DE1513445B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl und Winkelstellung einer Welle mit einem an diese angeschlossenen Signalgeber, mit einer Bezugssignalquelle und mit Mitteln zum Vergleich des Signals aus dem Signalgeber mit dem Bezugssignal nach Frequenz und Phase zur Bildung eines Regelsignals.

Eine schon recht gute Regelung der Lage oder Phase der Motorwelle erhält man durch Verwendung bestimmter Vorrichtungen, wie z. B. einer optischen Anzeige in dem Übertrager, wozu eine große Anzahl von Linien auf eine Scheibe aufgezeichnet werden, so daß ein optischer Impulsgeber entsteht. Das Übertragersignal durchläuft dabei einen Winkel von 360°, während sich die Welle um einen Betrag dreht, der gleich dem Winkel zwischen zwei auf der Scheibe nebeneinanderliegenden Linien ist. Die Stellung der Welle läßt sich dann so weit regeln, daß sie innerhalb des Winkels zwischen zwei auf der Scheibe aufeinanderfolgenden Linien ist.

Die oben beschriebene Verwendung eines an eine Motorwelle angekoppelten Übertragers, der ein Signal mit einer Frequenz liefert, die eine Funktion der Drehzahl des Motors ist, ist die bei allen phasenstarren Motorregelungen angewandte Standardtechnik. Bei allen bekannten Regelschaltungen gibt es jedoch immer eine minimale Motordrehzahl, unterhalb der die Schaltung unwirksam wird. Der Hauptgrund für die Unwirksamkeit der Anordnungen bei sehr niedrigen Motordrehzahlen liegt darin, daß die Übertragerfrequenz unter die Geschwindigkeit sinkt, mit der Drehmomentstörungen auftreten; damit setzt die Regelung aus, um diese Störungen zu überwinden. Die bekannten Schaltungen versagen daher bei der Regelung von mit ganz niedriger Drehzahl laufenden Motoren. Solche Schaltungen sind von vornherein auch nutzlos für die Regelungen bis herab zur Drehzahl

ίο Null.

Durch die Feststellung der Lage der sich drehenden Motorwelle liefert der Übertrager eine bestimmte Information. Der Übertrager arbeitet dabei so, daß die die Stellung der Welle angebende Information mit einer Geschwindigkeit gegeben wird, die proportional zu der Drehzahl des Motors ist. Der Übertrager läßt sich so aufbauen, daß er für jede Umdrehung der Motorwelle um 360° eine große Anzahl von einzelnen Bits liefert. Trotzdem ist die Geschwindigkeit, mit der diese Information von dem Überträger gegeben wird, proportional zu der Drehzahl des Motors. Wenn / die Informationsgeschwindigkeit darstellt, ist / = PN/60 Hz. N bedeutet dabei die Drehzahl des Motors in Umdrehungen pro Minute, und P bedeutet die Zahl der Pole pro Umdrehung des Übertragers.

Falls die optische Anzeige des Übertragers eine Scheibe mit 20 000 Linien ist, dann ist P = 20 000.

Nach dem Lehrsatz von Shannon gilt, daß die

Grenze des Regelbandes f/2 Hz ist. Erhält das Frequenzspektrum der Drehmomentstörungen Frequenzen über f/2, so wird die Regelschaltung wirkungslos. Innere Drehmomentstörungen können durch die Einwirkung der Bürsten und Kommutatoren usw. entstehen. Bei Abnahme der Solldrehzahl des Motors

(d. h., daß N abnimmt) nimmt / bis zu einem Punkt ab, bei dem die Bandbreite f/2 bei irgendeiner Motordrehzahl N unter dem Frequenzspektrum liegt, das sich durch die verschiedenartigen Drehmomentstörungen ergibt.

Anders ausgedrückt, bedeutet dies, daß die Häufigkeit, mit der der Übertrager die Stellung der Motorwelle ermittelt, so ist, daß viele der durch die Schwankungen des Drehmomentes erzeugten Störungen nicht erfaßt werden und damit nicht die Regelung erzielt wird, die erforderlich ist, um der Bezugsfrequenz zu folgen und um diese Schwankungen des Drehmomentes auszugleichen. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Wirkungslosigkeit der bisher bekannten Regelschaltungen sich sowohl auf die Regelung der Motordrehzahl als auch auf die Regelung der Winkelstellung der Motorwelle (Frequenz und Phase) bezieht.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Regelschaltung vorzusehen, die eine wirkungsvolle Regelung bei sehr niedrigen Drehzahlen und auch noch bei einer Drehzahl Null zuläßt.

