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Einrichtung zur Drehzahl- oder Vorschubregelung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Drehzahl-oder
Vorschubregelung mit einem Schrittmotor und einer Motorsteuerung.
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Bei den bisher bekanntgewordenen Einrichtungen dieser Art wird die
Drehzahl bzw. der mittels des Schrittmotors erreichbare Vorschub über eine Steuerung
eingestellt, welche einen Impulsgenerator mit nachgeschalteten Impulsfrequenzteilernaufweist,
die wiederum mit dem Motor in elektrischer Verbindung stehen.Den Frequenzteilern
sind zur Einstellung digitale Kodierschalter zugeordnet,über die eine Veränderung
der dem Motor zugeführten Frequenz erreicht werden kann. Dabei ist der mittels der
Kodierschalter eingestellte Wert reziprok dem gewünschten Endwert. Mit den Frequenzteilernkann
somit nur ein Teilerverhältnis 1 : X eingestellt werden, so daß dieser Einstellwert
nur indirekt eine Aussage über die gewünschte Drehzahl bzw. Motorgeschwindigkeit
bzw. Motorvorschub liefert. Bei diesen Einrichtungen werden üblicherweise Tabellen
mitgeliefert, aus denen zu entnehmen ist, welche Drehzahl bzw. welche Geschwindigkeit
der Motor aufweist, bei einer vorbestimmten Einstellung der Kodierschalter. Darüberhinaus
ist von Nachteil, daß nur mit großem schaltungstechnischen Aufwand und einer Vielzahl
von Einzelteilern jede beliebige Drehzahl bzw. jeder beliebige Vorschub mittels
der Kodierschalter eingestellt werden kann.
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Die Nachteile dieser geschilderten Einrichtung können dadurch vermieden
werden, indem anstelle der Frequenzteilerund des Impulsgenerators mit fester Frequenz
ein regelbarer Impulsgenerator verwendet wird, bei dem die Ausgangsfrequenz über
analoge Verstellglieder ( Widerstände, Potertiometerund dgl.) eingestellt werden
kann.
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Von Nachteil ist dabei jedoch die umstAndliche und zeitraubende Einstellung
der Analog-Sollwerte. Weiterhin ist von Nachteil, daß diese regelbaren analogen
Impulsgeneratoren leicht zu Instabilitäten neigen und deshalb die Ausgangsgröße
sich in nicht gewünschter Weise bei gleicher Sollwerteinstellung verändern kann.
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Weiterhin könnte zur Vermeidung dieser Nachteile sowie der Nachteile
der eingangs geschilderten Einrichtung mit Frequenzteiler, ein Rechner vorgesehen
werden,der berechnet,welche Impulsfrequenz und-folge einem Schrittmotor zur Erreichung
einer bestimmten Geschwindigkeit bzw. eines bestimmten Vorschubes zugeführt werden
muß. Diese Einrichtungen werden in numerischen Steuerungen verwendet und haben sich
dort entsprechend bewährt. Ungünstig ist dabei jedoch der durch den Rechner bedingte
Aufwand der Schaltung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Einrichtung
der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß diese die oben genannten Nachteile
der bekannten Einrichtungen nicht aufweist und mittels der insbesondere ohne Verwendung
eines Rechners und ohne Verwendung von analogen Einstellglieder eine Sollwerteinstellung
erreicht wird, deren Einstellwert direkt proportional zum gewünschten Endwert (
Motordrehzahl bzw. Motorgeschwindigkeit bzw.
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Naschinenvorschub ist).
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Zür Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen,
daß die Motorsteuerung einen spannungskontrollierten Oszillator aufweist, dessen
Ausgang einerseits mit dem Motor und andererseits über einen vorwählbaren Frequenzteiler
mit zugeordnetem Sollwerteinsteller mit dem ersten Eingang eines Phasendetektors
verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit einem Impulsgenerator und dessen Ausgang
unter Zwischenschaltung eines Tiefpaßfilters mit dem Oszillatoreingang in elektrischer
Verbindung steht.
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Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise eine direkt proportionale
Einstellung des Sollwertes zum gewünschten Motor-Endwert erreicht. Dabei ist es
besonders vorteilhaft, daß der Sollwert über den Sollwerteinsteller in digitaler
Form vorgegeben werden kann. Dieser digitak Wert dient als Sollwert und wird dem
ersten Eingang des Phasendetektors zugeführt, dessen anderer Eingang mit einem eine
feste Frequenz ( beispielsweise 10 Hz ) vorgebenden quarz gesteuerten Impulsgenerator
in Verbindung steht. Über den Phasendetektor und den diesem nachgeschalteten Tiefpaßfilter
wird der spannungsgesteuerte Oszillator in Frequenz und Phase so geregelt, daß die
Ausgangsphase des Oszillators mit der Eingangsphase am Phasendetektor bzw. Phasendiskriminator
übereinstimmt. Somit wird durch diesen erfindungsgemäß vorgesehenen Phasenregelkreis
eine Phasensynchronisation erreicht.
