DE2534745A1

DE2534745A1 - Circuit producing actual value of electronic motor speed - is used to control variable speed motor

Info

Publication number: DE2534745A1
Application number: DE19752534745
Authority: DE
Inventors: Hans Ing Grad Gruenleitner; Hans Dipl Phys Kuehnlein
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1975-08-04
Filing date: 1975-08-04
Publication date: 1977-02-10
Also published as: DE2534745C3; JPS5939999B2; JPS5219211A; DE2534745B2

Abstract

There is an electronic commutator which is controlled by a selector circuit connected to magnetic field sensitive components and delivering pulse signals. Magnetic field sensitive components are placed in the middle between the axes of the two stator windings. A digital-analogue converter is connected to the speed controller input. Digital pulses are applied to it through an evaluation circuit which is derived from positive and/or negative edges of pulses generated by voltage comparators from voltages induced in the stator windings and from pulse-like output signals of the selector circuit.

Description

Schaltungsanordnung zur Bildung eines Drehzahl-Istwertes für einen drehzahlgeregelten Elektronikmotor Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zu@ Bi@-iung eines Dreh@ahl-Istwertes für einen drehzahlgeregelten 3lektronikmotor, dessen eiektronischr Kommutator über ein@ magnetfeldempfindliche Elemente angeschlossene und impulsf@@mi@@ Ausgangssignale liefernde Auswahlschaltung gesteuert ist und b@@ dem die magnetfeldempfindlichen Elemente räumlich in der M@tte wischen den Achsen von zwei Ständerwicklungen a geordnet Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der "Sie@ens-Zeits @ri@@" 1971, Seiten 206 bis 208 bekannt. Be@@dieser bekannten Schaltun@sanordnung werden mit Hilfe von Auskoppeldioden dir in den wicklungen induzierten Spannungen ausgekoppelt und dem Drebzahlregler als Istwert zugeführt. Soll die Drehzahl in einem großen Bereich geregelt werden, so kann mit der bekannten Schaltungsanordnung vor allem bei niederen Drehzahlen nicht mehr die gewünschte Genauigkeit erreicht werden.Circuit arrangement for the formation of an actual speed value for a Speed-controlled electronic motor The invention relates to a circuit arrangement to @ Bi @ -iung an actual rotation value for a speed-controlled electronic motor, whose electronic commutator is connected via a magnetic field sensitive element and impulsf @@ mi @@ selection circuit delivering output signals is controlled and b @@ which the magnetic field sensitive elements spatially in the M @ tte wipe the axes ordered by two stator windings a Such a circuit arrangement is from the "Sie @ ens-Zeits @ ri @@" 1971, pages 206 to 208 known. Be @@ this well-known switching order voltages are induced in the windings with the help of decoupling diodes decoupled and fed to the speed controller as an actual value. Should the speed be in can be controlled over a large range, so can with the known circuit arrangement the desired accuracy is no longer achieved, especially at low speeds will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines Drehzahl-Istwertes anzugeben, mit der eine genaue Drehzahlregelung auch bei einem großen Stellbereich der Drehzahl möglich ist.The invention is based on the object of a circuit arrangement for the formation of an actual speed value with which an exact speed control is also possible with a large setting range of the speed.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei eirer Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung da durch, daß ein mit dem Eingang des Drehzahlreglers verbunds Digital-Analog-Wand@@@@@ergesehen ist m über @ine Auswe@ schaltung digitale Impulse zugeführt sind, welche von der Auswerteschaltung durch Auswerten der positiven und/oder negativen Flanken von mittels Spannungskomparatoren aus den in den St.nderwicklungen induzierten Spannungen erzeugten Impulsen und der imFulsförmigen Ausgangssignale der Auswahlschaltung gebildet sind Dadurch, daß von der Auswerteschaltung sowohl die von den inc*-zierten Spannungen als auch von den magnetfeldempfindlichen Elemengen abgeleiteten Impulse ausgewertet werden, steht für die Bildung des Drehzahl-Istwertes die doppelte Anzahl von Impulsen zur Verfügung. Hierdurch wird die Regelungsdynamik wesentlich verbessert. Die durch die Auswerteschaltung erfolgende Umwandlung in digitale Impulse führt zu einer Verbesserung der Regelgenauigkeit. Die digitalen Impulse hängen nicht mehr von der Amplitude der von den magnetfeldempfindlichen Elementen gelieferten Steier-Signale und auch nicht von der Amplitude der induzierten Spannunbe+^ ab Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schaltungsaufwand dadurch reduziert werden9 daß bei einer geradzahligen Anzahl von Ständerwicklungen nur an die Hälfte der Anzahl der Ständerwickfugen jeweils ein Spannungskomparator angeschlossen ist und die von den Spannungskomparatoren erzeugten Impulse sowohl direkt als auch über eine Inverterstufe der Auswerteschaltung zugeführt sind.The solution to the problem posed succeeds with a circuit arrangement of the type described above according to the invention because that one with the input of the speed controller network digital-analog wall @@@@@ can be seen via @ an ID @ circuit digital pulses are supplied, which are evaluated by the evaluation circuit the positive and / or negative edges of by means of voltage comparators from the The voltages induced in the windings are generated in pulses and in the pulse-shaped Output signals of the selection circuit are formed by the evaluation circuit both from the inc * -ziert voltages and from the magnetic field sensitive Elements derived pulses are evaluated, stands for the formation of the actual speed value twice the number of pulses available. This increases the control dynamics much improved. The conversion into digital impulses lead to an improvement in the control accuracy. The digital Pulses no longer depend on the amplitude of the magnetic field sensitive Steier signals delivered to the elements and also not from the amplitude of the induced Spannunbe + ^ ab According to one embodiment of the invention, the circuit complexity be reduced9 that with an even number of stator windings only one voltage comparator at half of the number of upright winding joints connected and the pulses generated by the voltage comparators both are fed directly as well as via an inverter stage to the evaluation circuit.