Zur Lösung dieser gestellten Aufgabe sieht die Erfindung in Weiterentwicklung der zu Beginn dieser Beschreibung genannten bekannten Schaltungsanordnung vor, daß der Signalgeber zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Signale erzeugt, daß eine Trägersignalquelle mit einer wesentlich höheren Frequenz als die Frequenz der Signale aus dem Signalgeber vorgesehen ist, daß ein Umsetzer vorgesehen ist, der das Trägersignal mit den beiden Signalen aus dem Signalgeber unter Bildung eines Einseitenbandsignals moduliert und dieses Einseitenbandsignal den Vergleichsmitteln zugeführt wird.

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Die erfindungsgemäße Regelschaltung hat also den An dieser Stelle soll erwähnt werden, daß die ErVorteil, daß sie in einem weiten Drehzahlbereich von findung kein besonderes Mittel vorsieht, um eine der Drehzahl Null an wirksam ist, so daß sich eine Einseitenband-Ausgangsspannung des Übertragers zu einzige Schaltung dort verwenden läßt, wo eine sol- erhalten, da sie die Ausgangsspannung eines Einseiche Anpassungsfähigkeit erwünscht ist. Ferner er- 5 tenbandübertragers als Informationssignal verwendet, möglicht die erfindungsgemäße Regelschaltung zu- das in einer phasenstarren Regelschaltung mit dem sätzlich zur Regelung der Drehzahl, z. B. der Welle Bezugssignal verglichen wird.

eines Motors, eine wirkungsvolle und genaue Rege- Weiter sei noch darauf hingewiesen, daß das Seilung der Winkelstellung der Motorwelle. tenband sowohl das obere als auch das untere Sei-

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vor- io tenband sein kann.

gesehen, daß der Signalgeber eine mit Strichlinien Auf diese Weise entsteht ein Übertragersignal S,

versehene Scheibe enthält, die von einer optischen dessen Frequenz beliebig hoch sein kann. Dieses Si-

Einrichtung erkannt werden können. gnal trägt infolge der Frequenz- und Phasenabwei-

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel der chung von der Trägerfrequenz f_c ein Signal, das die

in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen 15 Winkellage der Welle 13 kontinuierlich angibt. Zum

beschrieben. In der Zeichnung zeigt Verständnis dessen dient die folgende Beschreibung

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer ersten erfindungs- des übrigen Teils der Schaltung und die Erläuterun-

gemäßen Ausführungsform, gen dazu, wie das Bezugssignal/? die Drehzahl des

F i g. 2 schematisch ein Schaltbild eines speziellen Motors 14 regelt.

Umsetzers, der in dem Übertrager verwandt wird, um 20 Die Bezugssignalquelle 20 liefert ein Bezugssignal

die erfindungsgemäße Schaltung wirksam zu machen, R, das folgender Gleichung gehorcht:

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung und C sin 2 π (f_c + f_d) t.

F i g. 4 schematisch ein Schaltbild eines speziellen

Umsetzers, der bei der in F i g. 3 gezeigten Ausfüh- 25 Ein Phasendetektor 22 vergleicht die Signale R und S

rung eingesetzt wird. und bildet eine Regelspannung E_c, deren Durch-

Bei der Ausführung nach F i g. 1 ist ein statischer, schnittswert proportional zu der Phasenverschiebung

optischer Geber 12 an die Welle 13 eines Motors 14 zwischen den beiden Signalen R und S ist. Die Größe

angeschlossen und liefert zwei Ausgangssignale. Diese von E_c bestimmt die dem Motor zuzuführende Lei-

sind sinusförmig und geben die Winkellage der Welle 30 stung. Wenn die R-Frequenz von der 5-Frequenz ab-

