DK148188B - Fremgangsmaade til styring af en jaevnstroemsmotor - Google Patents

Description

U8188 5 Opfindelsen angår en fremgangsmåde til styring af en jævnstrømsmotor.af den i krav l's indledning angivne art. Opfindelsen er især anvendelig i en stillingsservostyring, der betjener en elektrisk motor for en hydraulisk ventil, som indgår i det hydrauliske sty-10 reanlæg for en hydraulisk kran. Opfindelsen skal forklares under henvisning til dens anvendelse i hydrauliske kraner.

Når hydrauliske kraner skal betjenes, opstår der tit et behov for at kunne styre kranens bevægelser på 15 afstand. Til opnåelse af en sådan fjernstyring er der tidligere blevet udviklet forskellige styreanlæg, herunder trykluftstyreanlæg, elektro-hydrauliske sty-reanlæg, samt elektromekaniske styreanlæg, hvori der anvendes sådanne komponenter som f.eks. hurtige trin-20 motorer. Alle sådanne tidligere anlæg har - såvidt vides - været yderst kostbare, indviklede og upålidelige. På grund af at de tilgængelige styreanlæg er så kostbare, og på mange måder så upålidelige, er intet fjernstyringsanlæg for hydrauliske kraner såvidt vi-25 des endnu blevet anerkendt i vidt omfang på markedet.

I DE fremlæggelsesskrift nr. 1 08? 245 beskrives et kredsløb til regulering af en jævnstrømsmotor. Motoren drives med konstant hastighed, indtil den når den 30 korrekte stilling, hvorefter motorens tilslutningsklemmer kortsluttes. Denne fremgangsmåde vil medføre oversving og egensvingningstendenser. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen indebærer, at motoren, medens den 2 148188 1 nærmer sig den korrekte position, modtager skiftevis driv- og bremseimpulser, hvor længden af hver bremse-impuls overstiger motorens tidskonstant. Under normale omstændigheder vil dette helt eliminere oversving 5 og svingningstendenser. Fremgangsmåden ifølge opfin delsen er således en væsentlig forbedring af den kendte teknik, idet den gør det muligt at styre en jævnstrømsmotor hurtigere og mere præcist, end det tillades af den kendte kran.

1U

Britisk patent nr. 1.018.573 beskriver et servosy-stem, i hvilket der frembringes et sammensat fejlsignal XTr og et hastighedsfejssignal X. Motoren dri-ves, så længe det sammensatte fejlsignal er over et 15 udløsningssignal X off. Efterhånden som systemet nærmer sig ligevægtspunktet, falder positionsfejlsignalet, og som følge heraf nedsættes det sammensatte fejlsignal Xg indtil det falder under niveauet X off, fra hvilket punkt motoren ikke længere drives. Moto-20 rens hastighed går derefter ned, og hastighedsfejlsignalet Xr formindskes, således at det sammensatte signal, der er forskellen mellem positions- og hastighedsfejlsignalerne, øges til niveauet X on, fra hvilket punkt motoren atter drives. Idet systemet 25 kræver en ændring i motorens fysiske hastighed, før driften genoptages, vil systemets virkning være y-derst dårlig.

Et væsentligt problem ved systemet ifølge det britis-30 ke patent er, at systemet omfatter et transistorbro-kredsløb, som frembringer drivimpulser til motoren.

Intervallerne mellem drivimpulserne kan betegnes som friløbsintervaller. I løbet af disse friløbsinterval- 3 146188 1 ler sker der nogen kortslutning af motoren med brems ning for øje, men kortslutningen er begrænset. Især sker kortslutning kun, når transistorerne PI og P2 er åbne. Disse transistorer kontrolleres af modstan-5 den RI i brokredsløbet. Som vist på side 2, 1. 127 ff., og side 3, 1. 92 ff., frembringer den belastningsstrøm eller bremsestrøm, der passerer modstanden RI, en kontrolspænding, der bringer transistor PI eller P2 til at lede, når dette er nødvendigt.

10 Når motoren imidlertid nærmer sig sit ligevægtspunkt og bevæger sig langsomt, er bremsestrømmen eller motorens modelektromotoriske kraft negligibel, og spændingen over modstanden RI vil være utilstrækkelig 15 til at holde transistor PI eller P2 ledende. I tilslutning hertil er der overhovedet ingen bremsespæn-ding over modstanden RI, når systemet er i balance og motoren er stoppet, og igen vil transistor PI eller P2 ikke lede.

20

Resultatet er, at når motoren nærmer sig sit balancepunkt, vil de kortslutningsimpulser, der tilføres til motoren, ikke progressivt øges i længde. Bremsning eller dæmpning vil kun ske i en kort del af 25 hvert friløbsinterval, og sandsynligvis i en aftagende del af hvert sådant interval. Under den resterende del af hvert friløbsinterval vil motoren simpelt hen løbe frit uden bremsning. Desuden vil kortslutningseller dæmpeimpulserne være af negligibel længde, når 30 motoren er i balance, idet der ikke er nogen bremsestrøm.

Dette står i modsætning til opfindelsen ifølge ansøgningen. Her påtrykkes motorklemmerne en lav impedans i 4 148188 1 i det mindste en væsentlig del af den tid, hvor motoren er i ligevægtstilstand, og varigheden af hvert enkelt bremseinterval er i det mindste lige så stor som motorens tidskonstant, når motoren nærmer sig lige-5 vægtstilstanden. Desuden øges forholdet mellem varig heden af hver bremseinterval i forhold til varigheden af dets tilknyttede periode, når motoren nærmer sig ligevægtstilstanden, og varigheden af hvert bremseinterval udgør en væsentlig del af perioden, når mo-10 toren nærmer sig ligevægtstilstanden.

