DE3517626A1

DE3517626A1 - Schaltungsanordnung zur drehzahlregelung eines elektromotors

Info

Publication number: DE3517626A1
Application number: DE19853517626
Authority: DE
Inventors: Bruno Chaumontet; Michel Cluses Perrin
Original assignee: Carpano and Pons SA
Current assignee: Carpano and Pons SA
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1985-11-28
Also published as: FR2564998A1; FR2564998B1

Description

Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Elektromotors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Elektromotors gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art, wie sie beispielsweise aus der FR-PS 2 517 139 bekannt sind, hat der verwendete Mikrorechner (Nr. 3870 von MOSTEK) einen Zeitzähler oder einen Zähler für äussere Ereignisse und eine Unterbrecheranordnung, welche zur Messung der Geschwindigkeit und der Verzögerung verwendet werden. Ein derartiger Mikrorechner ist sehr schnell (2 ms) und hat einen verhältnismässig grossen Strombedarf (60 mA), was eine entsprechend aufwendige Speiseschaltung mit verhältnismässig grossem Gewicht und Raumbedarf erfordert. Die ganze Anordnung hat den Nachteil, dass sie ziemlich komplex und daher kostspielig ist, wobei diese Kosten bei vielen Anwendungen und für bestimmte Märkte, wie insbesondere den Markt für Haushaltelektrogeräte, kaum akzeptabel sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfacher und preiswerter als bisher aufgebaute Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die insbesondere einen nur geringen Strombedarf hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmässige Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung

nach der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Die wesentlichen Vorteile der Schaltungsanordnung nach der Erfindung bestehen darin, dass sie bei vereinfachtem Aufbau, welcher lediglich preiswerte, wenig leistungsstarke Komponenten erfordert, auch bei starken Aenderungen der Motorbelastung eine genaue Drehzahlregelung des Motors gewährleistet. So braucht der verwendete Mikrorechner nicht sehr schnell zu sein (4 bis 16 ms) und keinen Zeitzähler und keine Unterbrecheranordnung aufzuweisen, so dass er einen nur geringen Strombedarf (ungefähr 3 bis 7 mA) hat, was es erlaubt, eine einfache Speiseschaltung mit nur geringem Platzbedarf zu verwenden. Das ist von grossem wirtschaftlichem Interesse, da nämlich nunmehr einerseits Mikrorechner, welche ungefähr 50"/ weniger als die in den erwähnten, bisher bekannten Schaltungsanordnungen benutzten Mikrorechner kosten, und andererseits eine um ungefähr 8OZ preiswertere Speiseschaltung verwendet werden können.

Ebenso kann als Drehzahlgeber vorteilhafterweise ein Wechselspannungs-Tachogenerator mit einer verringerten Polzahl, beispielsweise mit acht Polen, eines Typs verwendet werden, wie er üblicherweise in Haushalts-Elektrogeräten eingesetzt wird und der ebenfalls ziemlich preiswert ist. Alle diese wirtschaftlichen Vorteile fallen dann ganz besonders ins Gewicht, wenn eine solche Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung in Geräten eingesetzt wird, die, wie insbesondere Haushaltselektrogeräte, in grossen Stückzahlen von jährlich beispielsweise Ciber eine Million Geräten gefertigt werden sollen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 das Schaltschema einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Figur 2 ein Ablaufdiagramm für die im Programmspeicher des Mikrorechners enthaltenen Befehlsgruppen für den Fall einer langsamen Motorgeschwindigkeit,

Figur 3 das Ablaufdiagramm für die im Programmspeicher des Mikrorechners enthaltenen Befehlsgruppen für den Fall einer hohen Motorgeschwindigkeit und

Figur 4 das Ablaufdiagramm für Befehlsgruppen zur Berechnung der Einschaltverzögerungszeit.

Nach Figur 1 weist die Anordnung ein Mikrorechnersystem 1 auf, dessen Eingang Si an den Ausgang S2 eines Interface 2 angeschlossen ist. Die Eingänge T1* und T2* des Interface 2 sind mit einem Drehzahlgeber CT verbunden, der beispielsweise aus einem Wechselstrom-Tachogenerator mit acht Polpaaren besteht. Die Eingänge LO, L1, L2 des Mikrorechnersystems 1 sind an ein Auswahl-Interface 3 angeschlossen, dessen Eingänge EO, E1 , E2 mit einer Wahlvorrichtung SEL verbunden sind, beispielsweise, wie beim betrachteten Ausführungsbeispiel, mit einem von der Anordnung getrennten elektromechanischen Programmsteuergerät. Der Eingang GO des Mikrorechnersystems 1 ist an ein Interface 4 angeschlossen, dessen Eingang E3 mit einer Klemme L verbunden ist, welche an eine Phase des Wechselstromnetzes angeschlossen ist. Der Ausgang DO des Mikro-

rechnersystem 1 ist an den Eingang E4 eines Interface 6 angeschlossen, dessen Ausgang S3 mit einem Universalmotor M verbunden ist und über welches die elektrische Leistung auf den Motor M übertragen wird. Die allgemeine Speisung erfolgt über die Speiseschaltung 5, welche eine Gleichspannung zwischen den Klemmen GND und +5 liefert.

