EP0060288A1 - Method and circuit for adjusting the rotation speed or the frequency of an electric motor - Google Patents

Method and circuit for adjusting the rotation speed or the frequency of an electric motor

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Publication number
EP0060288A1
EP0060288A1 EP81902645A EP81902645A EP0060288A1 EP 0060288 A1 EP0060288 A1 EP 0060288A1 EP 81902645 A EP81902645 A EP 81902645A EP 81902645 A EP81902645 A EP 81902645A EP 0060288 A1 EP0060288 A1 EP 0060288A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
output
input
gate
electric motor
frequency
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP81902645A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Günther SCHWAB
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Braun GmbH
Original Assignee
Braun GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Braun GmbH filed Critical Braun GmbH
Publication of EP0060288A1 publication Critical patent/EP0060288A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/22—Controlling the speed digitally using a reference oscillator, a speed proportional pulse rate feedback and a digital comparator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/18—Controlling the angular speed together with angular position or phase
    • H02P23/186—Controlling the angular speed together with angular position or phase of one shaft by controlling the prime mover

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the speed or frequency of an electric motor according to the principle of Nachl Aufsynchro tion according to the preamble of claim 1 and a circuit for performing this method.
  • a control circuit operating according to the principle of back-up synchronization is, for example, from the literature reference U. Tietze, Ch. Schenk “Halblei ter-Schalungstechnik” (5th edition, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1980, pages 701, following ) known.
  • the task of tracking synchronous i sat ion is to set the frequency of an oscillator so that it matches the frequency of a reference oscillator, and so precisely that the phase shift does not run away.
  • Circuits based on the principle of a phase locked loop essentially consist of three components, a phase detector, to which both the reference frequency given by a reference oscillator and the frequency output by a tracking oscillator are input, an output amplifier and a voltage-controlled oscillator or tracking oscillator .
  • the output voltage of the phase detector controls the oscillator so that when the rule is closed, the phase detector is always calibrated to zero.
  • the difference signal is available at the output of the phase locked loop as a measurement or manipulated variable.
  • the known phase locked loop circuits (PLL scarf lines) as they For example, used for motor controls, engage at a phase length that is dependent on both the frequency and the motor load. The phase position of a device driven by the motor in relation to the reference frequency thus depends on both the frequency and the motor load.
  • the method to be created or the control circuit to be specified should permit implementation by means of a microcomputer, as a result of which additional cost savings and an increase in reliability are achieved.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of the PLL control circuit according to the invention for an electric motor
  • Fig. 2 is a timing diagram for the circuit diagram of FIG. 1 and
  • Fig. 3 is a flowchart of a PLL control circuit for realizing the circuit by means of a microcomputer
  • the circuit diagram of a PLL control circuit shown in FIG. 1 has an electric motor 3, the rotating shaft of which is rigidly connected to a tachometer generator 4.
  • the electric motor 3 is provided with drive pulses from the output of a first RS flip-flop 1 via a driver stage 9.
  • the driver stage 9 generates the power required to drive the electric motor 3.
  • the output im pulses of the tachometer generator 4 are converted by means of a pulse shaper 10 into rectangular pulses.
  • any frequency with rectangular pulses is applied by a frequency generator 2.
  • the frequency generator 2 is connected to the one input of a first AND gate 7, the second input of which is acted upon by the output pulses of a reference pulse latch 5 framed by dash-dotted lines.
  • This first AND gate 7 is connected to the set input S of the first flip-flop 1, the reset input of which is connected to the output of a second AND gate 8.
  • the inputs of this second AND gate 8 are connected both to the output of a tacho pulse lock 6, also shown in dash-dot lines, and to the output of the pulse shaper 10.
  • the tachometer pulse lock 6 contains a second RS flip-flop 61, the output of which is connected via an inverter 65 to the one input of the second AND gate 8 and directly to the one input of a fourth AND gate 63.
  • the setting input of the second RS flip-flop is connected to the output of a third AND gate 62, the two inputs of which are connected on the one hand to the output of the first AND gate 7 and on the other hand to the output of the first RS flip-flop 1.
  • the reset input of the second RS flip-flop 61 is acted upon by the output pulses of the fourth AND gate 63, the inputs of which, in addition to the connection to the output of the second RS flip-flop 61, are also connected to the output of the pulse shaper 10 via a first delay element 64 are.
  • the reference pulse latch 5 also contains an RS flip-flop 51, the output of which is connected both to the input of a sixth AND gate 53 and to an input of the first AND gate 7 via a third inverter 56.
  • the set input of the third RS flip-flop 51 is connected to the output of a fifth AND gate 52, the inputs of which in turn are connected to the output of the second AND gate 8 and, on the other hand, via a second inverter 55 to the output of the first RS flip-flop 1 are connected.
  • the back is Set input of the third RS flip-flop 51 connected to the output of the sixth AND gate 53, the second input of which is connected via a second delay element 54 to the output of the frequency generator 2.
  • Fig. 2 are the reference pulses from top to bottom, the tacho pulses, the output pulses of the first RS flip-flop 1, the output pulses of the second RS flip-flop 61 and the output pulses of the third RS flip-flop 51 in various operating states Darge.
