DE3225540A1 - Verfahren zur regelung der geschwindigkeit eines gleichstrommotors und vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur regelung der geschwindigkeit eines gleichstrommotors und vorrichtung zum durchfuehren des verfahrensInfo
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Description
PHF 81.570 "^ 7-5-1982
"Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors
und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens".
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors,
nach dem die Speisespannung des Motors von einer Gleichspannung gesteuert wird, die als Steuerspannung bezeichnet
wird und die von einer Schaltung zum Vergleichen eines Bezugssignal mit einem Signal zum Messen der Geschwindigkeit
des Motors geliefert wird, wobei das Signal zum Messen der Geschwindigkeit des Motors von einer Schaltung zur
Verarbeitung eines von der Drehung des Motors induzierten Signals geliefert wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung
auf eine Vorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors, die eine Schaltung zur Verarbeitung
eines von der Drehung des Motors induzierten Signals enthält, die eine Formungsschaltung und eine sich daran
anschliessende Integrationsschaltung enthält, die ein Signal zum Messen der Geschwindigkeit des Motors liefert, das
durch eine Gleichspannung gebildet wird, die der Geschwindigkeit
des Motors proportional ist, wobei diese Gleichspannung mit Hilfe einer Vergleichsschaltung mit einer Bezugs—
spannung verglichen wird, wobei diese Vergleichsschaltung insbesondere einen Operationsverstärker enthält, der an
einer Ausgangsklemme eine Steuerspannung zur Regelung der
Speisespannung des Motors liefert.
Das Regelverfahren und die Regelvorrichtung nach
der Erfindung können besonders vorteilhaft auf dem Gebiet der Geräte zur Aufnahme und Wiedergabe von Ton von einem
Magnettonband, insbesondere solcher in Kraftfahrzeugen benutzten
Geräte, verwendet werden.
Ein Regler eines Gleichstrommotors, der nach dem in der Einleitung beschriebenen Verfahren wirkt, ist aus
der US-PS Nr. 3.234.447 bekannt. In dieser Patentschrift
wird ein Motorregler vorgeschlagen, bei dem ein voxi der
Drehung des Motors induziertes Signal durch die magnetische
. : :v:./";l/ : -."Ο;.-:," ■ 3225S40
E*HF 8i .570 '" '·' ff ff 7-5-1982
Induktion erzeugt wird, die in einer festen Spule durch,
zwei Dauermagneten hervorgerufen wird, die mit der Welle
des Motors ein Ganzes bilden. Das von der Drehung des Motors induzierte Signal wird dann von einer Verarbeitungsschaltung
geformt und integriert, die an ihrem Ausgang eine Gleichspannung liefert, die der Geschwindigkeit des Motors
proportional ist. Diese Gleichspannung wird dann mit einer Bezugsspannung mit Hilfe einer Vergleichsschaltung verglichen,
die eine Spannung zur Steuerung des den Motor durchlaufenden Stromes liefert.
Mit Motorreglern dieses bekannten Typs können auf befriedigende Weise die langsamen Schwankungen der
Drehgeschwindigkeit des Motors, die z.Bf durch die Änderungen
des Innenwiderstandes des Motors mit der Temperatur herbeigeführt werden, ausgeglichen werden. Dagegen können
mit einem solchen Regler im allgemeinen nicht die schnellen Schwankungen der Geschwindigkeit ausgeglichen werden.,
wobei sich dieser Mangel an Ausgleich insbesondere bemerkbar macht, wenn das von der Drehung des Motors induzierte
Signal ein Signal niedriger Frequenz, vorzugsweise von weniger als 1000 Hz, ist. In diesem Falle ist tatsächlich
bei der beschränkten Anzahl von Informationen pro Zeiteinheit für die Verarbeitungsschaltung eine grosse Integrationskonstante
erforderlich, die mit einem schnellen Ansprechen des Reglergebildes inkompatibel ist.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, diesem Übel dadurch abzuhelfen, dass ein Regelverfahren vorgeschlagen
wird, durch das sowohl der Ausgleich der schnellen Schwankungen der Geschwindigkeit als auch die Korrektur
3Q der langsamen Schwankungen sichergestellt werden.
