DE3244412C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche ist bekannt durch die DE-OS 24 18 769. Derartige Schaltungsanordnung werden insbesondere für elektronisch kommutierte Motoren in Kassettenlaufwerken, bei der sich die optimale Phasendifferenz zwischen Referenzfrequenz und Wechselstomgeneratorfrequzenz unabhängig von der gewählten Drehzahl selbständig einstellt verwendet.

Die durch die DE-OS 24 18 769 und die dazu ähnliche DP-PS 2 06 454 bekannte Schaltungsanordnung arbeiten mit einem PLL- Regelkreis und zusätzlicher geschwindigkeitsproportionaler Gegenkopplung.

Diese Regelungsarten sind jedoch nicht so ausgebildet, daß die absolute Größe der Wechselstromgeneratorspannung keinen Einfluß auf den sich einstellenden Arbeitspunkt, d. h. die Phasendifferenz im Leerlauf oder bei Grundlast, hat. Dabei erfordert eine Veränderung der Drehzahl mit Hilfe der Oszillatorfrequenz gleichzeitig eine Anpassung an die veränderte Wechselstromgeneratorspannung mit Hilfe eines zusätzlichen Einstellwiderstandes. Die Driftung der Wechselstromgeneratorspannung und exemplarbedingte Streuung dieser werden nicht automatisch ausgeglichen.

Bei einer anderen bekannten Anordnung geschieht das durch eine PLL-Drehzahlregelung für einen Gleichstrom-Nebenschlußmotor. Um einen optimalen Regelbereich (Phasenspielraum) zu erhalten, muß der Regelkreis mit Hilfe einer Referenzspannung an den Grundstrom des Motors (z. B. im Leerlauf oder bei Grundbelastung) angepaßt werden. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß in den Fällen, in denen eine einstellbare Drehzahl gefordert wird, zwei Einstellungen vorgenommen werden müssen (Einstellung der Frequenz des Referenzoszillators und Einstellung für den Motorgrundstrom). Außerdem ist für die Motorgrundstromeinstellung keine Langzeit- und Temperaturkonstanz gegeben.

Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der durch eine drehzahlproportionale Gegenkopplung die Drehzahl des Motors konstant gehalten wird (DE-OS 16 38 118). Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine lastabhängige statische Drehzahlabweichung verbleibt (keine PLL-Drehzahlregelung). Weiterhin ist eine Langzeitstabilität für die eingestellte Drehzahl nicht gegeben, da eine durch Temperatureinfluß oder Alterung des Magnetkreises hervorgerufene Wechselstromgeneratorspannungsänderung nicht ausgeregelt wird.

Schließlich ist eine Anordnung bekannt, bei der ebenfalls durch eine drehzahlproportionale Gegenkopplung die Drehzahl des Motors konstant gehalten wird. Die Motor-EMK wird mit einem Sollwert verglichen (DE-OS 21 16 223). Diese Schaltungsanordnung weist aber die gleichen Nachteile wie die vorher beschriebene auf, auch wenn hier die Motor- EMK unmittelbar (nicht über angekoppelten Generator) als Drehzahlistwert benutzt wird. Eine temperatur- und alterungsbedingte Drehzahldrift, hervorgerufen durch Änderung der EMK, verbleibt somit auch bei dieser Schaltungsanordnung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine geeignete PLL-Schaltungsstruktur zu finden, bei der sich durch eine linear mit der Motordrehzahl und der Motor- bzw. Generatorkonstanten verknüpften Referenzspannung, die jedoch auf kurzzeitige Winkelgeschwindigkeitsänderungen nicht reagiert, der optimale Arbeitspunkt für den Phasenregelkreis selbständig einstellt, um damit die Arbeitszeit zur Drehzahljustage zu verringern, sowie den zweiten Einstellvorgang zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die gleichgerichtete motordrehzahlabhängige Wechstromgeneratorspannung über einen Widerstand an den Eingang eines Tiefpasses und den Ausgängen der steuerbaren Stromquellen angeschlossen ist. Des weiteren liegt die gleichgerichtete motordrehzahlabhängige Wechstromgeneratorspannung über einem RC-Glied, d. h. einem weiteren Widerstand und einem Kondensator, an dem anderen Eingang eines Differenzverstärkers. Vorteilhafterweise kann der Widerstand, der am Kondensator und am Eingang des Differenzverstärkers liegt, mit Hilfe eines elektronischen Schalters, der durch einen Phasendiskriminator gesteuert wird, überbrückt werden.

