DE2744361A1

DE2744361A1 - Verfahren zur regelung der drehzahl eines motors

Info

Publication number: DE2744361A1
Application number: DE19772744361
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: JOHANNES HUEBNER FABRIK ELEKTRISCHER MASCHINEN GmbH
Current assignee: JOHANNES HUEBNER FABRIK ELEKTRISCHER MASCHINEN GmbH
Priority date: 1977-10-01
Filing date: 1977-10-01
Publication date: 1979-04-05

Description

Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines Motors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines Motors, die in einem einstellbaren Verhältnis zu einer Leitfrequenz steht, mit Hilfe eines digital korrigierten analogen Tachometergenerators.
Es ist bekannt, die Spannung analoger Tachometergeneratoren durch digital gemessene Drehzahlwerte zu korrigieren, um die Vorteile der trägheitsarmen und stabilitätsgünstigen Analogmessung mit denen der langsameren aber genaueren Digitalmessung zu verbinden.
Der dabei nötige Übergang vom Digitalwert zum Analogwert ergibt aber Genauigkeitsgrenzen, welche dann nicht mehr ausreichen, wenn das Integral der Drehzahl über eine längere Zeit gleich oder in einem vorgegebenen Verhältnis zu dem eines vorgegebenen Wertes (Leitfrequenz) stehen soll. Aufgabe der Erfindung ist, auch für solche oder ähnliche Fälle eine genaue Drehzahlregelung zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird das einleitend beschriebene Verfahren so gestaltet, daß eine der Drehzahl des Tachometergenerators proportionale Impulsfrequenz erzeugt und mit Hilfe von programmierbaren Zählern um einen festen, aber einstellbaren Faktor vergrößert oder verkleinert wird, so daß sie bei der verhältnisrichtigen Drehzahl gleich der Leitfrequenz ist, und daß Impuls- und Leitfrequenz einem Frequenz- und Phasenkomparator zugeführt werden, dessen Ausgangswert zur Korrektur der analogen Tachometerspannung genutzt wird.
Vorzugsweise wird dabei so verfahren, daß die Leitfrequenz dem vorwärtszählenden und die geänderte Impulsfrequenz dem rückwärtszählenden Eingang eines Vor- und Rückwärtszählers zugeführt und der Ausgangswert des Zählers über einen Digitalanalogwandler zur Korrektur der Tachometerspannung verwendet wird.
Die Leitfrequenz, zu der die Drehzahl in einem bestimmten, aber einstellbaren Verhältnis stehen soll, kann entweder von einem Leitmotor gegeben sein, zu dem dann auch das Drehzahlverhältnis exakt eingehalten wird, wenn die absolute Drehzahl variiert, oder sie kann von einem Frequenznormal kommen, wenn der Motor in einem bestimmten Verhältnis zu diesem absolut genau laufen soll.
Die Erfindung betrifft weiter Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens, wie sie Gegenstand der Unteransprüche sind.
Die Erfindung sowie weitere Merkmale der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 2 ein Blockschaltbild eines programmierbaren Zählers als einstellbarer Frequenzwandler mit kleinerer Ausgangsfrequenz und Fig. 3 ein " "Phase-lock-loop-"-System mit programmierbarem Zähler zur Erhöhung der Ausgangsfrequenz.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen zu regelnden Motor. Auf seiner Welle 2 sind ein Tachometergenerator 3 und ein Tachofrequenzgeber 4 angebracht. In dem gezeichneten Beispiel wird die aus dem Frequenzgeber 4 kommende Frequenz einem Frequenzwandler 5 zugeführt, an dem im Beispiel die Zahl 81% eingestellt ist. Hierin wird also die Frequenz auf 81% reduziert. Sie wird dann einem Komparator 6 zugeleitet. Diesem wird über eine Leitung 7 als Sollwert eine Leitfrequenz zugeführt. Die vom Generator 3 erzeugte Tachospannung wird einem Spannungsteiler 8 zugeführt, von dem eine Teilspannung einem Regelverstärker 9 als Istwert eingegeben wird. Der Ausgang des Komparators 6, ein Analogwert, verstellt über einen Stellmotor 10 diesen Spannungsteiler so lange, bis die dem Komparator 6 zugeführten Frequenzen gleich sind, sein Ausgang also Null ist. Spannungsteiler und Motor sollen nur Funktionssymbole einer Elektronik gleichen Effekts darstellen.
In Fig. 2 ist eine an sich bekannte Anordnung gezeigt, in der ein programmierbarer Zähler als Frequenzwandler genutzt und die Eingangsfrequenz um den eingestellten Faktor, im Beispiel 37, verkleinert wird. Mit 11 sind Zählerbausteine bezeichnet, wie sie als IC-Bausteine auf dem Markt erhältlich sind. Sie zählen entweder von einem einstellbaren Wert rückwärts auf Null und springen immer wieder auf den Anfangswert oder erhalten von Null vorwärts zählend bei einer eingestellten Zahl einen Resetimpuls. Mit 13 bezeichnete Digitalschalter sind auf einen oder eine BCD-Kombination der Ausgänge 12 einzustellen. Der Eingang 14 bekommt Signal 15, aus dem Ausgang 16 kommt das 37-fach langsamere Signal 17.