Die Speiseschaltung 5 ist wie folgt aufgebaut: Die Klemme L des Wechselspannungsnetzes ist an die eine Klemme des aus einem Widerstand R22 und einem Kondensator C1 bestehenden RC-Glieds angeschlossen, dessen andere Klemme einerseits mit der Anode einer Zener-Diode D2 und andererseits mit der Kathode einer Diode D3 verbunden ist. Die Kathode der Zener-Diode D2 und die Klemme eines Kondensators C10 sind mit der Klemme +5 der Speiseschaltung 5 verbunden. Die Anode der Diode D3 und die andere Klemme des Kondensators C10 bilden die Klemme GND der Speiseschaltung 5, die an sich bekannt ist und zwischen den erwähnten Klemmen + 5 und GND eine Gleichspannung zur Speisung der ganzen Schaltungsanordnung liefert. Die Klemmen GND und +5 werden nachstehend Speiseklemmen genannt.

Das Interface 2 ist wie folgt aufgebaut: Seine Eingangsklemme Ti' ist einerseits an eine Klemme eines Widerstandes R23 und andererseits an eine Klemme eines Widerstandes R11 angeschlossen. Die andere Klemme des Widerstandes R13 ist mit der Speiseklemme +5 und die andere Klemme des Widerstandes R11 mit der Speiseklemme GND verbunden. Die Eingangsklemme T2' ist an eine Klemme eines Widerstandes R12 angeschlossen, dessen andere Klemme einerseits mit einer Klemme eines Kondensators C5 und andererseits mit einer Klemme eines

Widerstandes R13 verbunden ist, dessen andere Klemme an der Basis eines Transistors T2 liegt. Die andere Klemme des Kondensators C5 ist an die Speiseklemme GND angeschlossen. Der Emitter des Transistors T2 ist ebenfalls an die Speiseklemme GND angeschlossen, während der Kollektor dieses Transistors T2 einerseits mit einer Klemme eines Widerstandes R14 und andererseits mit dem Ausgang S2 des Interface 2 verbunden ist. Die andere Klemme des Widerstandes R14 ist mit der Speiseklemme +5 verbunden. In dieser Schaltung arbeitet der Transistor T2 im Sättigungszustand oder im Sperrzustand und bewirkt die Umformung des vom Drehzahlgeber CT abgegebenen Signals, um es mit den für den Mikrorechner zulässigen Spannungsniveaus verträglich zu machen. Dieses Signal wird auf die Eingangsklemme Si des Mikrorechnersystems gegeben. Der Kondensator C5 bewirkt eine Filterung zur Unterdrückung von Störungen.

Das Interface 4 zur Signalumformung ist wie folgt aufgebaut: Sein Eingang E3 ist an eine Klemme eines Widerstandes R1 angeschlossen, dessen andere Klemme einerseits mit der Basis eines Transistors T1 und andererseits mit der Kathode einer Diode D1 und der einen Klemme eines Widerstandes R2 verbunden ist. Die andere Klemme des Widerstandes R2, die Anode der Diode D1 und der Emitter des Transistors T1 sind mit der Speiseklemme GND der Speiseschaltung 5 verbunden. Der Kollektor des Transistors T1 ist einerseits an eine Klemme eines Widerstandes R3 und andererseits an den Eingang GO des Mikrorechnersystems 1 angeschlossen. Die andere Klemme des Widerstandes R3 ist mit der Speiseklemme +5 verbunden. In diesem Interface 4 arbeitet der Transistor T1 im Sättigungszustand oder im Sperrzustand und erzeugt rechteckförmige Signale, die

der Speisespannung des Netzes entsprechen. Diese Signale, die Netz-Synchronisierungssignale darstellen, werden auf die Eingangsklemme GO des Mikrorechnersystems übertragen und können beispielsweise ihren Zustand bei jedem Nulldurchgang der Netzspeisespannung ändern. In anderen Fallen wäre es auch möglich, dass sich der Zustand bei anderen, von Null verschiedenen Werten der Netzspeisespannung ändert. Die Diode D1 schützt den Transistor T1 vor negativen, an der Klemme E3 auftretenden Spannungen.

