DE2366092C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Servosystem zum Steuern eines m Ständerfeldwicklungen aufweisenden Wechselstrommotors gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei einem derartigen Servosystem wird (Control Engineering, May 1970, S. 67-71) aus dem Drehmomentsignal und dem Läuferstellungssignal das Ständerfeldstellungssignal abgeleitet und eine mit den Statorfeldwicklungen verbundene und von dem Statorfeldstellungssignal gesteuerte Schaltanordnung gesteuert, um eine Statorfeldrichtung entsprechend dem Statorfeldstellungssignal zu erzeugen. Dabei arbeitet ein Umrichter im Pulsbetrieb, so daß der Ständerfeldstellungsvektor quasi kontinuierlich in Abhängigkeit vom Ständerfeldstellungssignal weitergestellt wird, und zu diesem Zweck werden sinusförmige und um 120° elektrisch zueinander versetzte Steuerspannungen erzeugt. Auf diese Art und Weise läßt sich jedoch weder ein ausreichendes Ansprechverhalten noch eine hinreichende Genauigkeit der Einstellung erzielen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist die Aufgabe darin zu sehen, das bekannte Servosystem derart weiterzubilden, daß ein höherer Grad an Einstellgenauigkeit erreicht und ein besseres Ansprechverhalten ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch gelöst.

Bei dem Servosystem gemäß der Erfindung gehen sowohl das geforderte Drehmoment als auch die Rotorstellung in die Bestimmung der mittleren Stellung des Statorfeldvektors ein, so daß eine sehr genaue Steuerung des Motordrehmoments aber auch ein sehr schnelles Ansprechverhalten des Motors erreicht wird, so daß der Einsatz eines Induktionsmotors als Hauptantriebsorgan in Koordinatenantrieben von Werkzeugmaschinensteuerungen möglich ist, was bislang ausgeschlossen war.

Auch bei einer weiterhin bekannten Wechselstromantriebssteuerung mit einstellbarer Frequenz (Control Engineering November 1971, S. 57-70) besteht die vorgenannte Möglichkeit nicht. Zwar wird dort ein Asynchronmotor durch ein Drehmomentsignal geführt, welches in einem Drehzahlregelkreis erzeugt wird, indem dieses Signal einmal für die Amplitude der Spannung bestimmend ist und zum anderen in Addition mit einem Drehfrequenz- Istwert für die Statorfrequenz bestimmend ist. Eine Steuerung des Drehmoments des Motors durch Änderung des mittleren Statorfeldes, dessen Lage durch einen Rechner bestimmt wird, wird dort nicht gezeigt.

Insbesondere sind die bekannten Steuerungen nicht geeignet, um den Motor auf die Motordrehzahl Null gesteuert herunterfahren zu können, ohne ihn abzuschalten, was hingegen mit Hilfe des Servosystems gemäß der Erfindung möglich ist und entsprechende Einsatzmöglichkeiten eröffnet.

Nach einem älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag (älteres Recht DE-PS 22 36 763) wird beim Umrichten der Ströme für die Ständerwicklungen einer Drehfeldmaschine mit eingeprägtem Strom gearbeitet. Bei dem Servosystem gemäß der Erfindung wird hingegen mit eingeprägter Spannung gearbeitet. Die Arbeitsweise eines spannungseinprägenden Stromrichters ist bekannt (IEEE Transactions on Industry Applications March/April 1972, Seite 145-154).

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für ein Servosystem gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Element, das an die Stelle eines Elements der Schaltungsanordnung gem. Fig. 1 treten kann,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Arbeitsablaufs für ein Servosystem gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Dreiphasenmotors mit drei Polpaaren,

Fig. 5 drei phasenversetzte Rechteckspannungen für den Dreiphasenmotor,

Fig. 6 den Durchgriff der Soll-Ständerfeldstellung als Funktion der Soll-Ständerfeldstellung,

Fig. 7 Ausgabewörter für die Ständererregung und

Fig. 8 und Fig. 9 Flußdiagramme des Arbeitsablaufs für ein Servosystem gemäß der Erfindung.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird der Schlupf des Motors so gesteuert, daß ein konstanter Schlupfwert beibehalten wird. Dadurch ist die Erwärmung im Motor direkt proportional zu dem vom Motor entwickelten Drehmoment, und als Ergebnis davon wird sowohl das maximale Drehmoment als auch die obere Grenze der thermischen Belastung festgelegt.