  • 2a shows the standard case
  • FIG. 2b the case that the reference frequency is faster than the tachometer frequency
  • FIG. 2c the case that the tachometer frequency is faster than the reference frequency.
  • the speed or frequency of the electric motor 3 is controlled so that the tachometer frequency is identical to the square frequency given by the frequency generator.
  • the second and third RS flip-flops 61 and 51 are reset so that the tachometer and reference pulses can pass through the two AND gates 7 and 8 and the control circuit is closed
  • each reference pulse is followed by a tachometer pulse and the first RS flip-flop 1 is set to the H state with the reference pulse and to the L state with the subsequent tachometer pulse.
  • the other two RS flip-flops 51 and 61 are normally in the L state at all times.
  • the first and second RS flip-flops 1 and 61 are set at the time t 1 and remain set due to the absence of a speedometer pulse on a reference pulse.
  • the second RS flip-flop 61 is reset and set again at time t 3 as a result of the reference pulse occurring there. This process is repeated until two tacho pulses follow one another at time t 4 , which is then followed by a reference pulse, so that the normal state is reached again.
  • This state is shown in the circuit diagram according to FIG. 1 in such a way that the fourth AND gate 63 and thus the second RS flip-flop 61 are reset via the first delay element 64 and the circuit is thus brought into the initial state.
  • the electric motor is therefore not switched off until a tacho pulse follows each reference pulse, i.e. the adjustment state has been reached.
  • the circuit according to FIG. 2c behaves analogously if at least two
  • Tacho pulses follow one another without a reference pulse in between.
  • the electric motor is then not switched on with the aid of the reference pulse lock 5, except for every tacho pulse
  • Reference pulse follows. This is shown in FIG. 2c in such a way that a second tachoirmouls follows at time t 5 without a reference pulse in between.
  • the third RS flip-flop 51 is set and, due to the inversion of the output signal, no set pulse is given to the first RS flip-flop 1.
  • the output of the first RS flip-flop 1 therefore remains in the L state until the normal state is reached at time t 6 .
  • FIG. 3 shows a flowchart of a PLL control circuit for programming a microcomputer, for example a microcomputer 8048 from Intel.
  • the first branch E1 is used to decide whether a reference pulse has been delivered or not. If a reference pulse has been emitted, the second branch E2 asks whether D1 is set, D1 meaning that two tacho pulses follow one after the other. If this is the case, command B3 D1 is deleted. If D1 is not set, branch E3 is used to determine whether F is set, where F means that the electric motor is switched on. Is. If F is set, the command B2 to set D2 follows. D2 means that two reference pulses follow one after the other. If F is not set, the motor is switched on with command B1 via the set command (B4). The command boxes B4, B2 and B3 lead to the border point, i.e.
  • decision E4 asks whether speedometer pulses have occurred. If this is not the case, the program starts again. If a tacho pulse has arrived, the question E5 with branching asks whether D2 is set. If this is the case, command B7 D2 is deleted. If this is not the case, the sixth branch E6 follows with the question: F set? If F is set, command B6 is given to set D1. If F is not set, F5 is deleted via B5 and the motor is switched off with B8. Operations B6, B7 and B8 also return to the beginning of the program.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Dans ce procede et ce circuit de reglage de la vitesse de rotation ou de la frequence d'un moteur electrique (selon le principe PLL), des frequences ou des impulsions de reference produites par un generateur de frequence (2) relie a l'entree d'une porte ET (7), dont la deuxieme entree est connectee a la sortie d'un circuit de verrouillage des impulsions de reference (5), ainsi que la frequence du moteur ou des impulsions tachymetriques produites par un generateur tachymetrique (4) entraine par le moteur et relie, par l'intermediaire d'un formateur d'impulsions (10), a l'entree d'une deuxieme porte ET (8), dont la deuxieme entree est connectee a la sortie d'un entree est connectee a la sortie d'un circuit de verrouillage des impulsions tachymetriques (6), sont fournies a un circuit de reglage de phase presentant une bascule RS (1) dont la sortie commande le moteur electrique (3) par l'intermediaire d'un etage amplificateur (9). L'entree (S) de cette entree RS (1) est reliee a la sortie de la premiere porte ET (7) tandis que la sortie de la deuxieme porte ET (8) est reliee a l'entree R de la bascule RS (1). Les entrees du circuit de verrouillage des impulsions de reference (5) sont reliees d'une part au generateur de frequence (2) et d'autre part a la sortie de la deuxieme porte ET (8) ainsi qu'a la sortie de la bascule RS (1). Les entrees du circuit de verrouillage des impulsions tachymetriques (6) sont reliees d'une part a la sortie du formateur d'impulsions (10) et d'autre part a la sortie de la premiere porte ET (7) ainsi qu'a la sortie de la bascule RS (1). Ainsi chaque impulsion de reference excite l'entree (S) de la bascule (1) qui delivre alors des impulsions d'entrainement au moteur electrique. Chaque impulsion tachymetrique excite l'entree (R) de la bascule RS (1), ce qui empeche les impulsions d'entraine ment de parvenir au moteur electrique (3).In this method and this circuit for adjusting the speed of rotation or the frequency of an electric motor (according to the PLL principle), frequencies or reference pulses produced by a frequency generator (2) connected to the input of an AND gate (7), the second input of which is connected to the output of a circuit for locking the reference pulses (5), as well as the frequency of the motor or of the tachometric pulses produced by a tachometric generator (4) driven by the motor and connected, via a pulse trainer (10), to the input of a second AND gate (8), the second input of which is connected to the output of an east input connected to the output of a circuit for locking the tachometric pulses (6), are supplied to a phase adjustment circuit having an RS flip-flop (1) whose output controls the electric motor (3) via a amplifier stage (9). The input (S) of this RS input (1) is connected to the output of the first AND gate (7) while the output of the second AND gate (8) is connected to the input R of the RS flip-flop ( 1). The inputs of the reference pulse locking circuit (5) are connected on the one hand to the frequency generator (2) and on the other hand to the output of the second AND gate (8) as well as to the output of the RS rocker (1). The inputs of the tachometric pulse locking circuit (6) are connected on the one hand to the output of the pulse trainer (10) and on the other hand to the output of the first AND gate (7) as well as to the RS flip-flop output (1). Thus each reference pulse excites the input (S) of the rocker (1) which then delivers driving pulses to the electric motor. Each tachometric pulse excites the input (R) of the RS flip-flop (1), which prevents the driving pulses from reaching the electric motor (3).