Das Auswahl-Interface 3 weist im betrachteten Beispiel drei gleiche Leitungen auf, welche seine Eingänge EO, E1 bzw. E2 mit den Eingangsklemmen LO, L1 bzw. L2 des Mikrorechnersystems verbinden. Auf der Leitung EO-LO ist der Eingang EO einerseits an eine Klemme eines Widerstandes R7 und andererseits an eine Klemme eines Widerstandes R4 angeschlossen, die andere Klemme des Widerstandes R7 ist mit der Speiseklemme GND verbunden. Die andere Klemme des Widerstandes RA ist einerseits an die Eingangsklemme LO des Mikrorechnersystems und andererseits an eine Klemme eines Kondensators C2 angeschlossen, dessen andere Klemme mit der Speiseklemme GND verbunden ist. Die beiden anderen Leitungen haben dieselbe Struktur. Jede Schaltung R4-C2, R5-C3 und R6-C4 bewirken eine Filterung zur Unterdrückung der Störungen. Jeder Widerstand R4, R5 und R6 schützt den Mikrorechner gegen Ueberspannungen. Die Widerstände R7, R8 und R9 garantieren einen Stromdurchgang mit einer derartigen minimalen Stärke, dass eine Oxidation der Kontakte der Wahlvorrichtung SEL verhindert wird.

Das Interface 6 ist wie folgt aufgebaut: Sein Eingang

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E4 ist einerseits an eine Klemme eines Widerstandes R18 und andererseits an eine Klemme eines Widerstandes R24 angeschlossen. Die andere Klemme des Widerstandes R24 ist mit der Speiseklemme +5 und die andere Klemme des Widerstandes R18 mit der Basis eines Transistors T3 verbunden, dessen Emitter an die Speiseklemme GNO angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors T3 ist an eine Klemme eines Widerstandes R19 angeschlossen, dessen andere Klemme einerseits mit einer Klemme eines Widerstandes R20 und andererseits mit der Gate-Elektrode eines Triac T verbunden ist. Die andere Klemme des Widerstandes R20 ist einerseits mit der Speiseklemme +5 und andererseits mit einer Klemme N des Wechselspannungsnetzes verbunden. Die eine Anode A1 des Triac T ist an diese Netzklemme N angeschlossen, während seine andere Anode A2 mit der Klemme S3 des Interface 6 verbunden ist. Der Kondensator C11 und der Widerstand R21, die in Reihe geschaltet sind und parallel zum Triac T liegen, stellen eine Schutzschaltung für dieses Triac T dar.

Das Mikrorechnersystem 1 hat einen Mikrorechner Z (beispielsweise COP 411 C der Firma NATIONAL SEMICONDUCTOR). Der Eingang CKi dieses Mikrorechners Z ist einerseits an eine Klemme eines Widerstandes R15 und andererseits an eine Klemme eines Schwingers QZ und an eine Klemme eines Kondensators C6 angeschlossen. Die andere Klemme des Kondensators C6 und eine Klemme eines Kondensators C7 sind mit der Speiseklemme GND verbunden. Die andere Klemme des Kondensators C7 und die andere Klemme des Schwingers QZ sind an eine Klemme eines Widerstandes R16 angeschlossen, dessen andere Klemme einerseits mit der anderen Klemme des Widerstandes R15 und andererseits mit dem Ausgang CKo des Mikro-

rechners Z verbunden ist. Die Elemente R15, R16, C6, C7 und QZ stellen in an sich bekannter Weise einen Oszillator dar, der eine Zeitbasis für den Mikrorechner liefert.

Die Klemme Vcc des Mikrorechners Z ist einerseits an die Speiseklemme +5 und an eine Klemme eines Widerstandes R17, andererseits an die Kathode einer Diode D4 und an eine Klemme eines Kondensators C9 angeschlossen. Die Klemme R des Mikrorechners Z ist einerseits mit einer Klemme eines Kondensators C8, andererseits mit der Anode der Diode DA- und der anderen Klemme des Widerstandes R17 verbunden. Die anderen Klemmen der Kondensatoren C8 und C9 des Mikrorechners Z sind an die Speiseklemme GND angeschlossen. Die Elemente R17, C8 und DA bilden in an sich bekannter Weise eine Initialisierungsschaltung.

Der Mikrorechner Z enthält in seiner inneren Struktur einen Programmspeicher MP, einen Datenspeicher MD, einen Akkumulator A, Adressregister BR und BD des Datenspeichers, alle logischen, zur Ausführung des nachstehend beschriebenen Programms erforderlichen Funktionen sowie Eingangs-Ausgangs-Register G, D₁ L und Sio. Das Register Sio speichert den an die Eingangsklemme Si übertragenen Impuls.

Der Mikrorechner Z weist in seinem Datenspeicher MD den Wert der Periode des vom Drehzahlgeber CT abgegebenen Signals, einen ein Verzögerungsglied darstellenden Zähler PSI, nachstehend Verzbgerungszahler genannt, den Wert der Einschaltverzögerungszeit TRF₁ einen die Periode messenden Zähler, die zur Ausführung des Programms erforderlichen temporären Daten usw. auf.