Ein Summierregister 800 erhält über eine Leitung 462 ein Signal X1, welches der angeforderten Geschwindigkeit entspricht, und über eine Leitung 802 ein Signal X2, welches dem Ist-Drehfrequenzsignal entspricht. Am Ausgang des Summierregisters 800, auf einer Leitung 804 steht die Summe dieser Signale an. Eine Integriereinheit 806 ist mit der Leitung 804 verbunden und liefert auf ihrer Ausgangsleitung 808 ein Signal, das einem Zähler 810 zugeführt wird. Der Zähler 810 ist über seine Ausgangsleitung mit einem Summierregister 814 verbunden, welches ein der angeforderten Geschwindigkeit und der Ist-Drehfrequenz entsprechendes Signal erzeugt, da der andere Eingang des Summierregisters 814 mit der Leitung 802 verbunden ist. Die Summe beider Eingänge ist ein Geschwindigkeitsabweichungssignal auf der Ausgangsleitung 816. Dieses wird an einen Regler gegeben, der ein Kompensationsnetz 818 und einen Zähler 820 aufweist und auf seiner Ausgangsleitung 822 ein Signal erzeugt, das dem von dem Motor 10 geforderten Drehmoment entspricht. Das angeforderte Drehmoment wird als Funktion des Geschwindigkeitsabweichungssignals auf der Ausgangsleitung 816 ermittelt. Auf diese Art erzeugt jede Erhöhung des Geschwindigkeitsabweichungssignals auf der Ausgangsleitung 816 eine Erhöhung des Drehmomentsignals auf der Leitung 822. Die Leitung 822 führt zu einem Funktionsgeber 824, der aus dem Drehmomentsignal ein Steuersignal TRIG zur Zündwinkeleinstellung des Gleichrichters für die Speisung des Motors 10 berechnet. Dieses wird auf einer Leitung 826 dem Motor 10 zugeführt. Weiterhin sind in Fig. 1 ein Impulsgenerator (P.G.), ein Zähler und eine Einrichtung (S), um die Zählung zu modifizieren, gezeigt. Die Ausgangsleitung 802 dieser Elemente führt das bereits erwähnte Signal X2, welches der Ist-Drehfrequenz entspricht.

Die Leitung 822 ist ferner an eine Einheit 828 angeschlossen, die dem Vorzeichen des auf der Leitung 822 vorhandenen Signals ensprechend auf einer Ausgangsleitung 830 ein Signal erzeugt, welches dem gewünschten Schlupf des Motors 10 entspricht. Der Schlupf ist entweder positiv oder negativ (entsprechend dem Vorzeichen des angeforderten Drehmoments), hat aber eine konstante Größe. Die Ausgangsleitung 830 ist mit dem einen Eingang eines Summierverstärkers 832 verbunden, dessen zweiter Eingang über eine Leitung 834 mit einem Zähler 838 verbunden ist. Der Zähler 838 erhält über eine Leitung 836 das X2-Signal, das Ist- Drehfrequenzsignal. Der Zähler 838 paßt das Ist-Drehfrequenzsignal an das auf der Leitung 830 vorhandene Signal an. Die von dem Summierverstärker 832 gebildete Summe wird über eine Leitung 840 an den Motor 10 abgegeben. Diese Summe entspricht der erforderlichen Ständerfrequenz.

Ein zweiter Eingang des Funktionsgebers 824 ist über eine Leitung 842 mit der Leitung 802 verbunden, so daß dem Funktionsgeber 824 auch das X2-Signal zugefüht wird, welches der Ist-Drehfrequenz entspricht. Daher hängt der Ausgang des Funktionsgebers 824 auf der Leitung 826 sowohl von dem angeforderten Drehmoment als auch der Ist-Drehfrequenz ab.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist die in Fig. 2 gezeigte Einheit 844 an die Stelle der Einheit 828 zu setzen. Die Wirkungsweise der Einheit 844 entspricht der der Einheit 828. Die Einheit 844 dient jedoch der Berechnung des Schlupfs für niedrige Werte des angeforderten Drehmoments.

Das Steuersignal TRIG auf der Leitung 826 für die Zündwinkeleinstellung des Gleichrichters für die Speisung des Motors wird aus dem angeforderten Drehmoment für jede Ist- Drehfrequenz berechnet (vergl. Beschreibung wie zu Fig. 1). Da für niedrige Werte des angeforderten Drehmoments unterschiedliche Schlupfwerte verwendet werden, ist die an den Motor 10 angelegte Spannung jedoch nicht die gleiche, wenn die Einheit 844 oder die Einheit 828 eingesetzt wird. Der in Funktion des angeforderten Drehmoments berechnete Wert des Steuersignals wird empirisch ermittelt. Für einen bestimmten Motor kann dies dadurch geschehen, daß an den Ständer des Motors eine Spannung mit konstanter Frequenz angelegt wird und das Verhältnis zwischen Drehmoment und dieser Spannung bestimmt wird. Dieses Verhältnis bildet eine Grundlage für die spätere Arbeitsweise des Funktionsgebers 824. Ergibt sich nun, daß das Verhältnis Drehmoment zu Spannung nicht bei allen Frequenzen gleich ist, so wird dieses Verhältnis für unterschiedliche Frequenzen ermittelt. Nachdem die Einheit 828 durch die Einheit 844 ersetzt wurde, kann die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 als schlupf-proportional bezeichnet werden, da der erforderliche Schlupf für niedrige Werte des angeforderten Drehmoments dem angeforderten Drehmoment proportional ist.

