SE461302B - Anordning foer detektering av ett roterande elements varvtal - Google Patents

Description

461 302 10 15 20 25 30 35 2 Ovannämnda konstruktion fungerar på följande sätt.

I allmänhet förbättras styrsvaret i en sådan kretskonfi- guration när samplingstiden för varvtalsdetekteringen förkortas. Pâ grund av det spel som oundvikligen existerar i varje mekanism av typen kuggväxlar uppstår emellertid stora pulseringar i det varvtal som skall detekteras när samplingstiden är kort och det från varvtalsstyr- organet 13 erhållna referensströmvärdet pulserar därför också i avsevärd utsträckning. I det fall då lasten är liten och följaktligen bara erfordrar alstring av ett litet vridmoment är medelströmvärdet litet så att ett tillstànd uppträder där referensströmmen pulserar mellan ett positivt värde och ett negativt värde till följd av varvtalspulseringen. Likriktaren 15 kommer följaktligen att ställas om ofta för alstring av en positiv spänning eller en negativ spänning och styrsys- temet blir instabilt med en sådan oekonomisk omställninge- tid o s v.

Om samplingstiden förlängs absorberas momentana stora pulseringar i medelvärdet så att variationen i varvtalet som skall detekteras slutligen reduceras, varigenom styrsystemet stabiliseras. I praktiken erfordras emellertid ett stort vridmoment när en last pâföres motorn, såsom vid valsning, vilket har till följd att medelströmmen ökar och att strömpulseringen reduceras i förhållande till medelströmmen så att den blir närmast försumbar. Det är därför nödvändigt att förbättra svars- karakteristikan genom inställning av en kort samplings- tid i ett sådant tillstånd.

Samplingstiden måste, såsom klart framgår av beskriv- ningen ovan, ändras i överensstämmelse med belastningen för uppnàende av hög stabilitet i hela driftsomràdet.

En konventionell varvtalsdetekterande anordning av ovannämnd typ, vilken är avsedd att användas i ett varvtalsändringssystem, är känd och visas i den japanska nyttighetsmodellspubliceringsskriften nr 53-53776. Fig 4 är ett blockschema och fig 5 ett tídsdiagram för signaler för förklaring av kretsens funktion. Ett tåg av pulser 10 15 20 25 30 35 461 502 3 ® med en frekvens som är proportíonell mot varvtalet alstras av en pulsgenerator l och matas till en första räknare 2 för räkning. Under tiden matas ett från en annan pulsgenerator 3 erhållet tåg av klockpulscr CLK med fix frekvens till en andra räknare 5 för räkning.

Vid mottagning av varje vartalspuls Q från pulsgeneratorn 1 matas det av den andra räknaren 5 räknade värdet in i ett register 8. När Nsl från pulsgeneratorn 3 utmatade klockpulser CLK anländer under den första varvtalspulsen lagras alltså Nsl klockpulser i registret 8, varefter N52 klockpulser lagras under nästa varvtalspuls Q och därefter Ns3 klockpulser. Summan Ns av de värden.som räknats av den andra räknaren 5 och lagrats i registret 8 under den första räknarens 2 räknetid frán 0 till N @ uttrycks följaktligen som Ns = Nsl + Ns2 + + Ns®.

Antalet N varv är därför ett värde som är proportio- nellt mot antalet av pulsgeneratorn 1 under en enhets- tid alstrade varvtalspulser och uttrycks som _ NL N _ Ka Ts ... (l) _ N_@_ _ Kb Ns ... (2) Varvtalet N kan sålunda erhållas genom beräkning av ekvation (2) genom inmatning av värdena N® och Ns, som registret 8 innehåller, i en CPU 7, varvid Ka och Kb är proportionalitetskonstanter och Ts är en varvtals- mättid som motsvarar en samplingsperiod för varvtals- detektering.