Manglen på effektive dæmpeintervaller i det engelske system ved eller tæt på ligevægt er en væsentlig u-lempe. Det tidspunkt, hvor effektiv bremsning er mest 15 ønskelig, er ved og tæt på balance, idet det ellers er nødvendigt at begynde opbremsningen af motoren længe før ligevægtspunktet nås, for at undgå oversving. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen vil systemet arbejde med en relativ stor hastighed indtil 20 en tilstand nær ligevægtspunktet nås, idet der sker progressivt øgende dæmpning nær og ved ligevægtspunktet, og herefter vil motoren bremse ned med ringe eller intet oversving. Desuden vil motoren arbejde jævnt uden oversving, når kontrolorganerne bevæges 25 langsomt, på grund af de dæmpeimpulser, der frembringes selv når systemet ifølge opfindelsen er en smule væk fra ligevægtspunktet. I systemet ifølge det britiske patent vil systemet aldrig være langt fra ligevægtspunktet, hvis organerne bevæges lang-30 somt, og der vil derfor kun ske ringe eller ingen bremsning, hvorfor motoren sandsynligvis vil bevæge sig i en række ryk med oversving.

148188 5 1 I overensstemmelse hermed er det et formål for opfin delsen at anvise udformningen af en forbedret fremgangsmåde af den indledningsvis angivne art, og denne fremgangsmåde er ejendommelig ved, at længden af 5 hvert bremsesignal er variabel og valgt mindst lige så stor som jævnstrømsmotorens tidskonstant, og at nævnte længde reguleres, medens jævnstrømsmotoren nærmer sig den balancerede tilstand, og at fejlspændingen ikke påvirker drivsignalerne inden for et til 10 begge sider i forhold til balancepunktet udstrækkende dødgangsområde. Dette styreanlæg er helt elektronisk, og er derfor forholdsvis billigt, og det omfatter ingen mekanisk virkende dele, som kan svigte. Et betydningsfuldt træk ved styreanlægget ifølge opfindel-15 sen er, at der tilføres motoren et periodisk drivsignal, og under i det mindste en del af det mellem de enkelte driv-signaler liggende tidsinterval lægges en lav impedans over motorens strømforsyningsklemmer, når motoren nærmer sig balancetidstanden. Hvert tids-20 rum, hvorunder den lave impedans lægges over strømforsyningsklemmerne, er mindst lige så langt som motorens elektriske tidskonstant, og optager en væsentlig andel af hver periode, når anlægget nærmer sig balancetilstanden. Den heraf resulterende bremsekraft, 25 som udøves på motoren under hver periode eller cyklus, giver et bedre herredømme over motorens tilstand og gør det muligt for servostyringen at arbejde hurtigere.

30 Ved det i krav 2 omhandlede opnås, at motoren ikke svinger, pendler omkring balancepunktet.

148188 6 1 Ved at bremsesignalet ved afvigelser på 50¾ til 150¾ af fejlspændingen styres, som omhandlet i krav 3, fås en gradvis indkøring mod dødgangsområdet, hvilket giver en særlig fordel, når motoren anvendes 5 til aktivering af en fjederbelastet indretning.

Ved at styre, som angivet i krav 4, fås stabilitet i den balancerede tilstand.

10 Når styringen udformes, som omhandlet i krav 5, elimineres styreimpulserne i den uønskede retning i det væsentlige.

Ved det i krav 6 angivne opnås, at man undgår et spild 15 af effekt, idet det undgås, at en stor del af hver tidsgivningscyklus optages af modvirkende drivspændinger .

Styringen kan udføres simplere, når der styres som 20 angivet i krav 7.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til de på tegningen viste udførelseseksempler på et styreanlæg ifølge opfindelsen, 25 idet fig. 1 viser et.blokdiagram over en fore-trukken udførelsesform for styreanlægget , 30 fig. 2 er et koblingsskema af det i fig. 1 viste anlæg.

7 14 81 δ δ 1 fig. 3 viser udgangssignalerne fra de i fig.

2 viste tidsgivere under den balancerede tilstand, 5 fig. 4 viser udgangssignalerne fra de i fig.

2 viste tidsgivere under en fuldstændigt ubalanceret tilstand, fig. 5 viser bølgeformene for de signaler, 10 der i det i fig. 2 viste anlæg tilfø res motorens strømforsyningsklemmer (en vandret inddeling er lig med 2 millisekunder), 15 fig. 6 viser en ændret udformning af det i fig. 2 viste anlæg, fig. 7 viser bølgeformer for det i fig. 6 viste anlæg, og 20 fig. 8 viser den i fig. 2 viste motor sammenkoblet med en fjederbelastet hydraulisk ventil.

25 Der henvises først til fig. 1, der viser en jævnstrømsmotor 2, som skal styres. Motoren 2's udgangsaksel 4 er forbundet med en indretning, som skal drives eller betjenes af motoren, f.eks. styrestangen i. en ikke vist hydraulisk ventil. Motorens udgangsaksel 4 er 30 tillige forbundet med styreakselen 6 i et stillingspotentiometer 8. Når motoren 2 drejer, ændres styreakselen 6's stilling, så at stillingspotentiometret 8 afføler motorens stilling.

148188 8 1 Styreanlægget i fig. 1 omfatter også et styrepotentiometer 10, der betjenes af operatøren, og som omfatter en betjeningsaksel 12. Når betjeningsakselen 12 bevæges, bringer anlægget motoren 2 til at reage-5 re ved at bevæge udgangsakselen 4 (og dermed stillingspotentiometeret 8) til en stilling, der svarer til den nye indstilling af styrepotentiometeret 10, dvs. til en balancetilstand.

10 Som vist i fig. 1, kombineres signalerne fra stillingspotentiometeret 8 og styrepotentiometeret 10, og det herved fremkomne stillingssignal V indføres i den ene side af en differentialforstærker 14, hvis anden side modtager en spænding på +1/3 V (idet spæn-15 dingen +V antages at være forsyningsspændingen fra et ikke vist batteri, hvis modsatte pol er jordforbundet). Så længe anlægget ikke er i balancetilstanden, afgiver differentialforstærkeren 14 et udgangssignal til en tidsstyrekreds 16. Tidsstyrekredsen 16 20 styrer i sin tur en tidsgivergruppe 18, som afgiver brostyringsimpulser til en udgangsbro 20. Udgangsbroen 20 frembringer drivimpulser til strømforsyningsklemmerne 21 for jævnstrømsmotoren 2, så at denne drives i én retning, indtil der er opnået balance.