In Fig. 3 ist nun der Arbeitsablauf für ein Servosystem schematisch dargestellt, das veranschaulicht, wie das für das angeforderte Drehmoment erforderliche Signal, das Drehmoment- Sollsignal, zum Motor 10 gelangt. Die Leitung 822 ist mit einer Einheit 850 verbunden, die auf ihrer einen Ausgangsleitung 852 ein Signal erzeugt, welches dem absoluten Betrag des angeforderten Drehmoments entspricht, das Vorzeichen (die Richtung) des angeforderten Drehmoments bleibt außer Betracht. Die Ausgangs- Leitung 852 ist mit dem einen Eingang eines Summierregisters 854 verbunden.

An dem anderen Eingang der Schaltung wird das Signal X2, welches der Ist-Drehfrequenz, dem Drehzahl-Istwert, entspricht, auf der Leitung 802 vom Zähler 838 eingegeben. Die Leitung 802 ist mit einer Integriereinheit 856 verbunden, welche das Signal X2 so integriert, daß ein der Läuferstellung RTP entsprechender Wert erhalten wird, der zu dem einen Eingang des Summierregisters 858 geführt wird. Der andere Eingang des Summierregisters 858 ist über einen Zähler 860 mit der Leitung 822 verbunden. Die beiden Eingänge des Summierregisters 858 werden zu einem der Läuferstellung entsprechenden Signal addiert und über eine Ausgabeleitung 861 an ein Summierregister 862 gegeben. Dieses Signal ist unabhängig von dem im Zähler 860 verwendeten Faktor um den Betrag des angeforderten Drehmoments vergrößert worden. Über den anderen Eingang des Summierregisters 862 wird über einen Zähler 864 das Signal X2 auf der Leitung 802 zugeführt. Die vom Summierregister 862 gebildete Summe ist das Ständerfeldstellungssignal, welches auf einer Ausgabeleitung 866 zu einem Funktionsgenerator 868 geführt wird. Entsprechend wird die Ständerfeldstellung STP über die augenblickliche Läuferstellung hinaus um einen Betrag weitergedreht, welcher der Summe aus dem angeforderten Drehmoment und der Läuferdrehzahl entspricht. Es gilt: Je höher die Läuferdrehzahl ist, desto weiter wird die Ständerfeldstellung weiterbewegt, und je größer das angeforderte Drehmoment ist, desto weiter wird die Ständerfeldstellung sein. Der Funktionsgenerator 868 gibt über eine Leitung 870 ein Steuersignal zu den Ständerwicklungen des Motors 10.

Der andere Eingang des Summierregisters 854 ist über einen Zähler 853 mit der Leitung 802 verbunden, dieser ermittelt die absoluten Beträge der Läuferdrehzahl ohne Berücksichtigung des Vorzeichens. Im Summierregister 854 wird nun dieser Betrag dem absoluten Wert des angeforderten Drehmoments hinzugefügt, so daß auf einer Leitung 857 ein Signal vorhanden ist, welches dem angeforderten Drehmoment, erhöht um einen der Läuferdrehzahl proportionalen Betrag, entspricht und einer Steuerung 859 des Gleichrichters des Motors 10 zugeführt wird.

Das auf der Leitung 866 vorhandene Signal STP wird ständig aktualisiert, beispielsweise alle 8,3 ms, d. h. 120mal in der Sekunde.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Drehphasenmotors mit drei Polpaaren A-A, B-B und C-C, die in gleichmäßigen Abständen am Umfang des Läufers R angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt drei phasenversetzte Rechteckspannungen, die an die drei Polpaare des in Fig. 4 gezeigten Motors angelegt werden. Die Rechteckspannungen nach Fig. 5 haben an irgendeinem Zeitpunkt einen von zwei Werten, je nachdem, wie die zugehörigen Pole zu erregen sind. Das heißt, daß ein Pol eines Polpaares einen magnetischen Nordpol und der gegenüberliegende Pol einen magnetischen Südpol darstellt, oder umgekehrt. Wie Fig. 5 zeigt, wird bei einem willkürlich gewählten Zeitpunkt t₀ das A-A-Polpaar in der einen Richtung erregt, während die beiden anderen Polpaare in der entgegengesetzten Richtung erregt werden. Nach ¹/₆ des Zyklus, zum Zeitpunkt t₁, hat sich die Richtung des Magnetfeldes des Polpaares B-B umgekehrt. Nach einem weiteren Sechstel des Zyklus, zum Zeitpunkt t₂ hat sich dann die Richtung des Magnetfeldes des Polpaares A-A geändert.