Dazu ist nach der Erfindung ein Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors, nach
dem die Speisespannung des Motors von einer Gleichspannung gesteuert wird, die als Steuerspannung bezeichnet wird und
die von einer Schaltung zum Vergleich eines Bezugssignals mit einem Signal zum Messen der Geschwindigkeit des Motors
geliefert wird, wobei das Signal zum Messen der Geschwindigkeit
des Motors von einer Schaltung zur Verarbeitung.
PHF 8 T. 750 yS· 7-5-1982
eines von der Drehung des Motors induzierten Signals geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das von
der Drehung des Motors induzierte Signal ein nahezu periodisches Signal niedriger Frequenz ist, die Steuerung der
Speisespannung· des Motors durch die S teuer spannung mit
Hilfe einer sogenannten "Schaltung mit einem negativen Widerstand" erfolgt, die wenigstens teilweise den Innenwiderstand
des Motors ausgleicht. So ist, wie aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung hervorgehen wird,
die Gegen-EMK des Motors praktisch von dem den Motor durch» laufenden Strom unabhängig, wodurch die Drehgeschwindigkeit
scheinbar unempfindlich für die augenblicklichen Schwankungen der Belastung ist.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens
nach der Erfindung ist sichergestellt, dass das von der Drehung des Motors induzierte Signal aus Impulsen
gewonnen wird, die durch die Unterbrechung des Stromes an
den Bürsten des Motors erhalten wird. Dieses Verfahren zur Erzeugung des von der Drehung des Motors induzierten Signals
weist den Vorteil auf, dass es besonders einfach und wenig aufwendig ist, weil kein einziges mit dem Motor gekuppeltes
Hilfsglied erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich air;Ia auf
eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung.
Dazu ist nach der vorliegenden Erfindung eine
Vorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors,
die eine Schaltung zur Verarbeitung eines \τοτι
der Drehung des Motors induzierten Signals enthält, die eine Formungsschaltung und eine sich daran anschliessende
Integrationsschaltung enthält, die ein Signal zum Messen der Geschwindigkeit des Motors liefert, das durch eine
Gleichspannung gebildet wird, die der Geschwindigkeit des Motors proportional ist und die mit einer Bezugsspannung
mit Hilfe einer Vergleichsschaltung verglichen wird, die insbesondere einen Operationsverstärker enthält, der an
einer Ausgangsklemme eine Steuerspannung zur Regelung der Speisespannung des Motors liefert, im wesentlichen dadurch
PHF 81.750 y £. 7-5-1982
gekennzeichnet, dass, wenn das von der Drehung des Mqtors
induzierte Signal ein nahezu periodisches Signal niedriger Frequenz ist, sie weiter eine zwischen der Vergleichsschaltung
und dem Motor angeordnete sogenannte "Schaltung mit negativem Widerstand" enthält, die wenigstens teilweise
den Innenwiderstand des Motors ausgleicht, wobei die Steuerspannung an eine Eingangskiemnie der genannten Schaltung
mit negativem Widerstand angelegt wird.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform der
]q Regelvorrichtung nach der Erfindung wird das von der Drehung
des Motors induzierte Signal' durch Impulse gebildet, die durch die Unterbrechung des Stromes an den Bürsten des
Motors erzeugt werden, wobei die genannten Impulse an einem Zweig der Schaltung mit negativem Widerstand, der von dem
den Motor durchsetzenden Strom durchlaufen wird, abgenommen werden.
Schliesslich ist weiter nach der Erfindung die
Schaltung mit negativem Widerstand eine sogenannte "Stromspiegelschaltung·" .
