DE3124964A1 - Bezugsgenerator - Google Patents

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.

Bezugsgenerator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wellen- oder Schwing uncjK-generator und betrifft insbesondere eine neue Schaltung zum Erzeugen einer mehrphasigen Welle oder. Schwingung.

Es gibt viele Verwendungszwecke für einen mehrphasigen Bezugsgenerator. Beispielsweise kann in einem Elektrofahrzeu'j ein mehrphasiger (typischerweise dreiphasiger) Wechselstromgenerator benutzt werden, um einen Motor zu speisen, der die Räder antreibt; die Wahl der Vorwärts- oder Rückwärtsfahrrichtung des Fahrzeuges wird durch die Phasenbeziehung der mehrphasigen Ansteuerschwingungen gesteuert. Die Beschleunigung und die Geschwindigkeit des Fahrzeuges werden durch die Frequenz und die Amplitude des mehrphasigen Signals gesteuert.. Während der tatsächliche Motorstrom, der durch eine Batterie od.dgl. geliefert wird, durch für starken Strom ausgelegte

Festkörpervorrichtungen gesteuert werden kann, müssen die Ansteuersignale für die Festkörpervorrichtungen durch einen mehrphasigen Bezugsgenerator geliefert werden; die Frequenz, die Phase und die Amplitude des mehrphasigen Signals müssen mit dem gewünschten Grad an Genauigkeit steuerbar geliefert werden. Zum Erzielen maximaler Zuverlässigkeit bei gleichzeitig minimalen Kosten und minimalem Platzbedarf des Bezugsgenerators ist es äußerst erwünscht, die Anzahl der Schaltungselemente zu minimieren.

Gemäß der Erfindung wird in einem mehrphasigen Bezugsgenerator ein Einchipmikrocomputer benutzt,der einen Taktgenerator, ein · extern inkrementierbares Zeitgeberregister, ein Akkumulatorregister und mehrere adressierbare Datenregister zusätzlich zu einem programmierbaren Festwertspeicher aufweist. Die Ausgangsphasensignale sind jeweils durch schrittweise Annäherungen derselben gekennzeichnet, wobei jedes Signal in im wesentlichen gleiche Inkremente unterteilt ist. Die schrittweisen inkrementellen Digitalwerte der Ausgangsschwingungen werden in dem Festwertspeicher des Mikrocomputers gespeichert und auf den in dem Zeitgeberregister enthaltenen Zählwert hin einzeln wiederaufgefunden, wobei dieser Zählwert durch Digitalsignale inkrementiert wird, die aus einem Spannungs-Frequenzwandler empfangen werden, welcher seinerseits ein analoges Bemessungs- oder Geschwindigkeitssignal empfängt. Die Daten des schrittweisen Ausgangssignals werden für die mehreren Phasen jeweils einem Digital/Analog(D/A)-Wandler zugeführt, der dieser Phase zugeordnet ist, um die analoge schrittweise Annäherung der Phasenschwingung zu bilden. Die· Amplitude der Ausgangsschwingung ist gemäß der Amplitude eines analogen Amplitudensignals einstellbar. Ein Richtungsbestimmungssignal wird am Ende jedes Schrittes der schrittweisen Annäherung der Ausgangsspannungen geprüft, um'zu bestimmen, ob eine Phasenumkehr erforderlich ist;, wenn eine Phasenumkehr erfor-

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derlieh ist, berechnet der Mikrocomputer eine neues· InkremenL , das gleich der Hälfte der Gesamtzahl der Inkremente minus der Inkrementzahl, die unmittelbar vor einem Phasenumkehrbefehl benutzt wird, ist, um ein bestimmtes Phasenausgangssignal zu bilden. In einem dreiphasigen Generator ist diese bestimmte Phase die Phase A. Der Mikrocomputer schaltet die Digitaldaten für die Phase-B- und Phase-C-Signale um, um eine im wesentlichen augenblickliche Umkehr der Phasendrehung ohne Schrittstörungen an irgendeinem Ausgang zu bewirken.

In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform sind die Ausgangsschwingungen dreiphasige Sinusschwingungen, die einen gesteuerten Gehalt an dritter Harmonischer haben. Jede Phase wird in ungefähr 72 Schritte aufgelöst. Ein Betrieb jenseits •der maximalen Auflösungsnennfrequenz wird durch periodisches überspringen von Zählerregisterzuständen ermöglicht. Eine Taktpufferschaltung, die Mehrphasensynchronisiersignale liefert, ist ebenfalls vorgesehen.

Die Erfindung schafft demgemäß eine neue mehrphasige Bezugsgeneratorschaltung, die mehrere Ausgangssignale liefert, we I ehe eine programmierbare Phasenrichtung, Frequenz und AmpIitude haben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näherbeschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines neuen mehr

phasigen Bezugsgenerators nach de^r Krf indung/der dreiphasige sinusf örmicje Ausgangsschwingungen liefert,

Fig. 1a ein Erläuterungsschema, das das Akku

mulatorregister, das Zeitgeberregister

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und die Hauptregistergruppe des in der Ausführungsform von Fig. 1 benutzten Mikrocomputers zeigt,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Spannungs-Zeit-

beziehung der dreiphasigen Sinussignale zeigt, die der in Fig. 1 dargestellte .mehrphasige Bezugsgenerator liefert, und

Fig. 3a und 3b · Flußdiagramme, die die Programmierung

des Betriebes des mehrphasigen Bezugsgenerators von Fig. 1 für die Verwendung als Regler für einen dreiphasigen Wechselstrommotor zeigen.

In Fig. 1 ist eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform eines neuen mehrphasigen Bezugsgeneratörs als ein dreiphasiger Wechselstrombezügsgenerator 10 dargestellt. Der mehrphasige Bezugsgenerator enthält.einen als integrierte Schaltung ausgebildeten Einchipmikrocomputer 11, der einen Festwertspeicher (ROM) 11a, ein Akkumulatorregj,ster 11b, ein programmierbares Zeitgeber(oder Zähler)-Register 11c und zusätzliche adressierbare Register enthält, z.B.,wie·dargestellt, sieben adressierb.are Register 11d.—11 j, die" der Reihe nach als Register 1-7 bezeichnet sind. Der Mikrocomputer 11 kann beispielsweise ein INTEL 8748 sein, es gibt aber auch andere Einchipmikrocomputer, die benutzt werden können.