Im ersten Drittel einer Umdrehung seit t₀ hat sich daher das resultierende Magnetfeld zu einem Drittel um den Läufer gedreht. Dieser Vorgang setzt sich auf die gleiche Weise fort, wobei sich die Richtung des Magnetfeldes jeweils um 60° verändert, wenn eine Zustandsänderung in einer der in Fig. 5 gezeigten Rechteckspannungen auftritt. Daher dreht sich das Magnetfeld des Ständers schrittweise um den Läufer, wobei das sich ergebende Magnetfeld an jedem Zeitpunkt nur eine von sechs Stellungen einnimmt.

Wenn die erforderliche Ständerfeldstellung, der das Ständerfeldstellungssignal STP auf der Leitung 866 entspricht, eine der sechs möglichen Stellungen eingenommen hat, so sind die Polpaare des Motors derartig erregt, daß der resultierende Magnetfluß die richtige Richtung hat. Es ist jedoch häufig der Fall, daß das Ständerfeldstellungssignal auf der Leitung 866 keine der sechs Richtungen hat. Daher ist es wünschenswert, daß die einzelnen Polpaare des Motors derartig zu bestimmten Zeitpunkten erregt werden, daß sie ein mittleres Magnetfeld während eines 8,3 ms Intervalls entsprechend der Soll-Ständerstellung erzeugen. Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm des Arbeitsablaufs für ein Servosystem gemäß der Erfindung, so daß die in Fig. 5 gezeigten Rechteckspannungen innerhalb eines 8,3 ms-Zeitintervalls so gesteuert werden, daß die gewünschte mittlere Stellung des Ständerfeldvektors erzeugt wird.

Die Momentanwerte des Ständerfeldstellungssignals werden auf der Leitung 866, wie nachfolgend beschrieben, bestimmt.

Im ersten Schritt 872 wird die Soll-Ständerfeldstellung STP überprüft, um festzustellen, ob sie kleiner als Null ist. Ist STP kleiner als oder gleich Null, so wird Programmzweig 874 ausgewählt und die Summe 1250 wird im Schritt 876 der Größe STP hinzugefügt. STP kann kleiner als Null sein, wenn der Motor sich rückwärts gedreht hat, so daß die Soll-Ständerfeldstellung während einer jeden folgenden Neueinstellung der Soll- Ständerfeldstellung weniger vorgeschoben wird. Falls STP während des vorhergehenden 8,3-ms-Intervalls durch Null hindurchgegangen ist, wird sie daher durch den Schritt 876 wieder auf einen Wert im Bereich zwischen Null und 1250 gebracht. Die zur Addierung zu STP im Schritt 876 ausgewählte Größe entspricht der Anzahl der für jede Umdrehung der Motorwelle erzeugten Impulse; werden wie in der beschriebenen Ausführungsform 1250 Impulse während einer jeden Drehung erzeugt, so behält die Addierung von 1250 im Schritt 876 die richtige Stellung des Ständerfeldes bei.

Wenn STP größer als Null ist, so wird beim Schritt 880 überprüft, ob STP größer als 1250 ist. Falls sie dies ist (was andeutet, daß die Motorwelle über die Schaltstellung hinaus nach vorn gedreht ist), so wird der Zweig 882 gewählt und im Schritt 884 wird STP um 1250 vermindert. Wird in dem Schritt 880 festgestellt, daß die Größe STP kleiner als 1250 ist, so wird der Zweig 886 gewählt und der Schritt 884 wird übergangen.

Nach den Schritten 884 und 876 wird der Schritt 888 eingeleitet. Beim Schritt 888 wird der fortgeschriebene Wert von STP überprüft, um festzustellen, ob er kleiner als 209 ist. Falls dies der Fall ist, wird der Zweig 890 gewählt, worauf im Schritt 892 STP in der Speicherstelle STPTM gespeichert wird. Im darauffolgenden Schritt 894 wird die Adressenstelle START in die Speicherstelle PHASE eingegeben. Daraufhin geht es mit dem Schritt 896 weiter.

Der Zweig 890 wird dann gewählt, wenn die Soll-Ständerfeldstellung innerhalb der ersten 60° nach der Läuferschaltstellung liegt. In diesem Falle hat der Impulsgenerator weniger als 209 Impulse seit dem Überschreiten der Schaltstellung ausgegeben. Falls STP größer als 209 ist, wird jedoch der Zweig 897 ausgewählt, was darauf hinweist, daß die Soll- Ständerfeldstellung jenseits der ersten 60° nach der Läuferschaltstellung liegt. Im nachfolgenden Schritt 898 wird überprüft, ob STP kleiner als 418 ist. Falls dies der Fall ist, wird der Zweig 900 gewählt und im Schritt 902 wird in die Speicherstelle STPTM (STP-209) eingegeben. Im Schritt 904 wird in die Speicherstelle PHASE die Adresse START+1 eingespeichert. Danach geht es weiter mit dem Schritt 896.