12 an. Diese beiden Sinuswellen sind um 90° pha- weicht, ergibt sich eine Änderung der dem Motor zu-

senverschoben. Sie können durch die Gleichungen geführten Leistung, wodurch die 5-Frequenz wieder

k sind Φ und k cos Φ wiedergegeben werden. Es gibt genau auf die R-Frequenz gebracht wird. Die beiden

eine Vielzahl von solchen statischen Gebern, die bei Frequenzen R und S behalten dann eine Phasendif-

Anschluß an die Motorwelle solche Sinusspannungen 35 ferenz, die ausreicht, um dem Motor genügend Lei-

abgeben. stung zuzuführen, damit er allen Belastungen gewach-

Ein Umsetzer 16 moduliert ein Trägersignal A sin sen ist. Somit wird die Drehzahl des Motors durch

2 7r/_ci,"das von einer Trägersignalquelle 18 geliefert die Wahl von f_d bestimmt.

wird, mit den beiden Ausgangsspannungen k sin Φ In der Gleichung für das Signal S ist α eine Kon- und k cos Φ des Gebers 12. Dadurch entsteht eine 4° stante, die durch den jeweiligen Umsetzer 16 bespannung stimmt wird. Φ läßt sich allgemein durch die Formel

Bsin(2*/_ei + «<P), φ = ^Nt₊Θ

die im folgenden »5« genannt wird. F i g. 2 zeigt 45 ausdrücken. Hierbei steht N für die Drehzahl des

schematisch einen solchen Umsetzer 16. Der Geber 12 Motors 14 in AVmin, und k_x ist eine Konstante, die

bildet zusammen mit der Trägersignalquelle 18 und von der Polzahl pro Umdrehung des optischen Ge-

dem Umsetzer 16 den Übertrager. Der Übertrager 12, bers 14 abhängt. Durch Einsetzen in die Gleichung

16 und 18 formt dann die Drehung der Welle 13 in für 8 erhält man
•das gewünschte Signal S um. 50

Diese AusgangsspannungS des Umsetzers 16 ist S = B sin [(2nf_c + ^N) t + αΘ].
gleich dem oberen Seitenband eines Trägersignals

mit der Frequenz f_c, das mit einer der Ausgangsspan- Da die Frequenzen von S durch die Wirkungsweise

nungen des Gebers 12 amplitudenmoduliert wurde. der Schaltung gleich der Frequenz von R wird, folgt In dieser bevorzugten Ausführung wird dieses Ver- 55

fahren nicht angewandt, da dich dabei Schwierigkei- k_tN = 2nf_d.
ten bei der Filterung ergeben. Eine Trägerfrequenz

von 15 kHz hat nach einer Amplitudenmodulation Aus dieser Gleichung erkennt man die Abhängigkeit

mit Frequenzen in der Größenordnung von wenigen der Drehzahl N des Motors von der Frequenz des

Hz Seitenbänder, die so dicht am Träger liegen, daß 60 Bezugssignals R.

sie nicht mehr weggefiltert werden können. Aus die- Von großer Wichtigkeit ist die Tatsache, daß bei

sem Grund wird sowohl die Cosinus- als auch die /^ = O auch N = O sein muß. Trotzdem bestehen

Sinusfunktion benötigt, um das Phasensuchverfahren noch zwei Signale S und R, die jede beliebige vorge-

einer Einseitenbanderzeugung anwenden zu können. gebene Frequenz f_c haben können und mit denen

Sobald man erkannt hat, daß diese besondere Modu- 65 sich der Motor weiter regeln läßt. In diesem Fall

lationsart erwünscht ist, lassen sich viele Umsetzer mit wird die Motorwelle 13 einen Winkel annehmen, der

der gewünschten Umsetzerfunktion entwerfen. F i g. 2 zur Bildung einer Phasendifferenz zwischen R und S

zeigt schematisch einen solchen Umsetzer. ausreicht, so daß seinerseits eine Spannung E_c ent-

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steht, mit der die Belastung des Motors aufgefangen die Verwendung von sowohl der sin Φ-Spannung als wird. Das bedeutet, daß sich erfindungsgemäß auch auch der cos Φ-Spannung des Gebers 12 darin, daß eine Regelung bis zur Geschwindigkeit Null errei- dann ein praktischer Umsetzer 16 verwendet werden chen läßt. kann, bei dem das obere Seitenband selbst die Aus-