Description

Verfahren und Schaltung zur Regelung der Drehzahl bzw. Frequenz eines Elektromotors Method and circuit for regulating the speed or frequency of an electric motor
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl bzw. Frequenz eines Elektromotors nach dem Prinzip der Nachl aufsynchro nisation gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for controlling the speed or frequency of an electric motor according to the principle of Nachl Aufsynchro tion according to the preamble of claim 1 and a circuit for performing this method.
Eine nach dem Prinzip der Nachlaufsynchron isat ion arbeitende Regel schaltung ist beispielsweise aus der Literaturstelle U. Tietze, Ch. Schenk "Halblei ter-Schal tungstechnik" (5. Auflage, Springer-Verlag Berlin-Heidel berg-New York 1980, Seiten 701 folgende) bekannt. Dabei besteht die Aufgabe der Nachlaufsynchron i sat ion darin, die Frequenz eines Oszillators so einzustellen, daß sie mit der Frequenz eines Bezugsoszillators übereinstimmt, und zwar so genau, daß die Phasenverschiebung nicht wegläuft. Nachdem Prinzip eines Phasenregelkreises (PLL) arbeitende Schaltungen bestehen im wesentlichen aus drei Bestandteilen, einem Phasendetektor, dem sowohl die von einem Bezugsoszillator gegebene Bezugsfrequenz als auch die von einem Nachlauf-Oszillator abgegebene Frequenz eingegeben werden, einem Ausgangsverstärker und einem spannungsgesteuerten Oszillator oder Nachlauf-Oszillator. Die Ausgangs spannung des Phasendetektors steuert dabei den Oszillator so nach, daß bei geschlossener Regel schlei fe der Phasendetektor immer wieder auf Null abgeglichen wird. Das Differenzsignal steht dabei am Ausgang des Phasenregelkreises als Meß- oder Stellgröße zur Verfügung. Die bekannten Phasenregelkreis-Schaltungen (PLL-Schal tungen) wie sie zum Beispiel für Motorregelungen verwendet werden, rasten dabei bei einer Phasen läge ein, die sowohl von dar Frequenz als auch von der Motorlast abhängig ist. Die Phasenlage einer vom Motor angetriebenen Einrichtung in Bezug zur Referenzfrequenz nängt damit sowohl von der Frequenz als auch von der Motorlast ab.A control circuit operating according to the principle of back-up synchronization is, for example, from the literature reference U. Tietze, Ch. Schenk "Halblei ter-Schalungstechnik" (5th edition, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1980, pages 701, following ) known. The task of tracking synchronous i sat ion is to set the frequency of an oscillator so that it matches the frequency of a reference oscillator, and so precisely that the phase shift does not run away. Circuits based on the principle of a phase locked loop (PLL) essentially consist of three components, a phase detector, to which both the reference frequency given by a reference oscillator and the frequency output by a tracking oscillator are input, an output amplifier and a voltage-controlled oscillator or tracking oscillator . The output voltage of the phase detector controls the oscillator so that when the rule is closed, the phase detector is always calibrated to zero. The difference signal is available at the output of the phase locked loop as a measurement or manipulated variable. The known phase locked loop circuits (PLL scarf lines) as they For example, used for motor controls, engage at a phase length that is dependent on both the frequency and the motor load. The phase position of a device driven by the motor in relation to the reference frequency thus depends on both the frequency and the motor load.
