DE2925583A1 - Phasenkopplungsschleifen-motorantriebssystem - Google Patents
Phasenkopplungsschleifen-motorantriebssystemInfo
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Description
T.EDTKE - BüHUNG - KlNHE D^n tKe
Grupe - Pellmann -4- ^Zϊ
OQOEEOO Dipl.-lng. R Grupe
Z y Z D 5 O S Dipl.-lng. B. Pellmann
Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2
Tel.: 089-539653
Telex: 5-24 845 tipat
cable: Germaniapatent München
25. Juni 1979 B 9744/case PG50-7914
MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL COMPANY, LIMITED KADOMA CITY, JAPAN
PHASENKOPPLUNGSSCHLEIFEN-MOTORANTRIEBSSYSTEM
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Phasenkopplungsschleifen-Motordrehzahl-Steuersystem
und insbesondere auf eine Drehzahl-Feineinstellungs-Steuerschaltung für derartige Systeme.
Phasenkopplungsschleifen-Systeme bzw. Systeme mit phasenstarr gekoppelter Regelschleife sind bekannt
und haben sich als nutzvoll zur Steuerung der Drehzahl eines Motors mit hoher Genauigkeit wie beispielsweise
von Plattenspieler-Antriebsmotoren oder in Bandaufzeichnungsgeräten verwendeten Motoren erwiesen.
Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München) KIo. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804
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Die JP-OS 51-104515 und 52-101408 beschreiben Phasenkopplungsschleifen-Motordrehzahl-Steuersysteme,
bei welchen für ein Bezugs-Motorantriebs-Signal ein quarzgesteuerter stabilisierter Oszillator und ein Frequenzteiler
zur Verringerung der Oszillatorfrequenz auf einen geeigneten V/ert verwendet werden.
Obgleich die Bezugsfrequenz stabilisiert ist, ist die phasengesteuerte Motordrehzahl nicht immer die erwartete,
so daß häufig eine Feineinstellungs-Drehzahlsteuerung
erwünscht ist. Diese kann durch Änderung der Frequenz des Bezugs-Motorantriebs-Signals unter Verwendung
eines mit dem quarzgesteuerten Oszillator verbun-■jc
denen programmierbaren Frequenzteilers vorgenommen werden. Dies ergibt jedoch eine große Anzahl von Programmstufen
bei dem programmierbaren Frequenzteiler bzw. Zähler, wodurch das System sehr kompliziert wird, was
eine Kostensteigerung zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Phasenkopplungsschleifen-Motorantriebssystem
mit einer Feineinstellungs-Drehzahlsteuerschaltung zu schaffen, das einen sehr einfachen Schaltungsaufbau hat.
25
Bei dem erfindungsgemäßen System wird dann, wenn die
Motordrehzahl von Hand auf einen geringfügig niedrigeren gewünschten Wert eingestellt wird, eine Folge von
einem mit einem quarzgesteuerten Oszillator verbundenen
υ Frequenzteiler zugeführten normalen Bezugsfrequenzimpulsen
während einer wählbaren Dauer unterbrochen, um dadurch die Ausgangsfrequenz des Frequenzteilers zu verringern,
oder dann, wenn die Motordrehzahl von Hand auf einen geringfügig höheren gewünschten Wert eingestellt
wird, allein eine Folge von Impulsen mit einer höheren
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Frequenz während einer wählbaren Zeitdauer eingefügt, um die Ausgangsfrequenz des Frequenzteilers zu steigern.