Der Stabilisator 24 wurde lediglich eingezeichnet, 5 gangsspannung S des Umsetzers 16 bildet. Natürlich um daran zu erinnern, daß in einem geschlossenen könnte man ebenso nur die sin Φ-Spannung verwen-Servosystem immer eine gewisse dynamische Stabili- den und die cos Φ-Spannung hieraus durch eine Versierung erforderlich ist. Es ist bekannt, daß eine dy- zögerung um 90° ableiten. Abgesehen davon, daß die namische Stabilität der Regelschleife erforderlich hierzu erforderlichen zusätzlichen Schaltelemente unist, und es ist weiter bekannt, welche Schaltungen io erwünscht sind und es Schwierigkeiten bereitet, eine hierfür verwendbar sind. Aus diesem Grund ist es Phasenverschiebung von genau 90° zu erreichen, gibt überflüssig, hier die Einzelheiten des Stabilisators 24 es zusätzlich noch einen weiteren sehr wichtigen weiter zu erläutern. Grund, warum vorzugsweise sowohl die sin Φ-Span-

Das Steuersignal E_c dient zum Regeln des Betrages nung als auch die cos Φ-Spannung beide unmittelder von dem Kraftverstärker 26 abgegebenen Lei- 15 bar von dem optischen Geber 12 abgenommen werstung. Der Kraftverstärker liefert die zum Speisen des den. Dieser Grund liegt darin, daß alle in der sin Φ-Motors 14 erforderliche Energie. Hier ist eine recht Spannung auftretenden Fehler oder Verzerrungen !beträchtliche Leistungsverstärkung erwünscht, um zum größten Teil durch die Verwendung der cos Φ-die Phasenregelung in bezug auf die Stellung der Spannung von dem gleichen optischen Geber ausge-Motorwelle 13 bis auf ein Maximum zu treiben. 20 glichen werden, der die sin Φ-Spannung erzeugt. Die

Vom Standpunkt der Informationsanalyse bietet Verwendung von sowohl der cos Φ- als auch der sin die Technik dieser Erfindung eine verbesserte Rege- Φ-Spannung vom gleichen optischen Geber 12 löscht lung, da sie die Anwendung eines kontinuierlich ver- alle linearen Verzerrungen in dessen Ausgangsspanänderlichen optischen Anzeigesignals (d. h.: k sin Φ) nung aus.

zuläßt. Im Unterschied hierzu erzeugen die bekann- 25 Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Verwenten Regelschaltungen eine Impulsfolge, wobei die dung von sowohl der sin Φ-Spannung als auch der Zahl der bei jeder vollen Umdrehung der Welle er- cos Φ-Spannung des optischen Gebers als auch die zeugten Impulse der Zahl der Linien auf der Scheibe Erzeugung des einen Seitenbandes bevorzugte Ausin dem optischen Geber des Übertragers gleich ist. führungen dieser Erfindung sind, die mit den zur Die Impulse des Übertragers bilden das Informations- 30 Zeit verfügbaren Mitteln die besten Ergebnisse liesignal S und werden mit der von einer Bezugsfre- fern. In ihrem breitesten Sinn erfaßt die Erfindung quenzquelle abgegebenen Impulsfolge verglichen, die auch die Anwendung nur einer Ausgangsspannung das Bezugssignal R bilden. Auf bekannte Weise wer- des Gebers 12 und/oder die Verwendung von Filterden die Phase und die Frequenz dieser Impulse zum mitteln, um ein Einseitenband-Signal S zu erzielen.
Regeln der Drehzahl des Motors verwandt und, in 35 Die in F i g. 2 gezeigte Umsetzerschaltung ist ein gewissem Umfang, zum Regeln der Winkelstellung Beispiel für den Aufbau des Umsetzers 16. Das Verder Motorwelle. Da jedoch nur ein Impuls für je ständnis von Einzelheiten dieser Schaltung bereitet 360° von sin Φ vorhanden ist, geht der übrige Teil Fachleuten keine Schwierigkeit. Die Funktion dieser der von dem sin Φ-Signal erzeugten Information über Schaltung wird daher hier nur in breiten Zügen bedie Stellung der Motorwelle verloren. Bei verhältnis- 40 schrieben. Die Eingangstransistoren Q1 und Q 3 ermäßig hohen Drehzahlen des Motors wiegt dieser füllen eine Trennfunktion. Daraus ergibt sich ein Informationsverlust nicht schwer, da die zu überwin- hoher Eingangswiderstand für das Eingangssignal,
denden Drehmomentstörungen eine Frequenz haben, Eine in jedem Kanal liegende Brücke 28, wobei

