SE421727B - Anordning for kontinuerlig metning av en over ett mycket stort omrade varierbar frekvens hos en pulsgenerator samt digitalstyranleggning innefattande en dylik anordning - Google Patents

Description

20 25 _ 30 35 40 7909322-5 2 Uppfinningen hänför sig till en anordning för kontinuerlig mätning av en över ett mycket stort omrâde varierbar frekvens hos en pulsgenerator, i vilken anordning ingår dels en snabb klocka, som avger pulser med hög upprepningsfrekvens, dels en till den snabba klockan och pulsgeneratorn ansluten första räknare för räkning av de av den snabba klockan avgivna pulserna under varje generatorsignalperiod, dels en långsam klocka, som avger pulser med låg upprepningsfrekvens, dels en andra, till pulsgeneratorn ansluten räknare, och dels beräkningsorgan för alstring av mät- värdet.

Enligt uppfinningen innefattar anordningen även: - ett ackumulatorregister; - organ för överföring av den första räknarens innehåll till ackumulatorregistret och addering av nämnda innehåll till regist- rets innehåll samt för efterföljande nollställning av den första räknaren vid slutet av varje period hos pulsgeneratorn; samt - organ för jämförelse av pulsgeneratorns periodtid med den långsamma klockans periodtid för att vid slutet av den längsta av dessa periodtider beordra dels överföring av den andra räknar- ens och ackumulatorregistrets innehåll till beräkningsorganen, vilka är inrättade att bestämma förhållandet mellan den andra räknarens innehåll och ackumulatorregistrets innehåll, dels noll- ställning av den andra räknaren och ackumulatorregistret.

Uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning till den bifogade ritningen; i vilken fig_l visar ett allmänt över- síktsschema för mätanordningen. §ig_Ä visar signaler vid olika punkter i anordningen. §ig_§ visar ett utföringsexempel på en i anordningen ingående jämförelsekrets.

Fig 1 visar ett allmänt príncipschema för en anordning för mätning av en motors 1 hastighet, där motorns axel är mekaniskt kopplad till en pulsgenerator Z. Denna pulsgenerator 2 utgöres exempelvis av en optisk givare, en magnetisk givare eller en Hall-effektgivare för detekteríng av passage av ett med motor- ,axeln fast förbundet organ. Pulsgeneratorn alstrar en eller flera pulser för varje varv hos motorn. Dessa pulsers upprep- ningsfrekvens ligger exempelvis mellan 8 Hz och 10 kHz. Puls- generatorns 2 pulser räknas under varje upprepníngsperiod hos en klocka 3. Klockans 3 arbetsfrekvens kan exempelvis vara 200 Hz.

En snabb klocka 4 tjänar dels för synkronisering av anordningen, dels för avgivníng av pulser med en frekvens av exempelvis 10 15 20 25 30 35 40 7909322-5 3 1 MHz. Den snabba klockans 4 pulser räknas under varaktigheten av varje upprepningsperiod hos pulsgeneratorn 2. Vid slutet av en period hos den långsamma klockan 3 finns antalet N1 pulser från pulsgeneratorn 2 tillgängligt i en räknare 5, under det att det totala antalet N2 pulser alstrade av den snabba klockan 4 under samma tidsperiod finns tillgängligt i ett ackwmflatorregister 6.

En dator 7 avläser innehållet i räknaren 5 och registret 6, nollställer därefter dessa enheter samt beräknar värdet u)= K N1/N2,'där K är en proportionalitetskonstant. Det av datorn 7 alstrade hastighetsvärdet OJ kan användas som mätvärde och dels presenteras, dels användas i en hastighetsstyrslinga, exempelvis med hjälp av en styr- och presentationskrets 8 och en mellan den- na krets 8 och motorn 1 befintlig styrförbindelse 9.

Den snabba klockan 4 avger en rektangelvág med periodtíden 1 ps. För synkronisering av anordningen och för uppnående av koin- cidens mellan de för anordningens fullgoda funktion erforderliga signalerna, är pulsgeneratorn 2 förbunden med en synkroniserings- pulsgenerator 10. Denna generator 10 avger en till varaktigheten kalibrerad puls vid uppträdandet av varje puls från generatorn 2.