Wie schematisch in Figur 2 gezeigt, weist der Programmspeicher MP eine Befehlsgruppe 11 mit Prüfbefehlen zum Prüfen der Anwesenheit eines vom Drehzahlgeber CT übertragenen Impulses (oder mehrerer Impulse) auf; der letzte Befehl der Befehlsgruppe 11 ist ein bedingter Rufbefehl entweder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 16 zur Speicherung des Periodenwertes oder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 12 zum Prüfen der Netzsynchronisierung, im betrachteten Beispiel des Nulldurchgangs der Netzspannung .

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 16 ist ein unbedingter Rufbefehl an den ersten Befehl der Befehlsgruppe 11 .

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 12 ist ein bedingter Rufbefehl entweder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 21 zur Initialisierung des Verzogerungszählers PSI oder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 13 für den Betrieb dieses Zählers PSI.

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 21 ist ein unbedingter Rufbefehl an den ersten Befehl einer Befehlsgruppe 22 zum Zählen der Zustandsänderungen des Netzsynchronisierungssignals. Der letzte Befehl dieser Befehlsgruppe 22 ist ein unbedingter Rufbefehl an die Adresse des ersten Befehls der Befehlsgruppe 11.

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 13 ist ein unbedingter Rufbefehl an den ersten Befehl der Befehlsgruppe 14 zum Prüfen des Endes der Verzögerung. Der

letzte Befehl der Befehlsgruppe 14 ist ein bedingter Rufbefehl an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 17 zum Prüfen der Steuerung des Motors oder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 15 für den Betrieb des Periodenmesszählers. Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 17 ist ein bedingter Rufbefehl entweder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 18 zum Einschalten des Interface 6 oder direkt an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 19 zum Prüfen der Gültigkeit der Periodenmessung; der letzte Befehl der Befehlsgruppe 18 ist selber ein unbedingter Rufbefehl an den ersten Befehl der Befehlsgruppe 19.

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 19 ist ein bedingter Rufbefehl an die Adresse des ersten Befehls der Befehlsgruppe 11 oder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 20 zum Berechnen der neuen Einschaltverzögerungszeit; der letzte Befehl dieser Befehlsgruppe 20 ist selber ein unbedingter Rufbefehl an den ersten Befehl der Befehlsgruppe 11.

Alle vorstehend beschriebenen Befehlsgruppen stellen Schleifen dar. Die Organisation dieser Befehlsgruppen ist so gewählt, dass diese Schleifen eine praktisch konstante Ausführungszeit haben und dass diese Ausfiihrungszeit minimal ist und grbssenordnungsmässig 25 Zyklen beträgt.

Nur die Befehlsgruppe 20 zum Berechnen der neuen Einschaltverzbgerungszeit liegt ausserhalb der Schleifen mit vorgegebener Dauer. Diese Befehlsgruppe 20 enthält vorzugsweise, wie in Figur 4 dargestellt, eine Befehlsgruppe 40 zur Addition des Wertes eines Pufferspeichers

und der Differenz zwischen der Soll- und der Ist-Drehzahl des Elektromotors. Der letzte Befehl dieser Befehlsgruppe 40 ist ein unbedingter Rufbefehl an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 41 für den Betrieb des Tastzählers. Der letzte Befehl dieser Befehlsgruppe 41 ist ein unbedingter Rufbefehl an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 42 zum Prüfen der Gleichheit des Tastzählers mit einem vorbestimmten Wert.

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 42 ist ein bedingter Rufbefehl entweder an die Adresse des ersten Befehls der Befehlsgruppe 11 oder, wenn die Prüfung positiv ausfällt, an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 43 für die Zuordnung des Werts der vorher berechneten Einschaltverzögerungszeit zum Pufferspeicher. Der letzte Befehl dieser Befehlsgruppe 43 ist ein unbedingter Rufbefehl an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 44 zur Initialisierung des Tastzählers. Der letzte Befehl dieser Befehlsgruppe 44 ist ein unbedingter Rufbefehl an die Adresse des ersten Befehls der Befehlsgruppe 11.

Alle diese Befehlsgruppen 40 bis 43 stellen eine numerische Abtast-Korrekturschaltung mit rekursivem Integral-Proportional-Verhalten dar, deren Algorithmus als arithmetische Operation nur eine Additionsoperation verwendet. Die Regelung des Integralteils erfolgt durch eine Einstellung der diesen Teil betreffenden Tastperiode als ein Vielfaches der Tastperiode des Proportionalteils.