Diese bekannten Schaltungen weisen den Nachteil auf, daß ein stabiler Zustand des Regelkreises auch beim Vorliegen harmonischer bzw. subharmonischer Frequenzen erreicht wird. Bei der Verwendung einer solchen PLL-Regel schal tung für die Motorregelung in Filmkameras bedeutet dies, daβ wegen des großen Geschwindigkeitsbereiches des Elektromotors in Filmkameras von 9 - 54 Bildern pro Sekunde beim Umschalten der Geschwindigkeit sehr leicht eine Fehleinstellung resultieren kann. Beispielsweise kann bei einer Umschaltung von S auf 18 Bildern pro Sekunde anstelle der gewünschten 18 Bildern pro Sekunde dar Elektromotor auf eine Geschwindigkeit einrasten, die 3ό Bilder pro Sekunde zur Folge hat. Diese Tatsache macht die Verwendung normaler PLL-Regel schaltungen für die Regelung des Elektromotors in Filmkameras unmöglich.These known circuits have the disadvantage that a stable state of the control loop is achieved even when harmonic or subharmonic frequencies are present. When using such a PLL control circuit for motor control in film cameras, this means that, owing to the large speed range of the electric motor in film cameras of 9-54 frames per second, a misadjustment can very easily result when the speed is switched. For example, when switching from S to 18 frames per second, instead of the desired 18 frames per second, the electric motor can snap to a speed that results in 3ό frames per second. This fact makes the use of normal PLL control circuits for the control of the electric motor in film cameras impossible.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Genauigkeit der Drehzahl- bzw. Frequenzregelung eines Elektromotors nachdem Prinzip der Nachlaufsynchronisation deutlich zu erhöhen, Sröreinflüsse wie Schlupf und Laständerungen zu reduzieren und die Funkt ϊonsfänigkeϊt der Regelschaltung auch bei beliebig großen Regelabweichungen zu erhalten. Zusätzlich soll das zu schaffende Verfahren bzw. die anzugebende Regelschaltung eine Realisierung mittels eines Mikrocomputers gestatten, wodurch zusätzliche Kostenersparnisse und eine Erhöhung der Zuverlässigkeit erreicht werden.It is an object of the present invention to significantly increase the accuracy of the speed or frequency control of an electric motor based on the principle of overtravel synchronization, to reduce interference such as slip and load changes and to maintain the function of the control circuit even in the case of control deviations of any size. In addition, the method to be created or the control circuit to be specified should permit implementation by means of a microcomputer, as a result of which additional cost savings and an increase in reliability are achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, dessen kennzeichnende Merkmale dem Patentanspruch 1 zu entnehmen sind.This object is achieved according to the invention by a method, the characterizing features of which can be found in patent claim 1.
Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist den Merkmalen des Patentanspruchs 2 zu entnehmen. Mit dem erf indungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Regel schal tung wird die Genauigkeit der Drehzahl- bzw. Frequenzregelung des Elektromotors deutlich erhöht und äußere Störeinflüsse wie der Schlupf des Elektromotors und Laständerungen erheblich reduziert. Ins besondere gestatten das erf indungsgemäße Verfahren und die erfindungs gemäße Regelschaltung die Anwendung der Schaltung für die Regelung eines Filmkamera-Motors, dessen Drehzahlen einen großen Geschwincig keitsbereich umfassen. Die erf ϊndungsgemäße Regelschaltung ist auch bei beliebig großen Regelabweichungen voll funktionsfähig und verursacht beim Umschalten der Geschwind igkei ten keinerlei Fehleinstel- lungen. Zusätzlich wird die Verwendung eines Mikrocomputers für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahren bzw. als Ersatz für die erfindungsgemäße Regel schal tung ermöglicht, wodurch eine zusätzliche Kostenersparnis und eine wesentliche Erhöhung der Zuverlässigkeit erreicht wird.An arrangement for carrying out the method can be found in the features of patent claim 2. With the method according to the invention and the control circuit according to the invention, the accuracy of the speed or frequency control of the electric motor is significantly increased and external interference such as the slip of the electric motor and load changes are significantly reduced. In particular, the inventive method and the inventive control circuit allow the application of the circuit for the control of a film camera motor, the speeds of which comprise a large speed range. The control circuit according to the invention is fully functional even in the case of control deviations of any size and does not cause any incorrect settings when the speeds are switched. In addition, the use of a microcomputer for implementing the method according to the invention or as a replacement for the control circuit according to the invention is made possible, whereby an additional cost saving and a substantial increase in reliability is achieved.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:The idea on which the invention is based will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 ein Schaltbild der erf indungsgemäßen PLL-Regel schaltung für einen Elektromotor,1 is a circuit diagram of the PLL control circuit according to the invention for an electric motor,
Fig. 2 ein Impulsdiagramm für das Schaltbild gemäß Fig. 1 undFig. 2 is a timing diagram for the circuit diagram of FIG. 1 and