25

Pig. 2 er et opdelt kredsløbsdiagram, der svarer til blokdiagrammet i fig. 1. Det er lettest at beskrive kredsløbet ved at forklare dets virkemåde, der er som følger: Det antages først, at styrepotentiomete-30 ret 10 er ude af balance, så at styreakselen 12 er bevæget nedad som vist i fig. 2. Herved formindskes stillingssignalspændingen V ved knudepunktet A. Den hr formindskede positive spænding ved knudepunktet A på- 148188 9 1 trykkes basis i transistoren Q2, som indgår i en dif ferentialforstærkerkobling sammen med transistoren Ql. Basis i transistoren Ql modtager en fast spænding, nemlig +1/3 V. Transistoren Ql leder derfor bedre, så 5 at spændingsfaldet over modstanden RI forøges.

Den forøgede spænding over modstanden RI påtrykkes gennem en ledning 22 og en modstand R3 basis i transistoren Q3. Derved gøres transistoren Q3 ledende i 10 en udstrækning, der er proportional med den forøgede spænding over modstanden RI. Efterhånden som spændingen over modstanden RI fortsætter med at stige, gøres også transistoren Q^l ledende gennem ledningen 22, dioden Dl og modstanden R4. Hensigten med at tran-15 sistoren Q4 gøres ledende senere skal forklares nærmere i det følgende.

Dersom styrepotentiometerets aksel 12 var blevet ført opad i fig. 2 i stedet for nedad, ville transistoren 20 Q2's ledningsevne være blevet forøget på bekostning af transistoren Ql’s ledningsevne, og spændingen over modstanden R2 ville forøges, og transistorerne Q5 og Q4 ville være blevet gjort ledende i stedet for transistorerne Q3 og Q4. (De to halvdele af tidsstyrekred-25 sen 16, dvs. delene Q3, R3 og Q5, R5, er identiske).

Transistorerne Q3, Q4 og Q5 anvendes til at styre tidsgivere henholdsvis 30, 32 og 3^ i tidsgivergruppen 18. Tidsgiverne 30, 32 og 3^ kan i det typiske til-30 fælde alle være af samme art, nemlig "Monolithic

Timing Circuit Model No. NE555"* som fremstilles af Signetics Corporation, Sunnyvale, California, U.S.A.

De numre, som i fig. 2 er indtegnet i tidsgivernes 148188 10 1 "kasser", er tidsgivernes koblingsstiftnumre. Hver af tidsgiverne 30, 32 og 34 arbejder på følgende måde: Når stift 1 i en af tidsgiverne jordforbindes, "tændes" tidsgiveren, og den forbliver tændt, indtil 5 den modtager et "slukkesignal" på stifterne 6 og 7.

Stift 3 er tidsgiverens udgangsstift, og i den arbejdsmodus, hvori tidsgiverne anvendes i fig. 2, er stift 3 jordforbundet når tidsgiveren er slukket og fører en positiv spænding når tidsgiveren er tændt.

10 Stift 8, der er forbundet med den. positive forsyningsspændingstift 4, eren tilbagestillingsstift, som når den ikke bruges er forbundet med den positive forsyningsspænding] stift 1 er den negative forsyningsspændingsstift, og stift 5 er en særskilt styrestift, 15 som når den ikke bruges (hvad der er tilfældet i fig.

2) er jordforbundet gennem en særskilt kondensator C5 i overensstemmelse med fabrikantens råd.

Tidsgiverne 30, 32 og 34 arbejder i rækkefølge. De vil 20 arbejde i rækkefølge, når der ikke kommer noget styresignal fra transistorerne Q3S Q4 og Q5, og det er kun varigheden af deres tidsintervaller, der påvirkes af signalerne fra disse transistorer. Tidsgiverne 30, 32 og 34 arbejder på følgende måde: 25

Det antages til at begynde med, at samtlige tidsgivere er "slukket". Da udgangsstiften 3 i samtlige tidsgivere er forbundet med knudepunktet B gennem diodernes D3, D4 og D5, er knudepunktet B derfor jordforbundet.

30 Da knudepunktet er forbundet med indgangsstiften 2 i tidsgiveren 32, vil denne blive "tændt".

Når tidsgiveren 32 tændes, bliver dens udgangsstift 3 148188 11 1 positiv* og den positive spænding føres gennem dioden D4 til knudepunktet B* hvorved tændesignalet for tidsgiveren 32 bliver ophævet.

5 Nu leder tidsgiveren 32 i et forud bestemt interval* som bestemmes af den tid* der kræves for kondensatoren C2 til at blive opladet gennem modstanden Ril til et niveau, ved hvilket to tredjedele af forsyningsspændingen optræder ved stifterne 6* 7 i tids-10 giveren 32. På dette tidspunkt slukkes tidsgiveren 32.

Når tidsgiveren 32 slukkes* føres en jordingsimpuls gennem kondensatoren C7 til stift 2 i tidsgiveren 34, 15 som herved tændes. (Tidsgiveren 32 bliver ikke tændt igen* fordi kondensatoren C4 holder spændingen på knudepunktet B positiv* indtil efter at tidsgiveren 34 er blevet tændt* på hvilket tidspunkt stift 3 i tidsgiveren 34 afgiver en positiv spænding til knude-20 punktet B.) Tidsgiveren 34 forbliver tændt i et forud bestemt interval* som igen er bestemt af værdien af modstanden R12 og kondensatoren C3, hvorefter den slukker. Når tidsgiveren 34 slukker* føres en jordingsimpuls fra dens stift 3 gennem kondensatoren C6 25 til tænde-stiften 2 i tidsgiveren 30* som herved tæn des. Tidsgiveren 30 arbejder i sin tur i et forud bestemt tidsinterval* som er bestemt af værdierne af modstanden R10 og kondensatoren Cl* hvorefter den slukker. Når tidsgiveren 30 slukker, kommer knude-30 punktet B igen til at ligge på jordpotentiale, så at tidsgiveren 32 tændes og igangsætter en ny tidsgiv-nings-cyklus.