An den Mikrocomputer 11 wird ein Betriebspotential +V angelegt, und zwar an seine Betriebspotentialeingangsleitungen V_DD in bezug auf eine Massepotentialsubstratleitung V₃₅. Vorteilhafterweise enthält der Mikrocomputer 11 eine eingebaute Taktoszillatorschaltung, wodurch eine Betriebstaktfrequenz

• « * * Λ C

durch Anschluß eines Resonatorelements 12, beispielsweise eines Quarzkristalls od.dgl., zwischen mit 11k und 111 bezeichnete Leitungen des Mikrocomputers festgelegt wird; zusätzliche Schaltungselemente, wie Kondensatoren 14a und 14b können zwischen den Mikrocomputeroszillatorabschnittleitunyen 11k und 111 und Massepotential erforderlich sein, um zu bewirken, daß Oszillationen auftreten.

Ein analoges Bemessunge- oder Geschwindigkeitssignal (rate Signal), das eine zwischen 0 und +10 V Gleichspannung stufenlos veränderbare Amplitude hat, wird an einen Bemessungs- oder Geschwindigkeitseingang 16 angelegt und dem Eingang 18a eines Spannungs-Frequenzwandler 18 zugeführt. Die Schwingung an einem Ausgang 18b des Spannungs-Frequenzwandlers 18 ist eine periodische digitale Schwingung, die eine Frequenz hat, welche in Beziehung zu der Amplitude des Bemessungssignals an dem Eingang 16 steht. Der Spannungs-Frequenzwandlerausgang 18b ist mit dem Zähler-Zeitgeber-TI-Eingang 11m des Mikrocomputers verbunden. Ein binäres Richtungssignal wird an einen zweiten Bezugsgeneratoreingang 20 angelegt und· direkt einem Mikrocomputer-TO-Eingang 11n zugeführt.

Ein 8-Bit-Mikrocomputerdatenbusausgang 11o, der die acht Datenbusleitungen DBO-DB7 aufweist, ist mit einem 8-Bit-Dateneingangsport. oder -tor 24a eines ersten Vierquadrantenmultiplizier-D/A-Wandlers24 verbunden. Ebenso sind ein erster und ein zweiter 8-Bit^Parallelausgangsport 11p und 11q, die parallele Ausgangsbitleitungen P10-P17 bzw. P20-P27 aufweisen, mit den 8-Bit-Digitaldaterieingangsports 26a bzw. 28a eines zweiten bzw. dritten Vierquadrantenmultiplizier-D/A-Wandlers 26 bzw. 28 verbunden. Jeder D/A-Wandler 24, 26 und 28 liegt an Massepotential und empfängt positive und negative Betriebspotentiale +V und -V.

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Ein analoges Amplituden- oder Pegelsignal (level signal) ,das eine AmpliLude in dem Bereich von 0 bis +10 V Gleichspannung hat, wird an einen dritten Bezugsgeneratorschaltungseingang 30 angelegt, der mit dem Eingang 32a einer Doppelpolaritätsanalogbezugsspannungsschaltung 32 verbunden ist. Die" Bezugsspannungsschaltung 32 liefert positive und negative Analogbezugsspannungen der Größe +R bzw. -R an den Ausgängen 32b bzw. 32c zum Anlegen an den positiven bzw. negativen Multipliziersignaleingang 24b bzw. 24c, 26b bzw. 26c und 28b bzw. 28c der D/A-Wandler 24, 26 bzw. 28. Die Analogspannungsgröße R ist proportional zu der Amplitude des Analogamplitudensignals. Jeder D/A-Wandler hat einen Ausgang 24d, 26d bzw. 28d, an welchem eine Analog·- spannung erscheint, die das Produkt aus einer ersten vorzeichenbehafteten Analogspannung, die durch die Digitaldaten gebildet wird, welche dem Digitaleingangsport 24a _t 26a bzw. 28a zugeführt werden, und dem Absolutwert | R |des Amplitudensignals ist, der an den Ausgängen der Bezugsspannungsschaltung 32 geliefert wird. Jeder D/A-Wandlerausgang 24ä, 26d und 28d ist mit dem Eingang eines zugeordneten Tiefpaßfilters 34, 36 bzw. 38 verbunden. In einem dreiphasigen Bezugsgenerator, der Ausgangssignale Phase A (0.^) , Phase B (0_ß) und Phase C (0_C) mit jeweils übereinstimmender Amplitude liefert (festgelegt durch die Größe des Amplitudensignals an dem Eingang 30) , die untereinander im wesentlichen die gleiche Phasendifferenz von 120° haben, ist der Ausgang 24d des ersten. (Phase-Α-) D/A-Wandlers· mit einer Klemme eines Tiefpaßfilterwiderstands 34a verbunden, dessen andere Klemme über eine. Tiefpaßfilterkapazität 34b an Massepotential liegt. Das Ausgangssignal 0_A wird an dem ■Verbindungspunkt zwischen dem Filterwiderstand 34a und der Filterkapazität 34b erhalten. Ebenso sind die Ausgänge 26d und 28d des Phase-B-D/A-Wandlers 26 und des Phase-C-D/A-Wandlers 28 mit einer Klemme eines Filterwiderstands 36a bzw. 38a yer- · bunden. Die andere Klemme der Widerstände 36a und 38a ist mit Massepotential über einen Filterkondensator 36b bzw. 38b ver-

« β

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bunden. Die Ausgangssignale 0_ß und 0„ werden an den Verbindungspunkten zwischen dem Widerstand 36a. und dem Kondensator 36b bzw. dem Widerstand 38a und dem Kondensator 38b erhalten.