Fig. 3 ein Flußdiagramm einer PLL-Regel schal tung für die Reali sierung der Schaltung mittels eines MikrocomputersFig. 3 is a flowchart of a PLL control circuit for realizing the circuit by means of a microcomputer
Der in Fig. 1 dargestellte Schaltplan einer PLL-Regel schal tung weist einen Elektromotor 3 auf, dessen rotierende Welle starr mit einem Tachogenerator 4 verbunden ist. Der Elektromotor 3 wird vom Ausgang eines ersten RS-Kippgliedes 1 über eine Treiberstufe 9 m i t Antriebsimpulsen versehen. Die Treiberstufe 9 erzeugt dabei die für den Antrieb des Elektromotors 3 erforderliche Leistung. Die Ausgangsim pulse des Tachogenerators 4 werden mittels eines Impulsformers 10 in Rechteckimpul se umgewandelt. Am Referenze ingang der erfindungsgemäßen PLL-Regelschaltung wird von einem Frequenzgenerator 2 eine beliebige Frequenz mit Rechteckimpul sen angelegt. Der Frequenzgenerator 2 ist dazu an den einen Eingang eines ersten UND-Gatters 7 angeschlossen, dessen zweiter Eingang mit den Ausgangsimpulsen einer strichpunktiert umrahmten Referenzimpuls-Verriegeiung 5 beaufschlagt ist. Der Ausgang dϊeses ersten UND-Gatters 7 ist mit dem Setz-Eingang S des ersten RS-Kippgliedes 1 verbunden, dessen Rücksetz-Eϊngang an den Ausgang eines zweiten UND-Gatters 8 angeschlossen ist. Die Eingänge dieses zweϊten UND-Gatters 8 sind sowohl an den Ausgang einer ebenfalls strichpunktiert dargestellten Tachoimpuls-Verriegelung 6 als auch an den Ausgang des Impulsformers 10 angeschlossen.The circuit diagram of a PLL control circuit shown in FIG. 1 has an electric motor 3, the rotating shaft of which is rigidly connected to a tachometer generator 4. The electric motor 3 is provided with drive pulses from the output of a first RS flip-flop 1 via a driver stage 9. The driver stage 9 generates the power required to drive the electric motor 3. The output im pulses of the tachometer generator 4 are converted by means of a pulse shaper 10 into rectangular pulses. At the reference input of the PLL control circuit according to the invention, any frequency with rectangular pulses is applied by a frequency generator 2. For this purpose, the frequency generator 2 is connected to the one input of a first AND gate 7, the second input of which is acted upon by the output pulses of a reference pulse latch 5 framed by dash-dotted lines. The output of this first AND gate 7 is connected to the set input S of the first flip-flop 1, the reset input of which is connected to the output of a second AND gate 8. The inputs of this second AND gate 8 are connected both to the output of a tacho pulse lock 6, also shown in dash-dot lines, and to the output of the pulse shaper 10.
Die Tacho impuls-Verriegelung 6 enthält ein zweites RS-Kippglied 61, dessen Ausgang über einen inverter 65 mit dem einen Eingang des zweit UND-Gatters 8 und unrnittelbar mit dem einen Eingang eines vierten UND-Gatters 63 verbunden ist. Der Setz-Eiπgang des zweiten RS-Kippgliedes ist an den Ausgang eines dritten UND-Gatters 62 angeschlossen, dessen beide Eingänge einerseits mit dem Ausgang des ersten UND-Gatters 7, andererseits mit dem Ausgang des ersten RS-Kippgliedes 1 verbunden sind. Der Rücksetz-Eingang des zweiten RS-Kippgliedes 61 ist mit den Ausgangs impulsen des vierten UND-Gatters 63 beaufschlagt, dessen Eingänge neben der Verbindung mit dem Ausgang des zweiten RS-Kippgliedes 61 noch über ein erstes Verzögerungsglied 64 mit dem Ausgang des Impulsformers 10 verbunden sind.The tachometer pulse lock 6 contains a second RS flip-flop 61, the output of which is connected via an inverter 65 to the one input of the second AND gate 8 and directly to the one input of a fourth AND gate 63. The setting input of the second RS flip-flop is connected to the output of a third AND gate 62, the two inputs of which are connected on the one hand to the output of the first AND gate 7 and on the other hand to the output of the first RS flip-flop 1. The reset input of the second RS flip-flop 61 is acted upon by the output pulses of the fourth AND gate 63, the inputs of which, in addition to the connection to the output of the second RS flip-flop 61, are also connected to the output of the pulse shaper 10 via a first delay element 64 are.
Die Referenzimpuls-Verriegelung 5 enthält ebenfalls ein RS-Kippglied 51, dessen Ausgang sowohl mit dem Eingang eines sechsten UND-Gatters 53 als auch über eϊnen dritten Inverter 56 mit einen Eingang des ersten UND-Gatters 7 verbunden ist. Der Setz-Eingang des dritten RS-KippgIiedes 51 ist an den Ausgang eines fünften UND-Gatters 52 angeschlossen, dessen Eingänge wiederum einerseϊts mit dem Ausgang des zweiten UND-Gatters 8 und andererseits über einen zweiten Inverter 55 mit dem Ausgang des ersten RS-Kippgliedes 1 verbunden sind. Schlieβlich ist der Rück setz-Eingang des dritten RS-Kippgliedes 51 mit dem Ausgang des sechsten UND-Gatters 53 verbunden, dessen zweiter Eingang über ein zweites Ver zögerungsglied 54 an den Ausgang des Frequenz-Generators 2 angeschlossen ist.The reference pulse latch 5 also contains an RS flip-flop 51, the output of which is connected both to the input of a sixth AND gate 53 and to an input of the first AND gate 7 via a third inverter 56. The set input of the third RS flip-flop 51 is connected to the output of a fifth AND gate 52, the inputs of which in turn are connected to the output of the second AND gate 8 and, on the other hand, via a second inverter 55 to the output of the first RS flip-flop 1 are connected. Finally, the back is Set input of the third RS flip-flop 51 connected to the output of the sixth AND gate 53, the second input of which is connected via a second delay element 54 to the output of the frequency generator 2.
