DE2811555C2 - Drehzahlregelschaltung für einen Servo-Antrieb - Google Patents

Drehzahlregelschaltung für einen Servo-Antrieb

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DE2811555C2 DE2811555A DE2811555A DE2811555C2 DE 2811555 C2 DE2811555 C2 DE 2811555C2 DE 2811555 A DE2811555 A DE 2811555A DE 2811555 A DE2811555 A DE 2811555A DE 2811555 C2 DE2811555 C2 DE 2811555C2
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/16—Controlling the angular speed of one shaft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehzahlregelschaltung für einen Servo-Antrieb mit einem Drehzahl-Sollwertgeber zur Vorgabe mehrerer SoIl-
'5 drehzahlen, der über einen Leistungsverstärker mit einem Elektromotor verbunden ist, mit einem mit dem Motor gekoppelten Tachogenerator zum Erzeugen von Impulsen mit einer der Motordrehzahl proportionalen Frequenz, mit einem Kreis zum Erzeugen einer
μ nichtlinear ansteigenden Spannung und mit einer Fehlerfeststellstufe zum Feststellen des Fehlers zwischen dem Ausgangssignal des Drehzahl-Sollwertgebers und der nichtlinear ansteigenden Spannung sowie zur Einspeisung einer Spannung in den Leistungsver-
stärker im Sinne einer Korrektur der Motordrehzahl als Funktion der nichtlinear ansteigenden Spannung.
Zum Antrieb eines Elektromotors mit fester Drehzahl sind Schalungen mit linearer Verstärkung bekanntgeworden. Speziell besitzen derartige Schaltungen einen
Rückkopplungskreis zur Drehzahlregelung, wobei ein Konstantstromgenerator zur Erzeugung einer linear ansteigenden Spannung für Tastzwecke vorgesehen ist Die Schaltung wird dann auf den gewünschten Verstärkungs- und Phasenbereich bei einer vorgegebe nen Drehzahl eingestellt
Eine lediglich auf eine Drehzahl abgestimmte Schaltung kann bei anderen Drehzahlen unstabil sein, da die im Rückkopplungskreis für unterschiedliche Drehzahlen erforderliche Verstärkung ebenfalls unterschied- Hch ist Werden solche bekannten Schaltungen zum Antrieb eines Elektromotors bei mehr als einer Drehzahl verwendet so ist zur Regelung der Betriebsdrehzahl für jede gewünschte Drehzahl eine gesonderte Schaltung erforderlich.
Eine weitere Möglichkeit zur Lösung des genannten Problems ist durch die Verwendung unterschiedlicher Stromgeneratoren gegeben, die jeweils auf die gewünschten Drehzahlen eingeregelt sind. Diese Generatoren werden selektiv in den Rückkopplungskreis
so eingeschaltet um für die verschiedenen Drehzahlen unterschiedlicher Rückkopplungsverstärkungen einzustellen. Dabei besteht jedoch ein Problem darin, daß die Verstärkung lediglich bei solchen Drehzahlen richtig ist, welche ihr eindeutig zugeordnet sind. Darüber hinaus sind derartige Schaltungen unzuverlässig, aufwendig und komplex.
Aus der bekanntgemachten deutschen Patentanmeldung S 30 417 VIIIb/21c ist eine Drehzahlregelschaltung der eingangs genannten Art bekannt geworden. Bei dieser vorbekannten Schaltung werden zwar die für die Einregelung unterschiedlicher Drehzahlen notwendigen Kreisverstärkungen des Drehzahlregelkreises den unterschiedlichen Sollwerten bzw. Sollwertbereichen angepaßt Dies wird jedoch über unterschiedliche
Übersetzungsverhältnisse von transformatorischen Kopplungen, umschaltbare Widerstandsnetzwerke und mechanisch steuerbare Potentiometer realisiert Insbesondere Transformatoren und mechanisch
steuerbare Potentiometer stellen einen erheblichen Aufwand dar. Darüber hinaus ist damit nur eine stufenweise Anpassung der Kreisverstärkung an die Sollwerte bzw. Sollwertbereiche nicht aber eine kontinuierliche Anpassung möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung aufwendiger transformatorischer Kopplungen, umschaltbarer Widerstandsnetze und mechanisch steuerbarer Potentiometer eine kontinuierliche Anpassung der Sollwerte bzw. Soilwertbcreiche auf reiw elektronischer Basis zu realisieren.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch von den Tachogenerator-Impulsen angesteuerte Stufen zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Taktsignals, durch eine Ansteuerung des Kreises durch das erste Taktsignal zur Erzeugung der nichtlinear ansteigenden Spannung als Funktion dieses ersten Taktsignals und durch einen Kreis zur Tastung der nichtlinear ansteigenden Spannung als Funktion des zweiten Taktsignals gelöst.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Drehzahlregelschaltung dient die Tastung der nichtlinear ansteigenden Spannung als Funktin der Betriebsdrehzahl des Elektromotors zur Einstellung der richtigen Verstärkung in einem Rückkopplungskreis, über den die verschiedenen Drehzahlen des Motors geregelt werden.
