DE3446611A1

DE3446611A1 - Umlaufgeschwindigkeitsdetektor

Info

Publication number: DE3446611A1
Application number: DE19843446611
Authority: DE
Inventors: Joji Kobe Hyogo Kawai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 1983-12-20
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1985-07-11
Also published as: JPS60131465A; KR900010398Y1; US4667297A; DE3446611C2; KR850008012U

Description

Die Erfindung betrifft einen Umlaufgeschwindigkeitsdetektor digitaler Bauart, der die Umlaufgeschwindigkeit mißt oder abtastet, indem er Impulse mit einer Frequenz zählt, die direkt proportional zur Umlaufgeschwindigkeit eines Rotationselemente s ist.

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Umlaufgeschwindigkeitsdetektor dieser Art. In Fig. 1 wird ein Impulszug 1 von einem Impulscodierer oder einem Wellencodierer erzeugt, 10 der an der drehbaren Welle eines Rotationselementes angebracht ist, und er hat eine Frequenz, die proportional zu der Anzahl von Umdrehungen des Rotationselementes ist. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Zähler N, der die Anzahl von Impulsen des Impulszuges zählt. Das Bezugs-

zeichen 3 bezeichnet ein Register, das den gezählten Wert η speichert, d.h. die Anzahl der vom Zähler N gezählten Impulse. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Zähler T, der die Anzahl von eingegebenen Taktsignalen c einer vorgegebenen Frequenz zählt. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein Register, das den Zählwert Tn speichert, d.h. die Anzahl der vom Zähler 4 gezählten Taktsignale. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Zeitimpulsgenerator, der den Zählern N und T Rückstellsignale RS liefert und der außerdem Speichersignale RA den Registern 3 und 5 liefert. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Recheneinheit, beispielsweise einen Mikroprozessor, der die Zählwerte η und Tn in den Registern 3 bzw. 5 liest, um eine Umlaufgeschwindigkeit V des Rotationselementes zu berechnen.

Der Betrieb des Umlaufgeschwindigkeitsdetektors wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, in der das Symbol (a) einen Impulszug 1 bezeichnet, die Symbole P1 , P2, ..., Pn Impulszahlen bezeichnen, und das Symbol (b) die Änderung der Anzahl von Impulsen η als Funktion der Zeit bezeichnet.

Die Zähler N und T beginnen den Zählbetrieb zu einem Zeitpunkt tO, an dem der Impulszug 1 und ein Taktsignal c in Synchronisation miteinander gebracht werden. Die Synchronisation wird durch die Rückstellsignale RS vorgenommen. Wenn der Zählwert des Zählers T den Wert Tc erreicht, erzeugt der Zeitimpulsgenerator 6 ein Rückstellsignal RS und ein Speichersignal RA zu einem Zeitpunkt tn, bei dem die Periode eines Impulses Pn im Impulszug 1 zum Zeitpunkt te endet. Ansprechend auf das Speichersignal RA, speichert das Register 3 den vom Zähler N gezählten Zählwert n, und das Register 5 speichert den eine Meß- oder Abtastperiode bildenden Zählwert Tn,

der vom Zähler T vom Zeitpunkt tO bis zum Zeitpunkt tn gezählt wird. Zur gleichen Zeit beginnen die Zähler N und T den Zählbetrieb wieder, ansprechend auf Rückstellsignale RS. Ausgehend von den Zählwerten η und Tn berechnet die Recheneinheit 7 den Wert der Umlaufgeschwindigkeit V gemäß

V=Kx n/Tn ...(1),

um die Umlaufgeschwindigkeit des Rotationselementes zu ]_ ο messen.

Hierbei ist Tc ein Faktor, der Fehler bei der Messung hervorruft. Wenn eine maximale Abweichung mit a bezeichnet wird, muß daher Tc so eingestellt werden, daß eine Beziehung a > 1/Tc erfüllt ist.