Konventionella varvta1sdetekteringsanordningar, där varvtalet bestäms genom det antal klockpulser CLK som matas in under enhetstiden för en puls ® har den nackdelen att när varaktigheten för en puls G är lång för att representera ett lågt varvtal blir antalet Ns® klockpulser CLK per puls ® tillräckligt stort för 461 302 10 15 20 25 30 35 4 att felet skall bli litet, men i det fall då varaktigheten av en puls Q är kort för att representera ett högt varvtal blir antalet Nsé klockpulser CLK per puls Q litet, var- igenom felet sà småningom ökar. Följaktligen ökar också det i summan Ns av Ns0, Nsl _.. osv alstrade felet vid ett högt varvtal. När Nó hålls fixt ändras dessutom samplingstiden Ts bara i beroende av signalens Ö period, som motsvarar vartalet, och det är omöjligt att fast- ställa samplingstiden Ts från CPU:n 7 oberoende av signalen Q. I den kretskonfiguration där Ts kan styras med Nó variabel i överensstämmelse med 0 blir en komparator nödvändig för jämförelse av det av den första räknaren 2 räknade värdet med ett inställt värde Nå, varigenom antalet komponenter ökar så att konfigurationen så småning- om blir komplicerad. Ãndamàlet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en varvtalsdetekterande anordning, vilken kan avge ett varvtalsdetekteringsvärde med hög precision oberoende av om varvtalet för ett roterande element är högt eller lågt.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en varvtalsdetekterande anordning med enkel struktur.

I ett exempel på en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar anordningen för detektering av ett roterande elements varvtal en första pulsgenerator för alstring av en pulssignal med en frekvens som är proportionell mot det roterande elementets vartal; en första räknare för räkning av pulserna i pulssignalen frán den första pulsgeneratorn; en andra pulsgenera- tor för alstring av en klocksignal med bestämd frekvens; en andra räknare för räkning av klocksignalen från den andra pulsgeneratorn; och en CPU, som är ansluten till den första och den andra räknarens respektive utgång för alstring av en utsignal som representerar varvtalet.

Anordningcn kännetecknas av att den andra räknaren är en förinställbar nedräknare för sekventiell nedräk- ning från ett förutbcstämt värde som svar på varje puls 10 15 20 25 30 35 461 302 5 i den till nedräknaren matade klocksignalen och för utmatning av en lânesignal när nedräknarens räknevärde har nått ett visst värde; en samplingsstyrkrets. vilken är anordnad att motta lånesignalen från den förinställbara nedräknaren och pulssignalen från den första pulsgenerator att alstra en avbrottssignal, vilken anger slutet av en samplingstid, för matning till CPU:n och att mata en laddningssignal till den förinställbara nedräknaren vid mottagning av en laddningstillstándssignal från CPU:n ett inställningsregister, vilket är anordnat att specificera nedräknarens förutbestämda värde; och att CPU:n är anordnad att beräkna det roterande elementets varvtal med användning av räknevärdet i den första räk- naren vid mottagning av avbrottssignalen och att mata ut laddningstillstàndssignalen för inställning av ned- räknaren till det förutbestämda värdet.

I det följande skall föreliggande uppfinning beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar. Fig l är ett blockschema för en anordning för detektering av vartalet för ett roterande element enligt föreliggande uppfinning.

Fig 2 är ett tidsdiagram för olika signaler som alstras i den i fig 1 visade anordning. Fig 3 är ett känt varvtals- styrsystem, där anordningen enligt föreliggande upp- finning utnyttjas. Fig 4 är ett blockschema för en konven- tionell varvtalsdetekterande anordning. Fig 5 är ett tidsdiagram för olika signaler som alstras i anordningen i fig 4.

I fig 1, som visar den varvtalsdetekterande anord- ningen enligt föreliggande uppfinning, är en pulsgenerator l¿_en första räknare 2, en pulsgenerator 3 och en CPU 7 funktionsmässigt samma enheter som de som representeras med samma hänvisningsnummer i fig 4. Därtill kommer att anordningen enligt föreliggande uppfinning vidare innefattar ett inställningsregister 6, en förinställbar nedräknare 9 och en samplingsstyrkrets 10.

Under drift alstrar först pulsgeneratorn 1 utpulser Q med en frekvens som är proportionell mot varvtalet och dessa pulser matas till den första räknaren (upp- 461 302 6 räknare) 2. Under tiden matas klockpulser CLK, som har frekvensen l/t och alstras av pulsgeneratorn 3, till den förinställbara nedräknaren 9 och räknas däri. När den förinställbara räknaren 9 förses med en laddnings- 5 signal, som matas ut från samplingsstyrkretsen 10, för- inställer den sitt räknevärde på Nc, som finns i inställ- ningsregistret 6. I överensstämmelse med de från puls- generatorn 3 mottagna klockpulserna CLK räknar den förin- ställbara nedräknare 9 ner från värdet Nc och matar 10 ut en lånesignal till samplingsstyrkretsen 10, när den har nått noll. Därefter räknar den förinställbara ned- räknaren 9 ner till -l, -2, -3 _.. o s v som gensvar på klockpulserna CLK.