Vorzugsweise wird ein programmierbarer Zähler verwendet, der auf einen dem Feineinstellungswert entsprechenden
^ Programmzählwert eingestellt wird und der so geschaltet ist, daß er im Ansprechen auf ein Ausgangssignal des
Frequenzteilers die normalen Bezugsfrequenzimpulse
zählt, um damit die gewählte Zeitdauer zu bestimmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild des Phasenkopplungsschleifen-Motorantriebssystems;
Fig. 2 ist ein Schaltbild einer Drehzahl-Steuer-Schaltung
in Fig. 1;
Fig. 3a
bis 3h zeigen Kurvenformen, die an verschiedenen
Teilen der Schaltung nach Fig. 2 auftreten.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Motorantriebssystems schematisch mit einer veränderbaren Bezugsfrequenzquelle
1 gezeigt, die im wesentlichen einen quarzgesteuerten Oszillator und einen veränderbaren Frequenzteiler
hat, welcher die Oszillatorfrequenz durch einen ganzzahligen Faktor teilt, der im Ansprechen auf
ein Befehlssignal aus einer von Hand betätigten Einstellschaltung 1a einen von zwei oder mehr wählbaren
diskreten Werten hat, so daß das Ausgangssignal der Bezugsfrequenzquelle
1 eine von manuell wählbaren Frequen-
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zen hat. An die Bezugsfrequenzquelle 1 ist eine Drehzahl-Steuerschaltung
2 angeschlossen, die eine Drehzahleinstellung dadurch ergibt, daß sie das Anlegen des
Signals an einen Frequenzteiler 3 sperrt oder in die Folge der Eingangsimpulse des Frequenzteilers 3 Impulse
hoher Frequenz einfügt. Der Frequenzteiler 3 ist ein Binärzähler, der bei jeder Zählung von beispielsweise
aus der Bezugsfrequenzquelle 1 über die Drehzahl-Steuerschaltung 2 empfangenen 1000 Impulsen einen Ausgangsimpuls
abgibt und diesen an einen Eingangsanschluß 4a eines Digital-Phasendetektors 4 anlegt sowie zu der
Drehzahl-Steuerschaltung 2 zurückführt. Der Ausgang des Phasendetektors 4 ist an einen Rechenverstärker 5 über
-.γ einen Integrier-Widerstand 6 angeschlossen, der zusammen
mit dem Rechenverstärker 5 und einer Reihenschaltung
aus einem Widerstand 7 und einem Kondensator 8 ein herkömmliches integrierendes Tiefpaßfilter 9 bildet, dessen
Ausgangssignal über einen Verstärker 10 an einen Eingangsanschluß eines Addierverstärkers 11 angelegt
ist; dabei ist der Ausgang des Addierverstärkers 11 über einen Verstärker 12 mit einem Motor 13 verbunden,
der mechanisch mit einem Frequenzgenerator bzw. Frequenzgeber 14 gekoppelt ist, der Impulse mit der Drehzahl des
Motors 13 entsprechenden Frequenzen einem Frequenz-Spannungs-Umsetzer 15 und über diesen dem Negativ-Eingangsanschluß
eines Differenzverstärkers bzw. Subtrahierers 17 zuführt, dessen Positiv-Eingangsanschluß an
den Ausgang eines zweiten Frequenz-Spannungs-Umsetzers 16 angeschlossen ist. Dieser Umsetzer spricht auf das
Ausgangssignal des Frequenzteilers 3 an und gibt eine
der gewählten Frequenz entsprechende Bezugsspannung an
den Subtrahierer 17 ab, so daß dessen Ausgangssignal ein Spannungssignal ist, das die Richtung und die Grös-
se der Abweichung der Motordrehzahl von dem Einstell-
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wert angibt. Das Differenzsignal liegt dann an dem zweiten Eingangsanschluß des Addierverstärkers 11 an, so
daß es mit einem Phasendifferenzsignal kombiniert wird, das von dem Phasendetektor 4 durch Vergleich der Phase
des Bezugssignals aus dem Frequenzteiler 3 mit der Phase des der Drehzahl entsprechenden, dem Eingangsanschluß
4b zugeführten Signal aus dem Frequenzgeber 14 erzeugt wird. Das integrierende Tiefpaßfilter 9 unterdrückt
die Hochfrequenzkomponenten des Phasendifferenzsignals,
um ein Gleichspannungs-Phasendifferenzsignal zu bilden, mit dem die Motordrehzahl gesteuert wird,
wenn der Frequenzunterschied nahezu Null ist.
