DE2828916A1

DE2828916A1 - Motorregelungssystem

Info

Publication number: DE2828916A1
Application number: DE19782828916
Authority: DE
Inventors: Akio Kawazoe; Toshinobu Maeda; Yoshikazu Nakamura
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1979-01-11
Also published as: FR2396450A1; GB2000614A; US4205260A; DE2858124A1; CA1111906A; GB2000614B; FR2396450B1; DE2828916C2

Description

DR. BERG DJPL.-ING. STAPF ' r-, 7 _ 7

DIPL.-ING. SCHWABE DSL. DR. SaNDMAIR % ..,,J f

PATENTANWÄLTE

Postfach 860245 · 8000München 86 2 δ 2 O 9 I

Anwaltsakte; 29 267 30.Juni 1978

Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. Kadoma-shi, Osaka-fu / Japan

Oki Electric Industry Co., Ltd. Tokyo / Japan

Motorregelungssystem

809882/1024

»(039)588272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München4410122850

9S827J BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

⁹⁸8374 TELEX: » - - - Bayet Veteinsbank München 453100 (BLZ 70020270)

⁹⁸³³¹⁰ 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

2B28916

Anwaltsakte: 29 267

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Motorregelungssystem und insbesondere ein Gleichstrommotor-Regelungssystem.

Um kleine Gleichstrommotore und vor allem solche, die in Tonfrequenzgeräten, wie beispielsweise Plattenspielern, Tonbandgeräten u.a. verwendet weiden,zu regeln oder insbesondere in der Drehzahl zu regeln, wird im allgemeinen ein Quarz schwinger verwendet, um Taktimpulse zu erzeugen, welche mit Impulsen verglichen werden, die zur Drehzahl eines sich drehenden Teils, wie beispielsweise eines Plattentellers, proportional sind, der von einem geregelten Gleichstrommotor angetrieben wird, um die Phasendifferenz zwischen den Impulsen zu fühlen, wodurch dann die Drehbewegung des sich drehenden Teils mit den Taktimpulsen synchronisiert werden kann.

Um ein Signal "Drehzahl liegt über der normalen Drehzahl", ein Startsignal, ein Bremsen-Freigabesignal und ein die normale oder in Vörwärtsrichtung erfolgende Drehbewegung anzeigendes Signal zu erhalten, das zur Anzeige der normalen oder vorwärtsgerichteten Drehbewegung in dem vorbeschriebenen Gleichstrommotor-Regelungssystem verwendet wird, sind ein Frequenzgernerator zum Erzeugen der Impulse, deren Frequenz proportional zu der Umlaufgeschwindigkeit eines sich drehenden,

809882/1024 " ² ~

von dem Gleichstrommotor angetriebenen Teils ist, und ein Frequenzspannungswandler vorgesehen, um die Ausgangsimpulse des Frequenzgenerators in Gleichspannungssignale umzuwandeln, deren Pegel auf analoge Weise verglichen wird, wie in der offengelegten, japanischen Patentanmeldung 52-1481 beschrieben ist. Jedoch können wegen der Unterschiede bei der Herstellung von Teilen, wegen TemperaturSchwankungen und aufgrund der Schwierigkeit, einen Temperaturausgleich zu erhalten, mit dem Motorregelungssystem oder mit einer Motordrehzahl-Regelungseinrichtung der vorbeschriebenen Art keine den Erwartungen entsprechenden Ergebnisse erhalten werden.

Die Erfindung soll daher ein Motorregelungssystem schaffen, mit welchem das Starten, die Drehzahlregelung, das Stillsetzen, das Bremsen, die Bremsenfreigabe und die Anzeige einer Motordrehzahl mit einem höheren Genauigkeitsgrad erreichbar ist.

Ein Motorregelungssystem gemäß der Erfindung weist daher eine Synchronisierungsschaltung mit einem Frequenzgenerator zum Erzeugen von Impulsen, deren Frequenz proportional der Drehzahl bzw. Umlaufgeschwindigkeit eines geregelten Motors ist, und mit einem Taktimpulsgenerator zum Erzeugen von Taktimpulsen, deren Frequenz weitaus höher ist als die der Impulse von-dem Frequenzgenerator, wobei die Impulse von dem Frequenzgenerator mit dem Bezugs- oder Taktimpulsen synchronisiert sind, um einen Synchronisierimpuls mit einer vorbestimmten Impulsbreite zu erhalten, einen Frequenzteiler, und einen Zähler mit einer Rück-

8 09882/1024 "³

-f-

^s 2828915

Setzeinrichtung auf, wobei der Synchronisierimpuls von der Synchronisierschaltung an den Rücksetzanschluß des Zählers angelegt wird, und die Taktimpulse durch den Frequenzteiler mit einem Teilungsfaktor von N frequenzgeteilt sind, und der Ausgang von dem Frequenzteiler an den Zähler angelegt wird, so daß das Motordrehzahl-Anzeigesignal sowie das Motordrehzahl-Regelsignal von dem Ausgang des Zählers erhalten werden können.

In dem erfindungsgemäßen Motorregelungssystem mit einem Taktimpulsgenerator werden somit Taktimpulse, um das Signal "Drehzahl liegt über der normalen Drehzahl" digital zu erhalten, das Startsignal, das Bremserfreigabesignal und ein Signal erzeugt, um die normale oder in Vorwärtsrichtung erfolgende Drehbewegung anzuzeigen. Entsprechend dem Startsignal wird eine dem 100%-igen Drehmoment entsprechende Steuerspannung erzeugt, und im Fall einer erzwungenen Drehbewegungsumkehr wird ein das 100%-ige Drehmoment anzeigende Steuerspannung erzeugt, um eine Drehbewegung in umgekehrter Richtung zu verhindern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Motorregelungssystems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 die Schaltung eines Signalgenerators zum Drehzahl-

809882/1024 "⁴

fühlen und zur Drehzahlanzeige;

Fig. 3 bis 7 Wellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 2 dargestellten Signalgenerators;

Fig. 8 eine Schaltung eines Signalgenerators zur Drehzahlregelung und einer Verknüpfungsschaltung, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind;

Fig. 9 Wellenformen zur Erläuterung deren Arbeitsweise;

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Fühlen der Drehrichtung des in Fig. 1 wiedergegebenen Motors; und

Fig. 11(a,b) Wellenformen zur Erläuterung deren Arbeitsweise.