die beträchtlich unter der Frequenz des von dem jede Brücke 28 aus vier Widerständen und vier Übertrager gelieferten Impulszuges liegt. Bei niedri- 45 Dioden besteht, bildet zusammen mit den Transforgen Drehzahlen führt der Informationsverlust jedoch matoren Tl und Γ3 in dem Sinus-Kanal und den zu den vorstehend genannten Schwierigkeiten, so daß Transformatoren Γ 2 und Γ 4 in dem Cosinus-Kanal eine bestimmte Drehzahl auftritt, unterhalb der die zwei abgeglichene Modulatoren, die das Trägersignal bekannten Regelschaltungen versagen. mit den beiden Geberspannungen modulieren. Die

Aus diesem Grunde ist es eine besondere Leistung 50 Transistoren Q 2 und Q 4 erfüllen eine Trennfunktion dieser Erfindung, daß die gesamte von dem opti- und weisen einen hohen Eingangswiderstand bei niedschen Geber 12 stammende Information ausgewertet rigem Ausgangswiderstand auf. Der Widerstand R werden kann. Das Signal k sin Φ liefert eine konti- und der Kondensator C sind wichtige Elemente, die nuierliche Anzeige über die Winkelstellung der Mo- zusammen ein Phasen-Netzwerk bilden, das das untorwelle 13. Da das Trägersignal kontinuierlich durch 55 tere Seitenband unterdrückt und nur das obere Seidieses Signal amplitudenmoduliert wird, enthält das tenband durchläßt. Die Funktion eines solchen Pha-Ausgangssignal S des Übertragers weit mehr Informa- sen-Netzwerks ist bekannt. Weiter wird ein Betriebstion als die Ubertragersignale bekannter Schaltungen. verstärker 29 mit einem sehr hohen Eingangswider-

Von einem Gesichtspunkt aus ist es die Anwen- stand verwandt, um eine Belastung des Phasen-Netzdung des vollen Signals des optischen Gebers 12, was 60 werks CR und damit Verzerrungen zu vermeiden. Der die erfindungsgemäße Verbesserung ermöglicht. Transistor β 5 und die dazugehörigen Schaltelemente

Von einem anderen Standpunkt aus ist es die Ver- bilden einen Signalverformer. Das gewünschte Uberwendung eines Trägersignals, das mit der von dem tragersignal 8 kann am Kollektor des Transistors Q 5 Geber 12 abgegebenen Spannung moduliert wird, abgegriffen werden.

wodurch ein Ubertragersignal S höherer Frequenz 65 F i g. 3 zeigt eine andere Ausführung dieser Erfinentsteht, welches das erfindungsgemäß mögliche ver- dung, in der das Trägersignal Λ sin 2 nf t dadurch in besserte Verhalten gestattet. die Schaltung 30 eingebracht wird, daß man die Trä-

Wie bereits ausgeführt wurde, liegt ein Grund für gersignalquelle 38 zur Speisung der Lampe oder einer

anderen in dem optischen Geber 32 benutzten Lichtquelle verwendet. Dieser statische optische Geber 32 ist an die Welle 33 des zu regelnden Motors 34 angekoppelt. Auch hier kann für den Geber 32 jede beliebige bekannte Ausführung verwandt werden. Eine Trägersignalquelle 38 liefert das Trägersignal A sin 2nf_ct und erfüllt damit die gleiche Funktion, die auch bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführung erfüllt wurde. Das Trägersignal moduliert jedoch das Licht der in dem Geber 32 vorhandenen Lichtquelle, so daß zwei Ausgangssignale entstehen. Diese beiden Signale sind in F i g. 3 mit

A₁ sin Φ sin 2π/₀ί A₁ cos Φ cos 2nf_ct

bezeichnet. Sie werden in den Umsetzer 36 eingegeben. Der Umsetzer 36, dessen genaue Schaltung in F i g. 4 gezeigt wird, liefert ein Einseitenband-Signal S, das in seiner Form identisch mit dem Signal ist, das der in F i g. 1 gezeigte Umsetzer 16 abgibt.