Bei einer geradzahligen Anzahl von Ständerwicklungen ist die eine Hälfte der Ständerwicklungen gegenüber der anderen Hälfte der Ständerwicklungen jeweils um 180° elektrisch versetzt. Somit genügt es 9 den mittels eines Spannungskomparators aus der in der einen Ständerwicklung induzierten Spannung erzeugten Impuls mittels einer Inverteratufe in seiner Polarität umzukehren.With an even number of stator windings, one is Half of the stator windings compared to the other half of the stator windings each electrically offset by 180 °. Thus, it is sufficient to use a voltage comparator from the voltage induced in a stator winding by means of the pulse generated to reverse an inverter stage in its polarity.

Als Spannungskomparatoren eignen sich vorteilhafterweise Operationsverstärker, die mit ihrem invertierenden und nichtinvertiereden Eingang an das sternpunktseitige und kommutatorseitige Wicklungsende jeweils einer Ständerwicklung angeschlossen sind.Operational amplifiers are advantageously suitable as voltage comparators, with their inverting and non-inverting input to the star point side and the end of the winding on the commutator side are each connected to a stator winding are.

Mittels dieser Operationsverstärker lassen sich in einfacher Weise aus den sinusförmigen induzierten Spannungen rechteckförmige Impulse bilden, die dann von der Auswerteschaltung weiter verarbeitet werden können. Die Auswerteschaltung selbst besteht zweckmäßigerweise aus Differenziergliedern. Durch diese Differenzierglieder werden die Flanken der an der Auswerteschaltung anstehenden Impulse ausgewertet. Durch diese Flankenauswertung wird der nachfolgend gebildete Drehzahl-Istwert vollkommen urabhäng von der Amplitude der' einzelnen Steuersignale.This operational amplifier can be used in a simple manner form square-wave pulses from the sinusoidal induced voltages, which then processed further by the evaluation circuit can be. The evaluation circuit itself expediently consists of differentiating elements. Through these differentiators, the edges of the evaluation circuit pending impulses are evaluated. This edge evaluation results in the following The actual speed value formed is completely dependent on the amplitude of the individual Control signals.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusführungsbeispielO wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben.On the basis of an exemplary embodiment shown in the drawing the subject matter of the invention is described in more detail below.