Wenn der Motor 13 anläuft, ergibt sich an dem Ausgang des Subtrahierers bzw. Differenzverstärkers 17 ein
großes Abweichungssignal, so daß der Motor mit hoher
Beschleunigung angetrieben wird, bis das Differenzsignal
im wesentlichen auf Null abfällt, woraufhin das 2Q Phasendifferenzsignal die Steuerung der Motordrehzahl
übernimmt.
Die Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Drehzahl-Steuerschaltung
2 in Fig. 1. Die Steuerschaltung 2 hat einen 1:2- bzw. Halbierungs-Zähler 20, der durch ein einziges
D-Flipflop gebildet sein kann, zur Abgabe einer Ausgangsfrequenz,
die die halbe Eingangsfrequenz ist. Das Signal aus dem Zähler 20 gelangt normalerweise über ein
Sperr-UND-Glied 21 und ein ODER-Glied 23 an den Frequenzteiler
3, der einen Binärzähler 24 aufweist. Der Binärzähler 24 erzeugt durch Zählung von 1000 Eingangsimpulsen einen Ausgangsimpuls und gibt diesen an ein D-Flipflop
25 ab, dessen D-Eingang an einen Anschluß 25a mit dem logischen Pegel "1" angeschlossen ist. Der Ausgang
des Zählers 20 ist ferner mit dem Takteingang
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eines D-Flipflops 22 verbunden, das bei Auftreten eines
Taktsignals den Binärzustand an seinem wahren bzw. Direktausgang Q auf den Binärzustand an seinem D-Eingang
wechselt, welcher mit dem Ausgang des Flipflops 25 verbunden ist. Der Komplementärausgang Q des Flipflops 22
ist mit dem zweiten Eingang des UND-Glieds 21 verbunden, um den Durchlaß der Eingangsimpulse an den Binärzähler
24 zu sperren, wenn der Komplementärausgang des Flipflops 22 im Ansprechen auf das gleichzeitige Vorliegen
von logischen Signalen "1" an dem Takteingangsanschluß und dem Dateneingangsanschluß D den logischen
Zustand "0" annimmt.
Ein Impulseinfügungs-UND-Glied 26 wird durch das
gleichzeitige Vorliegen von logischen. Signalen "1" an dem Direktausgang Q des Flipflops 22 und an einem handbetätigten
Schalter 27 so durchgeschaltet, daß es Eingangsimpulse aus der Bezugsfrequenzquelle 1 über das
ODER-Glied 23 zu dem Binärzähler 24 durchläßt.
Eine Drehzahlsteuerungs-Eingabevorrichtung 30 gibt Binärprogrammdaten an einen programmierbaren Binärzähler
31 ab, um diesen auf einen Korrekturdatenwert voreinzustellen,
der dem gewünschten Ausmaß der Drehzahleinstellung entspricht. Der programmierbare Zähler 31
gibt dann, wenn sein Zählstand den voreingestellten Zählstand erreicht, an allen seinen Ausgangsanschlüssen
logische Signale 11O" ab und betätigt ein NOR-Glied 32
für die Rücksetzung des Flipflops 25. Die Eingangsimpulse des programmierbaren Zählers 31 werden vom Ausgang
des Zählers 20 über ein UND-Glied 33 zugeführt, wenn dieses durch ein logisches Signal "1" aus dem Direktausgang
Q des Flipflops 22 durchgeschaltet wird.
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Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 wird anhand der in den Fig. 3a bis 3h gezeigten Kurvenfortnen
veranschaulicht. Die Eingangskurvenformen bzw. Ausgangskurvenformen des Zählers 20 sind in Fig. 3a bzw. 3b gezeigt.
Nimmt man beispielsweise an, daß eine Steigerung der Drehzahl des Motors 13 um 2,5 % gewünscht ist, so
■ wird durch von der Eingabevorrichtung 30 her zugeführte binäre Signale der programmierbare Zähler 31 entsprechend
der Dezimalzahl "25" auf "011001" voreingestellt und der Schalter 27 so geschaltet, daß er an das UND-Glied
26 das logische Signal "1" abgibt.
