DE4215827A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Motorregelung mittels Pulsmodulation - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Sachanspruchs.

Es ist bekannt, mehrsträngige Motoren derart anzusteuern, daß jeder Strang in vorgegebenen Zeiträumen, die abhängig sind von der Position des Motors, angesteuert, beispielsweise bestromt wird. Eine Motor-Ansteuerstufe, die die Motor-Ansteu­ ersignale für den Motor erzeugt, wird von einer Regelstufe angesteuert, die von einem Sensor, der beispielsweise als optischer oder magnetischer Sensor ausgebildet ist, Signale erhält, die ein Maß sind für die Drehposition und/oder Drehge­ schwindigkeit des Motors.

In einer Patentanmeldung derselben Anmelderin (Zeichen des Anmelders D92/092), die heute ebenfalls beim Deutschen Patent­ amt eingereicht wird, wird zur Reduzierung von Verlustlei­ stung vorgeschlagen, die Ansteuerung eines Motors, beispiels­ weise eines dreisträngigen Elektromotors, der einem Videore­ korder zugeordnet ist, mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM) durchzuführen. Taktfrequenzen, auch Chopperfrequenzen genannt, für Motoransteuersignale liegen gemäß der genannten Anmeldung im Bereich oberhalb der hörbaren Frequenzen, d. h. beispielsweise bei ca. 20-40 kHz.

Die Ansteuerung der genannten Anmeldung führt zu einer Viel­ zahl von Störimpulsen, deren Abschwächung auf ein für einen Videorekorder tolerierbares Maß unter Umständen einen recht hohen Aufwand erfordert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motoran­ steuerung und -regelung der genannten Art derart weiterzuent­ wickeln, daß Störimpulse bei der Motoransteuerung auf eine einfache und preisgünstige Art verringert werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch und eine Vorrichtung gemäß dem ersten Sachanspruch.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Chopperfrequenz, d. h. diejenige Frequenz die sich ergibt aufgrund der Zeit eines pulsmodulier­ ten Signales, wie eines pulsweitenmodulierten, pulslängenmodu­ lierten Signales oder dergleichen, mit der Motortaktfrequenz synchronisiert. Weiterhin wird der Wert der Chopperfrequenz derart vermindert, daß er in der Größenordnung der Motortakt­ frequenz liegt.

Der Erfindung liegt zum einen die Erkenntnis zugrunde, daß bei einem Umschalten eines Signales von einem ersten Span­ nungswert zu einem zweiten Spannungswert ein Störimpuls mit verschiedenen Frequenzanteilen verursacht wird. Je häufiger dieses Umschalten pro Zeit erfolgt, desto höher ist auch die Anzahl von Störimpulsen pro Zeit.

Eine Ansteuerung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß bei einer geringeren Chopperfrequenz, d. h. einer längeren PWM- Zeit, ein stetiger Verlauf zwischen den beiden Spannungswer­ ten innerhalb eines längeren Zeitraumes realisiert werden kann. Dadurch können weiterhin Störimpulse abgeschwächt werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden als pulsmodulierte Ansteuersignale für die Stränge eines Motors PWM-Signale verwendet, deren Zeit halb so lang ist wie der Zeitraum, in dem der entsprechende Motorstrang in eine be­ stimmte Richtung bestromt wird. Es hat sich dabei als beson­ ders vorteilhaft erwiesen, die PWM-Zeiten gleich der Länge der Ansteuertakte für einen mehrsträngigen Motor zu wählen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden in den folgenden Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung;

Fig. 2 Diagramme von Steuersignalen des Ausführungsbei­ spiels nach Fig. 1;

Bevor auf die Beschreibung der Ausführungsbeispiele näher eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß die in den Figuren einzeln dargestellten Blöcke lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dienen. Üblicherweise sind einzelne oder mehrere dieser Blöcke zu Einheiten zusammengefaßt. Diese können in integrierter oder Hybridtechnik bzw. als programmge­ steuerter Mikrorechner oder als Teil seines eines zu seiner Steuerung geeigneten Programmes realisiert sein.

Die in den einzelnen Stufen enthaltenen Elemente können je­ doch auch getrennt ausgeführt werden.