In Fig. 3 ist der Zähler einem ebenfalls an sich bekannten Phaselock-loop-Regler zugeordnet. Im Block 18 ist der gesamte Zähler der Fig. 2 zusammengefaßt. 19 ist ein PLaL-Baustein, an dessen Eingang 20 die zu ändernde Frequenz liegt. Seine an Klemme 21 liegende Ausgangsspannung wird im Block 18 wieder beispielsweise um den Faktor 37 herabgesetzt. Diese aus 22 kommende verkleinerte Frequenz wird auf den Vergleichseingang 23 des PLL-Reglers geschaltet. Dieser regelt nun seine an 21 liegende Frequenz solange hinauf, bis an 23 und 20 gleich Frequenzen liegen. Die Ausgangsfrequenz an 21 muß also 37-mal so groß sein.
Mit Hilfe dieser Figuren ist die Arbeitsweise des Verfahrens ohne weiteres verstandlich. Zunächst soll an zwei Beispielen verdeutlicht werden, wie das Verhältnis Tachofrequenz zu Leitfrequenz bestimmt wird.
Bei zwei aufeinanderfolgenden Walzmotoren soll nach Einrechnung von Getrieben und Walzdurchmessern das Drehzahlverhältnis der Antriebsmotore 1 : 1,25 betragen. Beide haben Tachofrequenzgeber gleicher Impulszahl pro Umdrehung. Ist die von dem langsameren Motor erzeugte Frequenz die Leitfrequenz, so muß die des anderen auf 1/1,25 = 80% reduziert werden. Dies geschieht durch eine Erhöhung auf das 80fache nach Fig. 3 und nachfolgender Reduktion durch normalen Dezimalzähler auf 1/wo0. Statt dieser Reduktion kann auch die Leitfrequenz auf den 100-fachen Wert erhöht werden, was einen schnelleren Vergleichswert ergibt.
Soll ein Motor durch eine 1MHz-Leitfrequenz eines Quarzgenerators auf eine Drehzahl von 1250 U/Min. gebracht werden, bei der ein Geber mit 60 Imp./Umdr. 1250 Hz abgibt, so genügt es, die Leitfrequenz auf den Bruchteil 1250/1000000 = 1/800 zu reduzieren.
Dies kann nach Fig. 2 mit einer Obersetzung von 1:80 und mit einem Dezimalzähler mit weiterer 1:10-Reduzierung geschehen.
Die Funktion des Frequenz- und Phasenkomparators 6 ist am einfachsten bei Unterstellung einer laufenden Subtraktion der einzelnen Perioden der beiden Frequenzen zu verstehen. Wird eine Frequenz dem vprwärtszählenden, die andere dem rückwärtszählenden Eingang eines Vor-Rückwärtszählers aufgeschaltet, so bleibt der Zählerausgang nur dann Null, wenn beide Frequenzen exakt gleich sind. Man erkennt die enorme erzielbare Genauigkeit, durch die die kleinsten Gangunterschiede nach einiger Laufzeit exakt angezeigt und ausgeregelt werden. Ein Nachteil wäre die Gefahr, daß der Zähler bei längeren Abweichungen "voll" wird und auf Null zurückspringt. Dies vermeidet ein Frequenzkomparator mit Impulsausgang, wie er in den IC-Bausteinen vom Typ 4046 enthalten ist. Dieser liefert solange Signale auf einen nac,hgeschalteten, integrierenden Verstärker, bis sogar die Phasenlage beider Frequenzen gleich Null ist.
Selbstverständlich muß an den Regler 9 immer noch eine Sollspannung eingestellt werden, die etwa der Solldrehzahl entspricht. Durch die Integration des Fehlers vom Ausgang des Komparators wird aber dann der Istwert solange geändert, bis er exakt bei der Solldrehzahl dieser "Sollspannung" gleich ist.
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Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines Motors, die in einem einstellbaren Verhältnis zu einer Leitfrequenz steht, mit Hilfe eines digital korrigierten analogen Tachometergenerators, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Drehzahl des Tachometergenerators proportionale Impulsfrequenz erzeugt und mit Hilfe von programmierbaren Zählern um einen festen, aber einstellbaren Faktor vergrößert oder verkleinert wird, so daß sie bei der verhältnisrichtigen Drehzahl gleich der Leitfrequenz ist,.und daß Impuls- und Leitfrequenz einem Frequenz- und Phasenkomparator zugeführt werden, dessen Ausgangswert zur Korrektur der analogen Tachometerspannung genutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfrequenz dem vorwärtszählenden und die geänderte Impuls frequenz dem rückwärtszählenden Eingang eines Vor- und Rückwärtszählers oder umgekehrt zugeführt und der Ausgangswert des Zählers über einen Digitalanalogwandler zur Korrektur der Tachometerspannung verwendet wird.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Frequenzwandler programmierbare Zähler (5) dienen.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den programmierbaren Zählern (5) im Falle der Frequenzvergrößerung ein Phase-lock-Loop-Regler zugeordnet ist.
5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfrequenz (7) von der Drehzahl eines Leitmotors abgeleitet wird.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfrequenz von einem hochgenauen elektronischen Frequenzgenerator, z.B. von einem Quarzgenerator, abgeleitet wird.