Wenn der Binärzähler 2A zu einem Zeitpunkt t^ mit
1000 Eingangsimpulsen gespeist ist, wechselt sein Ausgangssignal
auf den logischen Pegel "1" (Fig. 3c), woraufhin das Flipflop 25 auf den logischen Zustand "1"
wechselt (Fig. 3d). Ein logischer Zustand "1" an dem Takteingang des Flipflops 22 zu einem Zeitpunkt t2 er-
2Q gibt an dem Direktausgang Q des Flipflops 22 (Fig. 3e)
ein logisches Signal "1", wobei das UND-Glied 21 gesperrt wird und das Impulseinfügungs-UND-Glied 26
durchgeschaltet wird, so daß es anstelle der normalerweise vom Ausgang des Zählers 20 zugeführten Impulse
niedriger Frequenz zum Binärzähler 2A die Impulse mit der höheren Frequenz aus der Bezugsfrequenzquelle 2
durchläßt.
Wenn zu einem Zeitpunkt t-, der programmierbare Zähler
31 mit 25 Eingangsimpulsen gespeist ist, gibt das
NOR-Glied 32 einen Ausgangsimpuls ab (Fig. 3f), um damit
das Flipflop 25 und folglich auch das Flipflop 22 auf den logischen Zustand "0" zurückzusetzen. Daher
wird während des Zeitintervalls von t^ bis t, dem Binär-35
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zähler 24 anstatt einer Folge von 25 Impulsen niedriger Frequenz, die durch das UND-Glied 21 gesperrt ist, über
das UND-Glied 26 und das ODER-Glied 23 eine Folge von 50 Impulsen höherer Frequenz zugeführt (Fig. 3g). Da
durch verringert sich folglich das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen des Binärzählers
24 "bei den nachfolgenden Zählvorgängen um 2,5 %, wodurch
dessen Ausgangsfrequenz und die damit von dem Frequenz-Spannungs-Umsetzer 16 abgegebene Bezugsspannung
um 2,5 % ansteigt.
Auf ähnliche Weise wird eine Drehzahlverringerung um
2,5 % dadurch bewerkstelligt, daß der Schalter 27 auf
•je die Stellung für den logischen Pegel "0" geschaltet
wird. Die Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 2 entspricht der vorstehend beschriebenen mit der Ausnahme,
daß das UND-Glied 26 gesperrt ist, um die Einfügung von Impulsen höherer Frequenz für den Binärzähler 24
während des Zeitintervalls t^ bis t^ zu verhindern; dadurch
entsteht ein Verlust von 25 Impulsen niedriger Frequenz bei der Folge der Eingangsimpulse des Binärzählers
24 während dieses Intervalls, was in Fig. 3h gezeigt ist. Damit erhöht sich das Intervall zwischen
aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen des Binärzählers
24 um 2,5 %t so daß folglich dessen Frequenz und damit
die Bezugsspannung um 2,5 % abnimmt.
Mit der Erfindung ist ein Phasenkopplungsschleifen-Motorantriebssystem
geschaffen, das einen quarzgesteuerten Oszillator zur Erzeugung von Bezugsfrequenzimpulsen
mit einer wählbaren Frequenz für den Antrieb des Motors mit einer gewünschten Drehzahl und einen mit dem Oszillator
verbundenen Frequenzteiler zur Verringerung der
Oszillatorfrequenz auf einen als Bezugsfrequenz geeig-
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neten Vert zum Vergleich mit der Frequenz und der Phase
eines vom Motor abgeleiteten Signals aufweist. Zur' Feineinstellung der Motordrehzahl ist eine Motordrehzahl-Steuerschaltung
zwischen den Oszillator und den Frequenzteiler geschaltet, um damit den Durchlaß der Oszillatorimpulse
zu dem Frequenzteiler für eine wählbare Zeitdauer unmittelbar nach einem Ausgangsimpuls aus
dem Frequenzteiler zu sperren, wenn eine Verminderung der Motordrehzahl gewünscht ist, und unter Sperrung des
Durchlasses der Oszillatorimpulse den Frequenzteiler eine Folge von Impulsen mit höherer Frequenz zuzuführen,
wenn eine Steigerung der Motordrehzahl erwünscht ist.