148188 12 1 Bølgeformerne ved udgangsstifterne 3 i tidsgiverne er vist i fig. 3. I den balancerede tilstand er tidsgiverne således indstillet, at tidssignalerne fra tidsgiverne 30 og 34 er lige lange og af forholdsvis kort 5 varighed (f.eks. 3 millisekunder), medens tidssignalet fra tidsgiveren 32 er væsentlig længere end tidssignalerne fra tidsgiverne 30 og 3¾ (i det typiske tilfælde arbejder tidsgiveren 32 i 17 millisekunder).

Imidlertid styres tidssignalernes varighed af tran-10 sistorerne Q3, Q4 og Q5, således som det skal forklares i det følgende.

Udgangssignalerne fra tidsgiverne 30 og 34 føres gennem ledninger 40 og 42 som styresignaler for udgangs-15 broen 20. Udgangsbroen 20 indeholder fire drivtransistorer Q6, Q7, Q8 og Q9, som er forbundet i en brokobling. Kredsene er som vist således indrettet, at når tidsgiverne 30 og 34 begge er slukket, ved hvilket tidspunkt ledningerne 40 og 42 er jordforbundet, er 20 begge drivtransistorer Q6 og Q8 ledende på grund af det på deres basiselektroder påtrykte jordpotentiale.

Når drivtransistorerne Q6 og Q8 begge er ledende, udgør de i kombination med dioderne D10 og D12 en meget lav impedans over motorens strømforsyningsklemmer 21, 25 uanset polariteten af et hvilket som helst andet signal, som måtte optræde over klemmerne 21 (det eneste andet signal, som normalt optræder over klemmerne 21, er den modspænding, der genereres af motoren og af en eventuel i serie med denne forbundet selvinduktion).

30 Med andre ord: når drivtransistorerne Q6 og Q8 begge er ledende, frembringer de praktisk taget en kortslut-. ning over motoren 2, hvilken kortslutning er tilbøjelig til at bevirke en bremsning af motoren. Dersom til- 148188 13 1 standen er balanceret, og der gås ud fra de i fig. 3 viste tidsintervaller, vil der lægges en virtuel kortslutning over motorens klemmer 21 i 17 millisekunder af hver fulde tidsgivnings-cyklus.

5 Når tidsgiveren 30 er tændt, føres et positivt signal gennem ledningen 40 til basiselektroderne i drivtransistorerne Q6 og Q7. Herved gøres drivtransistoren Q6 ikke-ledende og drivtransistoren Q7 le-10 dende. Når nu drivtransistorerne Q7 og Q8 leder, føres en drivspænding til strømforsyningsklemmerne 21 og søger at drive motoren i en retning, der afhænger af dennes indre kobling. Imidlertid kommer motoren ikke til at bevæge sig, idet tidsgiveren 34 (i kred-15 sens balancerede tilstand) er tændt i et lige så langt tidsinterval som tidsgiveren 30. Når tidsgiveren 34 er tændt, føres en positiv spænding gennem ledningen 42 til basiselektroderne i drivtransistorerne Q8 og Q9 og tænder transistoren Q9 og slukker 20 transistoren Q8. Medens drivtransistorerne Q9 og Q6 er tændt, tilføres en drivspædning til motorens klemmer 21 i den modsatte retning af, hvad der var tilfældet, da tidsgiveren 30 var tændt, og denne drivspænding søger at drive motoren i den modsatte retning.

25 Det samlede resultat er, at når kredsen befinder sig i balancetilstanden, vil motoren i hver fulde tids-givningscyklus i det typiske tilfælde modtage en spænding med en varighed af tre millisekunder, som søger at drive den i den ene retning, en spænding med en va-30 righed på tre millisekunder, der søger at drive den i den modsatte retning, samt en effektiv kortslutning af dens strømforsyningsklemmer med en varighed på 17 millisekunder. Denne situation er vist i fig. 5(a), 148188 14 1 hvor de modsat rettede drivspændinger er vist ved 50 og 52 og kortslutningen ved 54.

Når kredsløbet på den tidligere omtalte måde kommer 5 i ubalance, f.eks. ved at styrepotentiometerets be tjeningsaksel 12 bevæges opad i fig. 2, begynder transistorerne Q4 og Q5 at lede, som omtalt ovenfor.

Transistoren Q5 bliver først ledende og tager herved noget af ladestrømmen til kondensatoren C3, som før 10 kun gik gennem modstanden R12. Herved forkortes den effektive opladningstid for kondensatoren C3, så at tidsintervallet for tidsgiveren 34 forkortes. .Efterhånden som spændingen over modstanden R2 stiger, og transistoren Q4 begynder at lede, vil denne på til-15 svarende måde forkorte opladningstiden for kondensatoren C2, så at tidsintervallet for tidsgiveren 32 forkortes. Resultatet heraf - i en fuldt ubalanceret tilstand - er vist i fig. 4, hvor tidsgiveren 30 arbejder i det samme tidsinterval som i fig. 3* men 20 tidsintervallerne for tidsgiverne 32 og 34 er kraftigt forkortet. De til motoren 2 førte signaler er vist i fig. 5(g), hvor - som tidligere nævnt - 50 og 52 repræsenterer drivspændingerne og 54 kortslutningen eller lavimpedans-signalet.

25

Under disse betingelser afgiver tidsgiveren 30 sit tidssignal under størstedelen af hver fulde tidsgiv-nings-cyklus (i grænsetilfældet i praktisk taget hele cyklussen), så at drivtransistorerne Q7 og Q8 er tændt 30 (ledende) under størstedelen af hver tidsgivnings- cyklus. Det heraf resulterende drivsignal, som tilføres motoren 2, driver denne kraftigt i den ene retning, afhængigt af motorens indre kobling. Dersom styrepotentiometerets betjeningsaksel 12 blev drejet i den mod- 148188 15 1 satte retning, så ville det være tidsgiveren 34 i stedet for tidsgiveren 30, som ville forblive tændt i det længste tidsrum af de tre tidsgivere, og motoren ville blive drevet i den modsatte retning.

