eingang eines RS-Flip-Flops 13 verbunden. Dieses Flip-Flop besteht aus zwei NAN D-Gattern 14 und 15. Der weitere Eingang des RS-Flip-Flops 13 ist mit dem Ausgang einer zwei Inverterstufen 16 und 17 enthaltenden Verzögerungsstufe verbunden.

Diese Verzögerungsstufen 16, 17 befinden sich im Ausgangskreis einer Impulsstufe, die aus einem NOR-Gatter 18 besteht, deren einer Eingang direkt mit dem Ausgang des Setzimpulsgenerators 8 und deren anderer Eingang über drei Inverterstufen 19, 20, 21 ebenfalls mit dem Ausgang des Setzimpuls-Generators 8 verbunden sind.

Der Auseane des NOR-Gatters 18 ist mit dem Takteingang eines getakteten Speicher-FIip-FIops 22 verbunden. Dieses Flip-Flop besteht aus einem RS-Flip-Flop enthaltend zwei NAND-Gatter 23 und 24 sowie aus zwei UND-Gattern 25 und 26. Der eine Eingang des UND-Gatters 25 ist mit dem entsprechenden Eingang des UND-Gatters 26 verbunden, welcher als Takteingang mit dem Ausgang des NOR-Gattecs 18 verbunden ist. Der andere Eingang des UND-Gatters 26 ist über eine Inverterstufe 27 an den entsprechenden Eingang des UND-Gatters 25 angeschlossen,
ι Nach Schließen des Schalters 2 wird die Spannung der Batterie 1 an die Schaltungsanordnung angeschaltet. Durch Betätigen einer oder mehrerer der Schalter 7a bis 7rfder Wahlschaltung 7 liegen an den Eingängen A bis D des Binärzählers 5 entsprechende Signale an. Springt

in das Potential des Setzimpulsgenerators 8 während einer Setzimpulsdauer auf den Wert »1«, so werden die Signale der Eingänge A bis D vom Zähler 5 übernommen und liegen an den Ausgängen QA bis QD. Der Zähler 5 hat somit seine Anfangszählstellung.

Während der durch die Gatter 10 bis 12 gegebenen Verzögerungszeit liegt noch am Eingang F£des Zählers j das Potential »1« an. Somit ist der Zähler 5 noch gesperrt. Nach Verstreichen dieser Verzögerungszeit springt das Potential am Eingang FF auf dpn Wert »o« Der Zähler 5 ist somit zählbereit. Nach jedem nun folgenden Impuls des Taktimpulsgenerators 6 wird der Zähler 5 um einen Schritt weitergeschaltet. Da der Ausgang BA mit dem Pluspotential der Batterie 1 verbunden ist, zählt der Zähler 5 rückwärts. Erreicht der Zähler 5 während der Dauer eines Setzimpulses seine Ausgangszählstellung »0«, so tritt am Ausgang Ü ein Überti agimpuls auf, der am Ausgang des RS-Flip-Flops 13 wäb''^snd der Impulsdauer des Setzimpulses anliegt. Beim Erreichen der Abstiegsflanke des Setzimpulses wird in der Stufe 18, 19, 20, 21 ein positiver Impuls erzeugt, der das Signal am Ausgang des RS-Flip-Flops 13 zum Ausgang des Speicher-Flip-Flops 22 und damit zur Basis des Transistors 4 weiterleitet. Dieses positive Potential steuert den Transistor 4 auf, so daß der Motor 3 vom Strom durchflossen wird. Infolgedessen erhöht sich die Drehzahl des Motors 3.