Mit dem oben beschriebenen herkömmlichen Umlaufgeschwindigkeitsabtastverfahren ist es somit nicht möglich, die Abtastperiode Tn kleiner als Tc zu machen. Die Umlaufgeschwindigkeit des Rotationselementes kann nämlich nur gemessen oder abgetastet werden, nachdem η Impulse des Impulszuges gezählt worden sind. Bei der Steuerung der Umlaufgeschwindigkeit beispielsweise eines Motors ist somit die Geschwindigkeit für das Ansprechen der Steuerung durch Tc begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Umlaufgeschwindigkeitsdetektor anzugeben, der ein rascheres Ansprechverhalten besitzt, so daß mit kleineren Abgo tastperioden gearbeitet werden kann.

Gemäß der Erfindung wird ein Umlaufgeschwindigkeitsdetektor angegeben, bei dem bei der Ankunft jedes Impulses in dem Impulszug eine Periode von Impulsen gezählt wird, wobei die Summe einer vorgegebenen Anzahl η von Perioden, die gezählt und gerade erst

gespeichert worden sind, berechnet wird, um eine Umlaufgeschwindigkeit zu berechnen, die proportional ist zu einem Verhältnis der Summe zu den gezählten Perioden von Impulsen, so daß die Umlaufgeschwindigkeit bei der Ankunft jedes Impulses festgestellt werden kann, was die Abtastperiode erheblich reduziert.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Umlaufgeschwindigkeitsdetektors;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Betriebes des herkömmlichen Umlaufgeschwindigkeit sdetek tors ;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Betriebes der Ausführungsform gemäß der

Erfindung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 ein Schaltbild zur näheren Erläuterung des Umlaufgeschwindigkeitsdetektors; und in

Fig. 7 und 8 Flußdiagramme zur Erläuterung des Betriebes der Recheneinheiten.

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In den verschiedenen Figuren der Zeichnung werden durchgehend gleiche Bezugszeichen oder Symbole für gleiche oder entsprechende Teile verwendet. Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnähme auf Fig. 3 näher erläutert.

In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeicnen 11 einen Zähler P_, um die Anzahl der dort eingegebenen Taktimpulse c zu zählen. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Register, das den Zählwert, d.h. den gezählten Wert von Perioden speichert, die von dem Zähler beim Empfang jedes Impulses im Impulszug 1 gezählt werden. Das Bezugszeichen bezeichnet eine Rückstelleinrichtung, die bei Ankunft jedes Impulses im Impulszug 1 dem Zähler P_ ein Rück-

.15 Stellsignal RS liefert. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Recheneinheit, die den Impulszug 1 empfängt und die die gezählten Werte von Perioden vom Register 12 bei Ankunft jedes Impulses liest, um die Umlaufgeschwindigkeit V zu berechnen.

Der Betrieb der Ausführungsform gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 näher erläutert. Der Zähler P zählt die Anzahl von Taktimpulsen £ und wird beim Empfang jedes Impulses im Impulszug 1 zurückgestellt. Somit wird im Register ein zuletzt gezählter Wert gerade vor dem Empfang des Rückstellsignals RS gespeichert. Das bedeutet, wenn die Periode eines Impulses Pm im Impulszug 1 beendet ist und ein nächster Impuls Pm+1 am Eingang einer Rückstelleinrichtung 13 ankommt, wird der Zählwert Tm von Taktimpulsen c_, die von dem Zähler P_ bis zu diesem Moment gezählt sind, im Register 12 gespeichert. Der Zählwert Tm ist proportional zu der Periode des Impulses Pm. Die Recheneinheit 14 liest den gezählten Wert Tm von Perioden aus dem Register 12 und speichert die gezählten Werte Tm beim Empfang von jedem der

jeweiligen Impulse im Impulszug 1. Die Recheneinheit berechnet die Summe 5^nT der letzten η gezählten Werte, einschließlich des gezählten Wertes Tm gemäß der Beziehung

H nT = Tm-1 + Tm-2 + ... Tm-n ...(2)

und berechnet die Umlaufgeschwindigkeit

V=Kx η/ΣηΤ . . . (3) .

Der Wert η wird so gewählt, daß die Summe Σ nT einen Minimalwert annimmt, aber Tc überschreitet. Der Wert η kann folgendermaßen gewählt werden:

(a) Mit einem Verfahren, bei dem die Anzahl der gezählten Werte von Perioden zunimmt, bis die Summe 21 nT den Wert Tc überschreitet; oder

(b) mit einem Verfahren, bei dem der ganz zuletzt gezählte Wert von Perioden (von dem Augenblick tm-1) zu einer Summe 2IkT der vergangenen k gezählten Werte von Perioden bis zu tm-2 addiert wird, wobei 1. gezählte Werte von Taktsignalen von dem addierten Wert subtrahiert werden, ausgehend von den ältesten und bis zu einem solchen Grade, daß die Summe nicht kleiner als Tc wird. Dann wird aus dem so erhaltenen Wert ΣΓηΤ der Wert N = k + 1 - 1 erhalten.