Fig. 1 zeigt einen mehrsträngigen Motor 10 dessen Stränge, von einer Motor-Ansteuerstufe 11 durch Ansteuersignale A1, A2, A3 betromt werden. Die Drehposition p und die Drehzahl n des Motors 10 werden durch einen Sensor 12 erfaßt, und das Sensorsignal S an eine Regelstufe 13 weitergeleitet. Bei Ausgestaltungen ist auch die Verwendung mehrerer Sensoren denkbar.

Der Sensor 12 kann als optischer, elektrischer, induktiver, kapazitiver, Wärme- und/oder magnetischer (magnetoresist­ iver/Hall) Sensor, beispielsweise als sogenannter MRH gestal­ tet sein. In diesem Ausführungsbeispiel wird von einem opti­ schen Sensor ausgegangen der in Abhängigkeit von der Positi­ on p des Motors 10 nach jeweils 15 Grad ein kurzes Signal abgibt, wie in Fig. 2a dargestellt. Sensoren mit einer ande­ ren Winkel-Auflösung sind ebenfalls denkbar.

Die Regelstufe 13 erzeugt aufgrund des Sensorsignales S (sie­ he Fig. 2a) ein Drehzahlsignal, dessen Wert ein Maß ist für die Drehzahl des Motors 10 und vergleicht dieses Drehzahlsi­ gnal mit einem Sollwert. In Abhängigkeit von dem Soll/Ist-Ver­ gleich wird ein Regelsignal R an die Motor-Ansteuerstufe 11 geleitet, die daraufhin die Amplitude der Ansteuersignale A bestimmt und den Motor 10 entsprechend bestromt. Das Regelsi­ gnal R kann in bekannter Weise ausgebildet sein, wie bei­ spielsweise als PWM-Signal, als Gleichspannungssignal oder dergleichen.

Die Fig. 2b und 2c zeigen beispielhaft das Ansteuersignal A1 in Abhängigkeit von der Position p des Motors 10. Man erkennt, daß das Motoransteuersignal A1, wie auch die in Fig. 2 nicht dargestellten Ansteuersignale A2, A3, zyklisch folgen­ de Zustände aufweist:

• - Während einer positiven Bestromungsphase mit einer Länge von 2 Zeittakten (t1, t2) wird der zu A1 gehörige Strang durch eine Pulsmodulation, wie beispielsweise PWM, positiv bestromt,
• - 1 Zeittakt (t3) lang ist das Signal A1 hochohmig geschal­ tet,
• - während einer negativen Bestromungsphase mit einer Länge von 2 Zeittakten (t4, t5) wird der zu A1 gehörige Strang durch eine Pulsmodulation, wie beispielsweise PWM, negativ bestromt,
• - 1 Zeittakt (t6) lang ist das Signal A1 wieder hochohmig geschaltet.

Die Drehzahlregelung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Pulsweitenmodulation derart, daß während der Pha­ sen (t1, t2, t7, t8 . . . ) in denen der zu dem Ansteuersignal A1 gehörige Strang positiv bestromt wird, kein kontinuierli­ ches Signal vorliegt, sondern daß ein getaktetes Signal vor­ liegt, wie es Fig. 2c symbolisch darstellt.

Denkbar ist jedoch auch, daß ein getaktetes Signal vorliegt, während der entsprechende Strang negativ bestromt wird. Auch bei beiden Bestromungsrichtungen (positiv, negativ) können getaktete Signale verwendet werden.

Fig. 2c zeigt zeitlich gedehnt einen kompletten Arbeitszyklus des Ansteuersignals A1 bestehend aus den Zeittakten t1, . . . ,t6. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Länge eines Teittaktes t gleich mit der Länge der Zeit T eines PWM-Signal­ es. Das heißt, hier ist die Chopperfrequenz gleich der Motor­ taktfrequenz.

Während einer solchen Zeit T nimmt das Ansteuersignal A1 zu­ nächst einen "high"-Zustand th1 bzw. th2 ein und anschließend einen "low"-Zustand tl1 bzw. tl2. Das Tastverhältnis th/tl bestimmt jeweils den Wert des effektiven Stromes, mit dem der Motor 10 durch das Ansteuersignal A1 bestromt wird.

