DE912238C

DE912238C - Servo motor

Info

Publication number: DE912238C
Application number: DEA6684A
Authority: DE
Inventors: Karl Polasek
Original assignee: AERO MATERIEL AB
Current assignee: AERO MATERIEL AB
Priority date: 1949-11-25
Filing date: 1950-11-23
Publication date: 1954-05-28
Also published as: CH293779A; BE499526A

Description

Servomotor Die Erfindung betrifft einen elektrischen Servomotor mit niedrigerer Zeitkonstante, kürzerer Einschwingungsda:uer und höherer Empfindlichkeit, als bisher erzielt wurde. Der Servomotor besteht aus zwei in allen Teilen gleichen Gleichstrommotoren, die mechanisch und elektrisch rückgekoppelt sind. Die mechanische bzw. elektrische Rückkopplung ist hierbei derart gewählt, daß sie die .durch einen Steuerimpuls verursachten primären Unterschiede in Drehzahl und Drehmoment der beiden Motoren verstärkt und als Ausgangseffekt ausnutzt.Servomotor The invention relates to an electric servomotor with lower time constant, shorter settling time and higher sensitivity, than was previously achieved. The servo motor consists of two identical in all parts DC motors that are mechanically and electrically fed back. The mechanical or electrical feedback is selected here so that it .by a Control pulse caused primary differences in speed and torque between the two Engines reinforced and exploited as an output effect.

Die Anker i und 2 sind gemäß Fig. i mechanisch über ein Differential gekuppelt, das aus Zahnrädern 8, 9, io, 11, 12, 13, 14. und 15 und einer Treibachse 16 besteht. Diese rotiert mit einer Drehzahl proportional der Drehzahldifferenz der Anker i und 2. Gemäß Fig. 2 sind die Anker i und 2 parallel geschaltet und werden von einer Gleichstromquelle 7 mit konstanter Spannung gespeist.The armatures i and 2 are shown in FIG. I mechanically via a differential coupled, which consists of gears 8, 9, io, 11, 12, 13, 14. and 15 and a drive axle 16 consists. This rotates at a speed proportional to the speed difference the armature i and 2. According to FIG. 2, the armature i and 2 are connected in parallel and are fed by a direct current source 7 with constant voltage.

Ferner sind je eine Feldwicklung 5 bzw. 6 in Serie geschaltet und werden von dem über A und B kommenden Steuerstrom so durchflossen, daß die Wicklung 5 das Feld des Ankers i schwächt und die Wicklung 6 das Feld des Ankers 2 in gleichem Maße verstärkt, und umgekehrt. Weiter liegen je eine Feldwicklung 3 bzw. q. in Reihe und gekreuzt mit Anker 2 bzw. i, so daß ein Stromanstieg im Anker i das Feld für Anker 2 verstärkt bzw. ein Stromanstieg im Anker 2 das Feld für Anker i verstärkt. Außerdem sind je eine Feldwicklung 17 bzw. 18 reihengeschaltet und liegen an den Anschlußpunkten zwischen Anker i und Wicklung 4, bzw. zwischen Anker :2 und Wicklung 3. Die Wicklungen 3, 4, 17 und 18 sind so ausgelegt, daß sie zusammen eine geeignete Grunddrehzahl der Motoren aufrechterhalten, wenn kein Steuerstrom in Wicklung 5, 6 fließt.Furthermore, a field winding 5 and 6 are connected in series and the control current coming via A and B flows through them so that the winding 5 weakens the field of the armature i and the winding 6 strengthens the field of the armature 2 to the same extent, and vice versa. There is also a field winding 3 or q. in series and crossed with anchor 2 or i, so that a current increase in anchor i reinforces the field for anchor 2 and a current increase in anchor 2 increases the field for anchor i. In addition, a field winding 17 or 18 are connected in series and are located at the connection points between armature i and winding 4, or between armature: 2 and winding 3. The windings 3, 4, 17 and 18 are designed so that they together provide a suitable Maintain the basic speed of the motors if no control current flows in windings 5, 6.

Ferner sind die Verbindungspunkte zwischen Anker i und Wicklung 4. bzw. zwischen Anker 2 und Wicklung 3 über Kondensatoren i9 bzw. 2o rückgekoppelt auf den Anfang der Wicklung 5 bzw. das Ende der Wicklung 6. Der Anschlußpunkt zwischen Wicklung 5 und 6 ist über Kondensatoren 21 bzw. 22 mit den Polen der Stromquelle 7 verbunden.Furthermore, the connection points between armature i and winding 4 are. or fed back between armature 2 and winding 3 via capacitors i9 and 2o to the beginning of winding 5 or the end of winding 6. The connection point between Windings 5 and 6 are connected to the poles of the power source via capacitors 21 and 22, respectively 7 connected.