5 Når kredsløbet tilsidst igen er balanceret, vil stillingssignalet V have opnået værdien +1/3 V (dvs.

r forspændingerne på transistorerne Q1 og Q2 bliver lige store), og der kommer ikke mere driveffekt til 10 motoren. På dette tidspunkt vil forskellen mellem stillingsspændingen V og referencespændingen 1/3 V have opnået værdien nul. Denne forskel kan betegnes som fejlspændingen Vg og skal snart omtales nærmere i det følgende.

15

Det vil bemærkes, at når kredsløbets tilstand ændres fra en balancetilstand til en tilstand af ubalance, forkortes tidsintervallet for tidsgiveren 30 eller 34, inden tidsintervallet for tidsgiveren 32 forkortes.

20 Den successive forkortning, først af drivspændingen 52 og derpå af lavimpedans- eller bremseintervallet 54, er vist i fig. 5(b) til 5(f)· I fig. 5 er også angivet den fejsspænding V , der kræves i en typisk udførelsesform for anlægget ifølge opfindelsen for at 25 frembringe de viste bølgeformer. Hver inddeling af den vandrette skala i fig. 5 repræsenterer 2 millisekunder. Formålet med at forkorte tidsintervallet for tidsgiveren 30 eller 34, før tidsintervallet for tidsgiveren 32 forkortes, er at undgå spild af effekt, 30 idet det herved undgås, at en stor del af hver tids-givningscyklus optages af to indbyrdes modvirkende drivspændinger. Når kredsløbet er indrettet på den viste måde, vil varigheden af den uønskede drivspæn- 148188 16 1 ding forkortes til et ganske kort tidsinterval, in den cyklussens neutrale del forkortes, så at inden den ønskede drivspænding begynder at optage en betydelig del af hver fulde tidsgivnings-cyklus, er driv-5 spændingen af den uønskede polaritet i alt væsentligt elimineret. Dette opnås tildels ved hjælp af modstanden R20 (som har en lille værdi, f.eks, mellem 5 og 6 ohm), som bevirker, at transistoren Q4 kræver en højere spænding ved sin basis til at blive tændt, end 10 hvad der gælder for transistoren Q3 eller Q5, og tildels ved hjælp af dioderne Dl og D2, som frembringer et fald i den til basis i transistoren Q4 tilførte spænding, så at der fra modstanden RI eller R2 kræves en højere spænding til at tænde transistoren Q4 end 15 til at tænde transistorerne Q3 og Q5. Den viste indretning tillader også variationer i transistorernes toleranceværdier og sikrer, at tidsintervallet for tidsgiveren 32 ikke kan forkortes meget, inden tidsintervallet for tidsgiveren 30 eller 34 også bliver 20 forkortet.

Formålet med kondensatorerne C8, C9, CIO og Cll, som er forbundet mellem emitter- og basiselektroderne i drivtransistorerne Q6 til og med Q9 i udgangsbroen 20, 25 er at begrænse spidser i strøm og spænding.

Når kredsløbet er ved at ændres fra en fuldt ubalanceret tilstand, som vist i fig. 4, hen imod en balanceret tilstand, som vist i fig. 3, bliver tidsinterval-30 lerne for tidsgiverne 32 og 34 gradvist forlænget.

Tidsintervallet for tidsgiveren 32 forlænges først af de tidligere forklarede grunde (dvs. at transistoren Q4 slukker før transistoren Q5), og i det typiske til- 148188 17 1 fælde vil tidsintervallet for tidsgiveren 34 først begynde at blive forlænget, når tidsintervallet for tidsgiveren 32 har opnået den maksimale varighed (f.eks. 17 millisekunder). Den heraf resulterende 5 effektive kortslutning, som lægges over motorens 2's strømforsyningsklemmer 21 under en efterhånden større del af hver fulde tidsgivnings-cyklus, er tilbøjelig til at bremse motoren, når denne nærmer sig sin ønskede stilling, dvs. når kredsløbet nærmer sig sin 10 balancetilstand. Den bremsekraft, som under hver cyklus udøves på motoren, giver en bedre hastighedsstyring, efterhånden som motoren nærmer sig balancepunktet, og hjælper ydermere til at sikre, at motoren ikke løber forbi balancepunktet. Dersom der ikke hav-15 de været nogen bremsekraft, vil der være intet eller lidt til at standse motoren, indtil denne var nået hen til og havde passeret balancepunktet, på hvilket tidspunkt der i et sædvanligt kredsløb ville frembringes en drivspænding, som ville søge at drive mo-20 toren i den modsatte retning. (Herved kunne der let opstå pendelsvingninger.) I det beskrevne anlæg bremses motoren med en stigende bremsekraft, efterhånden som den nærmer sig balancepunktet, hvad der bidrager til at forhindre, at motoren løber forbi balancepunk-25 tet. I visse tilfælde - afhængigt af den mekaniske bevægelsesmængde - kan motoren faktisk løbe et stykke forbi balancepunktet, men længden af dette stykke er begrænset, og under tilbageløbet hen imod balancepunktet vil den progressivt stigende bremsekraft bi-30 drage til at forhindre yderligere passering af balancepunktet.

Den lave impedans, som forbindes over motorens strøm- 148188 18 1 forsyningsklemmer under en del af hver cyklus, vil variere i værdi i afhængighed af, i hvilken udstrækning drivtransistorerne Q6 og Q8 samt deres tilhørende dioder er blevet gjort ledende. Disse komponenter 5 begrænser spændingsfaldet over motorens klemmer 21.