Es ist häufig erforderlich, daß ein Systemregler (nicht dargestellt) Synchronisiertaktsignale verlangt. Da der Mikrocomputer 11 bereits einen hochstabilen quarzgesteuerten Taktgenerator enthält, der mit einer ersten Frequenz (typischerweise 6000 MHz bei dem dargestellten 8748-Mikrocomputer) arbeitet, kann dieses hochstabile Taktsignal benutzt werden, um ein Einphasen- oder Mehrphasensynchronisiersignal zu bilden. Beispielsweise sind Vierphasensynchronisiersignale, die eine Taktfrequenz von 1 MHz haben, zu bilden. Ein Puffer hoher Impedanz in welchem ein Feldeffekttransistor (FET)50 benutzt wird, empfängt einen Teil des Taktsignals, das auf der Mikrocomputertaktgeneratorleitung 111 verfügbar" ist. Dieses Signal wird über einen Kopplungskondensator 52 an die FET-Gateelektrode 50a angelegt. Ein Gatewiderstand 54 führt von der Gateelektrode 50a zum Massepotential. Die Puffer-FET-Drainelektrode 50b liegt an dem positiven Betriebspotential +V. Die FET-Sourceelektrode 50c liegt über einen Sourcewiderstand 56 am Massepotential. Das gepufferte Taktsignal an der Gateelektrode 50c wi,rd an den Eingang eines Spannungsteilers 58 angelegt, der einen ersten und einen zweiten Widerstand 58a bzw. 58b enthält, welche in Reihe miteinander parallel zu dem Sourcewiderstand 56 liegen. Von einem Ausgangstransistor 60 ist die Basiselektrode 60a an den Spannungsteilerausgang an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 58a und 58b angeschlossen.' Die Transistoremitterelektrode 60b ist mit Massepotential verbunden, während die Transistorkollektorelektrode 60c über einen Kollektorlastwiderstand 62 an das Betriebspotential +V angeschlossen ist. Das gepufferte und verstärkte Taktsignal an der Transistorkollektorelektrode 60c wird an den Α-Eingang 64a einer Frequenzteilerschaltung 64

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angelegt. In der dargestellten Ausfuhrungsform, in der die Schwingung an einem Frequenzzählerausgang 64b eine Frequenz haben muß, die ein ganzzahliges Untervielfaches, z.B. ein Sechzehntel, der Oszillatorfrequenz ist, ist der Frequenzteiler 64 der durch sechs dividierende Teil eines als integrierte Schaltung ausgebildeten Zählers (TTL 7492), dessen erster Divisionsabschnittsausgang QA mit dem zweiten Divisionsabschnittseingang B verbunden ist und dessen Ausgangssignal 64b an dem zweiten Divisionsabschnittsausgang QB abgenommen wird. Der Ausgang 64B ist mit dem Eingang.66a eines Vierphasentaktgenerators 66 verbunden (beispielsweise einem Johnson-Zähler od.dgl.), der Synchronisiersignalausgänge 66b hat, beispielsweise vier Ausgänge, an denen die verlangte Anzahl von Synchronisiersignalphasen mit der gewünschten gegenseitigen Phasenbeziehung erscheint.

Im folgenden wird nun auf sämtliche Figuren Bezug genommen. Die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform des mehrphasigen Bezugsgenerators 10 erzeugt die in Fig. 2 dargestellten dreiphasigen Ausgangssignale. Jede der Schwingungen 0_a, 0„ und 0_n (die beispielsweise dazu dienen,die Kurve des dem dreiphasigen Wechselstrommotor eines Elektrofahrzeuge^ zugeführten Stroms festzulegen) ist im wesentlichen eine Sinusschwingung, die die gleiche Amplitude und im wesentlichen 120° Phasenverschiebung untereinander haben. Der Schwingung ist ein kontrollierter Gehalt an zusätzlicher dritter Harmonischer gegeben worden, um einen in etwa ebenen Hüllkurvenscheitel zu . schaffen. Dieser abgeflachte Schwingungs- oder Kurvenscheitel führt zu Erhöhung der durch die Belastung aufgenommenen mittleren Leistung gegenüber der mittleren Leistung, die durch eine reine Sinusschwingung geliefert wird, welche nur die Grundfrequenz enthält, ohne daß die Scheitelspannung vergrössert wird. Es ist zu erkennen, daß die dreiphasigen Schwingungen Scheitelspannungen +R und -R Volt haben, die durch das

itoplitudensignalan dem Schaltungseingang 30 festgelegt werden, und ein Zykluszeitintervall T, das durch die Größe des Bemessungssignals festgelegt wird, welches an den Schaltungseingang 16 angelegt wird. Weiter kann die Phasenbeziehung zu · einer Anfangszeit t so festgelegt werden, daß der Antriebsmotor in einer ersten Richtung arbeitet, und zwar auf den Empfang eines ersten Binärwertrichtungssignals an dem Schaltungseingang 20 hin, das sich zu dem anderen Binärwert zu einer Zeit t ändern kann, um eine Umkehr der Mehrphasenschwingung zu bewirken (mit einer daraus resultierenden Änderung der Drehrichtung des Antriebsmotors).

Der Mikrocomputer 11 ist von einem Typ, bei dem die Adressierung des ROM 11a seitenweise erfolgen kann, wodurch eine Seite (z.B. die Seite 3) von gespeicherten Datenadressen zur Speicherung der Suchtabelle der schrittweisen Annäherung für' die Schwingung jeder der mehreren Ausgangssignalphasen ausgewählt wird. Die Anzahl der Schritte für jedes Phasenausgangssignal wird gemäß der gewünschten Auflösung und der oberen Frequenzgrenze ausgewählt. In der dargestellten Ausführunysform wird eine Auflösung von 72 Schritten pro Zyklus gewählt, was eine maximale Vollauflösungsfrequenz von etwa 200 Hz für den dargestellten 8748-Mikrocomputer ergibt, der init einer Taktfrequenz von 6 MHz arbeitet. Die inkrementeIlen Werte für jede gewünschte Anzahl von Schritten der Ausgangsschwingung werden daher berechnet und sequentiell in einem Teil der ausgewählten Speicherseite gespeichert. Selbstverständlich könnte eine größere oder kleinere Anzahl von Schritten bei der schrittweisen Annäherung der Ausgangsschwingung benutzt werden, und ein breiter Bereich von anderen Kurvenformen, beispielsweise dreieckigen, trapezförmigen oder ähnlichen Kurvenformen, kann die dafür benutzten schrittweisen Annäherungen haben. Ebenso ist klar, daß ,obgleich hier Vierquadranten-D /Α-Wandler benutzt werden, mit implementierter 2er-Komplement-Codierung für die Bestimmung der Analogschwingunys-