Der Servomotor nach der Erfindung arbeitet in folgender Weise: Solange die Steuerwicklungen 5 und 6 stromlos sind, stellt sich bei beiden Motoren die gleiche Grunddrehzahl ein, und die Differentialachse 16 steht still.The servo motor according to the invention works in the following way: As long as the control windings 5 and 6 are de-energized, the same applies to both motors Base speed on, and the differential axis 16 stands still.

Fließt ein Steuerstrom, so wird z. B. das Feld für Anker i geschwächt und das Feld für Anker 2 verstärkt. Anker i nimmt momentan einen höheren Strom auf und verstärkt durch Wicklung ,4 das Feld für Anker 2 noch mehr. Anker 2 nimmt momentan einen niedrigen Strom auf und schwächt durch Wicklung 3 das Feld für Anker i noch mehr.If a control current flows, z. B. the field for anchor i weakened and reinforced the field for anchor 2. Armature i is currently consuming a higher current and reinforced by winding, 4 the field for armature 2 even more. Anchor 2 is currently taking a low current and through winding 3 weakens the field for armature i more.

Gleichzeitig entstehen in den Kondensatoren ig und 2o bzw. 21 und 22 voreilende Verschiebungsströme dadurch; daß sowohl zwischen A und B eine Steuerspannung entstanden ist, -als auch dadurch, daß die Rotorspannungen in i und 2 sich ändern. Die Verschiebungsströme durchfließen die Wicklungen 5 und 6 in einem solchen Sinne, daß das Feld für Anker i vorauseilend geschwächt und das Feld für Anker 2 vorauseilend gestärkt wird. Durch diesen Stromverlauf werden die Drehzahländerungen der Motoren sehr beschleunigt, so daß Anker i rasch eine höhere und Anker 2 eine niedrigere Drehzahl annimmt und die Differentialachse 16 mit dem angeschlossenen Lastmoment auf eine neue Gleichgewichtsdrehzahl kommt.At the same time, leading displacement currents arise in the capacitors ig and 2o or 21 and 22; that a control voltage has arisen between A and B as well as the fact that the rotor voltages in i and 2 change. The displacement currents flow through the windings 5 and 6 in such a way that the field for armature i leading is weakened and the field for armature 2 leading is strengthened. As a result of this current curve, the speed changes of the motors are very accelerated, so that armature i quickly assumes a higher speed and armature 2 a lower speed and the differential axle 16 with the connected load torque comes to a new equilibrium speed.

In Fig. 3 liegen die Anker i und 2 in Reihe an der konstanten Spannung der Stromquelle 7. Je eine Feldwicklung 3 bzw. 4 ist in Nebenschluß zu dem zugehörigen Anker i bzw. 2 geschaltet. Ferner sind j e eine Feldwicklung 5 und 6 in Reihe zwischen A und B angeschlossen und werden vom Steuerstrom so gespeist, daß Wicklung 5 das Feld für Anker i schwächt, wenn Wicklung 6 das Feld für Ankere stärkt, und umgekehrt. Außerdem sind je eine Feldwicklung 17 bzw. 18 gekreuzt an die Spannung von Anker :2 bzw. Anker i so angeschlossen, daß sie den Wicklungen 3 bzw. 4 entgegenwirken. Die resultierende Feldstärke der Wicklungen 3 und 17 bzw. 4 und i8 erhält das Grundfeld der Motoren aufrecht, für das die Drehzahl der Anker i und 2 gleich ist.In Fig. 3, the armature i and 2 are connected in series to the constant voltage of the current source 7. Each field winding 3 or 4 is shunted to the associated armature i and 2, respectively. Furthermore, a field winding 5 and 6 are connected in series between A and B and are fed by the control current so that winding 5 weakens the field for armature i when winding 6 strengthens the field for armature, and vice versa. In addition, a crossed field winding 17 or 18 are connected to the voltage of armature: 2 or armature i in such a way that they counteract windings 3 and 4, respectively. The resulting field strength of the windings 3 and 17 or 4 and i8 maintains the basic field of the motors, for which the speed of the armature i and 2 is the same.