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden n&her beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Übersichtsschaltbild einer Regelvorrichtung, die nach dem erfindungsgeraässen Verfahren wirkt;
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung
zur Regelung der Geschwindigkeit eines Motors nach der Erfindung, und
Fig. 3 eine Ausführungsform einer RegeJ,vorrichtung
der in Fig. 2 dargestellten Art.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors M,
der nach einem Verfahren wirkt, nach dem die Speisespannung V des Motors M durch eine Gleichspannung Vo gesteuert
wird, die als Steuerspannung bezeichnet wird. Diese Spannimg Vo wird von einer Schaltung 11 zum Vergleichen eines
Bezugssignals S ,, mit einem Signal S zum Messen der Geschwindigkeit des Motors M geliefert, wobei dieses Signal
S von einer Schaltung 21 zur Verarbeitung eines von der
PHF 81.750 y %· 7-5-1982
Drehung des Motors M induzierten Signals S^, geliefert wird.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, erfolgt die Regelung der Speisespannung V des Motors durch die Steuerspannung Vo
mit Hilfe einer sogenannten "Schaltung 3I mit negativem
Widerstand" —R, die wenigstens teilweise den Innenwiderstand
r des Motors M ausgleicht. Diese Massnahme ist besonders
günstig, wenn das von der Drehung; des Motors induzierte Signal Sy, ein nahezu periodisches Signal niedriger
Frequenz, z.B. von weniger als 1000 Hz, ist, weil in diesem Falle der Mangel an vom Motor M stammenden Informationen
es notwendig macht, dass die Verarbeitung^schaltung eine
grosse Zeitkonstante aufweist, die mit einem befriedigenden Ausgleich der schnellen Schwankungen der Geschwindigkeit
inkompatibel ist. In bezug auf die Vorrichtung nach Fig. 1 kann nämlich geschrieben werden, dass die Gegen-EMK
E' des Motors M die Beziehung:
. E1 = V - (r-R) Im (i)
prüft. Wird, wenn der Widerstand R in der Nähe des Innen—
Widerstandes r des Motors liegt, die Drehgeschwindigkeit N des Motors, die zu E' proportional ist, gegeben durch:
N = k(V~£ (Im) (2)
wobei k eine Proportionalitätskonstante und L· (im) einen
Restterm infolge des unvollkommenen Ausgleichs des Innenwiderstandes
r durch den Widerstand R darstellen. Die Regelung
besteht im wesentlichen daran, dass die Speisespannung V derart eingestellt wird, dass sie von dem Restterm <£, (im)
befreit wird, wodurch die Steuerspannung Vo erhalten wird.
Die Beziehung'(2) zeigt, dass dann die Drehgeschwindigkeit N von dem den Motor durchlaufenden Strom I unabhängig ist,
wodurch letzterer für die schnellen Schwankungen der Belastung unempfindlich gemacht wird.
Dann kann dafür gesorgt werden, dass das von der Drehung des Motors N induzierte Signal SM aus Impulsen gewonnen
wird, die durch die Unterbrechung des Stromes an den Bürsten des Motors erzeugt werden* Diese Lösung ergibt
den Vorteil, dass sie viel wirtschaftlicher als z.B.
die Anwendung eines Tachometerjenerators ist.
Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Regel-
. ; UO'-J f 'O^l· . .· 3225S4Q
·. Pif 81.75Ö · '■ J? &>
?-5-1|S2
vorrichtung· nach der Erfindung» Diese Vorrichtung ,enthalt
eine Schaltung 21 zur Verarbeitung eines von der des Motors M induzierten Signals S,,, die eine Formungs-.»
schaltung 22 und eine sich daran anschliessende Integrations-
g schaltung 23 enthält, die ein Signal S zum Messen der Geschwindigkeit
des Motors liefert, das durch eine der Geschwindigkeit des Motors proportionale Gleichspannung gebildet
wird. Diese Gleichspannung wird dann mit einer Be-Z1Ur1Sspannung
S „ mit Hilfe einer Vergleichsschaltung 11
verglichen, die insbesondere einen Operationsverstärker enthält, der an einer AusgaJigsklemme 13 eine Steuerspannung
Vo zur Steuerung der Speisespannung des Motors liefert. Wie sich aus Fig. 2 erkennen lässt, enthält die Regelvorrichtung
nach der Erfindung weiter eine zwischen der Vergleichsschaltung 11 und dem Motor M angeordnete Schaltung mit negativem
Widerstand 31» die wenigstens teilweise den Innenwiderstand
r des Motors ausgleicht-, wobei die Steuerspannung Vo an eine Eingangsklemme 3^ der genannten Schaltung
mit negativem Widerstand 31 angelegt wird. In dem in Fig.