In den Figuren sind die gleichen oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Motordrehzahl-Regelungseinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, mit einem Taktimpulsgenerator oder einem Bezugsfrequenzoszillator 1, mit einem Drehzahlfühl- und Drehzahlanzeige-Signalgenerator 2, mit einem Drehzahlregelungs-Signalgenerator 3, mit einem Verstärker 4 zum Vergleichen eines Eingangssignals mit einer Be-

809882/ 1024 " ⁵ "

zugsspannungund Verstärken des Eingangssignals, mit einer Treiberschaltung 5, mit einer Ste1lungsfühlschaltung 6, mit einem Gleichstrommotor 7, mit einem Frequenzgenerator 8, mit einer Drehzahlanzeige 9, mit einem Start-Stopp-Schalter 10, mit einer Schaltung 11 zum Fühlen der Drehrichtung und mit einer Verknüpfungsschaltung 12.

Wenn der Start-Stopp-Schalter 10 geschlossen ist, gibt der Drehzahlregelungs-Signalgenerator 3 eine maximale Spannung ab, welche mit einer Bezugsspannung verglichen, von dem Verstärker 4 verstärkt und dann an die Treiberschaltung 5 angelegt wird. DieTreiberschaltung. 5 läßt den Strom nur über eine Ausgangswicklung einer Anzahl Wicklungen des Motors 7 durch, welche durch die Stellungsfühlschaltung 6 ausgewählt wird, um dadurch das Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Wenn der Motor 7 gedreht wird, gibt der Frequenzgenerator 8 Impulse ab, die zu der Umlaufgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl des Motors 7 proportional sind, und diese Impulse werden an den Drehzahl— regelungssignal-Generator 3 angelegt. Der Generator 3 wandelt die Eingangssignale in eine Gleichspannung oder ein entsprechendes Potential um, deren bzw. dessen Pegel proportional zu der Drehzahl des Motors 7 ist. Die Ausgangsgleichspannung wird an den Verstärker 4 angelegt, welcher wiederum den Eingang mit einem vorbestimmten Gleichspannungspotential vergleicht und eine Fehler spannung erzeugt, welche an die Treiberschaltung 5 angelegt wird.

809882/1024

- β —

Die Motordrehzahl wird erhöht, bis eine Spannung, die durch eine geschlossene Schleife aus dem Drehzahlregelungs-Signalgenerator 3, dem Verstärker 4, der Treiberschaltung 5, dem Gleichstrommotor 7, dem Frequenzgenerator 8 eingestellt ist, mit einer Gleichspannung übereinstimmt, die entsprechend den Impulsen erzeugt wird , welche die Drehzahl des Motors 7 darstellen. Wenn die zwei Glexchspannungen miteinander übereinstimmen, wird die Motordrehzahl konstant gehalten.

Anhand der Eingangsimpulse von dem Bezugsfrequenzoszillator 1 und dem Frequenzgenrator 8 fühlt der Drehzahlfühlsignal- und Drehzahlanzeigesignalgenerator 2, ob die Motordrehzahl mit einer vorbestimmten Drehzahl übereinstimmt oder nicht. Im Falle einer Übereinstimmung überträgt der Signalgenerator 2 ein Anzeigesignal an die Drehzahlanzeigeeinrichtung 9; wenn aber die Motordrehzahl eine Bezugsdrehzahl übersteigt, das heißt für denFall, daß die Drehzahl über der normalen Drehzahl liegt, wird ein eine zu hohe Drehzahl anzeigendes Signal bzw. ein Signal "Drehzahl liegt über der normalen Drehzahl" an den Drehzahlregelungsgenerator 3, die Treiberschaltung 5 und die Verknüpfungsschaltung 12 angelegt.

Entsprechend dem eine zu hohe Drehzahl anzeigenden Signal von dem Signalgenerator 2 schaltet die Treiberschaltung 5 auf ein Stellungsfühlsignal, damit an dem Motor 7 ein Verzögerungs- oder Bremsdrehmoment erzeugt werden kann, und der Drehzahlregelungs-

809882/1024

-ϊ -

Signalgenerator 3 erzeugt das Verzögerungs- oder Bremsdrehmoment.

Wenn der Motor 7 vollständig stationär ist, wird kein Signal von dem Frequenzgenerator 8 übertragen, selbst wenn der Start-Stopp-Schalter 10 geschlossen ist. Wenn infolgedessen derSignalgenerator 3 das Drehzahlregelungssignal aufgrund des Abtast- und Haltesystems abgibt, wird keine Fehlerspannung erzeugt, da kein Abtastimpuls vorliegt. In diesem Fall gibt derSignalgenenerator 2 Impulse ab, welche die Verknüpfungsschaltung betätigen, so daß der Signalgenerator 3 eine Anlaufspannung abgibt.

Wenn der Start-Stopp-Schalter 10 offen ist, wird durch.ein Stoppsignal die Treiberschaltung 5 über den Signalgenerator 2 in die Richtung geschaltet, in welcher das Verzögerungsoder Bremsdrehmoment erzeugt wird. Gleichzeitig wird die Verknüpfungsschaltung· 12 über den Signalgenerator 3 betätigt, so daß die Verzögerungssteuerspannung erzeugt werden kann.' In diesem Fall muß das Verzögerungsdrehmoment weggenommen werden, unmittelbar bevor der Motor 7, welcher verzögert oder abgebremt worden ist, vollständig stillgesetzt ist. Infolgedessenliegt entsprechend der Abnahme der Anzahl der Impulse von dem Frequenzgenerator 8 das Bremsen-Auslöse- oder Freigabesignal an dem Signalgenerator 3 und über die Verknüpfungsschaltung 12 ander Treiberschaltung 5 an, um dadurch den Motor 7 unmittelbar abzubremsen und stillzusetzen.