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Polarität zum Bilden eines Doppelpolarität-Analogsignals, auch einpolige Analogphasensignalausgänge gleichermaßen zur Verfügung stehen; in.dem Fall von einpoligen Signalen können Einquadrant- oder Doppelquadrant-D/A-Wandler benutzt werden und die schrittweise Annäherung der Ausgangsschwingungen braucht nicht im 2er-Komplement-Format codiert zu sein« Ebenso kann dem TI-Eingang 11m ein Geschwindigkeits- oder Bemessungssignal fester Frequenz zugeführt werden, möglicherweise durch Frequenzteilung des Mikrocomputertaktabschnittssignals, um eine mehrphasige Ausgangsschwingung fester Frequenz zu erzeugen, wobei dann der Eingang 16 und der Spannungs-Frequenzwandler 18 nicht erforderlich sind; das Beseitigen der Doppelpolarität-Bezugsspannungsgeneratoreinrichtung 32 kann außerdem erwünscht sein, wenn mehrphasige Ausgangssignale, die eine feste Scheitelamplitude haben, benutzt werden sollen. Es ist außerdem klar, daß der mehrphasige Bezugsgenerator implementiert werden kann, indem eine festverdrahtete Logik zum Steuern des Digitaldatenflusses zwischen den Registern einer Registergruppe in Verbindung mit einem Zeitgeber und einem Taktoszillator benutzt wird, um das Äquivalent des Mikrocomputers 11 zu schaffen, was allerdings mit etwas höheren Kosten und etwas größerem Plätzbedarf verbunden ist.

Im Betrieb beginnt der Mehrphasenschwingungsgenerator 10 mit einer Initiälisierungsprozedur zu arbeiten, die als Schritt 70 in Fig. 3a dargestellt ist. Wenn, der Schaltung Strom züge-. führt wird, liest daher der Mikrocomputer die Anfangsadresse im Speicher, um eine Instruktion über den Zugriff auf eine START-Prozedur zu erhalten. Der erste Schritt der START-Prozedur besteht darin, über den Akkumulator einen Anfangszählwert in das Register 7 zu laden. In der dargestellten Ausführungsform mit 72 Schritten eines Schwingungszyklus beträgt dieser Anfangswert -72.. Dieser Anfangszählwert zeigt den

Speicherplatz, z.B. 72 Adressen unterhalb des oberen Endes der Speicherseite 3, in der Suchtabelle des Festwertspeichers ". an, an welchem sich der erste Wert der schrittweisen Annäherung für die Phase - A-S.chwingung befindet. Dieser Wert wird in dem Register 7 sein und aus diesem während des Betriebes verfügbar sein. Feste ⁿVorspannungs"-Zahlen werden dann in die Register 6 bzw. 5 geladen, um die Differenz in dem adressierbaren Ort der Suchtabelle für die Phase-B- und Phase-C-Tabellenwerte in bezug.auf eine gegenwärtige Phase-A-Suchtabellenadresse anzugeben. Die Werte der Register 5 und 6 bleiben ■*"**■ ' während des Betriebes der Bezugsgeneratorschaltung ebenfalls, ohne Änderung, gespeichert. · ■

Zum Erleichtern der. Umkehr der Mehrphasenschwingung, wie be ispielsweise zur Zeit t in Fig. 2, berechnet die Schaltung 10 einen neuen Phase-A-Index X¹ gleich der Differenz zwischen 180° und dem Phase-A-Index X unmittelbar vor der Umkehr und vertauscht dann die Werte für die übrigen beiden Phasen, z.B. werden die Suchtabellen-Phase-B-Daten dem Phase-C-D/A-Wandler zugeführt, und die Suchtabellen-Phase-C-Daten werden dein Phase-B-D/A-Wandler zugeführt. So wird ein neuer Phase-Α- _: Index X¹ zur Umkehrzeit als X¹ = (180°.-X) berechnet, wobei X der Phase-A-Index vor der Umkehr ist, und er ergibt in der dargestellten Ausführungsform eine symmetrische Größe in der Phase-A-Suchtabeile, aber mit entgegengesetzter Steigung. Die Phase-B- und Phase-C-Daten zur Umkehrzeit haben Größen, die gleich der Größe vor der Umkehr sind, wobei nur eine Steigungsänderung auftritt. Durch Verwendung der vorstehend beschriebenen Prozedur kann ein in einer Richtung zählender Zeitgeber 11c (wie er in dem 8748-Mikrocomputer verfügbar ist) benutzt werden,.ohne daß übermäßige Ausführungszeit erforderlich ist, um eine Rückwärtszählung zu berechnen,und ohne daß das Hinzufügen eines Zweirichtungszählers zum Durchlaufen der Suchtabellen in entgegengesetzter Richtung (äquivalent der

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Umkehrung der Zeitsequenz desselben, wie sie für eine Phasenänderung erforderlich ist) erforderlich ist. In das Register 1 wird ein numerischer Wert geladen, der benutzt wird, um festzustellen, ob die berechnete Suchtabellenadresse tatsächlich einer der zulässig adressierten Plätze innerhalb der Tabelle ist. Zusammen damit wird die Freigabe einer überlaufunterbrechung (dargestellt in Fig. 3b und im folgenden erläutert) gestattet, wodurch sich feststellen läßt, ob nicht die berechnete Adresse eine der zulässigen Adressen der Suchtabelle ist. Die Initialisierungs-START-Prozedur schließt damit, daß der Initialisierungszählwert aus dem Register 7 in das programmierbare Zeitgeberregister 11c gebracht wird.