Der Drehzahl-Istwert wird aus der Summe von gleichgerichteter Wechselstromgeneratorspannung und phasendifferenzproportionaler Spannung gebildet und liegt an einem Eingang des Differenzverstärkers. Die für die Funktion des PLL-Regelkreises notwendige Referenzspannung am anderen Eingang des Differenzverstärkers wird mit Hilfe des RC-Gliedes, das als Analogwertspeicher arbeitet, aus der gleichgerichteten Wechselgeneratorspannung gebildet. Am Ausgang des Differenzverstärkers liegt das Motorsteuersignal, mit dem der Motorstrom und damit die Drehzahl so gesteuert wird, daß die Frequenz des angekoppelten Wechselstromgenerators mit der Frequenz des anderen Frequenzgenerators übereinstimmt. Das entspricht dem eingerasteten Zustand des PLL- Regelkreises. Da der Kondensator des RC-Gliedes auf die gleichgerichtete Wechstromgeneratorspannung aufgeladen wird, entsteht an diesem im eingerasteten Zustand des PLL-Regelkreises eine quasi statische der Drehzahl proportionale Referenzspannung, wenn die Zeitkonstante des RC-Gliedes größer ist als die Reaktionszeit des PLL-Regelkreises. Damit liegt die gleichgerichtete Wechselstromgeneratorspannung mit unterschiedlichen Zeitkonstanten an beiden Eingängen des Differenzverstärkers. Der Absolutwert der gleichgerichteten Wechselstromgeneratorspannung hat somit im eingerasteten Zustand des PLL-Regelkreises keinen Einfluß auf den Arbeitspunkt, d. h. auf die Größe der sich einstellenden Phasendifferenz zwischen Frequenz des angekoppelten Wechselstromgenerators und Frequenz des anderen Frequenzgenerators. Durch Verwendung der vorteilhaften Schaltungsanordnung mit einem elektronischen Schalter wird ein besseres Hochlaufverhalten des Motors bewirkt.

Bei elektronisch kommutierten Motoren kann der Wechselstromgenerator entfallen, und die drehzahlproportionale Spannung sowie die drehzahlproportionale Impulsfrequenz werden aus der generatorischen Halbwelle des Motors gewonnen.

Die Erfindung hat die Vorteile, daß sich der optimale Arbeitspunkt des PLL-Regelkreises zur Drehzahlregelung selbst, d. h. unabhängig vom Absolutwert der gleichgerichteten Wechselstromgeneratorspannung, einstellt. Damit ist nur ein Einstellement, das die Frequenz des Frequenzgenerators bestimmt, für die Drehzahleinstellung notwendig. Weiterhin werden durch Temperatur oder Alterung des Magnetkreises bzw. durch Exemplarstreuung bedingte Wechselstromgeneratorspannungsabweichungen ausgeglichen. Der nutzbare Regelbereich wird dadurch nicht eingeengt.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1: Drehzahl-Regelschaltung

Fig. 2: Modifikation der Drehzahl-Regelschaltung

Fig. 1 zeigt eine Drehzahl-Regelschaltung, bestehend aus den Elementen: Motor 14 mit angekoppeltem Wechselstromgenerator 15, einer Zweiweggleichrichterschaltung 16, einem Impulsformer 17, einem Phasendiskriminator 13, zwei steuerbaren Stromquellen 2 und 3, die auf einen Widerstand 11 arbeiten, einem Tiefpaß 1, einem Differenzverstärker 8 mit den zugehörigen Widerständen 4, 6, 7 und 9, einem Spannungs-Stromwandler 12 und einem Wechselstromgenerator 18 mit Einstellwiderstand 19 zur Frequenzeinstellung. Wird der Kondensator 5 durch eine Spannungsquelle ersetzt und von dem Widerstand 10 getrennt, so erhält man einen PLL-Regelkreis mit drehzahlproportionaler Gegenkopplung. Die Solldrehzahl wird mit dem Einstellwiderstand 19, der die Frequenz des Frequenzgenerators 18 bestimmt, eingestellt. Die Größe der Spannung von der Ersatzspannungsquelle ist abhängig von der Größe des Motorstromes im Leerlauf oder bei Grundbelastung. Sie wird so gewählt, daß sich bei dieser Betriebsart eine mininale Phasendifferenz einstellt, um bei Laständerung einen maximalen Regelbereich (Phasenspielraum) zur Verfügung zu haben. Eine gewünschte Änderung der Drehzahl durch Veränderung der Frequenzgeneratorfrequenz mit Hilfe des Einstellwiderstandes 19 erfordert somit auch eine entsprechende Änderung der Spannung am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 8. Die gleiche Veränderung müßte vorgenommen werden, wenn sich die vom Wechselstromgenerator 15 abgegebene Spannung bei konstant gebliebener Drehzahl durch Alterung des Magnetkreises oder durch thermischen Einfluß ändert.