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Claims (11)
1. \ Phasenkopplungsschleifen-Motorantr-iebssystem
einer Bezugsfrequenzquelle zur "Erzeugung einer
Folge von Impulsen mit einer aus einer Mehrzahl wählbarer Bezugsfrequenzenj einem auf die Bezugsfrequenz-Impulse
ansprechenden Frequenzteiler zur Erzeugung von Ausgangsimpulsen mit einer Frequenz, die ein ganzzahliger
Teiler der gewählten Bezugsfrequenz der Bezugsfrequenz-Impulse ist, einem ersten Generator zur Erzeugung
einer Folge von Impulsen mit einer zur Drehzahl des Motors proportionalen Frequenz, einem an den ersten
Generator angeschlossenen ersten Frequenz-Spannungs-Umsetzer
zur Umsetzung der Frequenz der Impulse aus dem Generator in ein entsprechendes Spannungssignal, einem
an den Ausgang des Frequenzteilers angeschlossenen zweiten Frequenz-Spannungs-Umsetzer zur Umsetzung der Frequenz
der Ausgangsimpulse des Frequenzteilers in ein entsprechendes Spannungssignal, einem Vergleicher zur
Erzeugung eines Differenzsignals entsprechend der Differenz zwischen den Spannungssignalen des ersten und
des zweiten Frequenz-Spannungs-Umsetzers, einem Phasenvergleicher zur Erzeugung eines Phasendifferenzsignals
entsprechend der Phasendifferenz zwischen dem Ausgangs-
Deutsohe Bank (München) Kto. 51/61070
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signal des ersten Generators und dem Ausgangssignal des Frequenzteilers, einem an den Ausgang des Phasenvergleichers
angeschlossenem Tiefpaßfilter und einem Addierverstärker, der zur Ansteuerung des Motors das Ausgangssignal
des Tiefpaßfilters mit dem Ausgangssignal des
Vergleichers kombiniert, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (27) zur Erzeugung eines Drehzahlsteigerungs-Befehlssignals
oder eines Drehzahlminderungs-Befehlssignals, eine zweite Einrichtung (21, 22, 25, 26,
30 bis 33)j die bei Vorliegen des Brehzahlsteigerungs-Befehlssignals
an den Frequenzteiler (3) für eine wählbare Zeitdauer ausschließlich eine Folge von Impulsen
mit einer Frequenz anlegt, die höher als die Frequenz der Bezugsfrequenz-Inipulse ist, und eine dritte Einrichtung
(21, 22, 25» 30 bis 33), die bei Vorliegen des Drehzahlminderungs- Befehlssignals das Anlegen der Bezugsfrequenzimpulse
an den Frequenzteiler für eine wählbare Zeitdauer sperrt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Einrichtung ein Sperr-Schaltglied (21)
zur Sperrung des Anlegens der Bezugsfrequenzimpulse an den Frequenzteiler (3) im Ansprechen auf ein Schaltsteuersignal,
ein Impulseinfügungs-Schaltglied (26) zum Anlegen der Impulse mit der höheren Frequenz an den
Frequenzteiler im Ansprechen auf das Schaltsteuersignal und eine Einrichtung (22, 25, 30 bis 33) zur Erzeugung
des Schaltsteuersignals mit einer wählbaren Dauer bei
Vorliegen des Drehzahlsteigerungs-Befehlssignals aufweist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung ein Sperr-Schalt-
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glied (21) zur Sperrung des Anlegens der Bezugsfrequenzimpulse
im Ansprechen auf ein Schaltsteuersignal und eine Einrichtung (22, 25, 30 bis 33) zur Erzeugung des
Schaltsteuersignals mit einer wählbaren Dauer bei Vorliegen des Drehzahlverminderungs-Befehlssignals aufweist.