809862/1024

Anhand von Fig. 2 wird der Drehzahlfühl- und Drehzahlanzeigesignalgenerator 2 beschrieben. In Fig. 2 sind vorgesehen eine Synchronisierschaltung 14, um die Impulse von dem Frequenzgenerator 8 mit den Bezugssignalen von dem Bezugsfrequenzoszillator 1 zu synchronisieren, eine die normale Drehrichtung fühlende Schaltung 15, um das Ausgangssignal von der Snychronisierschaltung 14 und das Ausgangssignal von dem Bezugsfrequenzoszillator .1 an den Takt- bzw. Rücksetzanschlüsseneines Zählers 29 zu unterdrücken, um die normaleDrehrichtung eines sich drehenden Teils anzuzeigen, eine Fühlschaltung 16 um eine über eine normale Drehbewegung bzw. Drehzahl hinausgehende Bewegung festzustellen, und eine Entscheidungsschaltung 17 zur Bremsenfreigabe bzw. Auslösung.

Die Synchronisierschaltung 14 wird nunmehr anhand der Fig. 3 beschrieben. Die Impulse von dem Frequenzgenerator 8 werden an einen Anschluß 23 angelegt, durch einen Verstärker 24 verstärkt, durch eine Wellenformerschaltung 25 geformt und an den Rücksetzanschluß eines Zählers 20 angelegt, wie in der Zeile (A) in Fig. 3 dargestellt ist. Das Signal von dem Bezugsfrequenzoszillator 1 wird durch einen Frequenzteiler 18 frequenzgeteilt und an einen der zwei Eingangsanschlüsse eines NOR-Glieds 19 angelegt. Der Ausgang des NOR-Glieds 19 wird an den Anschluß c des Zählers 20 angelegt, wie in der Zeile (B) in Fig_o 3 dargestellt ist. Der Ausgang O₁ des Zählers 20 (siehe Zeile(C) in Fig. 3 )wirc» an einen der zwei Eingangsanschlüsse

809882/1024 -

eines UND-Glieds 22 angelegt, während der Ausgang O₂ (siehe Zeile(D) in Fig. 3 ) über einen Inverter 21 an den anderen Eingangsanschluß des UND-Glieds 22 angelegt wird. Der Ausgang des UND-Glieds 22 ist in Zeile (E) in Fig. 3 dargestellt, und die Impulsbreite entspricht der Taktfrequenz. Der Ausgang O₂ wird auch an den anderen Eingangsanschluß des NOR-Glieds 19 angelegt, so daß der Zähler 20 nur zwei Takte zählt und gesperrt bleibt, bis er den nächsten Rücksetκimpuls erhält.

In diesem Fall kommt es beim Maximum zum Zittern einer Taktperiode; wenn aber die Bezugsfrequenz ausreichend höher gewählt ist als die Frequenz des Ausgangssignals des Frequenzgenerators 8_/ können die nachteiligen Einflüsse infolge des Zitterns bezüglich des Ausgangssignals des Frequenzgenerators 8 vernachlässigbar gemacht werden.

Die Synchronisierimpulse, die durch Synchronisieren der Ausgangsimpulse des Frequenzgenerators 8 mit der geteilten Frequenz des Ausgangs signals von dem Bezugsfrequenzoszillator 1 erhalten werden, sind synchron mit der Motordrehzahl sowie mit der Frequenz des Ausgangssignals von dem Oszillator 1. Im Falle einer normalen Drehbewegung bzw. Drehzahl des Motors liegt die Frequenz des Ausgangssignals des Frequenzgenerators bei 100 Hz und die Taktfrequenz bei 100 kHz. Der Synchronisierimpuls hat dann eine Frequenz von 100 Hz bzw. eine Impulsdauer von 10 ms und eine Impulsbreite von 10 μΞβ^ Das maximale Zittern beträgt 10 usek.

809882/ 1 024 "

Das Ausgangssignal von dem Bezugsfrequenzgenerator 1 wird über zwei Frequenzteiler 26 und 28 an den Takteingang c des Zählers 29 angelegt, während das Ausgangssignal der Synchronisierschaltung 14 an den Rücksetzanschluß R angelegt wird. Mit einem Wählschalter 27 kann eine Frequenzteilung von ^=- oder -^k durch den Frequenzteiler 28 ausgewählt werden, um beispielsweise eine Drehzahl von 33-s- oder 45u/min eines Plattenspielers zu wählen.

Anhand von Fig. 4 wird nunmehr die eine normale Drehbewegung fühlende Schaltung 15 beschrieben. Der Synchronisierimpuls mit einer Frequenz von 100 Hz und einer Impulsbreite von 10 μsek wird an den Rücksetzanschluß R des Zählers 29 angelegt, und die Frequenz desAusgangssignals an dem Frequenzteiler 26 beträgt 345,6 kHz und die Frequenzteilung durch den Frequenzteiler 28 ist -Xj. Die Frequenz des Ausgangssignal O₇ am Zähler 29 wird = 100 Hz. Der Ausgang eines Verknüpfungsglieds 34 ist

(27x128)

das logische Produkt der Ausgänge O₂ bis O- und Og bis O₁₁. Infolgedessen hat der Ausgang an dem Verknüpfungsglied 34 eine Impulsbreite, die gleich den Impulsbreiten von 4 Taktimpulsen ist, und dessen Rück- oder abfallende Flanke stimmt mit der des Ausgangsimpulses O₇ überein, wie in Zeile (K) in Fig. 4 dargestellt ist. Der Ausgang des UND-Glieds 34 wird an ein Flip-Flop aus zwei NOR-Gliedern 36 und 37 angelegt, und der Ausgang dieses Flip-Flops wird über zwei Verknüpfungsglieder 38 und 39 an den D-Eingang eines D-Flip-Flops 40 angelegt, welches ein Speicher ist. Der Eingang an dem Taktanschluß C des D-Flip-Flops 40 liegt