Die erfindungsgemäße Drehzahlregelschaltung besitzt neben der Vermeidung elektromechanischer Komponenten insbesondere den Vorteil, daß die verschiedenen Betriebsdrehzahlen des Motors durch einen einfachen und zuverlässigen Rückkopplungskreis richtig geregelt werden können.
Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Drehzahlregelschaltung für einen Motor;
F i g. 2 in einem Diagramm die zeitliche Abhängigkeit einer nichtlinear ansteigenden Spannung zur Drehzahlregelung in der Drehzahlregelschaltung bei mehreren Betriebsdrehzahlen;
F i g. 3 ein detailliertes Schaltbild einer Drehzahlregelschaltung für mehrere Drehzahlen mit den zugehörigen Schaltungskomponenten; und
Fig.4A und 4B jeweils ein Zeittaktdiagramm zur Erläuterung des Funktionsprinzips der Schaltung nach Fig. 3.
Gemäß dem Blockschaltbild nach F i g. 1 wird ein Elektromotor 10, welcher beispielsweise ein Bandantriebsmotor für eine Bandtransportvorrichtung sein kann, durch einen von einem Leistungsverstärker 12 gelieferten Strom angetrieben. An die Welle des Motors 10 ist mechanisch ein Tachogenerator 14 angekoppelt, welcher Impulse mit einer Frequenz erzeugt, die der Drehzahl des Motors proportional ist Diese Impulse werden zur Erhöhung ihres Spannungspegsls über eine Leitung 17 in einen Verstärker 16 eingespeist
Der Ausgang des Verstärkers 16 ist an den Eingang eines monostabilen Multivibrators 18 angekoppelt, der an seinem Ausgang einen Impuls für eine vorgegebene Zeitdauer mit einer der Frequenz der Tachogenerator-Impulse gleichen Frequenz erzeugt
Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 18 ist an den Eingang eines zweiten monostabilen Multivibrators 20 sowie an einen ersten Eingang einer Mehrfachdrehzahl-Servostufe 22 angekoppelt Der monostabile Multivibrator 20 erzeugt an seinem Ausgang ebenfalls einen Impuls Hiit vorgegebener Zeitdauer als Funktion von Sprüngen des Ausgangssignals des monostabilen Multivibrators 18. Daher ist die Frequenz der Impulse am Ausgang des monostabilen Multivibrators 20 ebenfalls gleich der Frequenz der Tachogenerator-Impulse. Das Ausgangssignal des ersten monostabilen Mul'ivibrators 18 wird im folgenden auch als Takt- und Haltesignal bezeichnet während das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 20 im folgenden auch als Rückstellsignal bezeichnet wird.
Das Ausgangssignal des zweiten monostabilen Multivibrators 20 wird in einen Rückstelleingang der Mehrfachdrehzahl-Servostufe 22 eingespeist Der Ausgang dieser Servostufe 22 ist an einen ersten Eingang eines Summationsverstärkers 24 angekoppelt Ein zweiter Eingang dieses Summationsverstärkers 24 liegt am Ausgang eines Drehzahl-Sollwertgebers 26, welcher die grundlegende Motorantriebsspannung für eine vorgegebene Drehzahl liefert Dem Eingang des Drehzahl-Sollwertgebers 26 wird an einem Anschluß 27 ein Betriebsartsteuersignal zugeführt über das die Drehzahl ausgewählt wird, mit welcher der Motor 10 betrieben werden soll.