Die Funktionsweise dieser PLL-Regelschaltung soll nachstehend anhand des Impulsdϊagrammes gemäß Fig. 2 näher erläutert werden.The operation of this PLL control circuit will be explained below with reference to the pulse diagram according to FIG. 2.
In Fig. 2 sind von oben nach unten die Referenzimpulse, die Tachoimpulse die Ausgangsimpulse des ersten RS-Kippgliedes 1, die Ausgangsimpulse des zweiten RS-Kippgliedes 61 sowie die Ausgangsimpulse des dritten RS-Kippgliedes 51 in verschiedenen Betriebszuständen darge stellt. Dabei zeigt die Fig. 2a den Normaifall, Fig. 2b den Fall, daß die Referenzfrequenz schneller als die Tachofrequenz und Fig. 2c den Fall, daß die Tachofrequenz schneller als die Referenzfrequenz ist.In Fig. 2 are the reference pulses from top to bottom, the tacho pulses, the output pulses of the first RS flip-flop 1, the output pulses of the second RS flip-flop 61 and the output pulses of the third RS flip-flop 51 in various operating states Darge. 2a shows the standard case, FIG. 2b the case that the reference frequency is faster than the tachometer frequency and FIG. 2c the case that the tachometer frequency is faster than the reference frequency.
Grundsätzlich wird die Drehzahl bzw. Frequenz des Elektromotors 3 so geregelt, daß die Tachofrequenz mit der vom Frequenzgenerator abge gebenen Rechteckfrequenz identisch ist. Im Normalfall (Fig. 2a), d.h. im eingeschwungen Zustand, in dem die Tachofrequenz gleich der Refe renzfrequenz ist sind das zweite und dritte RS-Kippglied 61 und 51 zu rückgesetzt, so daß die Tacho- bzw. die Referenzimpulse die beiden UND-Gatter 7 und 8 passieren können und der Regelkreis geschlossen ist In diesem Fall folgt auf jeden Referenz impuls ein Tachoimpuls und das erste RS-Kippglied 1 wird mit dem Referenz impuls in den H-Zustand gesetzt und mit dem darauffolgenden TachoimpuIs in den L-Zustand. Die beiden anderen RS-Flip-Flops 51 und 61 befinden sich im Normalfall ständig im L-Zustand.Basically, the speed or frequency of the electric motor 3 is controlled so that the tachometer frequency is identical to the square frequency given by the frequency generator. In the normal case (Fig. 2a), i.e. in the steady state, in which the tachometer frequency is equal to the reference frequency, the second and third RS flip-flops 61 and 51 are reset so that the tachometer and reference pulses can pass through the two AND gates 7 and 8 and the control circuit is closed In this case, each reference pulse is followed by a tachometer pulse and the first RS flip-flop 1 is set to the H state with the reference pulse and to the L state with the subsequent tachometer pulse. The other two RS flip-flops 51 and 61 are normally in the L state at all times.
Tritt durch Laständerung oder Änderung der Referenzfrequenz eine plötzliche starke Abweichung zwischen der Tachofrequenz und de r Referenzfrequenz auf, so kann das dazu führen, daß plötzlich zwei oder mehr Impulse vom gleichen Typ, zum Beispiel zwei oder mehr Tacho- oder zwei oder mehr Referenzimpul se, aufeinanderfolgen undcamit die Voraus setzungen fü r das Einrasten einer normalen PLL-Schaltung in einen falschen Frequenzbereich, d.h. bei einer harmonisehen bzw. subharmonischen Frequenz der eingestellten Frequenz, geschaffen werden. im lmpulsdiagramm gemäß Fig. 2b ist angenommen worden, daß zwei Referenzimpulse nacheinander folgen, ohne daß auf den ersten Referenzimpuls ein Tachoimpuls folgt. In diesem Fall wird das dritte UND-Gatter 62 leitend und setzt das zweite RS-Kippglied 61. Das führt dazu, daß der nächste tachoimpuls zweite UND-Gatter 8 nicht passieren kann und demzufolge auch das erste RS-Kippglied 1 nicht zurückgesetzt wird, so daβ der Elektromotor nicht abgeschaltet wird, was zu einer Beschleunigung und damit wfederum zu einer Verringerung der Regelabweichung führt. Im lmpulsdiagramm nach Fig. 2b wird zum Zeitpunkt t1 das erste und zweite RS-Kippglied 1 und 61 gesetzt und bleibt gesetzt infolge des Ausbleibens eϊπes Tachoimpulses auf einen Referenzimpuls. Zum Zeitpunkt t2 wird das zweite RS-Kippglied 61 zurückgesetzt und infolge des darauf auftretenden Referenzimpulses zum Zeitpunkt t3 erneut gesetzt. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis zum Zeitpunkt t4 zwei Tachoimpulse aufeinanderfolgen, denen dann ein Referenzimpuls folgt, so daß der Normalzustand wieder erreicht ist. Dieser Zustand stellt sich im Schaltbild nach Fig. 1 derart dar, daß über das erste Verzcgerungsglied 64 das vierte UND-Gatter 63 und damit das zweite RS-Kippglled 61 zurückgesetzt und damit die Schaltung in den Ausgangszustand gebracht wird. Der Elektromotor wird also so lange nicht ausgeschaltet, bis auf jeden ReferenzimpuIs ein Tachoimpuls folgt, also der Abgleichzustand erreicht ist.If a sudden strong deviation between the tachometer frequency and the reference frequency occurs due to a change in the load or a change in the reference frequency, this can lead to the sudden occurrence of two or more pulses of the same type, for example two or more tachometer pulses or two or more reference pulses. successive and camit the advance Settings for snapping a normal PLL circuit into an incorrect frequency range, that is, at a harmonic or subharmonic frequency of the set frequency. in the pulse diagram according to FIG. 2b, it has been assumed that two reference pulses follow one after the other without a tacho pulse following the first reference pulse. In this case, the third AND gate 62 becomes conductive and sets the second RS flip-flop 61. This means that the next tacho pulse cannot pass through the second