Mit 1 ist der Permanentmagnetläufer eines Elektronikmotors bezeichnet. Die Ständerwicklungen 2 bis dieses Elektronikmotors sind mit ihrem einen Wicklungsende in Stern geschaltet und mit ihrem anderen Wicklungsende an einen elektronischen Kommutator 6 angeschlossen. In der Mitte zwischen den Achsen von zwei Ständerwicklungen 2 und 5 bzw. 4 und 5 sind als magnetfeldempfindliche Elemente zwei Hallgeneratoren 7 und 8 angeordnet. Diese Hallgeneratoren sind mit ihren Hallspannungsanschlüssen an einen Hallspannungsverstärker 9 angeschlossen. Der Ausgang des Hallspannungsverstärkers 9 ist an eine Auswahlschaltung 10 geführte welche den elektronischen Kommutator 6 steuert. Über den elektrenischen K@-mutator 6 werden die Ständerwicklungen 2 bis 5 mit dem pegat Pol einer Gleichspannungsquelle U verbunden, Der Sternpunkt dei Ständerwicklungen 2 bis 5 ist über eine Reglerstufe 11 mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle U verbunden. Die Reglerstufe 11 wird durch einen Drehzahlregler 12 gesteuert.1 with the permanent magnet rotor of an electronic motor is referred to. The stator windings 2 to of this electronic motor are one end of the winding connected in star and with the other end of the winding to an electronic one Commutator 6 connected. In the middle between the axes of two stator windings 2 and 5 or 4 and 5 are two Hall generators as magnetic field sensitive elements 7 and 8 arranged. These Hall generators are with their Hall voltage connections connected to a Hall voltage amplifier 9. The output of the Hall voltage amplifier 9 is connected to a selection circuit 10 which controls the electronic commutator 6 controls. About the electrical K @ mutator 6, the stator windings 2 to 5 connected to the pegat pole of a DC voltage source U, the star point dei Stator windings 2 to 5 is via a regulator stage 11 with the positive pole of the DC voltage source U connected. The controller stage 11 is controlled by a speed controller 12 controlled.

Als Spannungskomparatoren sind zwei Operationsverstärker 13 und 14 mit ihren invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen an den Sternpunkt der Ständerwicklungen 2 bis 5 und an das kommutatorseitige Wicklungsende der Ständerwicklung 2 bzw. 4 angeschlossen.Two operational amplifiers 13 and 14 are used as voltage comparators with their inverting and non-inverting inputs to the star point of the Stator windings 2 to 5 and to the commutator-side winding end of the stator winding 2 or 4 connected.

Mit ihren Ausgängen sind die Operationsverstärker 13 und 14 einerseits direkt und andererseits über eine Inverterstufe 16 an eine Auswerteschaltung 15 angeschlossen. Die Auswerteschaltun 15 ist weiterhin mit dem Ausgang der Auswahlschaltung 10 verbunden. Der Ausgang der Auswerteschaltung 15 führt zu den: Eingang eines Digital-Analog-Wandlers 17, dessen Ausgang an eine dem Drehzahlregler 12 vorgeschaltete Vergleichsstufe 18 zuführt ist. In der Vergleichsstufe 18 wird der Soll-Istwert-Vergleich für den Drehzahlregler durchgeführt. Daher wird der Vergleichsstufe 18 neben dem vom Digital-Analog-Wandler 17 kommenden Drehzahl-Istwert noch ein Drehzahl-Sollwert U2 zugeführt.With their outputs, the operational amplifiers 13 and 14 are on the one hand directly and on the other hand via an inverter stage 16 to an evaluation circuit 15 connected. The evaluation circuit 15 is still connected to the output of the selection circuit 10 connected. The output of the evaluation circuit 15 leads to the: input of a Digital-to-analog converter 17, the output of which is sent to a comparison stage connected upstream of the speed controller 12 18 is supplied. In the comparison stage 18, the target / actual value comparison for the Speed controller carried out. Therefore, the comparison stage 18 is next to that of the digital-to-analog converter 17 coming actual speed value is supplied with a speed setpoint value U2.

Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Durch die Operationsverstärker 13 und 14 werden die in den Ständerwicklungen 3 und 4 induzierten sinusförmigen Spannungen in rechteckförmige Signale umgewandelt. Bei jedem Nulldurchgang der sinusförmig induzierten Spannungen wechselt die Polarität der Ausgangssignale der Operationsverstärker 13 und 14. Durch die Inverterstufe 16 wird ein weiterer Polaritätswechsel der Ausgangssignale der Operationsverstärker 13 und 14 vorgenommen. Somit stehen insgesamt vier durch die in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen erzeugten Signale für die Auswerteschaltung 15 zur Verfügung. Die Auswerteschaltung 15 erhält weitere vier Signale von der Auswahlschaltung 10. Infolge der räumlichen Anordnung der Hallgeneratoren 7 und 8 in der Mitte zwischen den Achsen von zwei Ständerwicklungen sind die Signale der Auswahlschaltung 10 um 450 gegenüber den von den induzierten Spannungen abgeleiteten Signalen verschoben.The circuit arrangement works as follows: Through the operational amplifier 13 and 14 become the sinusoidal ones induced in the stator windings 3 and 4 Voltages converted into square wave signals. At every zero crossing the sinusoidal induced voltages changes the polarity of the output signals of the operational amplifier 13 and 14. The inverter stage 16 causes a further polarity change of the output signals the operational amplifiers 13 and 14 made. So a total of four stand by the voltages induced in the stator windings generated signals for the evaluation circuit 15 available. The evaluation circuit 15 receives a further four signals from the selection circuit 10. As a result of the spatial arrangement of the Hall generators 7 and 8 in the middle between the axes of two stator windings are the signals of the selection circuit 10 um 450 with respect to the signals derived from the induced voltages.