dargestellten Beispiel ist die Schaltung mit negativem Widerstand 31 eine sogenannte "Stromspiegelschaltung". In
dieser Schaltung wird der den Widerstand R1 durchlaufende
Strom I an der Stelle des Knotenpunktes 33 über zwei Zweige
aufgeteilt, wobei einer der Zweige von einem Strom I?
und der andere Zweig· von dem Strom I /K durchlaufen wird,
wobei I der den Motor durchlaufende Strom und K eine für
die Schaltung 31 kennzeichnende Zahl ist. So erhält man:
1I = J2 + ""Κ21 ' (3)
Indem geschrieben wird, dass die Punkte 33 und 3^ an demselben
Potential liegen, folgt:
E· + r I β R I1 (4)
m 1 1 v '
d.h., dass durch Kombination von (3) und (4) erhalten wird:
E' - R1 I2 - (r- %Im (5).
Aus einem Vergleich der Beziehungen (1) und (5) ergibt sich, dass der "negative Widerstand" der Schaltung
31 durch die Grosse R1ZK definiert wird und dass die Speisespannung
V des Motors durch den Term R1 I2 dargestellt ist.
PHP 81.750 y^ k-5~\982
Wenn der Widerstand R» derart eingestellt wird, dass R1/K
grösstenteils den Innenwiderstand r des Motors ausgleicht,
wird die Drehgeschwindigkeit N des Motors gegeben durch: N . Ic(R1I2-^(I1n)) (6).
Wenn der Widerstand R^ fest ist, wird schliesslich gefunden,
dass die Regelung der Geschwindigkeit N darin besteht t dass
I„ durch Vo korrigiert wird, derart, dass der Restterm £(lm)
ausgeglichen wird.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsforin einer Regelvorrichtung
nach dem Prinzipschaltbild der Fig. 2, Die Formungsschaltung
22 wird durch eine Schmitt-Kippschaltung 221 und eine sich daran anschliessende monostabile Kippschaltung
222 gebildet. Die Integrationsschaltung 23 ist von dem
aus einem Widerstand und einem Kondensator bestehenden Typ« Die Vergleichsschaltung 11 enthält einen Operationsverstärker
12, der die Steuerspannung Vo zur Regelung des Stromes Ip mit Hilfe des am Eingang der Schaltung mit negativem
Widerstand 31 angeordneten Transistors T liefert.
Diese Schaltung 31 ist eine sogenannte "Stromspiegelschaltung"
mit einem Koeffizienten K in der Grössanordnung von
ζ. B. 1 0.
Wie sich aus Fig. 3 erkennen lässt, ist sichergestellt, dass das von der Drehung des Motors induzierte
Signal SM durch Impulse gebildet wird, die durch die Unterbrechung
des Stromes I an den Bürsten des Motors M erzeugt werden. Diese Impulse werden an einem Zweig der Schaltung
mit negativem Widerstand 31> der von dem den Motor durchsetzenden
Strom durchlaufen wird, abgenommen; im Falle der Vorrichtung nach Fig. 3 wird das Signal S.f den Klemmen des
Widerstandes Rn entnommen.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf
die einzige in Fig. 3 beschriebene Vorrichtung beschränkt, mit deren Hilfe eine besondere Art von Vergleichsschaltung
in Betrieb gesetzt wird. Es versteht sich, dass sie auch durch jede beliebige andere bekannte VergleichsanordJiuiiie; in
Betrieb gesetzt werden kann, wie durch die Vergleichsanordnung, bei der z.B. die Frequenz der vom Motor gelieferten
Impulse mit der festen Frequenz eines Quarzoszillators
PHF 81.730 /λ<Ο^ 4-5-1982
verglichen wird. Ebenso kann das von der Drehung des
Motors induzierte Signal auch durch die magnetische Induktion erhalten werden, die in einer festen Spu^e durch mit
der Motorwelle ein Ganzes bildende Dauermagneten erzeugt § wird, oder dieses Signal kann von einer optischen Vorrichtung
geliefert werden, die eine Lichtquelle und einen Detektor enthält, die beide fest angeordnet sind und mit
mit der Motorwelle ein Ganzes bildenden Spiegeln zusammenwirken.