809882/1024

2828316

bei der Vorderflanke des Rücksetzimpulses an, der an den Zähler 29 angelegt wird. Infolgedessen wird der Ausgang Q des D-Flip-Flops 40 "H". In diesem Fall wird der Rücksetzimpuls auch an den Rücksetzanschluß des Flip-Flops aus den NOR-Gliedern 36 und 37 angelegt, aber infolge von durch die Verknüpfungsglieder 37 bis 39 hervorgerufenenZeitverzögerungen ist der Zeitpunkt, an welchem der Eingang am D-Anschluß des D-Flip-Flops 40 abfällt verzögert, so daß der Eingang "H" an das D-Flip-Flops 40 (siehe Fig. 7) angelegt wird.

Wenn die Motordrehzahl allmählich erhöht wird, wird die Frequenz der an den R-Anschluß des Zählers 29 angelegten Impulse kürzer (bzw. höher und die Impulse werden kürzer). Wenn die Taktfrequenz kürzer als 4 Taktimpulse wird, die der Rück- oder abfallenden Flanke des Ausgangsimpulses O₇ vorangehen (siehe Fig. 5) , liegt kein Ausgang an dem Verknüpfungsglied 34 vor. Der Ausgang von dem Verkmüpfungsglied 37 wird infolgedessen niedrig, d.h. "L". Wenn derEingang an dem D-Anschluß des D-Flip-Flops 40 "L" ist, ist der Ausgang Q ebenfalls ."L".

Wenn andererseits die Motordrehzahl allmählich erniedrigt wird, wird die Frequenz der an dem R-Anschluß des Zählers 29 angelegten Synchronisierimpulse länger (bzw. niedriger). Es liegt dann derAusgang O„ an, und wenn die Impulsbreite des Ausgangs Og länger als vier Taktimpulse wird (siehe Fig. 6), liegt der Ausgang von einem Verknüpfungsglied 35 an, so daß der Ausgang von dem Verknüpfungsglied 37 niedrig, d.h. "L" wird. Da der

809882/1024 ~

-yt-

D-Eingang an dem D-Flip-Flop 40 "L" ist, ist der Ausgang Q niedrig, d.h. ¹¹L".

Wie oben ausgeführt, hält die eine normale Drehbewegung fühlende Schaltung 15 den Ausgang 46 von dem D-Flip-Flop 40 auf einem hohen Pegel "H", wenn die Snychronisierimpulse oder die Aus-

4 gangsimpulse des Frequenzteilers bei +_ jjä oder +_ 3_f125% der Frequenzteilung liegen. Das heißt, die Schaltung 15 gibt die Information ab, daß der Motor sich innerhalb einer zulässigen Toleranz mit normaler Drehzahl dreht. Der Ausgang von der Schaltung 15 wird zur Anzeige der Motordrehzahl verwendet.

Die Abweichung der Motordrehzahl kann mittels zusätzlicher Ver-

4
knüpfungsschaltungen über +_ j^a erhöht oder über diesen Wert hinaus erniedrigt werden. Bis jetzt ist ausgeführt worden, daß die Frequenz des Ausgangssignals des Frequenzgenerators 8 bei 100 Hz liegt, wenn die Motordrehzahl 33j ü/min ist. Bei 45 U/min

45
wird jedoch die Drehzahl 100 χ = 135 Hz. Der Frequenz-

33,3333

teiler- 28 wird dann mittels des Wählschalters 27 auf eine Frequenzteilung von ^₀ umgeschaltet. Die Frequenz des Ausgangssignals des Frequenzteilers 26 bleibt unverändert, das heißt sie liegt bei 345,6 kHz. Infolgedessen kann der Bezugsfrequenzoszillator 1 ein Quarzresonator mit fester Frequenz sein. Bei einer"Motordrehzahl von 45 ü/min beträgt die Frequenz desAusgangssignals an dem Frequenzgenerator 8 135 Hz. Dies bedeutet, daß er 180 Impulse pro Umdrehung eines sich drehenden Teils erzeugt. Selbstverständlich ist jedoch die Erfindung nicht auf

809882/1024

diese Frequenz oder 180 Impulse pro Umdrehung beschränkt, sondern die Frequenz kann in Abhängigkeit von der Frequenz der von dem Bezugsfrequenzoszillator 1 erzeugten Impulse entsprechend gewählt werden.

Als nächstes wird die Fühlschaltung 16 beschrieben, die eine über einer normalen Drehbewegung bzw. Drezahl liegende Bewegung fühlt. Der Aufbau dieser Schaltung ist der vorbeschriebenen, die normale Drehzahl fühlenden Schaltung 15 grundsätzlich ähnlich. Wenn die Motordrehzahl um mehr als zwei Taktimpulse schneller bzw. höher als der Ausgang O₇ des Zählers 29 wird, wird der Ausgang Q am Ausgangsanschluß 47 eines D-Flip-Flops 44 hoch bzw. "H", welcher zum Regulieren der Motordrehzahl verwendet wird. Wenn in dieser Ausführungsform sich ein drehen-

des Teil mit einer Drehzahl dreht, die um y^ä" ⁼ 1/562% höher ist als eine normale Drehzahl, wird das Q-Signal hoch d.h. "H". Dieser Grenzwert bei einer Abweichung über die normale Drehzahl hinaus kann ohne weiteres mit Hilfe verschiedener Verknüpfungsglieder verändert werden. In Fig. 2 sind ein UND-Glied 41 mit sechs Eingängen und NOR-Glieder 42 und 43 vorgesehen, welche ein RS-Flip-Flop bilden.