Ist durch das Betriebsartsteuersignal einmal eine Drehzahl für den Motor 10 gewählt so dient der Tachogenerator 14 und der zugehörige Rückkoppelkreis (Verstärker 16, monostabile Multivibratoren 18 und 20, Servostufe 22 und Summationsverstärker 24) zur Aufrechterhaltung dieser ausgewählten Drehzahl. Wird die in Rede stehende Ausführungsform in einem Videobandgerät benutzt so sind zwei Betriebsdrehzahlen vorhanden. Dabei handelt es sich um eine erste Drehzahl für Normalbetrieb und eine zweite Drehzahl mit einem Fünftel der normalen Drehzahl für Zeitlupenbetrieb.
Ein grundlegendes Problem in jeder Drehzahlregelschaltung ist in der Betriebsstabilität zu sehen. Das heißt, in einer Drehzahlregelschaltung, insbesondere für ein Präzisions-Videobandgerät ist es unerwünscht, daß die Drehzahl des Servomotors »pendeln« kann. Eine Möglichkeit zur Unterbindung des Pendeins in einer Drehzahlregelschaltung und zur Verbesserung der Betriebsstabilität besteht darin, daß die Verstärkung der Schaltung auf die Betriebsdrehzahl des Motors eingeregelt wird. Die günstigste Verstärkung in der Schaltung bei normaler Betriebsdrehzahl unterscheidet sich daher von der günstigsten Verstärkung bei einer anderen
so (beispielsweise langsameren) Betriebsdrehzahl.
Erfindungsgemäß wird die unterschiedliche Verstärkung in der Schaltung für verschiedene Drehzahlen durch periodische Tastung einer nichtlinear ansteigenden Spannung in verschiedenen Punkten für die entsprechenden unterschiedlichen Drehzahlen realisiert Diese nichtlinear ansteigende Spannung ist durch eine Kurve 28 im Diagramm nach F i g. 2 gegeben. Der Wert der Kurve 28 wird zwischen Zeitpunkten ii und h bei Betrieb des Motors 10 mit normaler Drehzahl und zwischen Zeitpunkten fc und U bei Betrieb des Motors mit kleinerer Drehzahl getastet wobei die langsamere Drehzahl im Ausführungsbeispiel gleich einem Fünftel der Normaldrehzahl ist
Die Steigung (dv/dfjder Kurve 28 ist zwischen den
Zeitpunkten t\ und fe größer als die Steigung (dv/dt) zwischen den Zeitpunkten fa und U- Die Steigung der Kurve 28 bestimmt den Betrag der Verstärkung der Drehzahlregelschaltung. Es ist daher ohne weiteres
einzusehen, daß die Verstärkung der Schaltung zwischen den Zeitpunkten /i und h größer als die Verstärkung zwischen den Zeitpunkten tj und U ist. Daher kann die Verstärkung der Schaltung ohne zusätzliche Schaltungskomponenten durch Tastung einer nichtlinear ansteigenden Spannung in unterschiedlichen Zeitpunkten eingeregelt werden. Durch Ausnutzung der nichtlinear ansteigenden Spannung kann die Verstärkung des Rückkopplungskreises zur Regelung jeder Anzahl von unterschiedlichen Betriebsdrehzahlen eingereglet werden. Die erfindungsgemäße Schaltung ist also nicht auf die Regelung von lediglich zwei Drehzahlen beschränkt.
Fig.3 zeigt ein detaillierteres Schaltbild der erfindungsgemäßen Drehzahlregelschaltung. Teile der in F i g. 3 dargestellten Schaltung, welche den Blöcken nach F i g. 1 entsprechen, sind durch mit gleichen Bezugszeichen versehene gestrichelte Kästchen eingefaßt.
Die Leitung 17 vom Tachogenerator 14 (F i g. 1) ist an einen Schaltungspunkt 30 angekoppelt, welcher über einen Widerstand R 10 an einem Anschluß 32 für eine Betriebsspannungsquelle (im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Spannung von +5 Volt) liegt. Der Punkt 30 ist weiterhin über einen Widerstand R 12 an der nicht invertierenden Eingang ( + ) eines Verstärkers 34 und über einen Widerstand R 14 an den invertierenden Eingang ( —) dieses Verstärkers angekoppelt Es ist hierbei zu bemerken, daß der invertierende Eingang des Verstärkers 34 noch einmal invertiert ist, was durch einen kleinen Kreis an diesem Eingang angedeutet ist. Zwischen dem invertierenden Eingang des Verstärkers 34 und Masse liegt eine Kapazität ClO, welche zusammen mit dem Widerstand R 14 die in diesen Eingang eingespeisten Tachogenerator-lmpulse zu einem mittleren Gleichspannungswert integriert.