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In vorteilhafter Weise wird ferner . vorgeschlagen, daß der Impulsgenerator
als Rechteckgenerator ausgebildet ist, wodurch erreicht wird, daß die5yr=hronisation
restfehlerfrei ist und auch keine konstante Phasendifferenz ( Phasenverschiebung)
bestehen bleibt.
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Von wesentlichem Vorteil bei der Erfindung ist die möglich gewordene
und mit dem gewünschten Endwert zahlenmäßig übereinstimmende Sollwerteinstellung.
Damit rist es möglich geworden jede beliebige Drehzahl und dgl. direkt als digitalen
Wert einzustellen d. h. der eingestellte Wert von beispielsweise 4322 mm pro Minute
entspricht dem mittels bekannter Meßinstrumente am Schrittmotor gemessenen Geschwindigkeitswert.
Darüberhinaus ist es damit möglich geworden, auch andere drehzahl- bzw. geschwindigkeitsbezogene
und von der Art der Verwendung des Schrittmotors abhängige Sollwerte einzustellen.
Beispielsweise ist es möglich bei der Verwendung des Schrittmotors in Injektionsvorrichtungen
bzw. Infusionseinrichtungen, die Menge der injizierten Flüssigkeiten direkt in Milliliter
pro Minute an den Kodierschaltern einzustellen.
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Anstelle der genormten Kodierschalter ist es selbstverständlich auch
möglich den Frequenzteilern die notsendigen digitalen Sollwert-Signale durch Lochstreifen,
Lochkarten, Magnetbändern oder dgl. zuzuführen. Damit wird beispielsweise auch eine
in bezug auf den Schaltungsaufwand besonders einfache Geschwindigkeitsregelung von
Schrittmotoren erreichbar, welche in numerischen Steuerungen sowie Koordinaten-Führungsmaschinen
insbesondere Brennschneidmaschinen,vorgesehen sind.
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im Nachfolgendea wird die Erfindung anhand der Zeichnung sowie unter
Hinweis auf weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen näher erläutert.
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In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Motorsteuerung in ihrer
Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Die Motorsteuerung 10 weist einen spannungskontrollierten
Oszillator 11 auf, dessen Ausgang 12 über gegebenenfalls vorgesehene Anpassteilt
13 und einen Steuerverstärker 14 mit dem Schrittmotor 15 verbunden ist. Ferner ist
der Ausgang 12 über einen vorwählbaren Frequenzteiler 16 mit zugeordneten Sollwerteinstellern
17 mit dem ersten Eingang 18 eines Phasendetektors 19 verbunden. Der zweite Eingang
20 des Phasendetektors steht mit einem quarzgesteuerten Rechteck - Impulsgenerator
21 in Verbindung. Ausgangsseitig ist der Phasendetektor 19 unter Zwischenschaltung
eines Tiefpaßfilters 22 mit dem Oszillator-Eingang 23 elektrisch verbunden. Die
Sollwerteinsteller 17 sind als digitale Kodierschalter ausgebildet. Die einzelnen
Zähler des vorwählbaren Frequenzteiler16weisen bevorzugt ein*Teilerverhältnis vorn1:1
1 : 10 auf. Das Teilerverhältnis des unter Umständen vorgesehenen Anpaßteiles ist
abhängig von der Dimensionierung des Steuerverstarkes sowie der Frequenz des Impulsgenerators
und dem.Teilerverhältnis der VorwahlzähleH6Die Dimensionierung des Anpaßteiler kann
jedoch nach Bekanntsein der genannten Daten in einfacher Weise ermittelt werden.
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Durch den Impulsgenerator 21 wird eine Vergleichsfrequenz, beispielsweise
1C Hz,erzeugt und diese dem Phasenkomperator 19 zugeführt. Der Ausgang des Phasenkomperatorsl9
ist über ein Tiefpaßfilter 22 mit dem Eingang eines spannungsgesteuerten Oszillators
11 * vorwählbares
verbunden. Zwischen dem Oszillator-Ausgang 12
und dem zweiten Eingang 18 des Phasenkomperators 19 ist der vorzugsweise von 0001
bis 9999 einstellbare Teiler 16 vorgesehen, welcheraus vier Zählern mit entsprechend
zugeordneten vier dekadischen digitalen Kodierschaltern besteht. Während des Betriebes
werden die vier Zähler jeweils nach dem Erreichen der vorgewählten Zahl zurückgesetzt.
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Der mittels der Digitälschalter 17 eingestellte digitale Wert wird
mit dem aus dem Impulsgenerator kommenden Wert im Phasendetektor verglichen und
der durch eine Gleichspannung in seiner Frequenz steuerbare Oszillator so geregelt,
daß die Phase des Oszillator-Ausgangssignals mit der Phase des vorgegebenen Sollwertes
übereinstimmt. Über Anpaßteils und Steuerverstärker wird der Schrittmotor so erregt,daß
beispielsweise die eingestellte Geschwindigkeit von 4322 mm pro Minute erreicht
wird.