SE449663B - Drivanordning for gyrohjulet i en precisionsgyro - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 449 663 2 rotationshastighet och fas. Denna avkännare, som alstrar ett pulståg som utsignal, är ansluten till ingången på en fas- detektor, som såsom referensinsignal har önskat värde för rotationsfrekvensen. Fasdetektorn bestämmer skillnaden mellan dessa värden och denna skillnad användes för att driva en spänningsstyrd oscillator. Utsignalen från oscillatorn matas till en motorstyranordning, som i sin tur styr bryggor upp- byggda av halvledaromkopplare för att reglera matningen av en likström med dubbelfasig vågform till motorns statorlind- ningar. På detta sätt erhålles en faslåst servoslinga som följer fasen och frekvensen för referenssignalen. Även andra typer av servoslingor kan komma till an- vändning vid den föreliggande uppfinningen liksom andra motorstyrorgan. Den nedan beskrivna utföringsformerna utgör endast exempel på anläggningar som befunnits ge goda resultat.

Med denna anordning är det möjligt att uppnå korrekt hastighet, att eliminera synkron elektrisk inbördes påverkan mellan stator, rotor och gyrohjul samt att utföra en motor- styrning som är enkel och effektiv med spänning erhållen från en likströmskälla utan behov av normalt använda växelström- förstärkare. Dessutom kan den faslåsta slingan förverkligas med redan tillgängliga integrerade kretsar och styrningen kan utföras som en yttre funktion medelst en minidator eller míkrodator om en sådan användes i samband med gyron.

Föredragna utföringsformer Nedan ges en beskrivning av föredragna utförings- former av uppfinningen under hänvisning till bifogade rit- ningar, där fig. 1 visar ett blockschema för gyromotorstyran- läggningen enligt uppfinningen, fig. 2 visar ett kopplingsschema för de bryggor som användes i styranordningen enligt fig. 1, fig. 3 visar ett styrlogíkkretsen för motorstyranlägg- ningen enligt fig. 1, fig. Sa visar ett tiddiagram för logikkretsen enligt fig. 3 och bryggorna enligt fig. 2 och fig. H visar en moment/hastighetskurva för en 10 15 20 25 30 35 449 663 induktionsmotor, som skall underlätta förståelsen av det sätt varmed den föreliggande uppfinningen arbetar.

Såsom framgår av fig. 1 drivs ett gyrohjul 11 i en precisionsgyro av en induktionsmotor 13. Induktionsmotorn 13 innefattar på konventionellt sätt en rotor 15 och statorlind- ningar 17, 19. För att avkänna rotorläget är en yttre magnet 21 anordnad på rotorn. Magnetens 21 rörelse avkännes av en spole 23, som alstrar en signal på ledaren 25 i form av ett pulståg, vars hastighet anger rorotns rotationshastighet och vars fas anger rotorns vinkelposition. Även om den förverk- ligats såsom en magnetisk avkännare så kan andra slag av avkännare, såsom fotoelektriska, Halleffektavkännare osv., komma till användning för detta ändamål.

Pulserna på ledaren 25 matas som en insignal till en fasdetektor 27. Fasdetektorns andra insignal är en referens- frekvens, som är relaterad till önskad motorhastighet såsom kommer att förklaras närmare nedan. På välkänt sätt genererar fasdetektorn en signal som är proportionell mot fasfelet mellan referensfrekvenspulserna på ledaren 29 och pulserna på ledaren 25 från motorn. Denna felsignal matar en spännings- styrd oscillator 31 via ett filter 30. Osoillatorns 31 ut- signal utgör insignal på en motorstyranordning 33, som avger styrsignaler till bryggor 35, vilka utnyttjas för att inmata likström på lindningarna 17, 19. Den frekvens som inmatas på bryggorna och därmed på lindningarna är den spännings- styrda oscillatorns 31 frekvens (möjligen neddividerad såsom kommer att anges senare). Oscillatorfrekvensen är reglerad med ett litet värde upp och ned tills avkännarfrekvensen på ledaren 25 sammanfaller med referensfrekvensen på ledaren 29. En fasskillnad kommer normalt att föreligga för att upprätthålla en spänning på ingången till oscillatorn 31, vilket resulterar i önskad frekvens. Alternativt kan filtret 30 utgöras av en integrator, i vilket fall fasdelet kan nedbringas till noll, I allmänhet kommer filtret 30 att väljas så att det ger den typ av servofunktion som önskas i en given situation med användning av konventionell servo- utformningsteknik. 10 15 20 25 30 35 449 663 U De bryggor som utnyttjas för matning av lindning- arna 17, 19 visas i fig. 2. Varje brygga omfattar fyra halvledaromkopplare 37 - H0. Omkopplaren 37 har en ingång A, omkopplaren 38 har en ingång B', omkopplaren 39 har en ingång A' och omkopplaren 40 har en ingång B. Lindningen 17 eller 19 är ansluten som en diagonalgren i bryggan och en likspän- ning är pålagd över bryggans andra diagonal. För lindníngen 17 är omkopplarna A, A' brutna när fasen på den spännings- styrda oscillatorns utspänning är 00. De sluter för 1800.

Omkopplarna B, B' är brutna mellan 1800 och 00 för lindníngen 17. Vid bryggan 35 i samband med lindníngen 19 är omkopplarna A, A' brutna mellan 900 och 2700 och omkopplarna B, B' är_ brutna mellan 2700 och 900. beskrivs nedan.