Afhængigt af de anvendte komponenter kan disse begrænse spændingsfaldet over motoren 2 til omtrent 1 volt, når de er fuldt ledende. Dersom motoren på dette tidspunkt f.eks. genererede en strøm på 4 ampere 10 under dens tomgangsløb, ville dette svare til, at der-var anbragt en impedans på omtrent 1/4 ohm over motorens klemmer mellem drivimpulserne. Herved frembringes en betydelig bremsning, når anlægget nærmer sig balancepunktet. Når anlægget arbejder i en til-15 stand, som ligger langt fra balancepunktet, er arbejdstidsintervallet for tidsgiveren 32 meget kort i sammenligning med arbejdstidsintervallet for den tidsgiver, som leverer drivspændingen, og det kan i grænsetilfældet nærme sig nul, så at der nu er en lille 20 eller ingen bremsevirkning. Det har vist sig, at når anlægget nærmer sig sit balancepunkt, er det fordelagtigt, at bremseintervallet i hver cyklus er af en ikke ubetydelig varighed, så at der gives tilstrækkelig tid til, at den i motoren oplagrede energi kan 25 blive forbrugt i rimeligt omfang. Af denne grund blev der i den viste udførelsesform med drivimpulser på 3 millisekunder valgt et dæmpnings- eller bremsein-terval på 17 millisekunder; med drivimpulser på 3 millisekunder er det ønskeligt, at dæmpnings- eller 30 bremseintervallet er mindst 10 millisekunder langt.

Denne anordning viste sig at virke godt, når der som motor 2 blev anvendt en motor med trykt kredsløb med en selvinduktion på omtrent 50 mikrohenry og en kreds- 148188 19 1 modstand på omtrent 1 ohm, med en i serie indskudt induktor med en selvinduktion på 1 millihenry og en modstand på omtrent 0,07 ohm. Den serieforbundne induktor bevirker en udglatning under den såkaldte 5 "indkøring" (skal beskrives nærmere i det følgende) og kan være fordelagtig ved visse anvendelser.

Der henvises nu til fig. 6, der viser en ændret udformning af det i fig. 2 viste kredsløb. I fig. 6 10 henviser de henvisningstal, som er forsynet med et mærke ('), til komponenter, der svarer til komponenterne i fig. 2. Da det i fig. 6 viste kredsløb er indrettet og virker på i alt væsentligt den samme måde, som det i fig. 2 viste kredsløb, skal kun for-15 skellene omtales nærmere.

Det i fig. 6 viste kredsløb afviger fra det i fig. 2 viste ved, at følgende dele i det i fig. 2 viste kredsløb er blevet fjernet: dioderne Dl og D2, tran-20 sistoren Q4 samt ledningerne til og fra dennes emitter, basis og kollektor (heri indbefattet modstanden i emitterledningen fra transistoren Q4) samt modstanden R20. Modstanden R20 er blevet erstattet med en uafbrudt ledning, der forbinder de to modstande, som 25 i fig. 6 er afmærket som R30 og R31. Ydermere er der tilføjet en kondensator C30, der forbinder kollekto-rerne i transistorerne Q1 og Q2 med hinanden.

Desuden er værdierne af kondensator-modstand-kombina-30 tionerne for tidsgiverne 30', 32' og 34'(dvs. modstanden R32 og kondensatoren Cl' for tidsgiveren 30', og modstanden R33 og kondensatoren C3' for tidsgiveren 34') ændret med henblik på at forkorte den samlede længde af hver impuls. P.eks. .kan værdien ind- 148188 20 1 stilles således, at ved balance er dæmpningsimpulserne 500 mikrosekunder lange og hver drivimpuls på 50 mikrosekunder. Modstandene R10' og R12' tjener til at begrænse den maksimale tid for tidsgiverne 30' henholds-5 vis 34', når transistorerne Q3' og Q5' er slukket.

Modstandene R30 og R31 indstilles således, at ved balance vil spændingerne over modstandene RI' og R2' holde transistorerne Q3' og Q5' tændt. Dersom der indtræder ubalance i anlægget (dvs. der frembringes et 10 fejlsignal), formindskes ledningsevnen i den ene af transistorerne Q3' eller Q5' (i afhængighed af fejlens polaritet). Dersom transistoren Q6' slukker, forlænges genetableringstiden eller cyklustiden for tids-giverne 34', så at de drivimpulser, som styres af den-15 ne tidsgiver, bliver længere. Resultatet heraf er, at ved balance er der en kort dæmpningsimpuls og to meget kortere drivimpulser. Når anlægget kommer ud af balance, forlænges den ønskede drivimpuls (f.eks. til en varighed på 3 millisekunder, som ovenfor nævnt). Driv-20 spændingen 50' og 52' og det til motoren tilførte dæmpningssignal 54' er vist ved balance i fig. 7(a) og ved en helt ubalanceret tilstand i fig. 7(h). Den samme motor med trykt kredsløb (selvinduktion 50 mikro-henry), som er omtalt ovenfor i forbindelse med fig. 2, 25 kan anvendes. Ved disse arbejdsfrekvenser vil der normalt ikke blive anvendt en serie-induktor.

I det følgende skal de faktorer, som bestemmer valget af impulslængder, omtales nærmere. Som tidligere anty-30 det, er det af stor betydning, at bremse- eller dæmpningsintervallet i hver. tidsgivnings-cyklus har en ikke ubetydelig længde, så at der under hvert dæmpningsinterval kan blive forbrugt en rimelig energimængde. Dersom 148188 21 1 imidlertid drivimpulserne er tilstrækkelig korte, når anlægget nærmer sig balancetilstanden, så kan dæmpningsintervallerne også gøres kortere, da der i hver cyklus tilføres mindre energi til motoren, så 5 at behovet for at forbruge energi bliver tilsvarende mindre. I almindelighed foretrækkes det, at når anlægget nærmer sig balancetilstanden, skal den samlede tid, der optages af drivimpulserne i hver cyklus, udgøre mindre end 50$ af hver cyklus, fortrinsvis 10 en tredjedel af hver cyklus eller mindre. Som vist i fig. 5, er i balancetilstanden den samlede tid, der er optaget af drivimpulserne (6 millisekunder), med en bremseimpuls på 17 millisekunder kun omtrent 26$ af cyklussen. Ved et fejlsignal på 20 millivolt 15 er denne tid mindre end 22$ af cyklussen, medens når fejlsignalet er h2 millivolt, er den samlede drivimpuls-tid vedblivende mindre end 28$ af den samlede cyklustid. Den andel af cyklussen, som optages af den foretrukne drivimpuls, stiger selvsagt, ef-20 terhånden som anlægget kommer længere bort fra balancetilstanden; i det i fig. 5 viste eksempel optager den ønskede drivimpuls, når fejlsignalet andrager 70 millivolt, omtrent 75~80$ af den samlede cyklus.