Eine VERZWEIGUNG-Prozedur 71 prüft nun den Digitalwert des Richtungssinnsignals an dem TO-Eingang 11n. Wenn ein vorgewählter erster Binärwert vorhanden ist., der einen Befehl darstellt, Ausgangsschwingungen zu liefern, die eine erste Richtung haben (um beispielsweise den Motor zu veranlassen, das Elektrofahrzeug vorwärts zu bewegen)., springt die Sequenz zu einer schnellen Vorwärtsschleife 72. Umgekehrt, wenn das Richtungssinnsignal den anderen Binärwert hat, zeigt die VERZWEIGUNG-Prüfung an, daß eine Vorwärtsrichtung nicht verlangt wird', und eine Schwingungsumkehr (wie zur Zeit t in Fig. 2) erforderlich ist.

Wenn angenommen wird, daß die normale Schwingungserzeugung (die VORWÄRTS-Richtung) durch den Binärwert des Richtungssinnsignals verlangt wird, wird der 'Zeitgeberregisterwert (der noch auf dem Anfangs-Offset-Wert ist) zuerst in den Akkumulator gebracht und dann in dem Register 4 aufbewahrt. Die Zeitgeberdaten in dem Akkumulator liefern eine Adresse innerhalb der Suchtabelle, an der die erste schrittweise Annäherung der Phase-A-Spannungsschwingung erhalten wird. Beim

Erhalt der 8-Bit-Phase-A-Daten aus der Suchtabelle werden diese Daten über den Datenbusparallelausgang 11o an die Phase-A-D/A-Wandlereingänge 24a abgegeben, was eine Anfangs-Phase-A-Analogspannung ergibt. Die Phase-A-Adresse in dem Akkumulator wird nun zu dem Phase-B-"Vorspannungs"-Wert addiert, der aus dem Register 6 wiedererhalten wird, und die sich ergebende Summe, die sich nun iii dem Akkumulator befindet, ergibt eine neue Suchtabellenadresse für die anfänglichen Daten der schrittweisen Annäherung für die Phase-B-Spannung. Diese Phase-B-Daten werden aus der Suchtabelle erhalten und dem ersten Paralleldatenausgangsport 11p und von diesem aus den Dateneingängen des Phase-B-D/A-Wandlers 26 zugeführt, um die schrittweise Annäherung für die Phase-B-Ausgangsanalogspahnung zu liefern. Die Zeitgeberdaten, die vorher in dem Register 4 gespeichert worden sind, werden in den Akkumulator zurückgebracht, und der Phase-C-"Vorspannungs"-Wert wird aus dem Register 5 zurückgewonnen und dazu addiert, damit sich eine weitere Suchtabellenadresse ergibt, an der sich die Daten der schrittweisen Annäherung für die Phase-C-Schwingung befinden. Die Phase-C-Daten werden aus der Suchtabelle zurückgewonnen und über den zweiten Paralleldatenausgangsport 1Iq dem Phase-C-D/A-Wandler zugeführt, damit sich eine Phase-C-Analogspannung der schrittweisen Annäherung ergibt. In mehreren Mikrosekunden werden daher Daten, die die richtige Phasenbeziehung haben, jedem D/A-Wandler zugeführt, damit sich ein erster Wert der schrittweisen Annäherung für jede der mehren Ausgangsphasenspannungen ergibt. Da die Daten auf dem Bus und an dem ersten und dem zweiten Ausgangsport gehalten werden, bleiben die zugeordneten Analogphasenausgangsspanhungen vorhanden, bis die Digitaldaten an den zugeordneten Ausgangsports geändert werden.

Am Schluß der ersten und jeder folgenden Suche nach sämtlichen Phasenspannungsdiigitaldaten erfolgt die Rückkehr zu dem

VERZWEIGUNG-Schritt 71, und das Richturigssinneingangssignal wird erneut überprüft, um festzustellen, ob nicht eine Richtungsumkehr erforderlich ist. Wenn festgestellt- wird, daß dieselbe Richtung der Schwingungsbewegung zu verwenden ist und daß keine Änderung in der Schwingungsrichtung erforderlich ist (z.B., wenn der Antriebsmotor noch' in der Vorwärtsrichtung betrieben wird), erfolgt wieder der Eintritt in die Vorwärtsschleife 72. Wenn kein Impuls aus dem Spannungs-Frequenz-Wandler 18 an dem Zeitgeber-TI-Eingang* 1-1 m empfangen worden ist, ist der Zeitgeberregisterzählwert nicht erhöht worden,und in die Suchtabelle wird wieder an demselben Platz für die Phase A eingetreten, und zwar, aufgrund' der konstanten Phase-Bund Phase-C-VerSchiebungen an demselben Platz für die Phase-B- und Phase-C-Daten. Wenn jedoch der Zeitgeber-TI-Eingang 11m einen "Takt"-Impuls aus dem Ausgang des Spannungs-Frequenz-Wandlers empfangen hat (wobei die Auftrittsfrequenz des Impulses in Beziehung zu der Amplitude des Bemessungssignals steht) , ist jedoch der Zeitgeberzählwejrt über den Anfangszählwert hinaus erhöht worden. Dieser neue Zählwert wird in den Akkumulator gebracht, in dem Register 4 gespeichert und als neue (als nächste folgende) Adresse zum Wiederauffinden von Phase-A-Daten in der Phase-A-Suchtabelle benutzt. Die neuen Phase-A-Daten werden an den Phase-A-D/Α-Wandler abgegeben und ergeben eine auf den neuesten Stand gebrachte Phase-A-Analogspannung. Unmittelbar anschließend daran wird der Phase-B-"Vorspannungs"-Wert aus dem Register 6 zurückgeholt, zu dem · Akkumulatorwert addiert und benutzt, um einen neuen (den als nächsten folgenden) Phase-B-Suchtabellenplatz zu adressieren. Die neuen Phase-B-Daten werden an den Phase-B-D/A-Wandler abgegeben und ergeben eine neue Phase-B-t-Ausgangsspannung. Unmittelbar anschließend daran wird der neue Zeitgeberzählwert wieder aus dem Register 4 geholt, zu dem Phase-C-"Vorspannungs"-Wert, der aus dem Register 5 geholt wird, addiert, unddie Summe derselben ergibt einen neuen (den als nächsten

folgenden) Phase-C-Suchtabellenplatz, an dem sich die neuen Phase-C-Daten befinden. Diese Phase-C-Daten werden an den Phäse-C-D/A-Wandler abgegeben und ergeben eine neue Phase-C-Analogäusgangsspannung. Es ist zu erkennen, daß die Geschwindigkeit, mit der die neuen Phase-Α-, Phase-B- und Phäse-C-Suchtabellenplätze sequentiell adressiert werden, von der Geschwindigkeit abhängig ist, mit der der Zeitgeberzähler durch die Ausgangsimpulse des Spannungs-Frequenzwandlers inkrementiert wird, welch letzterer seinerseits auf die Größe des Geschwindigkeits- oder Bemessungssignals anspricht.