Die Auswerteschaltung 15 erhält somit pro Umdrehung des Permanentmagnetläufers 1 acht Signale. Mittels in der Auswerteschaltung 15 enthaltenen Differenziergliedern werden die anstehenden Rechtecksignale in nadelförmige Impulse umgewandelt. Diese digitalen Impulse werden in dem Digital-Analog-Wandler wieder in ein analoges Signal umgesetzt, welches dann der Vergleichsstufe 18 als Drehzahl-Istwert U1 zugeführt ist.The evaluation circuit 15 thus receives per revolution of the permanent magnet rotor 1 eight signals. By means of differentiators contained in the evaluation circuit 15 the pending square-wave signals are converted into needle-shaped pulses. These digital pulses are converted back into an analog signal in the digital-to-analog converter implemented, which is then fed to the comparison stage 18 as the actual speed value U1 is.

Durch Ausnutzen der von den Hallgeneratoren 7 und 8 abgegebenen Steuersignale und der in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen für die Gewinnung eines Drehzahl-Istwertes wird auch bei einem großen Stellbereich für die Drehzahl noch eine ausreichende Genauigkeit erzielt, da fur die Bildung des-Drehzahl-Istwertes die doppelte Anzahl von Impulsen zur Verfiigung steht. Durch die Umwandlung in digitale Impulse wird die Beeinflussung des Drehzahl-Istwertes durch Amplitudenschwankungen der Steuersignale ausgeschaltet. Dies trägt ebenfalls zu einer Verbesserung aer Genauigkeit der Drehzahlregelung bei. Die Verdoppelung der Impulszahl führt außerdem zu einer Verbesserung der Regeldynamik, da pro Umdrehung des Permanentmagnetläufers 1 mehr Impulse zur t:er fügung stehen.By using the control signals emitted by the Hall generators 7 and 8 and the voltages induced in the stator windings for the extraction of a The actual speed value is still used even with a large setting range for the speed A sufficient accuracy is achieved, since it is necessary for the formation of the actual speed value twice the number of pulses is available. Through the conversion The influence of the actual speed value through amplitude fluctuations is converted into digital pulses of the control signals switched off. This also contributes to an improvement in aer Speed control accuracy. The doubling of the number of pulses also leads to an improvement of the control dynamics, since per revolution of the permanent magnet rotor 1 more impulses: he is at your disposal.

4 Patentansprüche 1 Figur4 claims 1 figure

Claims

Claims 1. Circuit arrangement for forming an actual speed value for a speed-controlled electronic motor, whose electronic commutator has a pulse-shaped output signal connected to magnetic field sensitive elements supplying selection circuit is controlled, and in which the mafrnetfeldem.ptindlichen Elements arranged spatially in the middle between the axes of two stator windings are, characterized in that one connected to the input of the speed controller (12) Digital-to-analog converter (17) is provided9 which has an evaluation circuit (15) digital pulses are supplied, which are evaluated by the evaluation circuit (15) the positive and / or negative edges of voltage comparators (13, 14) pulses generated from the voltages induced in the stator windings (3, 4) and the pulse-shaped output signals of the selection circuit (10) are formed.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that with an even number of stator windings (2 to 5) only half the number of stator windings (3 and 4) a voltage comparator (13 resp. 14) is connected and generated by the voltage comparators (13 and 14) Pulses both directly and via an inverter stage (16) of the evaluation circuit (15) are supplied.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that as voltage comparators operational amplifiers (13, 14) are provided which with its inverting and non-inverting input to the star point side and the end of the winding on the commutator side are each connected to a stator winding (-3 and 4) are.

4. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the evaluation circuit (15) consists of differentiators.