Die Funktion der Entscheidungsschaltung 17 "Bremsen freigeben oder Auslösen" ist die Umkehrfunktion der Fühlschaltung 15, die fühlt, wann die Drehzahl über die normale Drehzahl hinausgeht. Das heißt, an das sich drehende Teil wird eine Bremse angelegt, bis seineDrehzahl auf γ^ einer normalen Drehzahl

809882/1024 - 14 -

-K-

abfällt, und wenn die Drehzahl auf τ? der normalen Drehzahl abgefallen ist, gibt die Schaltung 17 ein Signal "Bremsen freigeben oder lösen" ab. Durch eine Verbindung von Verknüpfungsgliedern kann statt des Verhältnisses yg· auch irgendein entsprechendes Verhältnis gewählt werden, so daß ein sich drehendes Teil mit einem anderen Bewegungsmoment sehr gleichmäßig und ruhig stillgesetzt werden kann. Ferner können in Abhängigkeit von einer finderungs des Bewegungsmomentes oder in Abhängigkeit von der Reibung eines sich drehenden Teils Verknüpfungsglieder so geschaltet werden, daß das Bremsen-Freigabesignal mit einer optimalen Geschwindigkeit erzeugt werden kann.

In Fig. 2 ist ein UND-Glied 45 mit vier Eingängen vorgesehen, und ein Ausgangsanschluß 49 ist unmittelbar mit dem Anschluß CL".. des Zählers 29 verbunden. Während der Zeit, während welcher die Drehzahl eines sich drehenden Teils von 0 auf 12,5% der normalen Drehzahl erhöht wird, liegen Impulse an dem Ausgangsanschluß 49 an. Diese Impulse können als Startsignal verwendet werden, um das Anlauf drehmoment nur dann zu erzeugen, wenn der Start-Stopp-Schalter geschlossen ist. Der Bereich kann von 0 bis 6,25% geändert werden.

Wie oben ausgeführt, kann gemäß der Erfindung die Motordrehzahl oder die Drehzahl eines von dem Motor angetriebenen Drehteils digital gefühlt werden und mit einem höheren Grad an Stabilität mit einer von einem Quarzresonator u.ä- erzeugten Bezugsfrequenz verglichen werden. Infolgedessen kann die genaue

809882/102A - 15 -

Abweichung der Drehzahl bzw. der ü/min gefühlt werden, die kleiner als wenige Prozent oder sogar kleiner als ein Prozent ist. Die gefühlte Drehzahlabweichung kann dann dazu verwendet werden, um die Motordrehzahl anzuzeigen und um die Motorsteuerung, wie Anlassen, Drehzahlregeln und Stillsetzen mit einem höheren Genauigkeitsgrad durchzuführen.

Anhand von Fig. 8 wird eine Anlaß schaltung, eine eine umgekehrte Drehbewegung verhindernde Schaltung und eine Brems- bzw. Stillsetzschaltung in einer Abtast- und Halte- bzw. Speicherschaltung beschrieben. Die Abtast- und Halteschaltung wird im allgemeinen als Motordrehzahlregelungs-Signalgenerator verwendet. In der Abtast- und Halteschaltung werden Abtast- und Rücksetzimpulse entsprechend den Ausgangs impulse η des Frequenzgenerator s 8 erzeugt, so daß, wenn sich der Motor 7 nicht dreht, keinAbtastimpuls erzeugt wird, und folglich die Drehzahlregelungsspannung null ist. Bei einer Abtast- und Halteschaltung, in welcher ein Drehmoment von 100% bei einer Steuerspannung von null erhalten wird, wird keine Anlaßschaltung benötigt, jedoch kann bei einer Abtast- und Halteschaltung, bei welcher ein Drehmoment von 100% nicht verfügbar ist, wenn die Steuerspannung gleich einer Leitungsspannung ist, ein Motor nicht gestartet bzw. inganggesetzt werden.

Infolgedessen ist die Verknüpfungsschaltung 12 entsprechend ausgelegt und bemessen, um die Anlaßabtastimpulse zu erzeugen. Das heißt, die Verknüpfungsschaltung 12 vergleicht die Ausgangs-

809882/1024 _ ₁₆

impulse des Frequenzgenerators 8 mit den Taktimpulsen des Bezugsfrequenzoszillators oder Taktimpulsgenerators· 1 und gibt die Anlaßabtastimpulse ab, wenn ein Zeitintervall, das in Form einer Anzahl Taktimpulse gezählt wird, während welcher die Verknüpfungsschaltung 12 keinen Impuls von dem Frequenzgenerator 8 erhält, nachdem der Start-Stopp-Schalter 10 geschlossen worden ist, ein vorbestimmtes Zeitintervall überschreitet .

Die Schaltung 11 zum Fühlen der Drehrichtung, welche der Kürze halber als die "Drehrichtungsfühlschaltung" bezeichnet wird, spricht auf das Ausgangssignal der Stellungsfühlschaltung 6 an, um deren Ausgang in Abhängigkeit von der normalen und Umkehrrichtung umzukehren. Im Falle einer Umkehr der Drehrichtung durch eine äußere Kraft unterdrückt die Verknüpfungsschaltung 12 den Rücksetzimpuls, gibt aber die Abtastimpulse nur so ab, daß nur die Spannung für ein Drehmoment von 100% in der normalen Drehrichtung normalerweise erzeugt werden kann, um so eine Drehrichtungsumkehr zu verhindern.

In Fig. 8 ist die Frequenz der mittels des Bezugsfrequenzoszillators oder des Taktimpulsgenerators 1 erzeugten Taktimpulse höher als die Frequenz der Ausgangsimpulse des Frequenzgenerators 8, wie an anderer Stelle bereits beschrieben ist. Der Ausgangsimpuls des Frequenzgenerators 8 ist in der Zeile (b) in Fig. dargestellt.