Gemäß dem Wählverfahren (a) nimmt die Anzahl von gezählten Werten von Perioden, die zu addieren sind, mit der Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit V zu, und die Zeit zur Durchführung der Berechnung wird verlängert.

Gemäß dem Wählverfahren (b) ist andererseits die Anzahl des gezählten Wertes von Perioden, die neu zu addieren ist, Eins, und die Anzahl des gezählten Wertes, der zu subtrahieren ist, ist Eins im gleichförmigen Laufzustand, und ist Eins oder Null im Beschleunigungszustand, und

ist η oder weniger im Bremszustand· Somit kann die Zeit zur Durchführung der Operation verkürzt werden.

Die Speicherkapazität der Recheneinheit 14, d.h. eine maximale Zahl nmax von zu speichernden gezählten Werten von Perioden ergibt sich aus einer Relation nmax = Tc/Tmin, wobei Tmin die Anzahl von gezählten Werten zur Zeit der maximalen Laufgeschwindigkeit angibt.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Impulszug 1 nicht synchron mit den Taktsignalen £. Somit ergibt sich eine Abweichung bzw. ein Fehler beim integrierten Zählwert bis zu einem Maximum von +n Taktsignalen. Um das Auftreten eines Fehlers zu verhindern, sollte eine Synchronisationseinheit 15 vorgesehen sein, wie es Fig. zeigt, um den ankommenden Impulszug 1 in Synchronisation mit den Taktsignalen c_ zu bringen, so daß der Zähler P mit dem synchronisierten Impulszug 16 zurückgestellt wird und daii die Daten aus dem Register 12 synchron damit von der Recheneinheit 14 ausgelesen werden.

Außerdem wird bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Umlaufgeschwindigkeit V nach der Ankunft von jedem Impuls im Impulszug 1 berechnet. Wenn die Umlaufgeschwindigkeit zunimmt, wird jedoch die Periode des Impulszuges 1 so kurz, daß es schwierig wird, die Berechnung nach der Ankunft von jedem Impuls durchzuführen. In einem solchen Falle sollte die Berechnung nach jeder vorgegebenen Anzahl von Impulsen durchgeführt werden.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines 16-Bit-Umlaufgeschwindigkeitsdetektors. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 besteht der Zähler 11 aus einem binären 16-Bit-Zähler, der aus zwei 8-Bit-Binärzählern 111 und 112 als integrierten Schaltungen aufgebaut ist. Dieser Zähler 11 zählt die Anzahl von Taktimpulsen während jeder Periode

von dem Zeitpunkt, wo ein Rückstellimpuls 17 abgegeben wird, bis zu dem Zeitpunkt, wo einfachster Rückstellimpuls abgegeben wird. Wenn der gezählte Wert überläuft, liefert der Zähler 11 ein Übertragsignal 19 an die Recheneinheit 14.

Ein Register 12 besteht aus zwei oktalen flankengesteuerten D-Flip-Flops 121 und 122 mit 3-Zustands-Ausgängen, beispielsweise aus einer integrierten

IQ Schaltung vom Typ SN 74LS374 von der Firma Texas Instruments Inc. Das Register 12 hält die Ausgangsdaten des Zählers 11 synchron mit der Anstiegsflanke eines Impulses 16. Das Register 12 führt eine Ausgabe der gehaltenen Daten über einen Datenbus zur Rechen-

l§ einheit 14 entsprechend einem Auslese-Steuerbefehl von der Recheneinheit 14 durch.