Der Ausgang des Verstärkers 34 ist über einen Widerstand R 16 an einen ersten von zwei Eingängen eines NOR-Gatters 36 angekoppelt Weiterhin ist der Ausgang des Verstärkers 34 über einen Widerstand R 18 auf dessen nicht invertierenden Eingang rückgekoppelt Das NOR-Gatter 36 bildet einen Teil des monostabilen Multivibrators 18, wobei der zweite invertierte Eingang dieses NOR-Gatters an Masse gekoppelt ist Die Anode einer Diode DlO ist an den ersten Eingang des NOR-Gatters 36 angekoppelt während deren Kathode am Anschluß 32 für die Spannungsquelle liegt Die Diode DlO begrenzt die vom Verstärker 34 auf den ersten Eingang des NOR-Gatters 36 gegebene Ausgangsspannung zum Schutz des monostabilen Multivibrators 18.
Der Ausgang des NOR-Gaiiers 36 ist an den Setzeingang eines Multivibrators (M. V.) 38 angekoppelt Zwischen den Zeittakteingängen des Multivibra- tors 38 liegt eine Kapazität C12, während zwischen einen dieser Takteingänge und den AnschluB 32 für die Spannungsquelle ein Widerstand R 20 geschaltet ist Der invertierte Rückstelleingang des Multivibrators 38 ist ebenfalls an den AnschluB 32 für die Speisespannung eo angekoppelt, wodurch dieser'Eingang gesperrt wird
Der invertierte Ausgang (Q) des Multivibrators 38 ist an den ersten von zwei Eingängen eines NOR-Gatters 40 angekoppelt, dessen zweiter Eingang invertiert and an Masse angekoppelt ist Der invertierte Ausgang (Q) des Multivibrators 38 ist weiterhin auch über einen Widerstand R 22 an die Basis eines PNP-Bipolartransistors Q10 angekoppelt
Das NOR-Gatter 40 bildet einen Teil des monostabilen Multivibrators 20, wobei der Ausgang dieses NOR-Gatters an den Setzeingang eines zweiten Multivibrators 42 angekoppelt ist. Dabei sind eine Kapazität C14 und ein Widerstand R 24 entsprechend der Kapazität C12 und dem Widerstand R 20 geschaltet. Weiterhin ist auch der Rückstelleingang des Multivibrators 42 invertiert und an den Anschluß 32 für die Speisespannung angekoppelt. Der nicht invertierte Ausgang (Q) des Multivibrators 42 ist über einen Widerstand Λ 26 an die Basis eines NPN-Bipolartransistors Q12 angekoppelt.
Der Kollektor des Transistors Q\2 ist über einen Widerstand ft 28 sowie einen dazu in Serie liegenden variablen Widerstand R 30 an den Anschluß 32 für die Speisespannung angekoppelt. Weiterhin ist der Kollektor des Transistors Q12 an den Source-Anschluß eines p-Kanal-Feldeffekttransistors QH angekoppelt. Zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Q12 liegt eine Kapazität C16. wobei der Emitter des Transistors Q12 weiterhin auch an Masse gekoppelt ist.
Die oben anhand des Diagramms nach F i g. 2 erläuterte nicht linear ansteigende Spannung wird an der Kapazität C16 erzeugt Wird der Transistor £>12 durchgeschaltet so wird die Kapazität C16 nach Masse entladen. Zwischen aufeinanderfolgenden Taktsignalen vom Ausgang des Multivibrators 42 wird die Kapazität C16 aufgeladen. Die Größe der an der Kapazität C16 entstehenden Spannung ist aufgrund der bekannten kapazitiven Ladecharakteristik eine nichtlineare Funktion der Zeit
Eine Änderung des Wertes des Taktsignals vom Multivibrator 42 (hier ein positiver Wert) schaltet den Transistor Q12 durch, wodurch die nicht linear ansteigende Spannung auf Null bzw. einen Bezugswert abfällt, wodurch dieser Teil der Schaltung »rückgesetzt« wird.