Detta återges i fig. 3a, som Såsom återges i fig. 3, som visar styrlogikkretsen för motorn, är oscillatorfrekvensen matad via en första vippa H5 för att halveras. De två signalerna som uppkommer på vippans H5 utgångar 51, 53 är de med 41, H3 betecknade signalerna i fig. 3a. Signalen från oscillatorn 31 inver- teras även i en inverterare 49. Signalen utgör därefter in- signal på en andra vippa 47. Den andra vippans H7 utsignaler på ledarna 55, 57 betecknas med 58, 60 i fig. 3a. Såsom anges i fig. 3 driver utgången 51 omkopplarna A, A' i samband med lindníngen 17. Utgången 53 driver omkopplarna §, B' i sam- band med lindníngen 17. Utgången 55 driver omkopplarna A, A' i samband med lindníngen 19 och utgången 57 driver omkopplarna B, B' i samband med lindníngen 19. Resulterande vågformer på lindningarna betecknas 61, 63 i fig. Sa.

Pulshastigheten på ledaren 25 är proportionell mot rotorhastigheten. Allt eftersom motorn roterar jämförs fasen för dessa pulser i faskomparatorn 27 med referensfasen på ledaren 29 för generering av en felsignal, som matas till den spänningsstyrda oscillatorn 31. Oscillatorns 31 ger en ut- signalfrekvens som, om allt annat är korrekt, är dubbla värdet av motorns rotationsfrekvens. Denna frekvens halveras rå det angivna sättet med vipporna H5, 47 enligt fig. 3 för att alstra tvâfassignalerna enligt fig. Sa. 10 15 20 25 30 449 663 5 Pig. 4 visar en typisk hastighet/momentkurva för en induktionsmotor. Under antagande att det totala motorbe- lastningsmomentet är T1 och att motorn går med hastigheten S1 kommer de förhållanden som visas i figuren att föreligga, Den teoretiskt maximala motorhastigheten för motorn är rela- Inrad till magnetiseringsfrekvensen, vilken hastighet benämnes "den synkrona hastigheten". När motorn är belastad uppvisar rotorn en viss eftersläpning AS. Såsom även framgår av figuren är därför synkron hastighet lika med aktuell hastig- het S plus eftersläpningen AS. Antag att i som svar på ett ökande fel på den spänningsstyrda oscillatorns ingång så ökar ouvillatornu Frukvsns. Detta medför vn ökning av mngnvií- seringsfrekvensen för motorn och därmed höja den synkrona hastigheten. Effekten av en ökad synkron hastighet blir en ökning av eftersläppningen AS. Det är uppenbart från dia- grammet att detta vill försöka få motorn att alstra större moment och börja att accelerera. När motorn accelererar äter- tar den rätt hastighet och felet utjämnas så att magnetiserings- frekvensen från oscillatorn likaledes utjämnas. På samma sätt är förhållandet vid motsatt felriktning. Alltså om motorn accelererar alltför mycket kommer en feländring i motsatt riktning att påverka magnetiseringsfrekvensen till att minska.

En minskning av den synkrona hastigheten och en retardation i samband därmed får motorn att återta önskad hastighet. Motorn är sålunda kopplad till en faslåst servoslinga och kommer alltid att korrekt bibehålla önskad hastighet. Det enda man måste se till vid utformning av anläggningen är att storle- ken på eftersläpningen AS väljes så att man ej passerar knäet på moment/hastighetskurvan eftersom det är nödvändigt att vid en ökning av den synkrona hastigheten skall momentet också öka och vid en minskad hastighet skall momentet minska. Om man hamnar under kurvans knä kan resultatet bli det motsatta och ett instabilt system erhållas.

Claims (3)

449 663 10 15 20 25 30 - - 6 PATENTKRAV

1. Drivanordning för gyrohjulet i en precisionsgyro om- fattande en induktionsmotor (13) med första och andra stator- lindningar (17, 19) och en rotor (15), vilken rotor är meka- niskt kopplad till gyrohjulet (11) och avkänníngsorgan (21, 23) är anordnade att avkänna rotationsfrekvens och fasen för rotorn, varvid en fasdetektor (27) är matad med en mot den avkända rotationsfrekvensen svarande signal från av- känningsorganen (21, 23) och med en referensfrekvenssignal från en börvärdeskälla (29) för att alstra en utsignal som representerar ett därigenom detekterat fasfel, vilken ut- signal är ínmatad på en spänníngsstyrd oscillator (31), I k ä n n e t e c k n a d av en motorstyranordning (33) som 'är ansluten till den spänningsstyrda oscillatorn (31) för att alstra tvåfassignaler för aktivering av de båda stator- lindnjngarna (17, 19), vilken motorstyranordning (33) om- fattar dels en första och en andra brygga (35) som var och en omfattar fyra halvledaromkopplare (A, A', B, B') anord- nade i bryggform och där varje statorlindníng (17, 19) är inkopplad diagonalt i var sin av bryggorna, över vilkas andra diagonal enlikspânning är pålagd, och dels organ (45, 47, 49) för att ur utsignalen från den spänningsstyrda oscillatorn (31) alstra två signaler med 900 fasskíftning och med önskad arbetsfrekvens 'för att driva bryggornas omkopplare (A, A', B, B'),

2. Drivanordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k- n a d av att avkänningsorganen (21. 23) omfattar en magnet (21) anordnad på rotorn (15) och avkänningsspolorgan (23) anordnade på statorn för att generera en pulstågsutsignal som uppvisar en frekvens som är proportionelï mot rnforns varvtal och vars pulser uppvisar en fas som står i relation till motorns (13) fas inom en given rotationscykel.

3. Drivanordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a d av fílterorgan (30) anordnade mellan fasde- tektorn (27) och den spänningsstyrda oscillatorn (31).