AND gate 8 and, consequently, the first RS flip-flop 1 is not reset either that the electric motor is not switched off, which leads to an acceleration and therefore a reduction in the control deviation. In the pulse diagram according to FIG. 2b, the first and second RS flip-flops 1 and 61 are set at the time t 1 and remain set due to the absence of a speedometer pulse on a reference pulse. At time t 2 , the second RS flip-flop 61 is reset and set again at time t 3 as a result of the reference pulse occurring there. This process is repeated until two tacho pulses follow one another at time t 4 , which is then followed by a reference pulse, so that the normal state is reached again. This state is shown in the circuit diagram according to FIG. 1 in such a way that the fourth AND gate 63 and thus the second RS flip-flop 61 are reset via the first delay element 64 and the circuit is thus brought into the initial state. The electric motor is therefore not switched off until a tacho pulse follows each reference pulse, i.e. the adjustment state has been reached.
Analog verhält sich die Schaltung gemäß Fig. 2c, wenn mindestens zweiThe circuit according to FIG. 2c behaves analogously if at least two
Tachoimpulse aufeinanderfolgen, ohne daß ein Referenz impuls dazwischen liegt. Der Elektromotor wird dann mit Hilfe der Referenzimpuls-Verriegelung 5 solange nicht eingeschaltet, bis auf jeden Tachoimpuls einTacho pulses follow one another without a reference pulse in between. The electric motor is then not switched on with the aid of the reference pulse lock 5, except for every tacho pulse
Referenzimpuls folgt. Dies stellt sich in Fig. 2c derart dar, daß zum Zeitpunkt t 5 ein zweiter Tachoirmouls folgt, ohne daβ ein Referenzimpuls dazwischen liegt. Mit dem zweiten Tachoimpuls wird das dritte RS-Kippglied 51 gesetzt und infolge der Invertierung des Ausgancssignales kein Setzimpuls an das erste RS-Kipp g lied 1 asgegeben. Der Ausgang des ersten RS-Kippgliedes 1 verharrt daher im L-Zustand bis zum Zeitpunkt t6 der Normalzustand erreicht ist.Reference pulse follows. This is shown in FIG. 2c in such a way that a second tachoirmouls follows at time t 5 without a reference pulse in between. With the second tachometer pulse, the third RS flip-flop 51 is set and, due to the inversion of the output signal, no set pulse is given to the first RS flip-flop 1. The output of the first RS flip-flop 1 therefore remains in the L state until the normal state is reached at time t 6 .
In Fig. 3 ist ein Flußdiagramm einer PLL-Regelschaltung fü r die Programmierung eines Mikrocomputers, beispielsweise eines Mikrocomputers 8048 der Firma Intel, dargestellt.3 shows a flowchart of a PLL control circuit for programming a microcomputer, for example a microcomputer 8048 from Intel.
Nach dem Start S des Programms wird mittels der ersten Verzweigung E1 entschieden, ob ein Referenzimpuls abgegeben wurde oder nicht. Ist ein Referenzimpuls abgegeben worden, so wird mit der zweiten Verzweigung E2 die Frage gestellt, ob D1 gesetzt ist, wobei D1 bedeutet, daß zwei Tachoimpulse unmittelbar nacheinander folgen. Ist dies der Fall, so wird über den Befehl B3 D1 gelöscht. Ist D1 nicht gesetzt, so wird mit der Verzweigung E3 eintschieden, ob F gesetzt ist, wobei F bedeutet, daß der Elektromotor eingeschaltet ist. Ist. F gesetzt, so folgt der Befehl B2, D2 zu setzen. D2 bedeutet, daß zwei Referenzimpulse unmittelbar nacheinander folgen. Ist F nicht gesetzt, so wird mit dem Befehl B1 der Motor über den Setzbefehl eingeschaltet (B4) . Die Befehlskästen B4 , B2 und B3 führen zur Grenzstelle, d.h. zum Programmstart zurück. Sind nach E1 keine Referenzimpul se ei ngetroffen, wird mit der Entscheidung E4 abgefragt, ob Tachoimpulse aufgetreten sind. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut der Programmstart. Ist ein Tachoimpuls eingetroffen, so folgt mit der Verzweigung E5 die Frage, ob D2 gesetzt ist. Ist dies der Fall, so wird mit dem Befehl B7 D2 gelöscht. Ist das nicht der Fall, so folgt die sechste Verzweigung E6 mit der Frage: F gesetzt? Ist F gesetzt, so wird mit B6 der Befehl erteilt D1 zu setzen. Ist F nicht gesetzt, so wird über B5 F gelöscht und mit B8 der Motor ausgeschaltet. Die Operationen B6, B7 und B8 führen ebenfalls zum Programmanfang zurück. After the start S of the program, the first branch E1 is used to decide whether a reference pulse has been delivered or not. If a reference pulse has been emitted, the second branch E2 asks whether D1 is set, D1 meaning that two tacho pulses follow one after the other. If this is the case, command B3 D1 is deleted. If D1 is not set, branch E3 is used to determine whether F is set, where F means that the electric motor is switched on. Is. If F is set, the command B2 to set D2 follows. D2 means that two reference pulses follow one after the other. If F is not set, the motor is switched on with command B1 via the set command (B4). The command boxes B4, B2 and B3 lead to the border point, i.e. back to the start of the program. If no reference pulses have arrived after E1, decision E4 asks whether speedometer pulses have occurred. If this is not the case, the program starts again. If a tacho pulse has arrived, the question E5 with branching asks whether D2 is set. If this is the case, command B7 D2 is deleted. If this is not the case, the sixth branch E6 follows with the question: F set? If F is set, command B6 is given to set D1. If F is not set, F5 is deleted via B5 and the motor is switched off with B8. Operations B6, B7 and B8 also return to the beginning of the program.