Der Emitter des Transistors Q10 ist an den Anschluß 32 für die Speisespannung angekoppelt Der Kollektor dieses Transistors ζ) 10 liegt über einen Widerstand Λ 32 an einem Anschluß 44 für eine weitere Speisespannung. Der Kollektor des Transistors Q10 ist über einen Widerstand R 34 an das Gate des Feldeffekttransistors Q14 angekoppelt Die am Anschluß 44 eingespeiste Spannung ist bei diesem Ausführungsbeispiel negativ (-12VoIt), so daß der Feldeffekttransistor <?14 gesperrt wird.
Die Drain des Feldeffekttransistors Q14 ist an den Eingang eines Verstärkers 46 und über einen Widerstand R 36 an den Speisespannungsanschluß 32 angekoppelt
Weiterhin ist zwischen die Drain des Feldeffekttransistors QiA und Masse eine Kapazität C18 gekoppelt
Wird der Transistor QiO als Funktion des seinen Wert (im Ausführungsbeispiel auf einen negativen Wert) ändernden Taktsignals vom Multivibrator 38 durchgeschaltet, so wird die Vorspannung vom Gate des Feldeffekttransistors Q14 abgeschaltet, wodurch die in der Kapazität C16 gespeicherte Ladung über diesen Feldeffekttransistor auf die Kapazität CiS übertragen wird.
Dem Eingang des Verstärkers 46 wird somit eine Spannung zur Verstärkung zugeführt, welche der auf die Kapazität C18 übertragenen I-arhmg proportional ist Das Aasgangssignal des Verstärkers 46 wird über einen Widerstand ff38 in den invertierenden Eingang (-) eines weiteren Verstärkers 48 eingespeist. Der nicht invertierende Eingang (+) dieses Verstärkers 48 ist
über einen Widerstand R 40 an Masse gekoppelt. Der Ausgang des Verstärkers 48 liegt über einen Widerstand R 42 am invertierenden Eingang ( —) eines dritten Verstärkers 50. Der Ausgang des Verstärkers 48 ist weiterhin über ein durch einen Widerstand R 44 und eine Kapazität C20 gebildetes Parallel-KC-Netzwerk auf dessen invertierenden Eingang rückgekoppelt.
Der Ausgang des Drehzahl-Sollwertgebers 26 ist zur Bildung eines Summationspunktes an den invertierenden Eingang (-) des Verstärkers 50 gekoppelt. Der nicht invertierende Eingang (+) des Verstärkers 50 liegt über einen Widerstand R 46 an Masse. Der Ausgang des Verstärkers 50 ist über einen Widerstand R 48 an den Eingang des Leistungsverstärkers 12 (F i g. 1) gekoppelt. Weiterhin ist der Ausgang des Verstärkers 50 über ein durch einen Widerstand R 50 und eine Kapazität C22 gebildetes Parallel-ÄC-Netzwerk auf dessen invertierenden Eingang ( — ) rückgekoppelt.
Das Betriebsartsteuersignal, das durch einen ersten binären Spannungswert für eine erste Betriebsart (erste Betriebsdrehzahl, beispielsweise Normaldrehzahl) und einen zweiten binären Spannungswert für eine zweite Betriebsart (zweite Betriebsdrehzahl, beispielsweise Zeitlupen-Drehzahl) gebildet ist, wird über einen Widerstand R 52 in die Basis eines PNP-Bipolartransistors Q16 eingespeist. Der Emitter dieses Transistors Q 16 liegt an einer Spannungsquelle, welche gleich der am Anschluß 32 liegendien Spannungsquelle sein kann, während die Basis dieses Transistors über einen Widerstand Λ 54 ebenfalls an dieser Spannungsquelle liegt.
Der Kollektor des Transistors Q 16 ist über ein Paar von in Serie liegenden Widerständen R 56 und R 58 an den nicht invertierenden Eingang (+) eines Verstärkers 52 angekoppelt. Der Widerstand R 58 ist vorzugsweise variabel ausgebildet, um eine zusätzliche Einregelung der ausgewählten Drehzahl bei Zeitlupen-Drehzahl durchführen zu können. Zwischen dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 52 und einer Spannungsquelle (beispielsweise +5 Volt) liegt ein Widerstand /?59, während zwischen dem gleichen Eingang des Verstärkers 52 und Masse ein Widerstand R 60 Hegt.