Wenn nun angenommen wird, daß eine Richtungsumkehr verlangt • . wird, ist der andere Binärwert bei der Prüfung des Binärwertes an dem Richtungssinn-TO-Eingang. 11n vorhanden. Deshalb zeigt das Ergebnis des VERZWEIGUNG-Vergleichsschrittes 71 an, daß in die Umkehrumschaltungssequenz UMK.UMSCH. einzutreten ist. In dieser Sequenz wird der Phase-A-Schwingungswinkel X, der der Richtungsumkehrprüfung unmittelbar vorangeht, benutzt, um einen neuen Winkel X¹ = (180° -X) zu berechnen. Der neue Winkel X¹ wird in das Zeitgeberregister eingegeben oder "eingezwängt" ("jammed"). Das wird erreicht, indem die X-Daten, die in dem' Zeitgeberregister 11c,enthalten sind, zu der Zeit, zu der deri Richtungssinneingang 11n abgefragt wird und sich zeigt, daß er einen Binärwert führt, welcher eine Umkehr angibt, in den Akkumulator gebracht werden und das ler-Kamplc— ment der Zahl X !genommen wird, das die Binärzahl (-X) in dem Akkumulator ergibt. Zu dem Akkumulatorinhalt wird der Inhalt des Registers 2 addiert, in welchem bei der Schaltungsinitialisierung eine zusätzliche Zahl gespeichert wurde, die glsich der Schrittzahl in einem halben Zyklus (oder 180°) ist. Somit enthält der Akkumulator nun den Wert X¹ = (180° -X) . Der Inhalt des Akkumulators wird vorübergehend in dem Register 4 aufbewahrt; der _;Inhalt des Akkumulators wird dann zu dem Inhalt des Registers 1 addiert, das einen Prüfwert enthält, der

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in ihm ursprünglich bei der Initialisierung gespeichert wurde. Die Summe in dem Akkumulator wird nun geprüft, und, wenn ein gültiger Suchtabellenplatz vorhanden ist, wird der vorübergehend aufbewahrte Wert X¹ (aus dem Register 4) zurück in den Akkumulator gebracht und als neuer Phase-A-Suchtabellenindex benutzt. Der neue Phase-A-Index X wird benutzt, um einen neuen Tabellenplatz zu adressieren," damit Daten dem Phase-A-D/A-Wandler zugeführt werden. Der. neue Phase-A-Index wird dann bezüglich der Phase-C- oder -B-Vorspannungswerte verschoben, um Suchtabellenindizes zu erzeugen, die für die ■ betreffenden Phase-B- und Phase-C-Datenplätze einzugeben sind. Es sei angemerkt, daß die Phase-B- und Phase-C-Vorspannungswerte umgekehrt worden sind, um eine Phasenumkehr vorzunehmen. Die neuen Phase-B- und Phase-C-Daten werden dem zugeordneten D/A-Wandler sequentiell zugeführt, und zwar auf eine Weise, die der oben mit Bezug auf die Vorwärtsschleife beschriebenen gleicht. Das Gewinnen von neuen Digitaldaten für die sehrittr weise Annäherung, die eine Größe der dreiphasigen Ausgangsspannungen darstellen, vervollständigt die .erste schnelle Umkehrschleife (Schritt 74). "

Eine VERZWEIGUNG-Prüfung wird wieder in dem Schritt 75 durch- ' geführt, um festzustellen, ob eine Richtungsänderung (d.h. nach vorwärts) erforderlich ist. Wenn dann keine Richtungsänderung verlangt wird, wird die schnelle Umkehrschleife (UMKEHR) wiederholt. Wenn eine Richtungsänderung verlangt wird, wird das Vorwärtsumschaltungs- und Steigungsänderungsprogräinm (VORWÄRTS und EINZW.T2) des Schrittes 76 eingeleitet.Diese Prograiniifolge stimmt im wesentlichen mit derjenigen Folge überein, die in der UMK.UMSCH.- und EINZW.T2-Sequenz des Programmschrittes 7 3 benutzt worden ist, d.h. der gegenwärtige Zeitgeberregisterindex X' wird in den Akkumulator gebracht, das 1er-Komplement wird gebildet und zu der Zahl der Schritte in einem Halbzyklus addiert, wie früher in das Register 2 eingegeben. Der neue

Wert von X = (180° -X¹) wird geprüft, und, wenn er gleich einem gültigen Suchtabellenplatz ist, wird der neue Wert in den Akkumulator gebracht und als Suchadresse zum Wiederauffinden der Phase-A-Daten benutzt. Die Phase-B- und Phase-C-Daten werden dann sequentiell wieder aus der Tabelle geholt, ohne gegenseitigen Austausch, und zwar mit Hilfe der Addition von "Vorspannungs"-Werten, wie oben erläutert.

Bei vorstehenden Darlegungen wird davon ausgegangen, daß während der Berechnung des neuen Phase-A-Index für eine Phasenumkehr die neue Suchtabellenadresse X¹ ein gültiger Tabellenplatz war. Falls dieser Prüfschritt ergibt, daß ein gültiger Tabellenplatz nicht berechnet worden ist, dann wird der berechnete Tabellenplatz auf den passenden Wert innerhalb der Tabelle eingestellt.