Wird festgestellt, daß STP größer als 418 ist, so wird der Zweig 906 ausgewählt, und beim Schritt 908 wird eine weitere Überprüfung durchgeführt. Die Schritte 910 und 912 werden durchgeführt, um festzustellen, ob STP eine solche Größe hat, daß die Soll-Ständerfeldstellung in den dritten, vierten, fünften oder sechsten 60°-Sektor in Bezug auf die Läuferschaltstellung liegt. Die sechs Sektoren entsprechen den möglichen Stellungen des Ständerfeldvektors des zweipoligen Dreiphasenmotors. Unabhängig von der Größe von STP wird dieser Wert in der STPTM-Speicherstelle gespeichert. Die zugehörige Adresse wird in der Speicherstelle PHASE gespeichert. Ein den Zustand der zugehörigen Leistungstransistoren beschreibendes Ausgabewort wird in der Speicherstelle gespeichert; wobei seine Adresse in der Speicherstelle PHASE gespeichert ist. Dieses Ausgabewort dient zur Ansteuerung der Leistungstransistoren.

Im Schritt 896 wird der Speicherwert STPTM mit 13/32 malgenommen und in die Speicherstelle TIME eingespeichert, so daß dort die Zahl der 0,1 ms langen Zeitintervalle gespeichert ist, um die die Soll-Ständerfeldstellung in den betreffenden Sektor eingedrungen ist. Dieser Betrag bzw. die Zahl wird dann dazu verwendet, um zwischen aufeinanderfolgenden Zuständen des dreiphasigen Signals, das den Wicklungen zugeführt wird, umzuschalten.

Anschließend an den Schritt 896 wird der Schritt 914 durchgeführt, mit welchem bestimmte Speichervorgänge durchgeführt werden. Die in der Speicherstelle PHASE enthaltene Adresse wird in die Speicherstelle ORIG eingespeichert. Außerdem wird die Speicherung in der Speicherstelle PHASE um acht erhöht und in der Speicherstelle PHASE1 gespeichert. Die in der Speicherstelle PHASE gespeicherte Adresse wird um eins erhöht und in der Speicherstelle PHASE gespeichert. Zusätzlich wird sowohl von der Speicherung in der Speicherstelle PER1 als auch von der der Speicherstelle FLAGA eins abgezogen.

Im anschließenden Schritt 916 wird 68 von TCTOT (auf der Leitung 857 in Fig. 3) abgezogen, um den Zündpunkt für die Leistungstransistoren zu berechnen. Danach folgt der Schritt 917, gemäß welchem 28 einmal, zweimal oder vielfach hinzuaddiert wird, bis ein Ergebnis zwischen Null und -28 erhalten wird, das anschließend beim Schritt 919 in der Speicherstelle TEMP gespeichert wird. Später wird auf diese Speicherstelle zurückgegriffen, um die Zündpunkte der Leistungstransistoren zu steuern. Nach dem Schritt 919 wird über den Zweig 918 das Ausführungsprogramm gestartet.

In Zeitabständen von 0,1 ms wird das Ausführungsprogramm unterbrochen und die Schritte 920 und 922 (Fig. 9) durchgeführt.

Im Schritt 942 wird der Inhalt der Speicherstelle PER um eins erhöht, und das Ergebnis wird im nächsten Schritt 944 überprüft. Wird hierbei Null festgestellt, so wird der Zweig 946 ausgewählt. Durch den Schritt 948 wird der Inhalt der Speicherstelle PHASE in die Speicherstelle PHASE 2 eingegeben. Im nächsten Schritt 949 wird das Steuerwort ausgegeben, dessen Adresse in PHASE 2 gespeichert ist. Im Schritt 950 wird dann der Inhalt der Speicherstelle FLAG A um eins erhöht und im Schritt 950 überprüft. Ist FLAG A nicht gleich Null, so werden der Zweig 953 und 954 gewählt, und das Ausführungsprogramm wird bis zur nächsten Unterbrechung nach 1 ms ausgeführt. Ist FLAG A Null, so wird der Zweig 956 gewählt, und im Schritt 958 wird der Wert in der Speicherstelle TIME in negativer Form in die Speicherstelle PER1 eingegeben, wonach der Inhalt der Speicherstelle ORIG in die Speicherstelle PHASE übertragen wird. Schließlich geht es über den Zweig 954 mit dem Ausführungsprogramm weiter.