Der Ausgang des Verstärkers 52 ist über eine Serienschaltung von Widerständen R 62, R 63 und R 64 an den Eingang eines weiteren Verstärkers 54 angekoppelt Der Widerstand R 63 ist vorzugsweise variabel ausgebildet um eine Zeittaktjustierung vornehmen zu können. Von einem Verbindungspunkt 56 zwischen den Widerständen Λ 63 und R 64 ist eine Rückkopplung auf den invertierenden Eingang (— ) des Verstärkers 52 vorgenommen, wodurch ein Gegenkopplungszweig für diesen Verstärker gebildet wird.
Die Anode einer Diode D12 liegt am Ausgang des Verstärkers 52, während deren Kathode an einem Anschluß eines Widerstandes Ä68 liegt Der andere Anschluß dieses Widerstandes R 68 liegt am Schaltungspunkt 56. Zwischen dem Eingang des Verstärkers 57 und Masse liegt eine Kapazität C24. Der Ausgang des Verstärkers 54 ist über einen Widerstand R 70 auf den invertierenden Eingang des Verstärkers 50 geführt
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der oben beschriebenen Schaltung sei angenommen, daß der Basis des Transistors Q 16 für den normalen Drehzahlbetrieb ein erster Binärpege! (beispielsweise eine digitale »1« oder typischerweise 33 Volt) zugeführt wird. Bei der beschriebenen Ausführungsform der Schaltung wird der Transistor Q16 dann für diese Betriebsart gesperrt, wobei die dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 52 zugeführte Spannung dann gleich dem Teil der Spannung von +5VoIt ist, welcher durch Teilung zwischen den Widerständen R 59 und R 60 entsteht. Somit wird dem Verstärker 50 eine Spannung und dem Motor 10 ein Antriebsstrom zugeführt.
Wird der Basis des Transistors Q16 jedoch ein zweiter Binärpegel (beispielsweise eine digitale »0« oder typischerweise 0 bis 1,0 Volt) zugeführt, so wird
ίο dieser Transistor durchgeschaltet, so daß die dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 52 zugeführte Spannung vergrößert wird. Bei durchgeschaltetem Transistor Q 16 liegt nämlich die Reihenschaltung der Widerstände /?56 und Λ 58 dem Widerstand /?59
Γ) parallel, so daß der Gesamtwiderstand zwischen dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 52 und der Spannungsquelle vermindert wird.
Der Motor 10 wird daher als Funktion des der Basis des Transistors Q 16 zugeführten ersten Betriebsart-Steuersignals (erster Binärpegel) mit einer ersten Drehzahl angetrieben, während er als Funktion des der Basis dieses Transistors zugeführten zweiten Betriebsartsteuersignals (zweiter Binärpegel) mit einer zweiten Drehzahl angetrieben wird.
2Ί Wenn der Motor 10 rotiert, so steht auf der Leitung 17 eine Folge von vom Tachogenerator 14 gelieferten Tachogenerator-Impuisen. Die Frequenz dieser Tachogenerator-lmpulse ist ein Maß für die Motordrehzahl. Zur weiteren Erläuterung wird nunmehr auf die Zeittaktdiagramme nach den Fig.4A und 4B Bezug genommen.
Ein erstes Signal 70 (Fig.4A) sowie ein zweites Signal 71 (F i g. 4B) repräsentieren die Tachogeneratorlmpuise für die erste bzw. zweite Betriebsdrehzahi. Ein Signal 72 (Fig.4A) sowie ein Signal 73 (Fig.4B) repräsentieren das Takt- und Haltesignal am Ausgang des monostabilen Multivibrators 18 für die beiden Betriebsdrehzahlen. Ein Signal 74 (Fig.4A) sowie ein Signal 75 (Fig.4B) repräsentieren das Rückstelisignal
4T am Ausgang des monostabilen Multivibrators 20 für die genannten beiden Betriebsdrehzahlen. Die an der Kapazität C16 während dieser beiden Betriebsdrehzahlen entstehende nichtlinear ansteigende Spannung ist durch ein Signal 76 (Fig.4A) bzw. ein Signal 77
is (Fig. 4B)gegeben.