Eine Synchronisationseinheit 15 besteht aus zwei D-Flip-Flops 151 und 152. Das Flip-Flop 151 einer

on Eingangsstufe wird durch das Timing des Abfalles des Taktsignales sowie durch den Anstieg des Taktsignales getriggert. Infolgedessen wird ein Impulszug 1 in ein Signal 16 umgewandelt, das durch den Anstieg des Taktsignales synchronisiert ist. Der Zweck der Verwendung von zwei Flip-Flops mit unterschiedlichen Triggerpunkten besteht darin, ein anormales Signal auszuschließen, das dann erzeugt werden könnte, wenn der Impulszug 1 und das Taktsignal zufällig zeitlich zusammenfallen.

Eine Rückstelleinrichtung 13 besteht aus einer Verzögerungsschaltung und einem Kurzimpulsgenerator. Die Rückstelleinrichtung 13 liefert einen kurzen Impuls zum Rückstellen des Zählers 11 unmittelbar

gc nachdem die ausgegebenen Daten des Zählers 11 im Register 12 gehalten werden, und zwar durch das

Synchronisationssignal 16.

Die Recheneinheit 14 ist ein Mikrocomputersystem, das einen Mikrocomputer, einen ROM, einen RAM, eine Unterbrechersteuerschaltung und eine Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung enthält. Hierbei werden ein Datenbus, zwei Unterbrechereingänge #1 und #2 und ein Steuerausgang verwendet. Die Recheneinheit 14 führt die Berechnung entsprechend einem Programm durch, das in dem ROM gespeichert ist. Mit anderen Worten, wenn ein Synchroni sat ions impuls 16 an den Unterbrechereingang #1 der Recheneinheit 14 angelegt wird, wird ein Gate-Steuerausgangssignal 18 an das Register 12 abgegeben. Das Register 12 erzeugt 16-Bit-Daten T, die darin für einen Datenbus in Abhängigkeit von dem Signal 18 gehalten werden. Die Recheneinheit 14 liest die Daten T aus und führt die Berechnung gemäß den oben angegebenen Gleichungen (2) und (3) durch, und zwar mit einem der Verfahren, die oben mit (a) bzw. (b) angegeben sind. Der Unterbrechereingang #2 informiert die Recheneinheit 14 von der Tatsache, daß der gezählte Wert des Zählers 11 übergelaufen ist. Wenn die Umlaufgeschwindigkeit extrem niedrig ist, werden die Perioden des Impulszuges 1 und des synchronisierten Impulses 16 sehr lang. Der gezählte Wert des Zählers 11 fließt zu diesem Zeitpunkt über. Die Recheneinheit 14 erkennt den Überlauf über den Unterbrechereingang §2 und erkennt die Geschwindigkeit als Null. Der Betrieb der Recheneinheit 14 gemäß den Verfahren (a) und (b) i-^st in den Flußdiagrammen in Fig. 7 und 8 im einzelnen dargestellt.

Gemäß der Erfindung wird somit die Umlaufgeschwindigkeit in Abhängigkeit von jedem Impuls in dem Impulszug abgetastet, der eine Frequenz proportional zur Umlaufgeschwindigkeit hat. Somit werden die Abtastperioden

-VfS- Λ\

im Vergleich zum Stande der Technik drastisch reduziert, das Ansprechverhalten der Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit von Motoren oder dergl. erheblich verbessert und außerdem die Möglichkeit geschaffen, die Umlaufgeschwindigkeit beispielsweise bei Motoren präzise zu steuern.

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- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

einen Impulscodierer, der Impulse mit einer Frequenz proportional zu der Umlaufgeschwindigkeit eines Rotationselementes erzeugt;

einen Impulsperiodenzähler (11), der die Perioden von Impulsen mit der Frequenz zählt, die auf den Taktsignalen beruht; einen Speicher (12) zur Speicherung der gezählten Werte von Perioden, die von dem Impulsperiodenzähler (11) gezählt werden; und

eine Recheneinheit (14) , welche die Impulse mit der Frequenz erhält, die Summe von η zuletzt gezählten Werten berechnet, die bereits nach der Ankunft von jedem der Tmpul se o<1er

nach der Ankunft einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen gezählt worden sind, und die die Umlaufgeschwindigkeit (V) berechnet, die sich proportional zu einem Verhältnis der Anzahl (n) der gezählten Werte von Perioden zu der Summe von gezählten Werten der Perioden ändert.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dab eine Synchronisationseinheit (15) vorgesehen ist, welche die Impulse, die die Frequenz haben, mit den Taktsignalen synchronisiert.