Denna kalibrerade puls sammanfaller med den snabba klockans första fullständiga period efter framkanten hos pulsen från generatorn 2.

Den långsamma klockan 3 är på samma sätt förbunden med en synkro- niseringspulsgenerator 11 av samma slag som generatorn 10, varvid denna generator 11 även matas med signalen från den snabba kloc- .kan 4.

Generatorn 10 är direkt ansluten till räknaren 5, vars inne- håll automatiskt framstegas ett steg för varje ny puls. Den snabba klockans 4 pulser pàtryckes först på en räknare 12 av samma slag som räknaren 5. Räknarens 12 innehåll överföres till ackumulator- registret 6 via en strömställare 13, som exempelvis kan realiseras med hjälp av en logikgrind. En styr- och överföringskrets 14 matas med varje puls från generatorn 10 och avger två tídsförskjutna styrpulser. Den första, som överförs av förbindelsen 28, beordrar överföring av registrets 12 innehåll till registret 6, dvs addi- tion av registrets 12 innehåll med innehållet i registret 6 samt förnyad inskrivning i registret 6 av totalsumman. Den andra styr- pulsen, Överförd av förbindelsen 29, åstadkommer nollställning av räknaren 12. Dessa båda pulser alstras under loppet av en och samma period hos den snabba klockan 4 för att inga räkncpulser skall gå förlorade. 10_ 15 20 25 30 35 040 7909322-5 Vid slutet av en räkneperiod påtryckes en beräkningsbedrd- rande puls på datorns 7 ingång 20. Datorn 7 läser härvid innehål- let i räknaren 5 och registret 6 samt bestämmer värdet U) på rota- tionshastigheten.

Så länge som den långsamma klockans 3 periodtid är längre än periodtiden för generatorns 2 pulser,härrör den vid datorns 7 in- gång 20 pâtryckta ordersignalen från pulsgeneratorn 11. Om gene- ratorns Z periodtid blir längre än klockans 3 periodtid, bör denna order avges av pulsgeneratorn 10. För att mätområdet för motorns rotationshastighet inte skall begränsas mot låga frekvenser, är den enligt uppfinningen utförda mätanordningen försedd med en periodjämförelsekrets 15, som matas med pulserna från generatorer- na 10 och ll och som alstrar en styrpuls för pâtryckning vid be- räkningskretsens 7 ingång 20. Denna styrpuls sammanfaller i huvud- sak med de ingångspulser som har den längsta periodtiden. Vid mot- tagning av denna styrpuls utför datorn 7 utläsningen av räknarnas 5 och 6 innehåll N1 och NZ samt nollställer därefter dessa räknare.

Datorn 7 innefattar exempelvis en mikroprocessor med ett till- hörande fast programminne och ett arbetsminne. Programmet är sådant, att beräkningskretsen successivt utläser värdena NT och NZ, noll- ställer räknaren 5 och registret 6, beräknar värdet U) och even- tuellt beräknar storleken av styrkretsens 8 insignal. Räknaren 5 och registret 6 betraktas av datorn 7 som perifera enheter. Datorn 7 har en ingång 21 för mottagning av värdet N1 från räknaren 5, en utgång 22 för beordring av läsning av värdet N1 och en styrutgång 23 för beordring av räknarens 5 nollställning. På samma sätt har den en ingång 24 för läsning av registrets 6 innehåll, en utgång 25 för beordring av läsning från nyssnämnda register av värdet NZ samt en utgång 26 för nollställning av registret. Dessutom är da- torn försedd med en till pulsgeneratorn 2 ansluten ingång 27 för indikering av motorns rotationsriktníng genom att tilldela det be- räknade värdet ug positivt eller negativt tecken. Slutligen är da- torn försedd med en ingång 30, som är ansluten till räknarens 12 spillutgång. En utsignal vid denna utgång indikerar att spill upp- träder vid räknaren T2, något som endast inträffar då motorn stan- nar eller har mycket låg hastighet (pulsgeneratorns frekvens lägre än 8 Hz). En signifikant signal vid ingången 30 medför att datorns utgång avger värdet (U = 0.