25 I det i fig. 7 viste eksempel vil, i den balancerede tilstand og med to 50 mikrosekunders drivimpulser og en 500 mikrosekunders bremseimpuls, drivimpulserne ved balance' optage mindre end 16$ af hver cyklus og mindre end dette, når anlægget er en smule ude af 30 balance; heller ikke i dette tilfælde optager drivimpulserne nogen væsentlig del af hver cyklus, så længe anlægget ikke er langt ude af balance.

148188 22 1 Den bremsevirkning, der opnås ved hjælp af bremseim-pulserne ifølge opfindelsen, kan være meget udtalt.

Ved et forsøg, der blev udført med et prototype-anlæg, hvori blev anvendt den motor med trykt kredsløb og den 5 induktor, som er omtalt ovenfor, blev motoren først kørt med fuld drivkraft, dvs. med det i fig. 5(f) viste signal, hvorpå signalet blev skiftet til det i fig. 5(a) viste signal. Når motoren gik i tomgang (dvs. kun belastet af en drevkasse og en lille alu-10 minium-arm), måltes modspændingen på motorklemmerne til omtrent 10 volt ved fuld hastighed, og den faldt til omtrent det halve i løbet af 100 millisekunder og igen til det halve i løbet af de næste (ca.) 100 millisekunder, når signalet blev skiftet til det i 15 fig. 5(a) viste signal. Faldet i modspændingen var tilnærmelsesvis eksponentielt. Når motoren er forbundet med en belastning, forlænges standsetiden noget på grund af belastningens bevægelsesenergi. Da motoren imidlertid normalt er forbundet med belastningen 20 gennem en kraftigt hastighedsformindskende drevkasse, så at belastningen bevæges meget langsomt sammenlignet med motorens anker, er virkningen af belastningens bevægelsesenergi meget kraftigt formindsket.

25 Selv om bremseimpulsernes længde kan variere i afhængighed af drivimpulsernes længde og af anlæggets mekaniske og elektriske karakteristika, bør bremse- eller dæmpningsimpulsernes længde, når anlægget nærmer sig balancetilstanden, ikke desto mindre i alle tilfælde 30 være mindst svarende til motorens elektriske tidskonstant. I det nævnte eksempel havde motoren en usædvanligt lille tidskonstant (50 mikrohenry divideret med 1 ohm er lig med 50 mikrosekunder), så der kunne 148188 23 1 anvendes meget korte dæmpningsimpulser. Til en på sædvanlig måde viklet jævnstrømsmotor, som har meget højere værdier for selvinduktion og modstand (f.eks. 1 millihenry og 1 ohm, hvad der giver en 5 tidskonstant på 1 millisekund), ville der behøves væsentligt længere dæmpningsimpulser. Dersom bremse-eller dæmpningsimpulserne var kortere end motorens elektriske tidskonstant, så ville bremsevirkningen være for lille til at være af nogen betydning. For-10 trinsvis bør dæmpningsimpulsernes længde, når anlægget nærmer sig balancetilstanden, være mindst lig med flere gange motorens elektriske tidskonstant, og i det typiske tilfælde og med henblik på optimal drift kan dæmpningsimpulserne være fem, ti eller flere 15 gange så lange som motorens elektriske tidskonstant.

I det følgende skal anlæggets "dødgangsområde" omtales nærmere. Hovedformålet for dødgangsområdet er at opnå en fuld udnyttelse af dæmpningen, at formindske for-20 biløb (eng. "overshoot”) og at forhindre pendelsvingninger. I det i fig. 5 viste eksempel begynder drivimpulsen 5^ først at blive kortere, efter at fejlspændingen Vg er steget forbi 14 millivolt, dvs. dødgangsområdet andrager 28 millivolt. Dette giver et 25 område, hvori dæmpnings- eller bremseimpulserne har et maksimum og frembringer en maksimal bremsevirkning. I almindelighed bør dødgangsområdet ikke være så bredt, at der opstår en "sløv” reaktion, men det gøres normalt bredt nok til at forbedre dæmpningen i anlægget.

30 Anlægget kan siges at være i balance ved et hvilket som helst sted inden for dødgangsområdet.

Med henblik på at motoren skal kunne arbejde "blødt", 148188 24 1 navnlig når den er indrettet til at aktivere f.eks.

en fjederbelastet hydraulisk ventil, foretrækkes det, at dæmpningsimpulserne fortsætter et passende stykke på hver side af dødgangsområdet. I det i fig. 5 viste 5 eksempel udgør dæmpningsimpulserne omtrent 78¾ af cyklussen med en fejlspænding Vg så høj som 42 millivolt, og selv ved 52 millivolt udgør hver dæmpningsimpuls omtrent 48¾ af hver cyklus. Denne gradvise forkortelse af dæmpningsimpulsen, når anlægget be-10 væger sig bort fra balancetilstanden, samt den gradvise forlængelse, når anlægget nærmer sig balancetilstanden, bidrager til en jævn acceleration henholdsvis bremsning af motoren. Fortrinsvis er dæmpningseller bremseimpulserne længere end motorens elektriske 15 tidskonstant i et område på hver side af dødgangsområdet, som er lige så bredt som dette. F.eks. er i det i fig. 5 viste eksempel dødgangsområdets bredde 28 millivolt (dvs. at en variation i fejlsignalet V fra nul til - 14 millivolt ikke frembringer nogen ændring 20 i driv- eller dæmpningsimpulserne). I så fald er dæmpnings- eller bremseimpulserne fortrinsvis længere end motorens elektriske tidskonstant, i det mindste indtil fejlspændingen når op på - 42 millivolt (dvs. mellem 50 og 150¾ af bredden af dødgangsområdet på 25 28 millivolt), og fortrinsvis optager hver dæmpnings impuls en væsentlig andel, f.eks. mindst mellem 30 og 50¾ af dens cyklus hen imod ydergrænserne for dette område.