Wenn die Schalter der an die Eingangsklemmen EO, E1 und E2 angeschlossenen Wahlvorrichtung SEL eine Stellung

einnehmen, in der sie den der gewünschten Betriebsart entsprechenden Code übertragen, bei der es sich im betrachteten Beispiel um eine langsame Geschwindigkeit (ungefähr 400 bis 1200 U/min), z.B. die Waschgeschwindigkeit einer Maschmaschine, handelt, dann dreht der Motor mit dieser langsamen Geschwindigkeit. Ueber das Interface 3, welches die Anpassung des Mikrorechners Z an den internen Zustand der den Motor enthaltenden Maschine, im betrachteten Beispiel der Waschmaschine, gewahrleistet, empfängt dieser Mikrorechner Z diesen ausgewählten Code an seinen Eingangsklemmen LO₁ L1 und L2 und berechnet eine Information über die Solldrehzahl.

Der Drehzahlgeber CT erzeugt ein Signal, dessen Frequenz die Istdrehzahl des Motors darstellt. Dieses Signal wird auf die Eingangsklemmen T1¹, T2¹ des Interface 2 übertragen, welches dieses Signal umformt und auf die Eingangsklemme Si des Mikrorechners Z gibt. Dieser Mikrorechner Z berechnet die Istdrehzahl des Motors als Funktion der Periode des an der Eingangsklemme Si empfangenen Signals, und zwar auf die folgende, in Figur 2 veranschaulichte Weise: Zwischen zwei gegebenen Impulsen (beispielsweise zwei aufeinanderfolgenden Impulsen) des Drehzahlgebers CT steuert die Befehlsgruppe 15, nach Ausführung der Befehlsgruppen 12, 13 und ^ι^, den Betrieb des Periodenmesszählers. Wenn die Befehlsgruppe 11 das Vorhandensein eines vom Drehzahlgeber CT übertragenen Impulses feststellt, dann wird der Wert des Periodenmesszählers durch die Befehlsgruppe 16 gespeichert, wodurch die Messung der Periode gültig gemacht wird.

Die Befehlsgruppe 20 vergleicht die Solldrehzahl mit der Istdrehzahl und berechnet als Funktion des Ergeb-

nisses den Oeffnungswinkel des Interface 6. das heisst den Winkel, der durch den Wert der Einschaltverzögerungszeit TRF dargestellt wird.

Das Interface 4 überträgt ständig ein der Netzspeisespannung entsprechendes Rechteck-Signal an die Eingangsklemme GO des Mikrorechners Z.

Wenn die Befehlsgruppe 12 den Nulldurchgang der Netzspannung an der Eingangsklemme GO feststellt, dann initialisiert die Befehlsgruppe 21 den Verzögerungszähler PSI auf den Wert der Einschaltverz&gerungszeit, der vorher von der Befehlsgruppe 20 berechnet wurde; danach zahlt die Befehlsgruppe 22 die Anzahl der Zustandsänderungen des Netzsynchronisierungssignals, um eine Zeitbasis zu bilden, welche von der Befehlsgruppe 20 benutzt werden kann, um, wenn erforderlich, die Solldrehzahl weiter zu berechnen.

Wenn die Befehlsgruppe 12 den Nulldurchgang der Netzspannung nicht feststellt, dann bewirkt die Befehlsgruppe 13 den Betrieb des Verzögerungszählers PSI, was es erlaubt, die Zeit seit jedem Nulldurchgang der Netzspannung zu zählen. Wenn die Befehlsgruppe 14 das Ende der Verzögerung feststellt, das heisst, wenn die vergangene Zeit gleich dem Wert der Einschaltverzögerung ist, und wenn die Befehlsgruppe 17 einen Motorbefehl gültig macht, dann sendet die Befehlsgruppe 18 von der Ausgangsklemme DO einen Einschaltimpuls an den Eingang E4 des Interface 6. Unabhängig davon, welches das Ergebnis der Prüfung durch die Befehlsgruppe 17 ist, berechnet die Befehlsgruppe 20, wenn die Befehlsgruppe 19 eine neue Messperiode gültig macht, die neue Einschaltverzögerungszeit, und so fort.

In unserem Beispiel beträgt für einen Mikrorechner Z, der mit einer Zykluszeit von 4 ms arbeitet, die Ausführungszeit je Schleife also 100 ms. Es sei bemerkt, dass man gemäss der Erfindung auch einen langsameren Mikrorechner mit beispielsweise 16 ms Zykluszeit verwenden kann, wobei dann die Motorgeschwindigkeit - anstatt durch Messung der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Drehzahlgebers - durch Messung der bis zum Eintreffen von vier aufeinanderfolgenden Impulsen ablaufenden Zeit berechnet wird; die Messgenauigkeit der Motorgeschwindigkeit bleibt dabei erhalten.