Zwischen den Zeitpunkten fi und fe in den Diagrammen nach F i g. 4A und 4B wird der Wert der nichtlinear ansteigenden Spannung (Signale 76 und 77) durch Übertragung der Ladung in der Kapazität C16 über den Feldeffekttransistor <?14 auf die Kapazität C18 »getastet«, wobei diese Ladung als Eingangssignal für den Verstärker 46 »gehalten« wird. Zwischen Zeitpunkten t2 und i3 wird die Kapazität C16 entladen, wobei die nichtlinear ansteigende Spannung (Signale 76 und 77) auf den Wert Null bzw. auf einen Bezugswert abfällt Zwischen Zeitpunkten h und u lädt sich die Kapazität C16 erneut über die Widerstände R 28 und R 30 aus der Spannungsquelle am Anschluß 32 auf.
Das Zeittaktdiagramm nach Fig.4A gilt für große bzw. normale Betriebsdrehzahl, während das Zeittaktdiagramm nach Fig.4B für eine kleine Betriebsdrehzahl gilt Bei einer kleineren Betriebsdrehzahl ist also die Zeit zur Aufladung der Kapazität C16 größer als für eine große BetriebsdrehzahL Durch Wahl entsprechen-
e5 der Werte für die Kapazität C16 sowie die Widerstände Λ 28 und Ä30 kann die gewünschte Aufladezeit zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen so festgelegt werden, daß sich in den Tastzeitpunkten ein
unterschiedlicher Anstieg der nichtlinear ansteigenden Spannung für verschiedene Drehzahlen ergibt. Die unterschiedlichen Anstiege der nichtlinear ansteigenden Spannung können daher zur Realisierung unterschiedlicher Verstärkungen der Schaltung bei unterschiedlichen Betriebsdrehzahlen herangezogen werden. Es sei noch einmal darauf hingewisen, daß die erfindungsgemäße Schaltung nicht auf die Regelung lediglich zweier Betriebsdrehzahlen gemäß dem Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Durch Tastung der nichtlinear ansteigenden Spannung in entsprechend gewählten Zeitpunkten kann vielmehr jede Betriebsdrehzahl geregelt werden.
Durch den durch die Tachogenerator-Impulse getriggerten monostabilen Multivibrator 18 wird die Tastzeitdauer konstant gehalten. Aufgrund des Vorhandenseins des durch den monostabilen Multivibrator 18 getriggerten monostabilen Multivibrators 20 wird die Kapazität C16 unmittelbar nach der Tastung entladen.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung haben die oben beschriebenen Schaltungskomponenten folgende Werte:
Monostabiler
Multivibrator 18
Kapazitäten
Widerstand R 20
10 Mikrosekunden
0,001 Mikrofarad
15kOhm
Diese Werte sind unter dem Gesichtspunkt gewählt, daß eine ausreichende Zeit für die volle Ladungsübertragung von der Kapazität C16 auf die Kapazität C18 gewährleistet ist
Monostabiler
Multivibrator 20
Kapazität C14
Widerstand R 24
20 Mikrosekunden
0,001 Mikrofarad
30 kOhm
Diese Werte sind unter dem Gesichtspunkt gewählt, daß für eine volle Entladung der Kapazität C16 über den Transistor QH vor Beginn des nachfolgenden
10
Spannungsanstiegs eine ausreichende Zeit gewährleistet ist.
Widerstand R 28
Widerstand/? 30
Kapazität C16
Kapazität C18
7,5 kOhm mit
1 % Toleranz
5 kOhm variabel
0,1 Mikrofarad
0,047 Mikrofarad
ίο Der Verstärker 50 treibt den Motor 10 sowie den Tachogenerator 14 mit der notwendigen Drehzahl, um Differenzen im Gleichspannungspegel zwischen dem Referenztreibersignal vom Verstärker 54 und der getasteten nichtlinear ansteigenden Spannung am Ausgang des Verstärkers 48 zu eliminieren. In den Diagrammen nach Fig.4A und 4B repräsentiert ein Spannungswert Vi des Signals 76 innerhalb der Tastzeit die große Betriebsdrehzahl (beispielsweise normale Drehzahl) plus oder minus einem Drehzahlfehler, während ein Spannungswert Vj des Signals 77 innerhalb der Tastzeit die kleinere Drehzahl (beispielsweise ein Fünftel der Normaldrehzahl) plus oder minus einem Drehzahlfehler repräsentiert.