Die Ausführung nach F i g. 3 ermöglicht die Anwendung eines weit einfacheren Umsetzers 36, der in F i g. 4 gezeigt ist. Die Wirkungsweise der in Fig. 4 gezeigten Schaltung ist mit der Wirkungsweise vergleichbarer Schaltungselemente aus F i g. 2 vergleichbar. Wichtig ist vor allen Dingen, daß der Kondensator C und der Widerstand R eine Schaltung bilden, die das obere Seitenband auswählt. Wieder wird ein Verstärker 29 mit sehr hohem Eingangswiderstand verwandt, um eine Belastung des Phasen-Netzwerkes CR zu vermeiden.

Die Ausführung nach F i g. 3 ist einfacher und arbeitet direkter als die Ausführung nach Fig. 1. Die Ausführung nach F i g. 1 wird jedoch wegen der Schwierigkeiten bevorzugt, die auftreten, wenn das von dem Geber 32 abgegebene Licht der Augenblicksgröße des Trägersignals folgen soll.

Eine weitere Ausführung der Erfindung soll noch kurz ohne Zeichnung beschrieben werden, um ein tieferes Verständnis für den Umfang dieser grundlegenden Erfindung zu geben. Das Gitter in dem optischen Geber 12 könnte mit der Trägerfrequenz/,, gedreht werden. Dadurch entstände ein Geber 12, dessen Signal unmittelbar ein Einseitenband wäre. Bei Drehung der Scheibe des Gebers 12 auf der Welle 13 in der gleichen Richtung wie das Gitter entsteht das obere Seitenband. Bei Drehung der Scheibe auf der Welle 13 entgegengesetzt zur Drehrichtung des Gitters entsteht das untere Seitenband. In beiden Fällen entsteht sofort ein Einseitenband. Das gewünschte Übertragersignal S ergibt sich dann ohne weiteren Umsetzer. Eine solche Ausführung wird wegen der mechanischen Schwierigkeiten nicht bevorzugt. Das Gitter muß mit einer genauen und konstanten Geschwindigkeit umlaufen, was sehr schwierig und nur mit großem Aufwand zu erreichen ist. Weiter würde diese Ausführung zum Steuern des Gitters einen zusätzlichen Motor und damit auch einen Drehzahlregler für diesen Motor erfordern. Somit würde diese Vorrichtung mehr Aufwand und eine größere Schaltung erfordern als die bevorzugte Ausführung nach Fig. 1.

Im breitesten Sinne umfaßt diese Erfindung das Einleiten einer Trägerfrequenz in die Wirkungsweise des Übertragers und eine solche Modulation dieser Trägerfrequenz, daß entweder ein oberes oder ein unteres Seitenband, aber nicht beide gleichzeitig, entstehen. Dieses Seitenbandsignal wird dann in bezug auf Frequenz und Phase mit einem Bezugssignal verglichen, so daß ein Regelsignal entsteht, das eine Funktion des Frequenz- und Phasenunterschiedes zwischen dem Bezugssignal und diesem oberen Seitenband ist. Dieses Regelsignal wird dann dem zu regelnden Motor zugeleitet. Bei einer Belastung von Null wird der Motor dann so geregelt, daß die Frequenz und die Phase des Übertragersignals identisch sind mit Frequenz und Phase des Bezugssignals. Bei Belastung des Motors, gleichgültig ob dieser läuft oder stillsteht, verschiebt sich die Phase des Ubertragersignals, so daß sich ein Phasenunterschied ergibt. Dadurch bildet sich ein Regelsignal, mit dem der Motor wieder an das Bezugssignal angekoppelt wird. In bezug auf die Frequenz hat diese Regelung eine Genauigkeit von 100%. Das bedeutet, daß sich jede Änderung in der Frequenz des Bezugssignals in einer Änderung der Motordrehzahl widerspiegelt und damit ein Übertragersignal entsteht, dessen Frequenz den Frequenzänderungen des Bezugssignals folgt.