Die Zeit. welche die Befehlsgruppe 20 zur Berechnung der neuen Einschaltverzögerungszeit benötigt, ist nicht in der vorgegebenen Dauer der Ausführung einer Schleife Inbegriffen und kann grosser als diese sein. Die Befehlsgruppe 20 wird in der Tat zu einem Zeitpunkt ausgeführt, an welchem die die Schleifen darstellenden Befehlsgruppen die Messung der Periode und der Verzögerung beendet haben.

In dem in Figur 4 dargestellten Beispiel erfolgt die Berechnung der neuen Einschaltverzögerungszeit in folgender Weise: Die Befehlsgruppe AO addiert den Wert des Pufferspeichers und die Differenz zwischen der SoIl- und der Istdrehzahl des Motors. Dann steuert die Befehlsgruppe 41 den Betrieb des Abtastzählers, und die Befehlsgruppe 42 prüft die Gleichheit dieses Abtastzählers mit einem vorbestimmten Wert. Wenn diese Prüfung positiv ist, dann ordnet die Befehlsgruppe 43 den zuvor berechneten Wert der Einschaltverzögerungszeit dem Pufferspeicher zu, woraufhin die Befehlsgruppe

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44 den Abtastzähler initialisiert. Das erlaubt eine Integral-Proportional-Korrektur, die zur Ausführung der Drehzahlregelung erforderlich ist.

Der Programmspeicher MP weist ausserdem eine Befehlsfolge auf, die unter anderem die Frequenz des vom Drehzahlgeber CT erzeugten Signals misst. Dieses System ist dazu bestimmt, eine hohe Geschwindigkeit (ungefähr 1200 bis 10000 U/min) zu regeln.

Diese Befehlsfolge umfasst nach Figur 3 eine Befehlsgruppe 25 zur Prüfung der Aenderung des Pegels des Netzsynchronisierungssignals; der letzte Befehl dieser Befehlsgruppe 25 ist ein bedingter Rufbefehl entweder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 30 zum Initialisieren des Verzögerungszählers PSI auf den Wert der gewünschten Einschaltverzögerungszeit oder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 26 für den Betrieb dieses Verzögerungszählers PSI.

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 30 ist ein unbedingter Rufbefehl an den ersten Befehl einer Befehlsgruppe 31 zum Zählen der Zustandänderung des Netzsynchronisierungssignals; der letzte Befehl dieser Befehlsgruppe 31 ist ein unbedingter Rufbefehl an den ersten Befehl einer Befehlsgruppe 32 zum Prüfen des Endes der Frequenzmessung.

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 32 ist ein bedingter Rufbefehl entweder direkt an die Adresse des ersten Befehls der Befehlsgruppe 25 oder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 33 zur Speicherung der Zahl der vom Drehzahlgeber CT abgegebenen Impulse; der letzte Befehl dieser Befehlsgruppe 33 ist selber

ein unbedingter Rufbefehl zum ersten Befehl der Befehlsgruppe 25.

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 26 ist ein unbedingter Rufbefehl an den ersten Befehl der Befehlsgruppe 27 zur Prüfung des Endes der Verzögerung. Der letzte Befehl dieser Befehlsgruppe 27 ist ein bedingter Rufbefehl an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 28 zum Prüfen der Gegenwart eines vom Drehzahlgeber abgegebenen Impulses oder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 34 zum Prüfen der Steuerung des Motors.

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 28 ist ein bedingter Rufbefehl entweder direkt an die Adresse des ersten Befehls der Befehlsgruppe 25 oder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 29 für den Betrieb des Zählers der vom Drehzahlgeber abgegebenen Impulse; der letzte Befehl der Befehlsgruppe 29 ist selber ein unbedingter Rufbefehl an den ersten Befehl der Befehlsgruppe 25.

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 34 ist ein bedingter Rufbefehl entweder direkt an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 36 zum Prüfen der Gültigkeit der Frequenzmessung oder an die Adresse des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 35 zum Einschalten des Interface 6; der letzte Befehl der Befehlsgruppe 35 ist selber ein unbedingter Rufbefehl an den ersten Befehl der Befehlsgruppe 36.

Der letzte Befehl der Befehlsgruppe 36 ist ein bedingter Rufbefehl entweder direkt an die Adresse des ersten Befehls der Befehlsgruppe 25 oder an die Adresse

des ersten Befehls einer Befehlsgruppe 37 zur Berechnung der neuen Einschaltverzögerungszeit; der letzte Befehl der Befehlsgruppe 37 ist selber ein unbedingter Rufbefehl an den ersten Befehl der Befehlsgruppe 25.

Die vorstehend beschriebenen Befehlsgruppen bilden, unter Verwendung einer Messperiode, in der gleichen Weise wie früher erläutert Schleifen mit vorgegebener Rechenzeit bzw. Dauer.