Pig. 2 återger signaler vid olika punkter i anordningen. Des- sa punkter betecknas S1 - S10 i fig. 1, och motsvarande signaler 10 15 20 25 30 35 40 7909322-5 betecknas på samma sätt i fig. 2. Anordningen styrs av en snabb klocka 4 med frekvensen T MHz. Denna klockas rektangelformade ut- signal visas vid S1. S2 återger den signal som avges av den med motorn 1 mekaniskt förbundna pulsgeneratorn 2. Denna signal S2 utgöres av pulser av godtycklig bredd och är uppenbarligen inte synkroniserad med klockan 4. Denna synkronisering förverkligas med synkroniseríngspulsgeneratorn 10, som avger vid S5 represen- terade pulser, vilka sammanfaller med signalens S1 första full- ständiga period efter signalens S2 framkant. Signalens S3 pulser påtryckes styrkretsen 14, som alstrar dels en pulssignal S4 för beordring av överföring av räknarens 12 innehåll till registret 6, dels en tidsfördröjd pulssignal S5 för nollställning av räknaren 12. S6 visar den långsamma klockans 3 utsignal. S7 representerar synkroniseringspulsgeneratorns 11 utsignal, som åstadkommer den långsamma klockans synkronisering med den snabba klockan 4. Lik- som signalen S3 utgöres signalen S7 av en puls med samma varaktig- het som den snabba klockans periodtid och sammanfallande med denna klockas första period efter sígnalens S6 framkant. Antages att pulsgeneratorns 2 frekvens är högre än den långsamma klockans frekvens, kommer den vid datorns ingång 20 påtryckta styrpulsen att sammanfalla med signalen S7. I detta fall utsänder datorn en puls S8 mot räknaren 5 och registret 6 för beordring av utläsning av värdena NT och NZ samt utsänder därefter en relativt signalen S8 tidsfördröjd puls S9 för nollställning av râknaren 5 och re- gistret 6.

Styrning av datorn 7 förverkligas med en i fig. 3 visad pe- riodjämförelsekrets 15¿_I denna krets jämföres periodtiden för pulserna S3 vid generatorns 10 utgång med periodtiden för pulser- na S7 vid generatorns 11 utgång. I jämförelsekretsen 15 ingår två JK-vippor 31 och 32, vilkas klockingångar C matas med signalen S3 respektive signalen S7. Vippornas 31 och 32 J-ingångar hålles ständigt vid logisk ettnivå. De båda vippornas S- och K-ingångar hålles ständigt vid logisk nollnivå. Vippan 31 har dessutom en nollställningsíngång R som inverterat är förbunden med vippans 32 klockpulsingång C. På motsvarande sätt har víppnn 32 en R-ingång som inverterat är förbunden med vippans 31 C-ingång. Med vipporna förbundna på detta sätt, kommer endera vippans Q-utgång att övergå till 1-tillstånd vid varje framkant hos den till motsvarande klock- ingàng C matade pulssignalen och återgå till 0-tillstånd när en bakkant uppträder hos den till den andra vippans klockíngång matade 10 15 20 25 30 35 40 7909322-5 ä. pulssignalen. En NOCH-grind 33 är försedd med en icke-inverterande ingång, som är förbunden med vippans 31 Q-utgång, och en inverte- rande ingång som matas med insignalen S3. På motsvarande sätt är en NOCH-grind 34 försedd med en icke-inverterande ingång ansluten till vippans 32 Q-utgång och en inverterande ingång, som matas med ínsignalen S7. En SR-vippa 35 har sina R- och S-ingångar för- bundna med NOCH-grindarnas 33 respektive 34 utgångar. Vippans 35 utgångar Ö och Q styr var sin strömställare Strömställarens 36 ena anslutningsklämma matas direkt med insig- nalen S3, under det att dess andra anslutningsklämma är ansluten till en ELLER-grinds 38 ena ingång. På samma sätt tillföres ström- ställarens 37 ena anslutningsklämma insignalen S7, under det att dess andra anslutningsklämma är ansluten till ELLER-grindens 38 andra ingång. Denna ELLER-grind avger beräkningsordersígnalen till datorn 7. Denna signal kan endast utgöras av endera av insignaler- na S3 och S7.