Fig 2 är ett tidsdiagram för signaler och visar 15 hur varvtalsdetekteringen utförs i anordningen i fig l.

När en laddníngssignal matas från samplingsstyrkretsen 10 till den förinställbara nedräknaren 9 blir dennas räknevärde lika med det i inställningsregístret 6 lagrade värdet Nc. Om man antar att den första räknarens räknevärde 20 är N91 räknar då den förinställbara räknaren 9 ned sek- ventiellt i överensstämmelse med inkommande klockpulser CLK och samplingstiden Ts löper ut vid den stigande flanken av den efter reduceringen av räknevärdet till noll följande varvtalspulsen 0. 25 Den tid Tc som erfordras för att den förinställbara räknarens räknevärde skall nå noll från No ges följ- aktligen av Tc = Nct ... (4) 30 vilket betyder att Ts 2'Tc. När hastigheten är låg blir samplingstiden Ts nästan oändlig, men i ett normalt tillstånd där mer än en hastighetspuls Q alstras under samplingsinställningstiden Tc kommer hastighetspulsen Q att stiga senast före utgången av ytterligare en tids- 35 period Tc efter föregående tidsperiod Tc. Vid normal drift är följaktligen 2Tc 2 Ts 2 Tc _.. (5) 10 15 20 25 30 35 _ 461 302 7 Ts begränsas sålunda av Tc.

Det blir följaktligen möjligt att styra Ts genom att variera Nc som bestämmer Tc.

Vid slutet av samplingstiden Ts matas av avbrotts- signal från samplingsstyrkretsen 10 till CPU 7. Som svar på avbrottssignalen styrs CPU:n 7 till att ta emot räknevärdena N@2 och Nsa från den första räknaren 2 respektive den förinställbara nedräknaren 9. Därefter matas en laddningssignal för möjliggörande av laddning av värdet i inställningsregistret 6 till den förinställ- bara räknaren 9 och varvtalsdetekteringen fortsätter till nästa samplingsperiod. Antalet ANs klockpulser CLK som alstras under tiden Ts - Tc är lika med -Nsa och antalet Ns klockpulser CLK som alstras under den verkliga samplingstiden ges av Ns = No + ANs = Nc - Nsa ... (6) Antalet NQ hastighetspulser vïsom alstras under tiden TS erhålls enligt: NÖ = NQZ - N®l ... (7) Om ovannämnda värde insättes i ekvation 2 kan varvtalet N uttryckas som N®2 ~ Nvl -..

Nc - Nsa N = Kb (8) Av detta följer därför att den förinställbara nedräknarens 9 funktion är att räkna de från pulsgeneratorn 3 matade klockpulserna CLK och vidare att mäta samplingsinställ- ningstiden Tc för fastställande av samplingstiden Ts.

Det erfordras följaktligen inte någon komparator för att jämföra det av den förinställbara nedräknaren 9 räknevärde med värdet Nc. Eftersom CPU:n 7 kan förvärva de räknade värdena Nm och Ns som gensvar på en avbrotts- signal erfordras heller inte något register för att lagra värdena Nv och Ns. Noga räknat existerar det en tidsskillnad ATs mellan samplingstidens Ts slut och inläsningen av räknevärdena till CPU:n 7 efter pâförande 461 UI 10 15 20 25 _30 35 392 8 av avbrottssignalen. Det uppstår emellertid inga problem när alstringsperioderna för hastighetspulserna Q och klockpulserna CLK är tillräckligt mycket längre än tids- skillnade ATS. Med undantag för speciella fall så är alstringsperioden för hastighetspulserna Q tillräckligt mycket längre än tidsskillnaden ATs, medan alstrings- perioden för klockpulserna CLK är väsentligen lika med eller kortare än ATS. Även om det verkliga antalet klockpulser CLK som alstras under samplingstiden Ts är Ns blir följaktligen det till CPU:n 7 inmatade värdet Ns + s, såsom visas i fig 2. Eftersom tidsskillnaden är ATS som är ett resultat ,av uppträdandet av e fastställs vid färdigställande av ett program har emellertid antalet e pulser som alstras under ATS klockpulser CLK för en förutbestämd period ett bestämt värde. Ett exakt värde Ns kan sålunda erhållas med lätthet genom en kompensation som utföres genom att man alltid subtraherar det fasta värdet e från det till CPU:n 7 inlästa värdet Ns + e.