In bezug auf die Phasenregelung kann die Schaltungsanordnung nicht 100% genau sein. Es kann jedoch eine beträchtliche Übereinstimmung zwischen der Winkelstellung der Motorwelle und der Phase des Bezugssignals R erzielt werden.

In einer Ausführung ist der Motor 14 mit einem statischen optischen Geber 12 versehen, der 64 000 Linien pro Umdrehung aufweist. 20 Bogensekunden stellen damit 360 elektrische Grad in der Ausgangsspannung des Umsetzers 16 dar. Unter der Annahme, daß eine Phasendifferenz von 360° zwischen dem Signal des Umsetzers 16 und dem Signal der Bezugssignalquelle 20 volle Energiezufuhr zum Motor bedeutet, kann der Motor 14 im Hinblick auf die Winkelstellung seiner Welle innerhalb von 20 Bogensekunden eingeregelt werden. Der Kraftverstärker 26 kann jedoch so ausgelegt werden, daß sich eine Schleifenverstärkung von 100 ergibt. Damit kann dem Motor die volle Leistung mit einer Phasendifferenz von 3,6° zwischen dem Ubertragersignal S und dem Bezugssignal R zugeführt werden. Das bedeutet, daß die Stellung der Motorwelle auf ein Teil in 6,4 Millionen eingeregelt werden kann. Anders gesagt, bedeutet das, daß Störungen, wobei es sich im allgemeinen um mechanische Vibrationen handelt, auf

^etwa ihres unkompensierten Wertes

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herabgedrückt werden können.

Der Umstand, daß sich die Phasenlage der Motorwelle 13 nicht hundertprozentig regeln läßt, sollte nicht die Tatsache verdecken, daß eine Änderung in der Winkelstellung der Welle vollständig geregelt werden kann. Bei einer Verschiebung des Bezugssignals R um 5° dreht sich auch die Motorwelle ausreichend, um eine Verschiebung des Phasenwinkels des Übertragersignals S von 5° zu bewirken. Dadurch wird die Phasendifferenz zwischen den Signalen S und R konstant auf den Wert gehalten, der notwendig ist, um ein zum Auffangen der Belastung des Motors 14 ausreichendes Regelsignal E_c zu erzeugen. Eine solche Abhängigkeit ist dann besonders erwünscht, wenn das Bezugssignal R von einem ⁵ Hauptmotor geliefert und zum Regeln des Motors als Tochtermotor verwandt wird. Dieser letzte Punkt bezüglich der Fähigkeit des geregelten Motors 14, einer Änderung im Bezugssignal R zu folgen, ist nur

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ein anderer Weg, um klarzustellen, daß bei allen Frequenzen eine vollständige Frequenzregelung möglich ist, unabhängig davon, wie tief die Frequenz liegt.

Das mit der Erfindung erzielbare Betriebsverhalten läßt sich am besten durch einen Hinweis auf eine Ausführung klarstellen, mit der ein Motor in einem

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Drehzahlbereich zwischen 0,01 und 100 N/min geregelt wird und der Motor Belastungen bis zu 0,61 mkg aufnimmt. In diesem Fall konnte der Motor Drehmomentstörungen von 100% auffangen und blieb mit einer Genauigkeit von mehr als einer Bogensekunde im Synchronismus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

P atentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl und Winkelstellung einer Welle mit einem an diese angeschlossenen Signalgeber, mit einer Bezugssignalquelle und mit Mitteln zum Vergleich des Signals aus dem Signalgeber mit dem Bezugssignal nach Frequenz und Phase zur Bildung eines Regelsignals, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (12) zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Signale erzeugt, daß eine Trägersignalquelle (18) mit einer wesentlich höheren Frequenz als die Frequenz der Signale aus dem Signalgeber (12) vorgesehen ist, daß ein Umsetzer (16) vorgesehen ist, der das Trägersignal mit den beiden Signalen aus dem Signalgeber (12) unter Bildung eines Einseitenbandsignals moduliert und dieses Einseitenbandsignal den Vergleichsmitteln (22) zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (12) eine mit Strichlinien versehene Scheibe enthält, die von einer optischen Einrichtung erkannt werden können.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (16) das Einseitenband nach dem Phasenverfahren erzeugt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Trägersignals mindestens zweimal so groß wie die höchste unerwünschte Frequenzschwankung der Welle (13) ist.