Die Bezugstreiberspannung vom Verstärker 54 ist ebenso wie die am Ausgang des Verstärkers 48 stehende nichtlinear ansteigende Spannung positiv. Der Verstärker 50 wirkt jedoch im Sinne einer Subtraktion der beiden an seinen Eingängen stehenden Spannung sowie zur Ansteuerung des Motors 10 mit dem Ergebnis dieses Subtraktionsvorgangs. Der Verstärker 48 ist daher invertierend geschaltet, um an seinem Ausgang die nichtlinear ansteigende Spannung in invertierter Form zu liefern.
Das durch die Widerstände R 38 und R 44 sowie die Kapazität C20 gebildete ÄC-Neizwerk arbeitet nicht nur als Verstärkungsregelkreis für den Verstärker 48, sondern auch als Teil der Phasenregelung für die Schaltung. Das durch den Widerstand Λ 50 und die Kapazität C22 gebildete Netzwerk arbeitet in entsprechender Weise.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

  1. Patentansprüche:
    I. Drehzahlregelschaltung für einen Servo-Antrieb mit einem Drehzahl-Sollwertgeber zur Vorgabe mehrerer Solldrehzahlen, der über einen Leistungsverstärker mit einem Elektromotor verbunden ist,
    mit einem mit dem Motor gekoppelten Tachogenerator zum Erzeugen von Impulsen mit einer der Motordrehzahl proportionalen Frequenz, mit einem Kreis zum Erzeugen einer nichtlinear ansteigenden Spannung und
    mit einer Fehlerfeststellstufe zum Feststellen des Fehlers zwischen dem Ausgangssignal des Drehzahl-Sollwertgebers und der nichtlinear ansteigenden Spannung sowie zur Einspeisung einer Spannung in den Leistungsverstärker im Sinne einer Korrektur der Motordrehzahl als Funktion der nichtlinear ansteigenden Spannung, gekennzeichnet durch von den Tachogenerator-Impulsen angesteuerte Stufen (18, 20) zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Taktsignals, durch eine Ansteuerung des Kreises (in 22) durch das erste Taktsignal zur Erzeugung der nichtlinear ansteigenden Spannung als Funktion dieses ersten Taktsignals und
    durch einen Kreis (in 22) zur Tastung der nichtlinear ansteigenden Spannung als Funktion des zweiten Taktsignals.
  2. 2. Drehzahlregelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Tachogenerator-Impulsen angesteuerten Stufen (18, 20) ein Paar von in Kaskade geschalteten monostabilen Multivibratoren umfassen, von denen ein erster monostabiler Multivibrator (38) das zweite Taktsignal als Funktion der Tachogenerator-Impulsen und ein zweiter monostabiler Multivibrator (40) das erste Taktsignal als Funktion des zweiten Taktsignals erzeugt
  3. 3. Drehzahlregelschaltung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis (in 22) zur Erzeugung der nichtlinear ansteigenden Spannung einen parallel zu einer Kapazität (C 16) liegenden Transistorschalter (Q 12) enthält, dessen Schalteingang an den das erste Taktsignal liefernden monostabilen Multivibrator (40) angekoppelt ist, wobei die Kapazität (CiS) bei einem ersten Wert des ersten Taktsignals aufgeladen und bei einem zweiten Wert des ersten Taktsignals entladen wird.
  4. 4. Drehzahlregelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis (in 22) zur Tastung der nichtlinear ansteigenden Spannung einen an den Ausgang des Kreises (in 22) zur Erzeugung der nichtlinear ansteigenden Spannung angekoppelten Transistor (Q 14) enthält, dessen Schalteingang an den das zweite Taktsignal liefernden monostabilen Multivibrator (38) und dessen Ausgang an einen Anschluß einer mit ihrem anderen Anschluß auf Bezugspotential liegenden Speicherkapazität CC 18) angekoppelt ist, wobei die nichtlinear ansteigende Spannung als Funktion des zweiten Taktsignals getastet und die getastete nichtlinear ansteigende Spannung durch die Speicherkapazität (C 18) gehalten wird.
  5. 5. Drehzahlregelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerfeststellstufe (24) eine Differenzverstärkeranordnung (48,50) mit einem ersten an den Kreis (in 22) zur Tastung der nichtlinear ansteigenden Spannung angekoppelten Eingang, mit einem zweiten an den Ausgang des Drehzahl-Sollwertgebers (26) angekoppelten Eingang und mit einem an einen Eingang des Leistungsverstärkers (12) augekoppelten Ausgang.
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