I föreliggande uppfinning beräknas hastigheten av två faktorer som består av antalet Nå hastighets- pulser Q och antalet Ns klockpulser CLK som alstras under samplingstiden Ts, som väsentligen är konstant i intervallet 2Tc 2 Ts 2 TC, så att hastighetsdetekteringen kan utföras med hög precision oberoende av om hastig- heten är hög eller låg.

I den förklarats ovan beskrivna utföringsformen har funktionen så att när det av den förinställbara ned- räknaren 9 räknade värdet när noll fortsätter räkningen med -1, -2 ... pulser. Den förinställbara nedräknaren 9 kan emellertid o s v i överensstämmelse med inkommande vara så utformad att när dess räknevärde har reducerats till noll laddas automatiskt ett laddníngsvärde Nc åter i räknaren 9 och efter det att räknevärdet har ersatts med Nc fortsätter räkningen som NC - l, Nc - 2 .... o s v i överensstämmelse med inkommande pulser. I detta fall ges den förinställda nedräknarens 9 räknevärde Nsc vid slutet av samplingstiden Ts av 10 15 20 25 461 502 9 Ns = Nc - Nsc _.. (9) så att Ns kan erhållas som Ns = Nc + Nc - Nsc ... (10) Den första i utföringsformen använda räknaren 2 är av uppräkningstyp och antalet hastighetspulser Q N®2 - N01 med villkoret att Nêl < N@2.

Den första râknaren 2 kan emellertid lika gärna vara av nedräkningstyp. I detta fall är Nèl > N®2 och antalet hastighets Q erhålles som Nå = Nól - N@2.

I syfte att variera samplingstiden Ts användes erhålles som NQ = inställningsregistret 6 för att fastställa Nc från CPU:n 7 vid realtidsdrift. I ett annat system där Ts inte behöver varieras erfordras inte inställningsregistret 6, varigenom anordningens struktur slutligen förenklas.

Om varvtalsdetekteringsanordningen är utrustad med en mekanism för alstring av pulser med en frekvens som är proportionell mot den hastighet som skall detek- teras blir det möjligt att detektera hastigheten för en rätlinjíg rörelse liksom den för ett roterande element.

I föreliggande uppfinning, såsom denna har beskrivits ovan, används en förinställbar nedräknare för att räkna antalet Ns klockpulser CLK och data N? och Ns kan matas in till en CPU genom avbrott. En effektiv styrfunktion för variering av samplingstiden Ts tillhandahálles följ- aktligen ocksà. Vidare erfordras varken någon komparator eller något register för lagring av räknevärdena Ns och N$, varigenom en förenklad struktur, hög precision och reducerad kostnad uppnås.

Claims (2)

461 302 ' 10 15 20 25 30 10 PATENTKRAV

1. Anordning för detektering av ett roterande elements varvtal, innefattande en första pulsgenerator (1) för alstring av en pulssignal med en frekvens som är proportionell mot det roterande elementets varvtal; en första räknare (2) för räkning av pulserna i pulssignalen från den första pulsgeneratorn; en andra pulsgenerator (3) för alstring av en klocksignal med en bestämd frekvens; en andra räknare (9) för räkning av klocksígnalen från den andra pulsgeneratorn; och en CPU (7), som är ansluten till den första och den andra räknarens (2, 9) respektive utgång för alstring av en utsignal som representerar varvtalet, k ä n - n e t e c k n a d av att den andra räknaren (9) är en förinställbar nedräknare för sekventiell nedräkning från ett förutbestämt värde som svar pà varje puls i den till nedräknaren matade klocksignalen och för utmatning av en lånesignal när nedräknarens räkne- värde har nätt ett visst värde; en samplingstyrkrets (10), Vilken är anordnad att motta lânesígnalen från den förinställbara nedräknaren (9) och pulssignalen från den första pulsgenerator (1), att alstra en av- brottssignal, vilken anger slutet av en samplings- tid, för matning till CPU:n (7) och att mata en ladd- ningssignal till den förinställbara nedräknaren (9) vid mottagning av en laddningstíllståndssignal från CPU:n (7); ett inställningsregister (6), vilket är anordnat att specificera nedräknarens (9) förutbe- stämda värde; och att CPU:n (7) är anordnad att beräkna det roterande elementets varvtal med användning av räknevärdet i den första räknaren vid mottagning av avbrottssignalen och att mata ut laddningstillstânds- signalen för förinställning av nedräknaren till det förutbestämda värdet.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - 461 302 11 n a d av att det av inställningsregistret specifice- rade, förutbestämda värdet är variabelt.