809882/1024

Die Ausgangsimpulse des Frequenzgenerators 8 werden an den
Setzanschluß S eines RS-Flip-Flops 51 angelegt, dessenAusgangsanschluß Q mit einem der Eingangsanschlüsse eines UND-Glieds
52 verbunden ist. Die Taktimpulse von dem Oszillator 1 werden an den anderen Eingangsanschluß des UND-Glieds 52 angelegt.
Der Ausgang des UND-Glieds 52 wird an den Eingangsanschluß
eines Zählers 53 sowie an einen der vier Eingänge eines UND-Glieds 58 angelegt. Der Ausgang O₁ des Zählers 53 wird direkt an einen Eingangsanschluß eines NAND-Glieds 56 mit drei Eingängen angelegt, während die Ausgänge O₂ und O₃ über Inverter 54 bzw. 55 an die Eingangsanschlüsse des NAND-Glieds 56 angelegt werden. Der Ausgang O₃ wird auch an einen der zweiEingangsanschlüsse eines UND-Glieds 57 angelegt, und der Ausgang des Inverters 54, d.h. 0~, wird an dessen anderen Eingangsanschluß angelegt. Die drei Ausgänge 0- bis O₃ des Zählers 53 werden auch an die Eingangsanschlüsse eines UND-Glieds 58 mit vier Eingängen angelegt, dessen Ausgang an den Rücksetzanschluß R des Flip-Flops 51 über eine Zeitverzögerungsschaltung 59 angelegt wird.

Eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 60 und einem Kondensator 61 ist zwischen eine Spannungsquelle V und Erde geschaltet, und der feststehende Kontakt eines beim Anlassen offenen Schalters 10 ist mit der Verbindung zwischen dem Widerstand und dem Kondensator 61 verbunden. Die Verbindung ist auch mit einem Inverter 62 verbunden, dessen Ausgang nicht nur an einen Inverter 66^ sondern auch an den Eingang c eines monostabilen

809882/1024 ~

Multivibrator 63 angelegt wird. Der Multivibrator 63 ist mit der Spannungsquelle ν_β_ über einen Kondensator 65 und einen Widerstand 64 verbunden, welche den Rücksetzzustand des monostabilen Multivibrators 63 festlegen. Der Ausgang Q des monostabilen Multivibrators 63 wird an einen der zwei Eingangsanschlüsse eines NAND-Glieds 67 angelegt, während die Taktimpulse des Bezugsoszillators 1 an dessen anderen Eingangsanschluß angelegt werden. Der Ausgang des NAND-Glieds 67 wird an einen von zwei Eingängen eines NAND-Glieds 68 angelegt, und der Ausgang von dem NAND-Glied 56 wird an dessen anderen Eingangsanschluß angelegt.

Der Ausgang der Drehrichtungsfühlschaltung 11 ist mit einem von zwei Eingangsanschlüssen eines NAND-Glieds 69 verbunden, und der Ausgang des UND-Glieds 57 ist mit dem anderen Eingang des NAND-Glieds 69 verbunden. Der Ausgang des NAND-Glieds 69 wird an einen von zwei Eingangsanschlüssen eines NAND-Glieds 70 angelegt, während der Ausgang des Inverters 66 an dessen änderen Eingangsanschluß angelegt ist.

Die zwei Ausgänge der Verknüpfungsschaltung 12, d.h. der Ausgang von dem NAND-Glied68 und der Ausgang von dem NAND-Glied 70 werden als Abtastimpuls bzw. als Rücksetζimpuls an den Drehzahlregelungssignalgenerator 3 angelegt, welcher eine Abtast- und Halteschaltung ist. Das heißt, der Ausgang oder Rücksetzimpuls (siehe Zeile (j) in Fig. 9) des UND-Glieds 70 wird an die Steuerelektrode eines Transistors 71 angelegt, um

809882/1024 -

- ν* -at

dadurch einen Kondensator 73 zu entladen, der über einen Widerstand 72 mit Strom von dem positiven Anschluß einer Spannungsquelle V_DD geladen worden ist. Wenn der Abtastimpuls mit der in Zeile (i) der Fig. 9 dargestellten, umgekehrten Wellenform an ein übertragungsglied angelegt wird, wenn der Rücksetzimpuls (siehe Zeile (j) der Fig. 9) verschwunden ist, so daß der Kondensator 73 allmählich entladen wird, werden die auf dem Kondensator 73 gespeicherten Ladungen über das übertragungsglied 74 an einen Haltekondensator 75 übertragen. DieSpannung an dem Haltekondensator 75 wird an die Steuerelektrode eines Transistors

76 angelegt, so daß eine Ausgangsspannung an einem Widerstand

77 beinahe gleich der Spannung an dem Haltekondensator 75 ist.

Wie oben beschrieben, werden jedesmal dann, wenn der Frequenzgenerator 8 einen Impuls abgibt, ein Paar Abtast- und Rücksetzimpulse erzeugt, so daß eine Gleichspannung, die zu der Frequenz des von dem Frequenzgenerator 8 erzeugten Impulses proportional ist, erhalten werden kann. Folglich wird die Gleichspannung an dem Äu&gangswiderstand 77, welche umgekehrt proportional zu der Motordrehzahl ist, am Ausgangsanschluß 78 erhalten, und wird zur Motordrehzahlregulierung verwendet.

Als nächstes wird die Arbeitsweise dieser Schaltung beschrieben. Bei einer normalen Drehbewegung bzw. Drehzahl sind die Ausgänge der Verknüpfungsglieder 56 und 57 die Abtast- bzw. Rücksetzimpulse, wie unten anhand von Fig. 9 noch beschrieben wird.

- 20 -

809882/1024

-SG-

Entsprechend dem Ausgangsimpuls (Zeile (b) in Fig. 9) des Frequenzgenerators 8 wird das RS-Flip-Flop 51 gesetzt, und entsprechend dessen Ausgang Q wird das UND-Glied 52 geöffnet, so daß der Zähler 53 die Taktimpulse (Zeile (a) in Fig. 9) des Oszillators 1 zu zählen beginnt. Entsprechend dem Ausgang O₁, O₂ und O₃ am Zähler 53 liegt der Abtastimpuls (Zeile (i) in Fig. 9) am Ausgang des NAND-Glieds 56 an, und der Rücksetzimpuls (Zeile (j) in Fig. 9) liegt am Ausgangsanschluß.des UND-Glieds 57 an. Der Ausgang (Zeile (h) in Fig. 9) der Zeitverzögerungsschaltung 59 setzt das Flip-Flop 51 zurück, so daß dessen Ausgang niedrig d.h. "L" wird und folglich das UND-Glied 52 geschlossen wird. Folglich werden die Taktimpulse nicht gezählt, bis dernächste Ausgangsimpuls von dem Frequenzgenerator 8 übertragen wird.