Während des normalen Betriebes nimmt der Zählwert in dem Zeitgeberregister immer zu einem maximalen Registerberechnungswert hin zu. Beim Erreichen dieses Maximalwertes wird der nächste Eingangsimpuls an dem Eingang 11m bewirken, daß es zu einer. Überlaufunterbrechung (ÜBERLAUF) kommt, wodurch die Sequenz von Fig. 3b freigegeben wird. Demgemäß wird beim Auftreten einer Zählerüberlaufunterbrechung in dem Schritt 80 der Inhalt des Akkumulators in dem Register 3 aufbewahrt, wie im Schritt 81 gezeigt. Anschließend wird der Zeitgeberbasisindex gebildet, indem der Zeitgeberverschiebungswert, der am Anfang in dem Register 7 während des Initialisierungsschrittes 70 gespeichert wurde, durch den Akkumulator und in das Zeitgeberregister 11c bewegt wird. Der Inhalt des Akkumulators, der zuvor im Register 3 aufbewahrt wurde, wird in dem Schritt 83 zurück in den Akkumulator gebracht, und die Sequenz kehrt in dem Schritt 84 zu dem Punkt des Programms zurück,an welchem die Suchtabellenplatzadressenüberlaufunterbrechung erfolgte.

Der vorstehende Ablauf wird mit dem folgenden 78-Bytehexadezimal-codierten Programm erreicht:

Progr. Programmbefehle

Schritt

0000 04 OC 00 00 00 00 00 AB FF 62 FB 93 23 B8 AF BE

0010 B7 BD 6E BA 95 B9 48 62 25 45 04 32 42 37 6A AC

0020 69 F6 24 AC FC 62 42 AC E3 02 FC 6E E3 39 FC 6D

0030 E3 3A 36 26 42 37 6A AC 69 F6 3C AC FC 62 42 AC

0040 E3 02 FC 6E E3 3A FC 6D E3 39 26 3E 04 1C

wobei das gesamte Programm in einem Anfangsteil der ersten ' · Speicherseite gespeichert ist.

Bei Benutzung zum Steuern des Antriebsmotors eines Elektro- . fahrzeuges wird die Richtung normalerweise nicht umgekehrt, sofern nicht die Geschwindigkeit des Fahrzeuges und damit die Drehzahl des Motors relativ niedrig ist. Die Programmierung erfordert ungefähr 50 \is in der dargestellten Ausführungsfprm, um die drei analogen Phasenspannungen abzugeben, auf Richtungsumkehr zu prüfen und mit der Schleife zurückzugehen, um den neuen Zählerwert zu holen. Die Dreiphasenanalogausgangsspannungen, die Kurvenformen haben> welche durch 72 diskrete" Punkte pro Zyklus festgelegt sind, können deshalb bis zu einer ungefähren oberen Frequenzgrenze von etwa 200 Hz erzeugt werden. Da das Zeitgeberregister 11c durch das Impulssignal inkrementiert wird, welches durch den Spannungs-Frequenzwandler auf das analoge Bemessungssignal hin erzeugt wird, wird der Zähler inkrementiert und folgt der gewünschten Geschwindigkeit unabhängig von der Ausführungszeit, die durch das Mikrocomputerprogramm benötigt wird, um den Inhalt der verschiedenen Register, des Akkumulators, der-ROM-Speicherplätze ubw. zu verschieben und um die Daten an dem Bus, dem ersten und dem zweiten Parallelausgangsport, abzugeben. Wenn das Zeit-

geberregister mit einer Geschwindigkeit inkrementiert wird/ die die Vollauflösungsgeschwindigkeit des Mehrphasenbezugsgenerators übersteigt, wird deshalb die Anzahl der Schritte, die die Schwingung annähern, verringert, indem einfach diejenigen Schritte übersprungen werden/ die durch den Zählwert in dem Zeitgeberregister zu den Zeiten verlangt werden, zu denen der Prozessor anderweitig belegt ist. Ein Bemessungsoder Geschwindigkeitssignal, das eine Dreiphasenschwingung von 400 Hz erfordert, inkrementiert somit den Zeitgeberregisterinhalt mit einer Geschwindigkeit, die ungefähr doppelt so groß ist wie die, dem der übrige Teil des Mikrocomputers folgen kann. Das System, das mit dem ersten Zeitgeberwert für die Schwingungen initialisiert wird, gibt Daten für diesen Anfangswert ab, welche in die schrittweisen analogen Annäherungen durch die zugeordneten D/A-Wandler umgewandelt werden. Wenn der Zeitgeber das nächstemal abgefragt wird, ist nun der darin, gespeicherte. Zählwert zweimal inkrementiert worden, wodurch die Daten an Speicherplätzen, welche dem dritten Schwingungsinkrementierungsschritt zugeordnet' sind, dargeboten werden; die zweiten Inkrementierungsschrittdaten werden nicht aus der Tabelle geholt, weil der Phase-A-SpeicherplatzinhaJ t für den zweiten Schritt aus dem Zeitgeberregister entfernt worden ist, während die Aktivität des ersten Schrittes noch im Gange ist. Es ist zu erkennen, daß .der Betrieb der Meh'rphasenbezugsgeneratorschaltung bei dem Doppelten der Vollauflösungsschwingungsfrequenz bewirkt, daß jeder zweite Schwingungsannäherungsschritt übersprungen wird. Ebenso bewirkt der Betrieb des Generators 10 mit einem Bemessungsoder Geschwindigkeitssignal an dem Eingang 16, das eine Schwingung mit dem Dreifachen der maximalen Vollauflösungsfrequenz verlangt, daß jeder dritte Annäherungsschritt benutzt wird, wobei die beiden dazwischenliegenden Ännäherunysschritte übersprungen werden. Deshalb werden die Formen der Schwingungen bei hohen Frequenzen durch Überspringen von