Weiter sind Kondensatoren i9 und 2o zwischen die Speisepunkte <q und B der Steuerwicklungen3,4 und die Pole der Stromquelle 7 gelegt. Ein Kondensator 21 verbindet die Mitte zwischen den Wicklungen 3, 4. mit der Mitte zwischen den Motoren i, 2. Solange kein Steuerstrom fließt, haben beide Motoren die gleiche Grunddrehzahl, und die Differentialachse 16 steht still. Sowie ein Steuerstrom auftritt, wird momentan z. B. das Feld für Anker i geschwächt und das Feld für Anker 2 verstärkt. Die Spannung in Anker i sinkt, die in Anker 2 steigt, die Feldstärke in Wicklung 3 und 18 sinkt, die in Wicklung 4 und 17 steigt. Dadurch wird das Drehmoment von Anker i auf einen sehr niedrigen Wert herabgedrückt, während das von Anker 2 sehr stark gesteigert wird.Furthermore, capacitors i9 and 2o are placed between the feed points <q and B of the control windings 3, 4 and the poles of the current source 7. A capacitor 21 connects the middle between the windings 3, 4. with the middle between the motors i, 2. As long as no control current flows, both motors have the same basic speed and the differential axis 16 stands still. As soon as a control current occurs, z. B. the field for anchor i is weakened and the field for anchor 2 is strengthened. The voltage in armature i decreases, that in armature 2 increases, the field strength in winding 3 and 18 decreases, that in winding 4 and 17 increases. As a result, the torque of armature i is reduced to a very low value, while that of armature 2 is increased very sharply.

Gleichzeitig entstehen durch die Steuerspannungsänderung und die Änderung der Ankerspannungen voreilende Verschiebungsströme in den Kondensatoren i9 und 21 bzw. 2o und 21, die die beschriebenen Änderungen der Motorfelder beschleunigen. Anker 2 übt ein sehr starkes Drehmoment aus, Anker i ein sehr kleines. Die Differentialachse mit dem angeschlossenen Lastmoment wird sehr schnell auf eine neue Gleichgewichtsdrehzahl beschleunigt.At the same time arise from the control voltage change and the change Displacement currents leading the armature voltages in capacitors i9 and 21 or 2o and 21, which accelerate the described changes in the motor fields. Armature 2 exerts a very high torque, armature i a very small one. The differential axis with the connected load torque, a new equilibrium speed is reached very quickly accelerated.

Die Steuerwicklungen 5 und 6 können auch parallel an die Steuerspannung oder jede Wicklung für sich an zwei verschiedene Steuerspannungen geschaltet werden. Die Wicklungen 17 und 18 bzw. die Kondensatoren können unabhängig voneinander als Rückkopplungsglieder verwendet werden. Auch Reihenschaltung ohne Rückkopplung vermindert die Zeitkonstante.The control windings 5 and 6 can also be connected to the control voltage in parallel or each winding can be connected to two different control voltages. The windings 17 and 18 or the capacitors can independently of one another as Feedback links are used. Series connection without feedback is also reduced the time constant.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Servo motor, consisting of two identical DC motors, connected to a constant voltage and mechanically coupled with the aid of a differential gear, on the drive axis of which the servo effect is removed, characterized in that part of the field winding of the first motor (3, 17) from the armature current or from the Armature voltage of the second motor is influenced and, analogously, part of the field winding of the second motor is influenced by the armature current or by the armature voltage of the first motor, so that the field of the first motor is weakened with decreasing armature current or with increasing armature voltage of the other motor and at the same time the field of the other Motor is strengthened with increasing armature current or decreasing armature voltage of the first motor.

2. Servomotor according to claim i, characterized in that that an appropriate part of the field winding (3, 4) of a motor with the armature (2, i) of the second motor in series is connected to the supply voltage (7), and vice versa, while the rest of the field windings are connected to a control voltage is that the field of one motor is weakened by the control current and that of the other Engine is strengthened, or vice versa.

3. Servomotor according to claim i and 2, characterized characterized that between the two connection points between the anchors (i, 2) and the field windings (3, 4.) lying in series with them, one field winding each (i7, 18) switched is that together with those in series with the Anchors lying field windings (3, 4) a basic field and a basic speed Maintain both motors when the control current is zero.

4. Servo motor after Claim i, characterized in that the armatures are connected to one another in series at the power source lie and that part of the field winding (3, 4) in a known manner on the Voltage of its armature (i, 2) is, while the remaining part of the field windings (5, 6) is applied to the control voltage in such a way that the field of one motor is affected by the control current weakened and the field of the other motor is strengthened, or vice versa.

5. Servo motor according to claim i, characterized in that the anchors are connected in series with one another Power source lie and that part of the field winding (3, 4) in known per se Way is due to the voltage of its armature (i, 2), also another part of the field winding (i7, 18) of one motor to the armature voltage of the other motor and vice versa is connected in such a way that this cross-coupled part (i7, 18) corresponds to the directly coupled part (3, 4) counteracts, while the remaining part of the field windings (5, 6) so to the Control voltage is applied that the field of a motor is weakened by control current and the field of the other motor is strengthened, or vice versa.

6. Servo motor after Claims i to 4, characterized in that the control current flows through the Field windings (5, 6) are capacitively coupled to the armatures (i, 2) so that one A change in the armature voltage causes a displacement current that has the same effect how the control current has.