DE2926355C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Einstel­ len der Ausgangswelle eines Gleichstrommotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Einrich­ tung ist durch die DE-OS 27 44 455 bekanntgeworden.

Gewöhnliche Anordnungen zur Steuerung der Drehzahl eines Gleichstrommotors verwenden einen Kodierer, d. h. einen Drehzahlkodierer. Derartige Anordnungen können jedoch le­ diglich die Winkelstellung oder -verschiebung einstellen und nicht die Winkelgeschwindigkeiten steuern. Um folglich auch hinsichtlich der Winkelgeschwindigkeit steuerbar zu sein, müssen die herkömmlichen Anordnungen mit einem Takt- bzw. Ganggenerator ausgestattet werden, der zusätzlich di­ rekt mit dem Gleichstrommotor gekoppelt ist, so daß die darin erzeugten Signale zur Ansteuerschaltung rückkoppel­ bar sind, um die Drehzahl des Motors einzustellen. Ein derartiger zusätzlicher Taktgenerator macht die Anordnung in unerwünschter Weise umfangreich, kompliziert und auf­ wendig.

Die bereits erwähnte DE-OS 27 44 455 betrifft eine Servo­ regeleinrichtung die eine Ansteueranordnung mit einer An­ steuerschaltung zum Erregen eines Gleichstrommotors aufweist. Die Ansteueranordnung umfaßt dabei einen Be­ fehlsgeber und einen Kodierer, der mit dem Gleichstrom­ motor gekoppelt ist und der auf eine Winkelverschiebung von diesem anspricht und dabei ein erstes Fühlersignal erzeugt, das eine Winkelstellung des Motors anzeigt und ein zweites Fühlersignal abgibt, das dessen Winkelge­ schwindigkeit darstellt. Ferner ist ein Prozessor vor­ handen, der auf ein Eingangsbefehlssignal und auf die beiden Fühlersignale anspricht um ein Stellungsansteuer­ signal zu erzeugen, das auf die Ansteuerschaltung abge­ geben wird. Bei dieser bekannten Einrichtung wird jedoch im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung das Stellungsan­ steuersignal stets nur aus der Differenz des Drehzahl­ befehlssignals und einem Signal, das der augenblicklichen Geschwindigkeit entspricht, gebildet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerein­ richtung zum Einstellen der Ausgangswelle eines Gleich­ strommotors zu schaffen, die sehr schnell anspricht und wobei die von einem Befehlsgeber vorbestimmte Winkelstel­ lung der Ausgangswelle von jeder beliebigen Ausgangslage aus mit optimaler Geschwindigkeit sehr genau eingestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend bei­ spielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Ansteueranordnung für einen Gleichstrommotor,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gleichstrommotor-An­ steueranordnung.

In Fig. 1 ist eine herkömmliche Ansteueranordnung für ei­ nen Gleichstrommotor 1 gezeigt, der durch einen Ansteuer­ schaltung 2 erregt ist. Die Eingangsstufe in die Ansteuer­ schaltung 2 hat einen Befehlsgeber 3, und der Gleichstrom­ motor hat einen damit gekoppelten Kodierer 4, so daß ein Ausgangssignal des Befehlsgebers 3 und ein Rückkopplungs­ signal vom Kodierer 4 in einem Differenzzähler 5 gemischt werden. Dieser Differenzzähler 5 erzeugt so Differenz- Digital-Impulse, die durch einen Analog/Digital-Umsetzer 6 in ein Analog-Signal zur Einspeisung in die Ansteuerschal­ tung 2 umgesetzt werden, um kontinuierlich den Gleich­ strommotor 1 zu drehen, bis eine Soll-Winkelstellung er­ reicht ist. Um den Gleichstrommotor 1 auch hinsichtlich seiner Drehzahl zu steuern, ist zusätzlich ein Taktgenera­ tor 7 vorgesehen, der direkt mit dem Gleichstrommotor 1 gekoppelt ist, um ein Geschwindigkeitssignal zu erfassen, das mit einem Bezugspegel verglichen wird, der an einem Eingang 8 a eines Steuergliedes 8 eingestellt ist, um das sich ergebende Differenz-Geschwindigkeits-Befehlssignal an die Ansteuerschaltung 2 abzugeben. Wie bereits oben er­ wähnt wurde, macht der Taktgenerator 7 die Anordnung in unerwünschter Weise umfangreich, kompliziert und auf­ wendig.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel erzeugt ein Befehlsgeber 3 ein Lage-Befehlssignal und ein Geschwindigkeitsbefehlssignal. Das Lage-Befehlssignal liegt an einem Vergleicher 9, der das Lage-Rückkopplungs­ signal vom Kodierer 4 empfangen kann. Der Vergleicher 9, der ein Differenzzähler sein kann, gibt so Differenz-Digi­ tal-Impulse ab, die durch einen Digital/Analog-Umsetzer 10 in ein entsprechendes Analog-Signal transformiert werden. Das zuletzt genannte Signal wird in einem Analog/Span­ nungs-Umsetzer 11 geändert, um zu einem Gleichspannungs­ signal zu führen, das an einem Operations- oder Leistungs­ verstärker 21 in der Ansteuerschaltung liegt. Der Verstär­ ker hat einen weiteren Eingang, der mit einem Vorzeichen­ generator 14 verbunden ist, und einen dritten Eingang, der geerdet ist.