4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn-IQ
zeichnet, daß die Schaltsteuersignal-Erzeugungseinrichtung (22, 25, 30 bis 33) einen programmierbaren Zähler
(31), der auf einen vorgewählten Zählwert rücksetzbar ist und der die Bezugsfrequenzimpulse zur Erzeugung eines
Ausgangssignals bei Erreichen des vorgewählten Zählwerts
aufnimmt, und eine bistabile Vorrichtung (25) zur Erzeugung eines Ausgangssignals aufweist, dessen Dauer
im Ansprechen auf einen Ausgangsimpuls aus dem Frequenzteiler
(3) beginnt und im Ansprechen auf ein Ausgangssignal des programmierbaren Zählers endet.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte Einrichtung ein Sperr-Schaltglied
(21) zur Sperrung des Anlegens der Bezugsfrequenzimpulse an den Frequenzteiler (3) im Ansprechen
auf ein erstes Schaltsteuerungssignal, ein Impulseinfügungs-Schaltglied
(26) zum Anlegen der Impulse mit der höheren Frequenz an den Frequenzteiler im Ansprechen
auf ein zweites Schaltsteuerungssignal, und eine Gebereinrichtung (22, 25, 30 bis 33) aufweist, die im Ansprechen
auf das Drehzahlminderungs-Befehlssignal das erste Schaltsteuerungssignal mit einer wählbaren Dauer erzeugt
und die im Ansprechen auf das Drehzahlsteigerungs-Befehlssignal
das erste und das zweite Schaltor Steuerungssignal gleichzeitig erzeugt.
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6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuerungssignal-Gebereinrichtung einen
programmierbaren Zähler (31), der auf einen vorgewählten Zählwert rücksetzbar ist und der die Bezugsfrequenzimpulse
zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses bei Erreichen des vorgewählten Zählwertes aufnimmt, eine erste
bistabile Vorrichtung (25) zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit einer Dauer, die im Ansprechen auf einen
IQ Ausgangsimpuls aus dem Frequenzteiler (3) beginnt und
im Ansprechen auf einen Ausgangsimpuls aus dem programmierbaren
Zähler (31) endet, und eine zweite bistabile Vorrichtung aufweist, die auf das Ausgangssignal der
ersten bistabilen Vorrichtung durch Erzeugung eines Satzes zu einander komplementärer Ausgangsimpulse zum
Anlegen an das Sperr-Schaltglied (21) bzw. das Impulseinfügungs-Schaltglied
(26) als erstes bzw. zweites Schaltsteuerungssignal anspricht.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite bistabile Vorrichtung (22) ein D-Flipflop ist, dessen Dateneingangsanschluß einen Ausgangsimpuls
aus der ersten bistabilen Vorrichtung (25) aufnimmt und dessen Takteingangsanschluß die Bezugsfre-
quenzimpulse aufnimmt.
8. System nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (33) zum Anlegen der Bezugsfrequenzimpulse
an den programmierbaren Zähler (31) im Anspre-
chen auf eines der komplementären Ausgangssignale des D-Flipflops (22).
9. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Impulse
mit der höheren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches
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der Frequenz der Bezugsfrequenzitnpulse ist.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz der Impulse mit der höheren Frequenz gleich dem Doppelten der Frequenz der Bezugsfrequenzimpulse
ist.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bezugsfrequenzquelle (1S 20) einen Oszillator
(1) zur Erzeugung eines wählbaren Bezugsfrequenzsignals und einen Halbierungs-Zähler (20) aufweist," der zur Abgabe
von Ausgangsimpulsen mit der halben Oszillatorfrequenz
ein Ausgangssignal aufnimmt, wobei aus dem Ausgang des Halbierungs-Zählers die Bezugsfrequenzimpulse gewonnen
werden, während aus dem Oszillator die Impulse mit der höheren Frequenz gewonnen werden.
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