Der Impuls am Ende des Setzimpulses wird zum Zurücksetzen des RS-Flip-Flops 13 zu dessen verzögerten Eingang weitergeleitet. Mit dem folgenden Setzimpuls wiederholt sich der Vorgang aufs neue. Mit Erhöhung der Drehzahl des Motors 3 verzögert sich die Frequenz des Setzimpulsgenerators 8. Ist nun die Drehzahl des Motors 3 zu hoch, so wird der Zähler 5 während der Dauer eines Setzimpulses nicht auf seine Ausgangs-Null-Stellung zurückgesetzt Die Folge ist. daß während der folgenden Setzimpulsdauer der Transistor 4 so lange gesperrt bleibt bis die Nenndrehzahl erreicht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur digitalen Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors, insbesondere in fotografischen oder kinematografischen Geräten, mit einer digitalen Zählvorrichtung, deren Starteingang mit einem Setzimpulsgenerator verbunden ist, dessen Frequenz abhängig ist von der Drehzahl des Gleichstrommotors und deren Takteingang an einen Taktimpulsgenerator angeschlossen ist, dessen Frequenz größer als die Frequenz des Setzimpulsgenerators ist, wobei durch die digitale Zählvorrichtung eine im Stromkreis des Gleichstrommotors befindliche Halbleiterstufe steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Frequenz des Setzimpulsgenerators (8) oder des Taktimpulsgenerators (6) mittels einer drehzahlabhängig beeinflußbaren VorriiJitung (9) veränderbar ist, daß als digitale Zählvorrichtung ein einziger Digitalzähler (5) vorgesehen ist, dessen Eingänge (A. B, C, D) mit einer digitalen Eingabevorrichtung (7) verbunden find, deren Signalkombination mit jedem Impuls des Setzimpulsgenerators (8) erneut in den Digitalzähler (5] eingegeben wird, daß mit dem Übertrag-Ausgang (Ü) bzw. mit dem Ausgängen (Q_A — Q_D) des Digitalzählers (5) eine Speicherverhalten aufweisende, mit dem steuerbaren Halbleiter (4) verbundene Steuerkippstufe (13, 22) vorgesehen ist, die eine Taktverbindu"-g mit dem Setzimpulsgenerator (8) aufweist und daß zwischen dem Setzimpulsgenerator (8) und dem gleichzeitig als Stopeingang wirkenden Starteingang [FE) des Digitalzählers (5) eine Verzögerungsstufe(10,11, ^vorgesehen ist.

2. Vorrichtung zur digitalen Regelung der Drehzahl eines Gic^hstrommotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsstufe (10, 11,12) invertierend ausgebildet ist.

3. Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Setzimpulsgenerator (8) eine mit dem Gleichstrommotor (3) zusammenwirkende Lichtschranke bzw. ein Hallgenerator bzw. eine mechanische Impulsschaltstufe bzw. ein Tachogenerator bzw. eine kapazitive Impulsschaltstufe aufweist.

4. Vorrichtung zur digitalen Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrag-Ausgang (O) des Digitalzählers (5) mit dem einen Eingang eines Speicher-Flip-Flops (13) verbunden ist. dessen ärgerer Eingang mit einer bei abfallenden Impulsflanke des Setzimpulsgenerators (8) einen Impuls erzeugenden Impulsstufe (18. t9, 29, 21) verbunden ist.

5. Vorrichtung zur digitalen Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsstufc ein NOR-Gatter (IS) aufweist, in dessen einer Eingangsleilung eine invertierende Verzögerungsstufe (19, 20,2i) angeordnet ist.

6. Vorrichtung zur digitalen Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerslufe ein getaktetes Speicher-Flip-Flop (22) ist, dessen Takt' eingang milder Impulsstufe(18bis21) verbunden ist, und daß zwischen Impulsstufe (18 bis 21) und Speicher»Flip'Flop (13) eine Verzögefungsstufe (16,

17) angeordnet ist.

7. Vorrichtung zur digitalen Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicher-Flip-FIop (22) ein RS-Flip-FIop (23, 24) aufweist, dessen beide Eingänge an zwei UND-Gatter (25, 26) angeschlossen sind, deren erste Eingänge an die Impulsstufe (18 bis 21) angeschlossen sind unL deren zweite Eingänge über eine Inverterstufe (27) miteinander verbunden sind, wobei einer dieser Eingänge an dem Ausgang des Speicher-Flip-Flops (13) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung zar digitalen Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 als Digitalzähler ein Umkehrzähler (5) verwendet wird.