Das Geschwindigkeits-Befehlssignal des Befehlsgebers 3 liegt an einem Vergleicher 15, der das Geschwindigkeits- Rückkopplungssignal vom Kodierer 4 empfangen kann. Der Vergleicher 15, der ein Differenzzähler sein kann, gibt so ein Differenz-Geschwindigkeits-Ansteuersignal in der Form von Digital-Impulsen oder eines Frequenzsignales ab, das durch einen Frequenz/Spannungs-Umsetzer 16 in ein Span­ nungssignal umgeformt wird, das einem Strom-Steuertran­ sistor Tr 5 zugeführt wird, der zusätzlich in der Ansteuer­ schaltung 2 vorgesehen ist.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt ein weiterer Schalter 17 parallel zum Motor 1, der durch ein Steuer­ glied 18 erregbar ist, das vom Vergleicher-Logik-Glied 9 kommt, um ein genaues Justieren des Motores zu gewähr­ leisten, wenn dieser zum Anhalten gebracht wird.

In der Ansteuerschaltung 2, die eine Stromquelle 22 auf­ weist, werden die Transistoren Tr 1 und Tr 4 in Übereinstimmung betrieben, um den Motor 1 zu erregen, so daß dieser in der positiven Richtung umläuft. In ähnlicher Weise werden die Transistoren Tr 2 und Tr 3 in Übereinstim­ mung betrieben, um den Motor 1 zu erregen, so daß dieser in der negativen Richtung umläuft. Der Signalvergleicher 9 erzeugt weiter ein Lage-Ansteuersignal, damit der Motor 1 kontinuierlich durch die Ansteuerschaltung 2 in Drehung versetzt wird, bis das Lage-Befehlssignal vom Befehlsgeber 3 und das erfaßte oder Ist-Lagesignal miteinander über­ einstimmen.

In jedem Block des Justier-Befehls erzeugt der Befehls­ geber 3 gleichzeitig ein durch die Anzahl von Taktimpul­ sen/Zeiteinheit dargestelltes Geschwindigkeitssignal, das im Vergleicher 15 mit dem erfaßten oder Ist-Geschwindig­ keitssignal verglichen wird, das vom Drehzahl-Kodierer 4 eingespeist wird. Der Kodierer 4 gibt eine Impulsfolge ab, deren Frequenz proportional zu der durch den Motor 1 be­ wirkten Drehzahl ist. Der Vergleicher 15 liefert so das Geschwindigkeits-Ansteuersignal oder Frequenz-Ausgangs­ signal, das nach der Umsetzung in ein entsprechendes Spannungssignal im Frequenz/Spannungs-Umsetzer 16 am Transistor Tr 5 liegt.

Der Motor 1 wird anfänglich mit einer niederen Drehzahl angesteuert. In diesem Zustand ist das durch den Kodierer 4 erfaßte Ist-Geschwindigkeitssignal kleiner als das Soll- Geschwindigkeitssignal, so daß ein größeres Frequenzsignal durch den Vergleicher 15 erzeugt wird und ein größeres Spannungssignal am Transistor Tr 5 liegt. Der Effektiv­ widerstand des Transistors Tr 5 ist so verringert, damit ein Ansteuerstrom einer erhöhten Größe dort und durch den Motor 1 fließen kann, um dessen Drehzahl zu steigern. Dies dauert fort, bis eine vorbestimmte Drehzahl erreicht ist, wenn das Frequenzsignal unter einen gegebenen Wert ab­ fällt, und der Widerstandswert des Transistors Tr 5 ist folglich erhöht, um den Ansteuerstrom auf einen gegebenen Pegel zu erringern, damit der Motor mit einer konstanten Drehzahl umläuft.