Till följd av jämförelsekretsen 15 kan värdet av räknarens 5 innehåll inte vara mindre en ett. I det fall då generatorns 2 pe- ríodtid är längre än den långsamma klockans 3 periodtid, tillföres datorn 7 dels värdet N1 = 1, dels det mot periodtiden proportio- nella värdet NZ. Under beräkningen av värdet ul räknas den snabba klockans 4 pulser i räknaren 12. Dessa pulser kommer att beaktas vid den nästföljande beräkningen, och på detta sätt går inga pul- ser förlorade. När generatorns 2 periodtid är kortare än den lång- samma klockans 3 periodtid, är det den långsamma klockans pulser som utlöser datorn 7. Räknaren 5 innehåller ett till NI uppgående antal fullständiga perioder för pulsgeneratorn 2, och registret 6 innehåller NZ från den snabba klockan 4 härrörande pulser mottagna under dessa fullständiga perioder för generatorn 2. Om en beräk- ningsbeordrande puls uppträder mellan två pulser från pulsgenera- torn 2, kommer de i räknaren 12 ackumulerade pulserna från den snabba klockan 4 att användas under följande beräkningscykel. Så- ledes kommer inga pulser att gå förlorade.

Den i enlighet med uppfinningen utförda mätanordningen upp- visar följande fördelar. Informationsínsamlingstiden är konstant och lika med 5 ms så länge som generatorns 2 pulser alstras med kortare periodtid än den långsamma klockans 3 períodtid. Denna in- samlingstíd medför att datorn 7 får erforderlig tid för att den skall kunna genomföra sina operationer. När pulsgeneratorns 2 frekvens understiger 200 Hz, är insamlingstiden uppenbarligen 36 respektive 37. 10 79093 22-5 längre, men anordningens mätområde är inte begränsat mot låga frekvenser. Upplösningen av mätvärdena varierar inte i någon stör- re utsträckning med anordningens användningsområde. Slutligen är mätnoggrannheten förknippad med den snabba klockans 4 hastighet.

Mätanordningen indikerar hastigheten noll när räknaren 12 uppnår sitt maximivärde. På motsvarande sätt kan en indikering på överhastighet erhållas då spill uppträder i den med generatorns Z pulser matade räknaren 5.

Uppfinningen har speciell tillämpning vid reglering av elekt- riska motorers,specie1lt valsverksmotorers, hastighet. Den med digitaltekníken förknippade störokänsligheten är ännu en fördel med föreliggande uppfinning vid dess användning i industriell miljö.

Claims (5)

7909322-5 ' 5 Patentkrav

1. Anordning för kontinuerlig mätning av en över ett mycket stort område varierbar frekvens hos en pulsgenerator (2, 10), i vilken anordning ingår dels en snabb klocka (4), som avger pulser med hög upprepningsfrekvens, dels en till den snabba klockan och pulsgeneratorn ansluten första räknare (12) för räkning av de av den snabba klockan avgivna pulserna under varje generatorsignal- period, dels en långsam klocka (3), som avger pulser med låg upp- repningsfrekvens, dels en andra, till pulsgeneratorn (2, 10) an- sluten räknare (5), och dels beräkningsorgan (7) för alstring av mätvärdet, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen även inne- fattar: - ett ackumulatorregister (6); - organ (13, 14) för överföring av den första räknarens (12) innehåll till ackumulatorregistret (6) och addering av nämnda innehåll till registrets innehåll samt för efterföljande noll- ställning av den första räknaren vid slutet av varje period hos pulsgeneratorn (2, 10); samt - organ för jämförelse av pulsgeneratorns (2, 10) periodtid med den långsamma klockans (3) periodtid för att vid slutet av den längsta av dessa periodtider beordra dels överföring av den andra räknarens (5) och ackumulatorregistrets (6) innehåll till beräk- ningsorganen (7), vilka är inrättade att bestämma förhållandet mellan den andra räknarens (S) innehåll och ackumulatorregistrets (6) innehåll, dels ncllställning av den andra räknaren (5) och ackumulatorregistret (6).

2. Anordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar: en till generatorn (2) och den snabba klockan (å) ansluten första synkroniseringspulsgenerator (10) för avgiv- ning av en puls som sammanfaller med den snabba klockans (4) förs- ta fullständiga period efter varje framkant hos generatorns (Z) signal; en till den långsamma klockan (3) och den snabba klockan (4) ansluten andra synkroniseringspulsgenerator (11) för avgiv- ning av en puls som sammanfaller med den snabba klockans (4) förs- ta fullständiga period efter varje framkant hos den långsamma klockans (3) signal; en strömställare (13), som är-inkopplad mel- lan den första räknarens (12) utgång och ackumulatorregistret (6); en till den första synkroniseringspulsgeneratorns (10) utgång an- sluten styrkrets (14) inrättad att dels via en första förbindelse (28) beordra överföring av den flhsta räknarens (12) innehåll till a 7909322-5 aCkUmU1at°TTeEí$ïTGf (6) via strömställaren (13), dels via en andra förbindelse (29) beordra nollställning av den första räknaren (12) efter nämnda överföring; en komparatorkrets (15) inrättad att jäm- föra den första och den andra synkroniseringspulsgeneratorns (10 resp. 11) periodtíder med varandra och vid sin utgång avge den generatorsígnal, vars periodtíd är längst; samt en till den andra räknaren (5), ackumulatorregistret (6) och komparatorkretsen (15) ansluten mikrodator (7) inrättad att vid mottagning ærvaüe mzkmw- paratorkretsen (15) avgiven puls först utläsa den andra räknarens (5) innehåll N1 och ackumulatorregistrets (6) innehåll NZ, däref- ter nollställa den andra räknaren (5) och ackumulatorregistret (6) samt beräkna frekvensengg ur sambandet a!= K N1/NZ, där K är en proportionalitetskonstant.

3. Anordning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att datorn (7) är försedd med en till den första räknarens (12) spillutgång ansluten ingång (30), varvid datorn kommer att avge värdet ul = 0 när den första räknarens (12) maximikapacitet över- skrides.

4. Anordning enligt kravet 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att komparatorkretsen (15) innefattar;.två JK-víppor (31, 32), vilka var och en har sin J-ingång matad med logisk ettnívà, sin klockingång (C) matad med en av ingångspulssignalerna och sin R-ingång inverterat ansluten till den andra vippans klockingáng; två NOCH-grindar (33, 34), som vardera är försedd med en icke-ín- verterande och en inverterande ingång, vilka är anslutna till en respektive JK-vippas (31, 52) Q-utgång resp. klockingång (C); en SR~víppa (35), vars ingångar (R, S) är anslutna till utgången på var sin av NOCH-grindarna (33, 34); två strömställare (36, 37), som styrs av SR-vippans (35) Q- resp. Ö-utgång; samt en ELLER- -grind (38), vars båda ingångar via respektive strömställare (36, 37) tíllföres var sin av ingângspulssignalerna och vars utgång avger den ingångspulssignal, som har den längsta periodtiden.

5. Digital anläggning för mätning och reglering av en elmo- tors varvtal med en med motoraxeln fast förbunden pulsgenerator, k ä n n e t e c k n a d av att anläggningen innefattar en mätan- ordning enligt något av föregående krav för mätning°av generatorns pulsfrekvens samt med mätvärdet matade organ (8) för avläsning av detta värde och för styrning av motorn.