Nur die Befehlsgruppe 37 zur Berechnung der neuen Einschaltverzögerungszeit liegt ausserhalb der Schleifen mit vorgegebener Dauer. In diesem Beispiel ist die Befehlsgruppe 37 ähnlich aufgebaut wie die vorstehend beschriebenen Befehlsgruppe 20 (Figur 4). In diesem Falle ist angenommen, dass die Differenz zwischen der Solldrehzahl und der Istdrehzahl das entgegengesetzte Vorzeichen wie im vorangehenden Falle der Befehlsgruppe 20 hat.

Wenn die Schalter der Wahlvorrichtung SEL eine Stellung einnehmen, in welcher sie den einer hohen Geschwindigkeit entsprechenden Code, beispielsweise der Schleudergeschwindigkeit einer Waschmaschine entsprechenden Code, übertragen, dann arbeitet der Motor mit dieser hohen Geschwindigkeit. In diesem Falle bestimmt der Mikrorechner Z die Istdrehzahl des Motors als Funktion der Frequenz des an seiner Eingangsklemme Si empfangenen Signals, vergleicht sie mit der Solldrehzahl, berechnet als Funktion des Ergebnisses den Oeffnungswinkel des Interface 6, zählt diese von jedem Nulldurchgang der Netzspannung an verlaufene Zeit und erzeugt schliesslich einen das Interface 6 einschaltenden Impuls.

Diese verschiedenen Funktionen werden durch die in Figur 3 angegebenen Befehlsgruppen wie folgt durchgeführt: Bei Abwesenheit einer Aenderung des Pegels des Netzsynchronisierungssignals, welches von der Befehlsgruppe 25 gemessen wird, veranlasst die Befehlsgruppe 26 den Betrieb des Verzögerungszählers PSI; ausserdem prüft, sofern das Ende der Verzögerung bei Ablauf der von der Befehlsgruppe 27 durchgeführten Prüfung nicht erreicht ist, die Befehlsgruppe 28 das Vorhandensein eines vom Drehzahlgeber CT herrührenden Impulses. Wenn ein solcher Impuls festgestellt wird, dann veranlasst die Befehlsgruppe 29 den Betrieb des Zählers dieser Impulse. Unabhängig vom Ergebnis der von der Befehlsgruppe 28 durchgeführten Prüfung führt dann der Mikrorechner Z erneut die Befehlsgruppe 25 aus. In der so durchlaufenen Programmschleife werden die Einschaltverzögerungszeit und die Anzahl der vom Drehzahlgeber erzeugten Impulse gezählt.

Sobald das Ende der Verzögerung bei Ablauf der von der Befehlsgruppe 27 durchgeführten Prüfung erreicht ist, schaltet die Befehlsgruppe 35 das Interface 6 ein, wenn es die Befehlsgruppe 34 zulasst. Unabhängig vom Ergebnis der von dieser Befehlsgruppe 34 durchgeführten Prüfung berechnet die Befehlsgruppe 37 die neue Einschaltverzögerungszeit, wenn die Gültigkeitsprüfung der von der Befehlsgruppe 36 durchgeführten Frequenzmessung positiv ausfällt. Unabhängig vom Ergebnis dieser Prüfung führt der Mikrorechner Z dann erneut die Befehlsgruppe 25 aus.

Sobald die Befehlsgruppe 25 feststellt, dass sich der Pegel des Netzsynchronisierungssignals geändert hat,

initialisiert die Befehlsgruppe 30 den Verzögerungszähler PSI auf den zuvor von der Befehlsgruppe 37 berechneten Wert der Einschaltverzögerungszeit. Die Befehlsgruppe 31 veranlasst den Betrieb des Zählers, welcher die Zustandsänderungen des Netzsynchronisierungssignals zählt, um eine Zeitbasis zu erzeugen, die unter anderem zur Messung der Frequenz dient. Wenn die Befehlsgruppe 32 das Ende der Frequenzmessung feststellt, dann speichert die Befehlsgruppe 33 den Wert des Zählers der vom Drehzahlgeber CT abgegebenen Impulse. Unabhängig vom Ergebnis der von der Befehlsgruppe 32 durchgeführten Prüfung führt dann der Mikrorechner Z erneut die Befehlsgruppe 25 aus.