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Punkten in der Tabelle langsam verschlechtert, wobei nur jeder n-te benutzt wird und wobei η das Verhältnis der(verlangten Nennfrequenz) zur (maximalen Nennfrequenz für volle Auflösung) ist. Bei vielen Verwendungszwecken wird eine zufriedenstellende Belastungsschwingung mit nur 10-15 Schritten in einer einzelnen Periode irgendeiner Ausgangsphase geliefert, und eine unterscheidbare und brauchbare Schwingungsform führt bis zu etwa dem Sechsfachen der maximalen Vollauflösungsfrequenz/ z.B. bis etwa 1,2 kHz für die Vollauflösungsfrequenz von 200 Hz der dargestellten Ausführungsform.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   1J Bezugsgenerator zum Erzeugen von mehreren unterschiedlich phasengesteuerten Ausgangsschwingungen, von denen jede eine ausgewählte Form und Amplitude hat, gekennzeichnet durch: mehrere Datenausgangsports (Ho-Hq), deren Anzahl gleich din: Anzahl der Ausgangsschwingungen ist; mehrere adressierbare Datenregister (Hd-Hj), zu denen ein Akkumulatorregister (11b) gehört;

   ein Zeitgeberregister (11c), das einen Eingang zum Empfangen eines externen Signals zum Inkrementieren des Zählwertes in dem Zeitgeberregister hat;

   eine Speichereinrichtung (Ha) zum Speichern einer Suchtabelle von schrittweisen Annäherungen der Amplituden einer vollständigen Wiederholung jeder der mehreren Schwingungsphasen, wobei jede schrittweise Annäherung als digitale Daten an einem eindeutig adressierten Platz gespeichert wird und an diesem wiederauffindbar ist;

   eine Schaltung (18) zum Empfangen eines BemessungsSignaIs für das Abgeben des externen Signals an den Zeitgeberregisteroingang zum Erhöhen des darin gespeicherten Zählwertes;

   wobei der Zeitgeberregisterzählwert mit der Adresse des ersten Platzes in der Suchtabelle für eine erste Schwingungsphase der mehreren Schwingungsphasen initialisiert wird, und, wenn er inkrementiert ist, zu einer besonderen Zeit benutzt wird, um die Adresse in der Suchtabelle der Speichereinrichtung (11a) zu bestimmen, damit die erste Ausgangsschwingungsadresse gebildet wird; wobei die an der ersten Ausgangsschwingungsadresse gespeicherten Daten an dem ersten der mehreren Ausgangsports abgegeben werden; wobei vorgewählte Register der mehreren adressierbaren Datenregister (11d-1.1j) gespeicherte Daten enthalten zur Addition in dem Akkumulatorregister (11b) zu dem Digitalzählwert, der" gegenwärtig in dem Zeitgeberregister (11c) enthalten ist, um die Adressen von adressierbaren Plätzen innerhalb der Speichereinrichtung (11a) zu liefern, an denen entsprechende Daten der schrittweisen Annäherung der Schwingung für einen gegenwärtigen Wert jeder der übrigen Phasen der Ausgangssignale gespeichert sind; wobei die Speichereinrichtung (11a) sequentiell die Schwingungsannäherungsdaten an diesem einen von den mehreren Ausgangsports (11o-11q) abgibt, der diesem einen von den Ausgangsphasensignalen zugeordnet ist, für das eine gegenwärtige Speichereinrichtungsadresse geliefert wurde; und

   mehrere Einrichtungen (24, 26, 28), deren Anzahl gleich der Anzahl der Ausgangsschwingungsphasen ist und von denen jede die Digitaldaten aus einem zugeordneten Port der mehreren Ausgangsports empfängt, um eine Analogspannung abzugeben, deren Größe wenigstens zum Teil durch die Digitaldaten festgelegt wird, die dann empfangen werden.
2. 2. Bezugsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die adressierbaren Register (11d-11j), das Zeitgeberregister (Hc), die Ausgangsports (11o-11q) und die Speichereinrichtung (11a) in einem Mikrocomputer (11) enthalten siiul.
3. 3. Bezugsgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eines Einrichtung (32) zum Empfangen eines Amplitudensignals, um wenigstens eine Bezugsspannung (R) an wenigstens eine der Analogspannungsabgabeeinrichtungen (24, 26,'28) abzugeben,wobei die Amplitude des Phasenschwingungsausgangssignals aus dieser Analogspannungsabgabeeinrichtung auf sowohl die Ainpj i -tude der Bezugsspannung als auch die Daten der schrittweinun Annäherung, die dann empfangen werden, hin festgelegt wird.
4. 4. Bezugsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Analogspannungsabgabeeinrichtungen (24, 26, 28) die wenigstens eine Bezugspannung (R) empfangen und Ausgangsspannungsamplituden haben, die auf die Amplitude der Bezugsspannung und der zugeordneten Daten der schrittweisen Annäherung, die dann durch jede einzelne der Analogspannungsabgabeeinrichtungen empfangen wei ien, hin festgelegt wird.
5. 5. Bezugsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadui.*h ^: gekennzeichnet, daß jede Analogspannungsabgabeeinrichtumj (24, 26, 28) ein D/A-Wandler ist, von denen jeder einen Kingangsport (24a, 26a, 28a) hat, der Digitaldaten aus einem zugeordneten Ausgangsport (11o-11q) empfängt, und.einen Ausgang . (24d, 26d, 28d), an dem die Analogausgangsspannung mit einor Größe erscheint, die durch die Digitaldaten festgelegt wird, welche dann an dem Eingangsport empfangen werden.
6. 6. Bezugsgenerator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mehrere Einrichtungen (34, 36, 38) zur Tiefpaßfilterung der schrittweisen Analogspannungen, die an dem Ausgang jedes D/A-Wandlers (24, 26, 28) abgegeben werden, um einen glätten. Übergang von einer der Ausgangsphasenschwingungen an dem Ausgang von jeder der Tiefpaßfiltereinrichtungen zu schaffen.
7. 7. Bezugsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die.ein externes Signal abgebende Einrichtung (18) einen Eingang (18a) hat, der ein Gleichstromsignal empfängt, und einen Ausgang (18b), an welchem eine periodische Schwingung erscheint, deren Frequenz durch die. Amplitude des Gleichstromsignals an dem Eingang (16) festgelegt ist.
8. 8. Bezugsgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das externe Signal liefernde Einrichtung (18) ein Spannungs-Frequenzwandler ist.
9. 9. Bezugsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (66) zum Erzeugen von Taktsignalen zum Zeitsteuern der · Übertragung von digitalen Daten zwischen den Registern (11d-11j), dem Zeitgeberregister (11c), der Speichereinrichtung (11a) und den Ausgangsports (1To-IIq).
10. 10. Bezugsgenerator nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (5O,6O)zum Puffern der Taktsignale, um hochstabile periodische Synchronisiersignale zu erzeugen.