Wenn das Lage-Ansteuersignal vom ersten Vergleicher 9 den Wert Null erreicht oder verschwindet, um den Motor 1 anzu­ halten, wird nicht nur der Betrieb der Ansteuerschaltung 2 abgeschlossen, sondern es wird bei diesem Ausführungsbei­ spiel eine zusätzliche Steuerung mittels des Transistor­ schalters 17 bewirkt, der eingeschaltet wird, damit die Schaltung des Motors 1 nebengeschlossen wird, um ein plötzliches Anhalten des Motores zu gewährleisten. In diesem Zustand überträgt der erste Vergleicher 9 ein Halt- Signal zum Steuerglied 18, das seinerseits den Schalter 17 leitend macht. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Motor 1 ein großes Drehmoment hat.

Es sei darauf hingewiesen, daß in dem obigen Ausführungs­ beispiel der Kodierer 4 von optischer, elektromagnetischer oder jeder anderen geeigneten Bauart sein kann. Die Ver­ gleicher 9 und 15 können Differenzzähler, Digital-Verglei­ cher, Voreinstell-Zähler oder Zweirichtungszähler sein. Sie können so aufgebaut sein, daß sie durch ein Befehls­ signal vom Befehlsgeber 3 einstellbar sind, um ein Zählen von Signalimpulsen vom Kodierer 4 zu beginnen. Das Kodie­ rer-Ausgangssignal kann differenziert und dann integriert mit einem Zeitkonstantenglied werden, um ein direkt umge­ setztes Geschwindigkeitssignal zu erzeugen.

Claims (4)

1. Steuereinrichtung zum Einstellen der Ausgangswelle eines Gleichstrommotors auf eine vorbestimmte Winkel­ stellung, bestehend aus:

• - einer Ansteuerschaltung mit nachgeschalteten Halbleiter­ schaltern zum Erregen des Gleichstrommotors,
• - einem Befehlsgeber der eine Befehlsimpuls­ folge liefert, wobei jeder Impuls einer Verdrehung der Ausgangs­ welle um einen vorgegebenen Winkelwert entspricht,
• - einem Kodierer, der mit der Ausgangswelle verbunden ist und Stellungsimpulse liefert,
• - einem Vergleicher, der die Befehlsimpulsfolge mit den vom Kodierer gelieferten Stellungsimpulsen vergleicht und der Ausgangsimpulse liefert, deren Anzahl der Diffe­ renz der beiden zugeführten Eingangsimpulsfolgen ent­ spricht,
• - einem Digital/Analogumsetzer, der die Ausgangsimpulse des Vergleichers in eine Analogspannung umsetzt, die der Zahl der Ausgangsimpulse während einer vorgegebenen Zeitdauer entspricht, und
• - einem Analog/Digitalumsetzer, der Impulse bildet, deren Frequenz der Ausgangsspannung des Digital/Analogum­ setzers proportional ist und die die Ansteuerschaltung beaufschlagen,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Befehlsgeber (3) eine weitere Impulsfolge liefert, deren Impulszahl der Winkelgeschwindigkeit, mit der die Ausgangs­ welle des Motors gedreht werden soll, entspricht,
daß die weitere Impulsfolge mit vom Kodierer gelieferten Impulsen in einem weiteren Vergleicher (15) ver­ glichen wird und dessen Ausgangsimpulse einem Frequenz/ Spannungs-Umsetzer (16) zugeführt sind und
daß das so gebildete, von der Winkelgeschwindigkeit ab­ hängige Ausgangssignal des Frequenz/Spannungs-Um­ setzers (16) einen Transistor (Tr 5) steuert, der die Größe des Erregerstromes, der durch die Halbleiter­ schalter (Tr 1 bis Tr 4) fließt, bestimmt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom ersten Vergleicher (9) ein Steuerglied (18) ange­ steuert ist, das eine Nebenschluß-Schalteinrichtung (17) betätigt, wenn kein Ausgangssignal vorhanden ist.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehlsimpulsfolge und die weitere Impulsfolge für die Steuerung der Winkelgeschwindigkeit einem Nur-Lese- Speicher (ROM) entnommen sind.