Wird im Schritt 944 festgestellt, daß die in Speicherstelle PER gespeicherte Größe nicht Null ist, so wird der Zweig 960 gewählt. Die in der Speicherstelle PER1 gespeicherte Größe wird durch den Schritt 961 um eins erhöht. Danach wird die in PER1 gespeicherte Größe im Schritt 962 überprüft. Ist die in PER1 gespeicherte Größe Null, so wird der Zweig 964 gewählt, und der Inhalt der Speicherstelle PHASE1 wird durch den Schritt 966 in die Speicherstelle PHASE 2 eingegeben. Im folgenden Schritt 968 wird das durch die in PHASE 2 gespeicherte Adresse identifizierte Steuerwort über ein (nicht gezeigtes) Ausgaberegister ausgegeben, welches das Ausgabewort so lange hält, bis ein neues Ausgabewort gewählt wird. Der in der Speicherstelle PER gespeicherte Wert wird durch den Schritt 970 auf -1 gesetzt, und über den Zweig 954 wird das Ausführungsprogramm durchgeführt.

Nach dem ersten Eintritt in den in Fig. 9 gezeigten Arbeitsablauf und im Anschluß an eine 0,1 ms lange Unterbrechung wird ein Ausgabewort an die Leistungstransistoren abgegeben, welches sie auf einen Zwischenzustand einstellt, in dem beide Leistungstransistoren einer Phase sperren. Nach 0,1 ms bei der nächsten Unterbrechung, wird das fortgeschriebene Phasenwort an die Leistungstransistoren gegeben, und eine dem Zeitintervall entsprechende Größe wird in negativer Form in einen Zähler gegeben, welche anschließend in jedem 0,1 ms langen Unterbrechungsintervall um eins erhöht wird, bis Null erreicht worden ist. Zu diesem Zeitpunkt wird wieder das Zwischenwort zur Steuerung der Leistungstransistoren ausgegeben. 0,1 ms später wird das Ausgabewort, das der vorherigen Phasenbedingung entspricht, an die Leistungstransistoren gegeben. Diese Bedingung hält bis zur nächsten 8,3 ms Unterbrechung an, in der wieder das Programm nach Fig. 8 eingeleitet wird.

Als Beispiel für die Arbeitsweise des Servosystems wird angenommen, daß die berechnete Soll-Ständerfeldstellung 40° von der "A"-Phase des Ständerfeldes (bei Blickrichtung nach Fig. 4 gegen den Uhrzeigersinn) entfernt ist. In diesem Fall sollte das Ständerfeld mit der "B"-Phase (20° vor der Soll-Ständerfeldstellung) für zwei Drittel der nächsten Periode ausgerichtet sein, während es für ein Drittel der nächsten Periode mit der "A"-Phase (40° hinter der Soll-Ständerfeldstellung) ausgerichtet sein sollte, um eine mit der Soll- Ständerfeldstellung ausgerichtete mittlere Stellung des Ständerfeldvektors zu erhalten. Falls daher die Ständerfeldstellung zu Beginn der "A"-Phase ausgerichtet ist, wird die "B"- Phase für 5,5 ms in ihrer Richtung umgekehrt. Die mittlere Stellung des Ständerfeldvektors ist daher genau die Stellung, die der Soll-Ständerfeldstellung entspricht.

Die in den Schritten 892, 902 usw. in der Speicherstelle STPTM gespeicherte Größe entspricht dem Durchgriff der Soll- Ständerfeldstellung in einen von den sechs Sektoren. Der durch den Schritt 896 berechnete, in der Speicherstelle TIME gespeicherte Wert ist als Ordinate in Fig. 6 gezeigt, wobei die Soll- Ständerfeldstellung die Abzisse bildet. Die Speicherstelle PHASE enthält eine von sechs aufeinanderfolgenden Adressen, unter denen die sechs Ausgabewörter zu finden sind, die den sechs verschiedenen Kombinationen der Ständererregung entsprechen.

Der Arbeitsablauf Fig. 8 wird einmal alle 8,3 ms, und das Programm nach Fig. 9 wird einmal alle 0,1 ms durchlaufen. Wird das Programm der Fig. 9 zum ersten Mal nach der Vollendung des Programmes nach Fig. 8 begonnen, so werden die Zweige 960 und 964 gewählt und die Schritte 944 bzw. 962 durchgeführt. Nach den Schritten 966 und 968 wird dann ein Steuerwort für die Leistungstransistoren über ein Ausgaberegister ausgegeben, wobei das in einer Speicherstelle gespeicherte Ausgabewort eine Adresse besitzt, die um acht Einheiten größer ist als die in der Speicherstelle PHASE gespeicherte. Fig. 7 zeigt zwölf Steuer- oder Ausgabewörter, von denen die ersten sechs eine Adresse von START bis zu START+fünf besitzen, während die zweiten sechs Adressen um acht Einheiten größer sind als die ersten sechs. Die ersten sechs Wörter sind die Ausgabewörter, für den Antrieb 16 des Motors 10, während die anderen sechs Wörter Zwischenwörter darstellen, die bei Übergängen zwischen den Ausgabewörtern verwendet werden.