Wesentlich bei diesem Ausführungsbeispiel ist, daß die Zeit T halb so lang ist, wie die Phase (t1, t2), in der ein Motor- Strang pro Arbeitszyklus positiv bestromt werden kann.

Werden stattdessen getaktete Signale verwendet während der negativen Bestromung, so ist deren Zeit halb so lang, wie die Phase (t4, t5), in der der entsprechende Motorstrang pro Arbeitszyklus negativ bestromt werden kann.

Sind die Zeiträume für positive und negative Bestromung gleich lang, wie in diesem Ausführungsbeispiel, so beträgt in diesem Ausführungsbeispiel die Zeit T also nur ein Viertel der gesamten Bestromungsphase (t1, t2, t4, t5) pro Arbeitszy­ klus.

Bei Variationen dieses Ausführungsbeispiels ist es jedoch auch möglich, daß die Zeit länger, beispielsweise gleichlang wie die positive (t1, t2) oder negative Bestromungsphase (t4, t5), oder kürzer ist als die Hälfte der Bestromungsphasen. Zu beachten ist, daß einerseits Stärke von Störimpulsen in vorge­ gebenen Grenzen bleibt und daß andererseits der Betrieb (An­ laufphase bzw. Betriebsphase) des Motors 10 mit einer ge­ wünschten Laufruhe gewährleistet ist.

Verwiesen sei insbesondere auch auf die eingangs erwähnte Patentanmeldung mit D92/092 als Zeichen des Anmelders, die von derselben Anmelderin heute bei dem Deutschen Patentamt eingereicht wird. Die dort genannten Merkmale können auch Verwendung finden bei Ausgestaltungen der vorliegenden Erfin­ dung.

Somit können Versionen der genannten Ausführungsbeispiele insbesondere zumindest einzelne der folgenden Variationen aufweisen:

• - eine Versorgungsspannung für die Stufe 11 kann stabili­ siert oder unstabilisiert sein;
• - die Stufe 11 kann derart ausgebildet sein, daß mehr als ein Motor angesteuert werden kann;
• - anstelle der PWM-Modulation können auch andere Pulsmodu­ lationsarten verwendet werden, wie beispielsweise eine Pulslängenmodulation;
• - bei der Pulsmodulation kann auch ein getaktetes Umschal­ ten zwischen der positiven Bestromung ("+1" in Fig. 2b) und dem hochohmigen Zustand ("0", Fig. 2b) bzw. der negativen Bestromung ("-1", Fig. 2b) und "0" erfolgen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl und/oder Position von einem oder mehreren Elektromotoren, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Ansteuersignale (A), mit denen der Motor angesteuert wird, mit einer Frequenz pulsmoduliert wer­ den, die mit einer Motortaktfrequenz synchronisiert ist, und deren Wert in derselben Größenordnung liegt, wie der Wert der Motortaktfrequenz.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung mittels Pulsweitenmodulation (PWM) er­ folgt und daß die PWM-Zeit (T) eines Ansteuertaktes (A) für einen Motor-Strang halb so lang ist wie der Zeitraum in der der entsprechende Motor-Strang pro Arbeitszyklus in eine vorgegebene Richtung (positiv bzw. negativ) bestromt wird.

3. Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl und/oder Position von einem oder mehreren Elektromotoren (10), dadurch gekennzeichnet, daß Ansteuermittel (11) vorgesehen sind, die zumindest für einzelne der Motor-Stränge ein Ansteu­ ersignal (A) erzeugen, die mit einer Frequenz pulsmodu­ liert werden, die mit einer Motortaktfrequenz synchroni­ siert ist, und deren Wert in derselben Größenordnung liegt, wie der Wert der Motortaktfrequenz.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuermittel (11) pulsweitenmodulierte Ansteuersi­ gnale für einen Motorstrang erzeugen, deren PWM-Zeit (T) halb so lang ist wie der Zeitraum, in der der entspre­ chende Motorstrang pro Arbeitszyklus in eine vorgegebene Richtung bestromt wird.

5. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4 in einem Videorekorder.