• A4.
Leerseite
Claims (2)
- PHF 81.750 V 7-5-1982PATENTANSPRÜCHE;λ.) Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors (m), nach dem die Speisespannung (v) des Motors durch eine Gleichspannung (Vo) gesteuert wird, die als Steuerspannung bezeichnet wird und die von einer Schaltung (11) zum Vergleichen eines Bezugssignals (S „)r 6imit einem Signal (S ) zum Messen der Geschwindigkeit des Motors (M) geliefert wird, wobei das Signal (S ) zum Messen der Geschwindigkeit des Motors von einer Schaltung (21) zur Verarbeitung einea von der Drehung des Motors induzierten Signals (S„) geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das von der Drehung des Motors induzierte Signal ein nahezu periodisches Signal niedriger Frequenz ist, die Regelung der Speisespannung (V) des Motors durch die Steuerspannung (Vo) mit Hilfe einer sogenannten "Schaltung (3"O mit negativem Widerstand" (-R) erfolgt, die wenigstens teilweise den Innenwiderstand (r) des Motors ausgleicht.
- 2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Drehung des Motors induzierte Signal (s..) aus Impulsen gewonnen wird, die durch die Unterbrechung des Stromes an den Bürsten des Motors (m) erzeugt werden.3· Vorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors (m), die einer Schaltung (21) zur Verarbeitung eines von der Drehung des Motors induzierten Signals (SM) enthält, die eine Formungssohaltung (22) und eine sich daran anschliessende Integrationsschaltung (23) enthält, die ein Signal (Sv) zum Messen der Geschwindigkeit des Motors liefert, das durch eine Gleichspannung gebildet wird, die der Geschwindigkeit des Motors proportional ist und die mit einer Bezugs spannung (S „) mit Hilfe einer Vergleichsschaltung (.11) verglichen wird, die insbesondere einen Operationsverstärker (12) enthält, der an einer Ausgangsklemme (13) eine Steuerspannung (Vo) zur Re-ν V ω if'-£'- -w-.::. 3225 5 AOPHF 81.750 » 7-5-1982gelung der Speisespannung des Motors liefert, dadurch, gekennzeichnet, dass, wenn das von der Drehung des Motors (m) induzierte Signal (S»,) ein nahezu periodisches Signal niedriger Frequenz ist, sie weiter eine zwischen d,er Vergleichsschaltung (11) und dem Motor (μ) angeordnete sogenannte "Schaltung (31) '"it negativem Widerstand" enthält, die wenigstens teilweise den Innenwiderstand (r) des Motors ausgleicht, wobei die Steuerspannung (Vo) an eine Eingangslclemme (32). der genannten Schaltung (3I) mit negativem Widerstand angelegt wird.k. Regelvorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass das von der Drehung des Motors induzierte Signal (S,.) durch Impulse gebildet wird, die durch die Unterbrechung des Stromes an den Bürsten des Motors (M) erhalten werden, wobei die genannten Impulse an einem Zweig der. Schaltung' 31 mit negativem Widerstand, der von dem den Motor durchsetzenden Strom durchlaufen wird, abgenommen werden.
5. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder ^» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Schaltung 3I mit negativem Widerstand eine sogenannte "Stromspiegelschaltung" ist.
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