Fig. 7 zeigt, daß jeweils zwei Bits eines jeden Ausgabewortes für eine Phase des Motors benutzt werden. Die ersten zwei Bits gehören zur Phase A. Stellen die ersten zwei Bits 10 dar, so werden die Pole der Phase A in einer ersten Richtung magnetisiert. Wenn die ersten zwei Bits 01 darstellen, so sind die Pole der Phase A in der entgegengesetzten Richtung magnetisiert. Die beiden anderen Phasen werden durch die zwei anderen Bitpaare in jedem Wort entsprechend angesteuert. Bei den ersten sechs Ausgabewörtern ist jede Phase in der einen oder der anderen Richtung erregt, während bei den Zwischenwörtern immer eine der Phasen unerregt bleibt. Die Zwischenwörter bewirken, daß beide Leistungstransistoren einer bestimmten Phase kurzfristig nicht leitend sind, bevor die Richtung des durch diese Phase erzeugten Magnetflusses geändert wird, Kurzschlüsse in der Stromzuleitung sind daher ausgeschlossen.

Das in einer Adresse, die um acht Einheiten größer ist als die Adresse irgendeines Ausgabewortes, gespeicherte Wort ist das geeignete Zwischenwort für die Verwendung zwischen diesem und dem nächsten Ausgabewort, das unter der nächstfolgenden Adresse gespeichert ist. Wenn das in der Speicherstelle START gepeicherte Ausgabewort dasjenige Wort ist, das durch den Schritt 914 bei ORIG gespeichert wird, bedeutet dies, daß die Soll-Ständerfeldstellung sich im ersten Sektor befindet. Dann ist das bei START+acht befindliche Zwischenwort, welches die "B"-Phase entregt, das geeignete Zwischenwort vor der Verwendung des bei START+eins befindlichen Ausgabewortes.

Dies ist der Vorgang, der bei dem o. g. Beispiel stattfindet. Wenn daher der Zweig 964 nach dem Schritt 962 gewählt wird, wird das bei START+acht befindliche Zwischenwort im Schritt 968 ausgegeben. Danach wird PER durch den Shritt 970 auf -1 eingestellt, so daß beim zweiten Durchlauf durch das Programm nach Fig. 9 (0,1 ms später) der Zweig 946 durch den Schritt 944 gewählt wird, und die Schritte 948 und 949 zur Ausgabe jenes Wortes führen, dessen Adresse in der Speicherstelle PHASE gespeichert ist. Dadurch wird das nächste Ausgabewort, nämlich das bei START+eins gespeicherte Wort, ausgegeben. Dieses Ausgabewort steht für einen bestimmten Zeitraum an, welcher durch den Wert der bei TIME gespeicherten Größe, die in dem Schritt 896 berechnet worden ist, bestimmt wird. Im Beispiel, in dem die Soll-Ständerfeldstellung 40° vor der Stellung der Phase "A" liegt, d. h. um zwei Drittel in den ersten Sektor hineinragt, beträgt die Speicherung in der Speicherstelle TIME 55 (weil 55 0,1 ms-Intervalle ²/₃ der 8,3 ms-Intervallzeit entsprechen). Der unmittelbar nach den Schritten 948 und 950 durchgeführte Schritt 958 negiert die in TIME gespeicherte Größe und gibt sie (als -55) in die Speicherstelle PER1 ein, woraufhin die bei PHASE gespeicherte Adresse geändert wird, so daß das Ausgabewort (d. h. START) ausgegeben wird, das der Ständerfeldstellung zu Beginn des entsprechenden Sektors entspricht.

Bei folgenden Durchläufen durch das Programm nach Fig. 9 werden die Zweige 960 und 954 ausgewählt, und es wird in das Ausführungsprogramm übergegangen, wobei jedoch bei jedem Durchlauf der bei PER1 gespeicherte Wert erhöht wird. Nach 55 Durchläufen hat der bei PER1 gespeicherte Wert Null erreicht, so daß dann der Zweig 964 gewählt wird und wieder das Zwischenwort ausgegeben wird. Durch den Schritt 970 wird PER auf -1 gebracht, so daß beim nächsten Durchlauf der Zweig 946 gewählt wird. Dadurch wird über die Schritte 948 und 949 wieder das ursprüngliche Ausgabewort (START) ausgegeben. Durch den Schritt 950 wird der bei FLAG A gespeicherte Wert erhöht, so daß er nicht mehr Null ist, und der Schritt 958 wird umgangen. Nachfolgende Durchläufe durch das Programm nach Fig. 9 wählen daher die Zweige 960 und 954 für den verbliebenen Teil des 8,3 ms langen Zeitraumes bis zu seinem Ende.

Je weiter die Soll-Ständerfeldstellung vorgeeilt ist, desto größer wird der Anteil eines jeden 8,3 ms langen Zeitraumes, in dem das oben erwähnte Ausgabewort ausgegeben wird, und zwar bis die Soll-Ständerfeldstellung mit dem bei den Polen "C" erzeugten Feld übereinstimmt und dieses Ausgabewort während der ganzen 8,3 ms langen Zeitspanne ausgegeben wird.