30 Denne gradvise "indkøring” hen imod dødgangsområdet medfører en særlig fordel, når motoren anvendes til at aktivere en fjederbelastet indretning, f.eks. det fjederbelastede ventilstempel i en hydraulisk ventil.

148188 25 1 Denne situation er vist skematisk i fig. 8, som vi ser motoren 2 udstyret med en drevkasse 100, hvorfra udgangsakselen 4 rager ud. Udgangsakselen 4 er forbundet med en arm 102, som kan bevæges af motoren 5 gennem en vinkel på omtrent 45°. Armen 102 er i sin tur forbundet med ventilstemplet 104 i en hydraulisk ventil 106 og kan bevæge stemplet mellem de i afbrudt streg viste stillinger A og B, svarende til at ventilen er fuldt åben henholdsvis fuldt lukket. Ventil-10 stemplet 104 er belastet hen imod den åbne stilling A ved hjælp af en fjeder 108.

Når i den i fig. 8 viste anvendelse styrepotentiometeret 10 er indstillet med henblik på, at ventilstemp-15 let 104 skal befinde sig i en stilling mellem stillingerne A og B, skal motoren kunne udvikle en tilstrækkelig kraft til at holde stemplet 104 imod kraften fra fjederen 108. Por at kunne gøre dette, vil anlægget indtage en ligevægtstilstand (ikke en elektrisk balan-20 cetilstand), når fjederen 108 trykker motorens udgangsaksel 4 hen til en stilling, hvor der frembringes et tilstrækkeligt stort fejlsignal til at give nok drivkraft til at modvirke fjederens kraft. Med andre ord er anlægget blevet ført ud af dødgangsområdet. Dersom 25 indkøringsområdet var meget smalt (dvs. dersom brem-seimpulserne gik helt eller næsten ned til nul meget tæt ved grænserne for dødgangsområdet), ville der lige uden for dødgangsområdet blive frembragt et meget kraftigt drivsignal. I så fald ville motoren tvinge anlæg-30 get tilbage i dødgangsområdet, derpå ville fjederen tvinge det ud igen - dvs. at der ville indtræde pendelsvingninger. Af denne grund foretrækkes det, at der på hver side af dødgangsområdet er et "indkøringsområ- 148188 26 1 de", der har samme eller næsten samme bredde som død gangsområdet, og hvori dæmpningsimpulserne er mindst lige så lange som motorens tidskonstant og optager en væsentlig andel af hver cyklus.

5

Det beskrevne anlæg er i virkeligheden et kombineret digital- og analog-anlæg. Dersom det ønskes, kan der anvendes et digital-anlæg, og i så fald ville samtlige impulser have en fast længde. Dæmpnings- eller 10 drivimpulserne ville i så fald blive "forlænget" ved helt enkelt at tilføje flere af dem, så at der, f.eks. når anlægget nærmer sig balancetilstanden, ville være ti drivimpulser på 50 mikrosekunder af én polaritet, tyve dæmpnings- eller bremseimpulser på 50 mikro-15 sekunder og ingen drivimpulser af dén modsatte polaritet .

Det vil også kunne indses, at det ikke er af væsentlig betydning, at der er drivimpulser i dødgangsområ-20 det; i dette område kan der frembringes et uafbrudt dæmpnings- eller bremsesignal.

Dersom det ønskes, kan bremse- eller dæmpningsimpulserne frembringes af særskilte transistorer (dvs. ad-25 skilt fra de transistorer, som frembringer drivimpulserne), som tændes under den ønskede del af hver cyklus for at tilvejebringe den ønskede lave impedans.

Der kan efter ønske anvendes forskellige andre styrbare indretninger til at kortslutte motorklemmerne 30 under den ønskede del af hver cyklus, når anlægget nærmer sig sit balancepunkt.

1 AS 1S S

27 1 I de beskrevne udførelseseksempler har udgangssignalerne fra tidsgiverne i det typiske tilfælde de samme amplituder, og i det typiske tilfælde er også de modsat polrettede drivspændinger, som tilføres moto-5 rens strømforsyningsklemner 21, lige store. Dette kan imidlertid ændres efter ønske.

Claims (3)

148188

1. Fremgangsmåde til styring af en jævnstrømsmotor (2) med omdrejningsretningsvending, der omfatter generering af en fejlspænding fra differensen mellem en referencespænding og en positionsspænding, der 5 afledes af jævnstrømsmotorens stilling, hvilken fejlspænding anvendes til styring af et tidsgiverkredsløb (18), der frembringer drivsignaler (50,52,50', 52. til jævnstrømsmotoren i den ubalancerede tilstand, samt til generering af et bremsesignal (54, 10 54') i den balancerede tilstand, hvilket bremsesig nal kortslutter jævnstrømsmotoren, kendetegnet ved, at længden af hvert bremsesignal (54) er variabel og valgt mindst lige så stor som jævnstrømsmotorens tidskonstant, og at nævnte længde regule- 15 res, medens jævnstrømsmotoren nærmer sig den balancerede tilstand, og at fejlspændingen ikke påvirker drivsignalerne (50, 52) inden for et sig til begge sider i forhold til balancepunktet udstrækkende dødgangsområde . 20

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegne t ved, at længden af hvert bremsesignal (54) er fem til ti gange større end jævnstrømsmotorens tidskonstant, mens denne nærmer sig til balancepunktet. 25

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2,.kende-tegnet ved, at hvert bremsesignal, ved en afvigelse på 50% til 150$ af fejlspændingen fra den i dødgangsområdet forud givne referencespænding, ud- 30 gør en væsentlig del af den cyklus, der udgøres af drivsignalerhe for de to omdrejningsretninger og bremsesignalet.