Die Zeit, welche die Befehlsgruppe 37 zum Berechnen der neuen Einschaltverzögerungszeit benötigt, ist nicht in der vorgegebenen Ausführungsdauer einer Schleife enthalten und kann länger als diese sein. Diese Berechnung erfolgt zu einem Zeitpunkt, an welchem die Ausführung der Schleifen nicht mehr erforderlich ist, weil die Messung der Frequenz und der Verzögerung beendet sind.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Elektromotors durch Phasenregelung, mit einem Mikrorechner (Z)₁ der Mittel zur Bestimmung der Istdrehzahl des Motors (M) als Funktion der von einem Drehzahlgeber (CT) empfangenen Impulse und einen Programmspeicher (MP) aufweist, der eine Befehlsfolge zum Bestimmen einer Information über die Solldrehzahl als Funktion eines von einer Wahlvorrichtung (SED empfangenen Codes entsprechend der gewünschten Betriebsart des Motors, zum Vergleichen der Solldrehzahl mit der Istdrehzahl und zum Berechnen der Einschaltverzögerungszeit eines Interface (6) enthält, welches die auf den Motor übertragene elektrische Leistung steuert, mit Mitteln zum Erzeugen einer der Einschaltverzögerungszeit entsprechenden Verzögerung, wobei diese Einschaltverzogerungszeit zuvor von demjenigen Zeitpunkt an berechnet wird, an welchem der Mikrorechner (Z) ein Netzsynchronisierungssignal empfängt, und mit Mitteln zum Einschalten des die elektrische Leistung auf den Motor übertragenden Interface (6) zu dem Zeitpunkt, an dem die Verzögerung abgelaufen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem erwähnten Programmspeicher (MP) eine Befehlsfolge aus in Schleifen mit vorgegebener Dauer organisierten Befehlen vorgesehen ist und diese Befehle dazu eingerichtet sind, die Istdrehzahl des Motors (M) aus den vom Drehzahlgeber (CT) erzeugten Impulsen zu berechnen und gleichzeitig die der zuvor berechneten Einschaltverzögerungszeit entsprechende Verzögerung zu erzeugen, dass bestimmte Befehle derselben Programmschleifen dazu eingerichtet sind, gleichzeitig mit der Messung der Drehzahl die Verzögerung zu initialisieren,

sobald das Netzsynchronisierungssignal empfangen wird, und dass andere Befehle derselben Schleifen dazu eingerichtet sind, ebenfalls gleichzeitig mit der Drehzahlmessung das die elektrische Leistung auf den Motor übertragende Interface (6) zu demjenigen Zeitpunkt einzuschalten, an welchem die Verzögerung abgelaufen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befehlsfolge (20; 37) zum Berechnen der Einschaltverzögerungszeit ausserhalb der Schleifen mit vorgegebener Dauer liegt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schleifen mit vorgegebener Dauer organisierten Befehle zum Messen der Istdrehzahl des Motors dazu bestimmt sind, wenigstens eine Periode desjenigen Signals zu messen, das von dem in Form eines Wechselstrom-Tachogenerators ausgebildeten Drehzahlgeber (CT) erzeugt wird, indem die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden oder nicht aufeinanderfolgenden Impulsen dieses Drehzahlgebers gezählt wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schleifen mit vorgegebener Dauer organisierten Befehle zum Messen der Istdrehzahl des Motors dazu bestimmt sind, die Frequenz desjenigen Signals zu messen, das von dem in Form eines Wechselstrom-Tachogenerators ausgebildeten Drehzahlgeber (CT) erzeugt wird, indem die Anzahl der von diesem Drehzahlgeber während einer vorgegebenen Dauer erzeugten Impulse gemessen wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

i, dadurch gekennzeichnet, dass die ausserhalb der Programmschleifen mit vorgegebener Dauer liegende Befehlsgruppe (20; 37) zum Berechnen der neuen Einschaltverzögerungszeit dazu eingerichtet ist, zu demjenigen Zeitpunkt ausgeführt zu werden, an welchem die die erwähnten Programmschleifen darstellenden Befehlsgruppen die Messung der Periode bzw. der Frequenz sowie der Verzögerung beendet haben.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ausserhalb der Programmschleifen mit vorgegebener Dauer liegende Befehlsfolge (20; 37) zum Berechnen der Einschaltverzögerungszeit aufeinanderfolgend eine Befehlsgruppe (40) zum Addieren des Werts eines Pufferspeichers und der Differenz zwischen der Sollgeschwindigkeit und der Istgeschwindigkeit des Motors (M), eine Befehlsgruppe (41) für den Betrieb eines Tastzählers, eine Befehlsgruppe (42) zum Prüfen der Gleichheit des Tastzählers mit einem vorbestimmten Wert, eine Befehlsgruppe (43), die nur in Funktion tritt, wenn diese Prüfung positiv ausfällt und welche den Wert der zuvor berechneten Einschaltverzögerungszeit dem Pufferspeicher zuordnet, und eine dieser Befehlsgruppe (43) nachfolgende Befehlsgruppe (44) zum Initialisieren des Tastzählers aufweist, und dass alle diese Befehlsgruppen eine numerische Abtast-Korrekturschaltung mit rekursivem Integral-Proportional-Verhalten bilden, deren Algorithmus als arithmetische Operation nur eine Additionsoperation verwendet, wobei die Regelung des Integralteils durch Einstellung der diesen Teil betreffenden Tastperiode als Vielfaches der Tastperiode des Proportionalteils durchgeführt wird.