Infolgedessen liegt entsprechend einem Ausgangsimpuls von dem Frequenzgenerator 8 ein Paar Abtast- und Rücksetzimpulse an.

Beim Einschalten wird der Start-Stopp-Schalter 10 geöffnef, so daß der Kondensator 61 über den Widerstand 60 geladen wird. Die Spannung an der Verbindung zwischen beiden wird hoch d.h. "H", so daß der Ausgang des Inverters 62 niedrig, d.h. "L ⁿ wird. Der monostabile Multivibrator 63 wird angesteuert, und gibt den Impuls "H" ab, dessen Breite von den Werten des Widerstands 64 und des Kondensators 65 abhängt. Das NAND-Glied 67 wird infolgedessen geöffnet, so daß die Taktimpulse von dem Taktimpulsgenerator 1 über das NAND-Glied 67 durchgelassen und durch

809882/1024

das Verknüpfungsglied 68 invertiert werden, so daß der Äbtastimpuls an die Äbtast- und Halteschaltung angelegt ist.

Beim Einschalten wird kein Ausgang von dem Frequenzgenerator 8 erhalten, so daß kein Impuls von dem NAND-Glied erhalten wird, jedoch kann der Ausgangsimpuls des Verknüpfungsgiieds 57 als Abtastimpuls zum Einschalten des Motors verwendet werden.

Bei normaler Drehzahl ist der Ausgang der Drehrichtungsfühlschaltung 11 hoch, d.h. "H", aber in der umgekehrten Richtung ist der Ausgang niedrig, d.h. "L" und wird an das NAND-Glied 69 angelegt, so daß der Rucksetζimpuls (Zeile (j) in Fig. 9) unterdrückt wird. Folglich wird der Kondensator 73 nicht geladen, so daß eine einem Drehmoment von 100% entsprechende Steuerspannung bei irgendeiner Drehzahl erhalten werden kann.

Als nächstes wird die Brems- bzw. Stillsetzregulierung beschrieben. Wenn der Start-Stopp-Schalter 10 geschlossen ist, wird der Kondensator 61 entladen, so daß die Spannung an ihm beinahe null wird. Infolgedessen wird der Ausgang des Inverters 66 niedrig, d.h. "L", und an das NAND-Glied 70 angelegt. Infolgedessen ist der Ausgang des NAND-Glieds hoch, d.h. "H", so daß der Transistor 61 freigegeben wird, und folglich die Antriebsdrehmoment-Steuerspannung verschwindet. Statt des Start- oder Einschaltimpulses 79 kann auch das Ausgangs signal 49 (siehe Fig. 2) zum Einschalten des Motors verwendet werden.

809882/1024

- 72 -

Wie oben beschrieben,· kann bei dem Motorregelungssystem nach der Erfindung der Abtastimpuls sowie der Rücksetzimpuls/ welche an den Drehzahlregelungssignalgenerator oder an die Abtast- und Halteschaltung angelegt sind, über die Verknüpfungsschaltung erhalten werden, so daß das Einschalten, ein Verhindern einer Drehrichtungsumkehr und das Stillsetzen auf zuverlässige und sichere Weise gesteuert oder geregelt werden kann. Infolgedessen kann das Regelungssystem ohne weiteres in Form einer integrierten Schaltung verwendet werden.

Das von dem Motor angetriebene, sich drehende Teil kann ein Plattenteller eines Plattenspielers sein. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Motore beschränkt, die in Tonfrequenz- und Videogeräten, wie beispielsweise einem Plattenspieler, verwendet werden, und kann genausogut auch bei anderen Motoren angewendet werden, welche mit einem höheren Genauigkeitsgrad gesteuert bzw. geregelt werden müssen.

Anhand von Fig, 10 und 11 wird die Drehrechungsfühlschaltung 11 im einzelnen beschrieben. Hierbei dreht sich ein Rotor 81 synchron mit dem Motor 7 (siehe Fig". 2); herkömmliche Sensoren 82 und 83 geben Impulse R. bzw. R₂ ab, wenn der Rotor 1 gedreht wird. Die Impulse R. und R_ haben eine unterschiedliche Phase und werden an die D- und C-Eingangsanschlüsse eines D-Flip-Flops 84 angelegt. Im Falle einer normalen Drehrichtung wird, wie in Fig. 11 (a) dargestellt ist, der C-Eingang hoch, d.h. "H",

' ■ . - 23 -

809882/1024

wenn der D-Eingang hoch d.h. "H" ist, so daß der Ausgang. Q hoch d.h. "H" bleibt. Bei einer Drehrichtungsumkehr wird, wie in Fig. 11 (b) dargestellt ist, wenn der Eingang D niedrig d.h. "L" ist, der Ausgang C hoch, d.h. "H", so daß der Ausgang Q niedrig d.h. "L" bleibt. Infolgedessen liegt an der Drehrichtungsfühlschaltung 11 ein hoher Ausgang "H" im Falle einer normalen Drehrichtung und ein niedriger Ausgang ¹¹L" im Falle einer Drehrichtungsumkehr an.