In der Speicherstelle START+sechs, und zwar unmittelbar nach dem letzten Ausgabewort, ist eine Anweisung gespeichert, wenn die Soll-Ständerfeldstellung sich im letzten Sektor befindet, und in diesem Fall wird das erste Ausgabewort ausgewählt.

Im Zusammenhang mit Fig. 9 wird nun die Steuerung der Zündzeitpunkte der Leistungstransistoren beschrieben. Beim Schritt 920 wird die in der Speicherstelle TEMP gespeicherte Größe bei jedem Durchlauf um eins erhöht. Vor dem Schritt 919 (Fig. 8) wurde -68+TCTOT in die Speicherstelle TEMP eingegeben, wobei TCTOT dem angeforderten Drehmoment entspricht. Nach einer Reihe weiterer Duchläufe wird schließlich Null erreicht, und der Zweig 923 wird gewählt, so daß durch den Schritt 925 einer der Leistungstransistoren gezündet wird. Anschließend wird durch den Schritt 927 die in TEMP gespeicherte Größe um 28 rückgestellt und der Schritt 942 durchgeführt. Nach 2,8 ms (28×0,1) wird wieder der Zweig 923 gewählt und einer der Leistungstransistoren gezündet. Die Leistungstransistoren werden in Abständen von 2,8 ms gezündet, was 60° einer Phase bei 60 Hz entspricht. Die Zündfolge bleibt immer gleich.

Die beim Schritt 919 in die Speicherstelle TEMP eingespeicherte negative Größe wird beim Schritt 917 um Vielfache von 28 erhöht, bis ein Wert zwischen 0 und -28 erreicht wird, wodurch der erste der Leistungstransitoren innerhalb von 2,8 ms nach Durchführung des Programmes nach Fig. 8 gezündet wird. Dies wird dadurch ausgeführt, daß immer wieder 28 hinzugezählt werden und das Vorzeichen des sich ergebenen Wertes ermittelt wird. Ergibt sich ein positives Vorzeichen, so wird 28 wieder abgezogen, damit ein Wert zwischen 0 und -28 für die erste Zündung erreicht wird.

Die Leistungstransistoren werden dadurch in der richtigen Reihenfolge gezündet, daß nacheinander die bereits beschriebenen Ausgabewörter ausgewählt werden.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß das Servosystem nach den Fig. 3, 8 und 9 direkt die Steuerung der Stellung des Ständerfeldes dadurch bewirkt, daß mittlere Stellungen für den Ständerfeldvektor in Intervallen ermittelt werden, was zu einer sehr genauen Steuerung des Motors führt. Bei dem Servosystem gemäß der Erfindung wird jedenfalls nicht die Frequenz der dem Motor zugeführten Spannung gesteuert.

Claims (1)

1. Servosystem zum Steuern eines m Ständerwicklungen aufweisenden Wechselstrommotors mit einer ersten Einrichtung, die aus einem Lage-Sollwert und einem Lage-Istwert einen Drehzahlsollwert bildet, mit einer zweiten Einrichtung, die aus dem Drehzahl-Sollwert und einem Drehzahl-Istwert ein Drehmoment- Sollsignal bildet, mit einem Läuferstellungssignalgeber, der ein Läuferstellungssignal ausgibt, mit einer dritten Einrichtung, die aus dem Drehmoment-Sollsignal und dem Läuferstellungssignal ein Ständerfeldstellungssignal für den einzustellenden Ständerfeldvektor abgibt, mit einer vierten Einrichtung, die eine Gleichspannungsquelle, einen Zwischenkreis und einen mit den Ständerwicklungen verbundenen und vom Ständerfeld-Stellungssignal gesteuerten Wechselrichter aufweist, wobei in dem Wechselrichter nach jeweils 360°/(2 · m) elektrisch die Schalter in einer anderen Wechselrichterphase derart umgeschaltet werden, daß die Spannung gegen Mitte des Zwischenkreises in der entsprechenden Wechselrichterphase umgepolt wird, während die Spannungen gegen Mitte des Zwischenkreises in den anderen Wechselrichterphasen ihre gegeneinander unterschiedliche Polarität beibehalten, und wobei der Wechselrichter in Abhängigkeit vom Ständerfeld-Stellungssignal im Pulsbetrieb arbeitet und dabei die Umpolung der entsprechenden Wechselrichterphase mehrfach nacheinander - innerhalb der 360°/(2 · m) elektrisch - erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung mit einer digitalen Rechenanordnung in Verbindung steht, die innerhalb regelmäßiger Zeitintervalle abhängig von der Stellung des Ständerfeld-Stellungssignals, innerhalb des Zeitintervalls die Zeiten bestimmt, zu denen die Umpolung erfolgt, um innerhalb des Zeitintervalls eine mittlere Stellung des Ständerfeldvektors zu erzeugen.