Bildet man erfindungsgemäß den Drehzahl-Istwert aus der Summe von gleichgerichteter Wechselstromgeneratorspannung und phasendifferenzproportionaler Spannung, was mit Hilfe der steuerbaren Stromquellen 2 und 3 und dem an der Zweiweggleichrichterschaltung 16 liegenden Widerstand 11 geschieht, und ersetzt erfindungsgemäß die angenommene Spannungsquelle durch den Kondensator 5, der über den Widerstand 10 auf die vom Wechselstromgenerator 15 abgegebene Spannung aufgeladen wird, so erhält man am Kondensator 5 im eingerasteten Zustand des PLL-Regelkreises eine quasi statische, der Drehzahl proportionale Referenzspannaung, wenn die Zeitkonstante des RC- Gliedes (Widerstand 10, Kondensator 5) viel größer ist als die Reaktionszeit des PLL-Regelkreises.

Da die Wechselstromgeneratorspannung erfindungsgemäß nur mit unterschiedlichen Zeitkonstanten am Differenzeingang des Differenzverstärkers Wechselstromgeneratorspannung 8 anliegt, hat der Absolutwert der Wechselstromgeneratorspannung im eingerasteten Zustand des Regelkreises keinen Einfluß auf den Arbeitspunkt, d. h. auf die Größe der sich einstellenden Phasendifferenz zwischen Referenzfrequenz des Frequenzgenerators 18 und Frequenz des Wechselstromgenerators 15. Somit verursachen temperatur-, alterungs- und exemplarbedingte Generatorspannungsabweichungen keine Arbeitspunktverschiebung. Der optimale Arbeitspunkt stellt sich unabhängig vom Absolutwert der Wechselstromgeneratorspannung automatisch ein. Die gewünschte Drehzahl wird nur noch mit dem Einstellwiderstand 19 eingestellt. Vorteilhaft kann der Widerstand 10 beim Hochlauf des Motors durch einen elektrischen Schalter 21 und eine Diode 20 nach Fig. 2 überbrückt werden. Die Überbrückung wird mit Hilfe eines aus dem Phasendiskriminator 13 gewonnenen Signales im Moment des "Einrastens" aufgehoben. Damit ist ein besseres Hochlaufverhalten für den Motor gegeben. Bei elektronisch kommutierten Motoren kann der Wechselstromgenerator 15 entfallen, und die drehzahlproportionale Spannung sowie die drehzahlproportionale Impulsfrequenz werden aus der generatorischen Halbwelle des Motors 14 gewonnen.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung für eine PLL-Drehzahlregelung, bei der sich die optimale Phasendifferenz zwischen Referenzfrequenz und Wechselstromgeneratorfrequenz unabhängig von der gewählten Drehzahl selbständig einstellt, indem eine gleichgerichtete, motordrehzahlabhängige Wechselstromgeneratorspannung an den Eingang eines Impulsformers angeschlossen ist, dessen Ausgang an den einen Eingang eines Phasendiskriminators angeschlossen ist, wobei der Ausgang eines Frequenzgenerators mit dem anderen Eingang des Phasendiskriminators verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des Phasendiskriminators mit steuerbaren Stromquellen verknüpft sind, wobei die Ausgänge der steuerbaren Stromquellen über einen Tiefpaß an den einen Eingang eines Differenzverstärkers angeschlossen sind und die gleichgerichtete, motordrehzahlabhängige Wechselstromgeneratorspannung über einen Widerstand (11) an den Eingang des Tiefpasses (1), sowie an den Ausgängen der steuerbaren Stromquellen (2, 3) und über einen weiteren Widerstand (10) an einem Kondensator (5) und dem anderen Eingang des Differenzverstärkers (8) angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im nicht eingerasteten Zustand des PLL-Regelkreises der Widerstand (10) durch einen elektronischen Schalter (21), der von dem Phasendiskriminator (13) angesteuert wird, überbrückt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektronisch kommutierten Motoren der Wechselstromgenerator (15) entfallen kann, und die drehzahlproportionale Spanung sowie die drehzahlproportionale Impulsfrequenz aus der generatorischen Halbwelle eines Motors (14) gewonnen werden.