Claims

Patentansorüche Patent claims
1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl bzw. Frequenz eines Elektromotors nach dem Prinzip der Nachlaufsynchronisation (Phase-Locked-Loop, PLL) bei dem von einem Frequenzgenerator eine Referenzfrequenz bzw. Re ferenzimpul se und von einem mit dem Elektromotor verbundenen Tacho generator die Motorfrequenz bzw. Tachoimpulse einem Phasenregelkreis eingegeben werden, dessen Ausgang den Elektromotor ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenregelkreis ein RS-Kippglied (1) enthält, das mit jedem Referenzimpuls gesetzt wird und Antriebsimpulse an den Elektromotor (3) abgibt und mit jedem Tachoimpuls zu rückgesetzt wird und keine Antriebsimpulse auf den Elektromotor (3) gelangen läßt.1. Method for controlling the speed or frequency of an electric motor according to the principle of tracking synchronization (phase-locked loop, PLL) in which a reference frequency or reference pulse is generated by a frequency generator and the motor frequency or by a tacho generator connected to the electric motor Tacho pulses are entered into a phase-locked loop, the output of which drives the electric motor, characterized in that the phase-locked loop contains an RS flip-flop (1) which is set with each reference pulse and emits drive pulses to the electric motor (3) and is reset with each tacho pulse and no drive impulses can reach the electric motor (3).
2. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzimpulse abgebende Frequenzgenerator (2) mit einem Ein gang eines ersten UND-Gatters (7) verbunden ist, dessen zweiter Ein gang an den Ausgang einer Referenzimpuls-Verriegelung (5) ange sehlossen ist, daß der Tachogenerator (4) über einen Impulsformer (10) mit einem Eingang eines zweiten UND-Gatters (8) verounden ist, dessen zweiter Eingang an den Ausgang einer Tacho impu ls-Verriegelung (6) ange sehlossen ist, daβ der Ausgang des ersten UND-Gatters (7) mit dem Setz-Eingang und der Ausgang des zweiten UND-Gatters (8) mit dem Rücksetz-Eingang des ersten RS-Kippgliedes (1) verbunden ist, dessen Ausgang über eine Treiberstufe (9) den Elektromotor (3) ansteuert, und daß de r Ausgang des dritten RS-Kippgliedes (51) über einen dritten Inverter (56) mit dem einen Eingang des ersten UND-Gatters (7) ver bunden ist. 5. Schaltung nach den Ansprüchen 3 und 4 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (Q) des zweiten bzw. dritten RS-Kippgliedes (51 bzw. 61) mit dem einen Eingang des vierten bzw. sechsten UND-Gatters (63 bzw. 53) und daß der invertierende Ausgang des zweiten bzw. dritten RS-Kippgliedes (61 bzw. 51) mit dem einen Eingang des ersten bzw. zweiten UND-Gatters (7 bzw. 8) verbunden ist. 2. Circuit for performing the method according to claim 1, characterized in that the reference pulse emitting frequency generator (2) is connected to an input of a first AND gate (7), the second input to the output of a reference pulse latch (5th ) is connected that the tachometer generator (4) via a pulse shaper (10) is connected to an input of a second AND gate (8), the second input of which is connected to the output of a tachometer pulse lock (6), that the output of the first AND gate (7) is connected to the set input and the output of the second AND gate (8) is connected to the reset input of the first RS flip-flop (1), the output of which is connected via a driver stage (9 ) controls the electric motor (3), and that the output of the third RS flip-flop (51) is connected via a third inverter (56) to the one input of the first AND gate (7). 5. Circuit according to claims 3 and 4, characterized in that the output (Q) of the second or third RS flip-flop (51 or 61) with one input of the fourth or sixth AND gate (63 or 53 ) and that the inverting output of the second or third RS flip-flop (61 or 51) is connected to the one input of the first or second AND gate (7 or 8).
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