Ende der Beschreibung

809682/1024

Claims

DR. BERG DIPL.-ING STAPF DIPL.-ING. SCHWABE PR. DP.. SANDMAlR

PATENTANWÄLTE Postfach860245·8000München86

Anwaltsakte: 29 267

Patentan sprüche

( 1.JMotorregelungssystem, gekennzeichnet durch eine Synchronisierschaltung (14) mit einem Frequenzgenerator (9) zum Erzeugen von Impulsen, deren Frequenz proportional der Drehzahl eines zu regelnden Motors ist, und mit einem Taktimpulsgenerator (1) zum Erzeugen von Bezugs- oder Taktimpulsen, deren Frequenz erheblich höher ist als die der Impulse von dem Frequenzgenerator (9), wobei die Impulse von dem Frequenzgenerator (9) mit den Bezugs- oder Taktimpulsen

synchronisiert werden, um

einen Synchronisierimpuls mit einer vorbestimmten Impulsbreite zu erzeugen; durch einen Frequenzteiler (26,28) und durch einen Zähler (29) mit einer Rücksetzanordnung, wobei der Synchronisierimpuls von der Synchronisierschaltung (14) an den Rücksetzanschluß (R) des Zählers (29) angelegt wird, und die Taktimpulse des Taktimpulsgenerators (1) durch den Frequenzteiler (26,28) mit einem Teilungsfaktor von N geteilt und der Ausgang des Frequenzteilers (26,28) an den Zähler (29) angelegt wird, so daß das Motordrehzahl- Anzeigesignal sowie das Motordrehzahl-Regelungssignal am Ausgang des Zählers (29) erhalten werden.

VII/XX/Ktz · - 2 -

809882/1024

f? (0S9) 88 82 72 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122 850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

988274 TELEX: Bayec Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) 983310 0524560BERGd Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

ORIGINAL INSPECTED
2. Motorregelungssystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, daß der Zähler (29) eine Anzahl Ausgangsanschlüsse (O₂ bis O₁₂) hat, und daß ein Flip-Flop entsprechend dem logischen Produkt einer Anzahl von Ausgängen mit jeweils einer Frequenz gesetzt ( oder rückgesetzt wird), die kleiner als — der Ausgangsfrequenz des Zählers (29) ist, während das Flip-Flop entsprechend dem Synchronisierimpuls rückgesetzt (oder gesetzt) wird, wobei, wenn die Frequenz des Synchronisierimpulses größer ist als eine Impulsbreite, welche von dem logischen Produkt abhängt, das Flip-Flop nicht gesetzt wird.

So daß der Ausgang von einer Fühlschaltung (16) erhalten wird, die feststellt, ob die Drehzahl über der normalen Drehzahl liegt.
3. Motorregelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (29) eine Anzahl Ausgangsanschlüsse (0„ bis O₁-) hat und fühlt, daß die Synchronisierung des Synchronisierimpulses verzögert wird, wenn derAusgang, dessen

1
Frequenz über =· der Ausgangsfrequenz hinausgeht, von dem Zähler

(29) erhalten wird und das Fühlsignal erzeugt, das einer über der normalen Drehzahl liegenden Drehzahl entspricht und das als Motoreinschaltsignal oder als Bremsenfreigabesignal verwendet wird.
4. Motorregelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (29) eine Anzahl Ausgangsanschlüsse (O₂ bis O₁₂) hat, daß ein Flip-Flop entsprechend dem

809882/1024 "³ "

logischen Produkt aus dem logischenProdukt der Ausgänge des Zählers (29) bei einer Frequenz, die kleiner als — der Aus-

gangsfrequenz ist, und aus dem logischen Produkt des invertierten Ausgangs oder der invertierten Ausgänge des Zählers jeweils bei einer Frequenz, die höher als rr der Ausgangsfrequenz ist, gesetzt oder rückgesetzt wird, und daß das Flip-Flop entsprechend dem logischen Produkt der Ausgänge bei einer Frequenz, die kleiner als — der Ausgangsfrequenz,und der Aus-

gänge bei einer Frequenz, die höher als ==■ der Ausgangsfrequenz ist, rückgesetzt oder gesetzt wird, wobei der Ausgang des Flip-Flops in einer Speicheranordnung gespeichert wird, und eine Motordrehzahlanzeige entsprechend dem Inhalt der Speicheranordnung betätigt wird, wobei dann durch die Motordrehzahlanzeige angezeigt wird, daß die Motordrehzahl innerhalb eines normalen Drehzahlbereichs liegt.
5. Motorregelungssystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichne t, daß der Abtastimpuls und der Rücksetzimpuls aus den Ausgangsimpulsen des Frequenzgenerators (9) und aus den Taktimpulsen des Bezugs- oder Taktimpulsgenerators (1) erzeugt werden, und daß eine Abtast- und Halteschaltung zumErzeugen einer Steuerspannung, eine Schaltung (6) zum Fühlen der Winkelstellung des Motors (7) und einStart-Stopp-Schalter (10) in der Weise verwendet werden, daß während einer vorbestimmten Zeit nach dem Einschalten die Taktimpulse von dem Taktimpulsgenerator (1) als Abtastimpulse verwendet werden, die an die

■ - 4 -

809882/1024

■.ORIGINAL INSPECTED

Abtast- und Halteschaltung anzulegen sind, wodurch dann die Einschalt- bzw. Anlaßspannung erzeugt wird.
6. Motorregelungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (11) zum Fühlen der Drehrichtung des Motors (1) entsprechend dem Ausgangssignal und zum Umkehren dieses Ausgangs verwendet wird, so daß im Falle einer erzwungenen Umkehr der Ausgang der Schaltung (11) zum Fühlen der Drehrichtung des Motors (7) den Rücksetzimpuls unterdrückt, der an die Abfrage- und Halteschaltung angelegt wird, und nur der Abtastimpuls eingegeben wird, wobei eine einem Drehmoment von 100% entsprechende Spannung bei einer beliebigen Drehzahl erzeugt werden kann.
7. Motorregelungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Äbtast- und Rücksetzschaltung anzulegende Rücksetzimpuls immer in aktivem Zustand gehalten wird, wobei dann keine Antriebsdrehmomentspannung erzeugt wird.

809882/1024

ORIGINAL INSPECTED