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Titel der Erfindung
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Schaltungsanordnung fuer eine PLL-Drehzahlregelung mit automatischer
Arbeitspunkteinstellung.
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Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
fuer eine PLL-Drehzahlregelung mit automatischer Arbeitspunkteinstellung, insbesondere
fuer elektronisch kommutierte Motoren in Kassettenlaufwerken.
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Charakterisitik der bekannten technischen Loesungen Es sind verschiedene
Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung bekannt.
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Bei einer bakannten Ausfuehrung geschieht das durch eine PLL-Drehzahlregelung
fuer einen Gleichstrom-Nebenschlussmotore Um einen optimalen Regelbereich (Phasenspielraum)
zu erhalten, muss der Regelkreis mit Hilfe einer Referenzspannung an den Grundstrom
des Motors (z.B. im Leerlauf oder bei Grundbelastung) angepasst werden.
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Diese Ausfuehrung hat den Nachteil, dass in den Faellen, in denen
eine einstellbare Drehzahl gefordert wird, zwei Einstellungen vorgenommen werden
muessen (Einstellung der Frequenz des Referenzoszillators und Einstellung fuer den
Motorgrundstrom). Ausserdem ist fuer die Motorgrundstromeinstellung keine Langzeit
und Temperaturkonstanz gegeben.
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Eine andere bekannte Ausfuhrung arbeitet mit einem PLL-Regelkries
und zusaetzlicher geschwindigkeitsproportiona ler Gegenkopplung Diese Regelungsart
ist jedoch nicht so ausgebildet, dass
die absolute Groesse der Generatorspannung
keinen Einfluss auf den sich einstellenden Arbeitspunkt, d. h. die Phasendifferenz
im Leerlauf oder bei Grundlast, hat.
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Dabei erfordert eine Veraenderung der Drehzahl mit Hilfe der Oszillatorfrequenz
gleichzeitig eine Anpassung an die veraenderte Generatorspannung mit Hilfe eines
zußaetzlichen Einstellwiderstandes. Die Driftung der Generbtorspannung und exemplarbedingte
Streuung dieser werden nicht automatisch ausgeglichen.
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Weiterhin ist eine Ausfuehrung bekannt, bei der durch eine drehzahlproportionale
Gegenkopplung die Drehzahl des Motors konstant gehalten wird.
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Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass eine lastabhaengige
statische Drehzahlabweichung verbleibt (keine PLL-Drehzahlregelung-). Weiterhin
ist eine Langzeitstabilitaet fuer die eingestellte Drehzahl nicht gegeben, da eine
durch Temperatureinfluss oder Alterung des Eagnetkreises hervorgerufene Generatorspannungsaenderung
nicht ausgeregelt wird.
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Schliesslich ist eine Anordnung bekannt, bei der ebenfalls durch eine
drehzahlproportionale Gegenkopplung die Drehzahl des Motors konstant gehalten wird.
Die Motor-EMK wird mit einem Sollwert verglichen.
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Diese Schaltungsanordnung wei3t aber die gleichen Nachteile wie die
vorher beschriebene auf, auch wenn hier die Motor-EMK unmittelbar (nicht ueber angekoppelten
Generator) als Drehzahlistwert benutzt wird. Eine temperatur- und alterungsbedingte
Drehzahl drift , hervorgerufen durch Aenderung der EMK, verbleibt somit auch bei
dieser Schaltungsanordnung.
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Ziel der Erfindung Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung
fuer eine PLL-Drehzahlregelung zu finden, bei der sich der optimale Arbeitspunkt
fuer das Phasendifferenzsignal bei Leerlauf bzw. Grundlast automatisch einstellt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine geeignete PLL-Schaltungsstruktur
zu finden, bei der sich durch eine linear mit der Motordrehzahl und der Motor- bzw.
Generatorkonstanten verknuepften Referenzspannung, die jedoch auf kurzzeitige Winkelgeschwindigkeitsaenderungen
nicht reagiert, der optimale Arbeitspunkt fuer den Phasenregelkreis automatisch
einstellt.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Erfindungsgemases wird das dadurch
erreicht, dass der Drehzahl-Isrwert aus der Summe von gleichgerichteter Generatorspannung
und phasendifferenzproportionaler Spannung gebildet wird, ferner im eingerasteten
Zustand des Phasenregelkreises die statische Drehzahlabweichung null ist und somit
die von einem an den Motor angekoppelten Generator gelieferte EMK oder die Motor-EMK
selbst unter Verwendung eines Analogspeichers als Referenzspannung benutzt wird
Die Erfindung hat die Vorteile, das a) sich der optimale Arbeitspunkt (statisch)
der PLL-Regelkreises zur Drehzahlregelung selbst einstellt.
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Damit ist nur ein Einstellelement, das die Referenzfrequenz bestimmt,
fuer die Drehzahleinstellung notweding; b) die Temperatur oder Alterung des Magnetkreises
bzw.
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durch Exemplarsteuerung bedingte Generatorspannungs abweichungen
ausgeglichen werden und somit nicht den nutzbaren Regelberich einengen.
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Ausfuehrungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuehrungebeispiel
naeher erlaeutert werden. In der zugehoerigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: Drehzahl-Regelschaltung
Fig. 2: Modifikation der Drehzahl-Regelschaltung Fig. 1 zeigt eine Drehzahl-Regelschaltung,
bestehend aus den Elementen Motor 14 mit angekoppeltem Generator 15, einer Zweiweggieicbrichterschaltung
16, einem Impulsformer 17, dem Phasendiskriminator 13, zwei steuerbaren Stromquellen
2 und 3, die auf den Widerstand 11 arbeiten, einem Tiefpass A; einer Differenzverstaerkerstufe
8 mit den zugehoerigen Widerstaenden 4, 6, 7 und 9, einem Spannung Stromwandler
12 und einem Generator 18 mit einstellbarem Widerstand 19.zur Frequenzeinstellung.
Wird der Kondensator 5 durch eine Spannungsquelle ersetzt und von dem Widerstand
10 getrennt, so erhaelt man einen PLL-Regelkreis mit drehzahlproportionaler Gegenkopplung.
Die Solldrehzahl wird mit dem Einstellwiderstand 19, der die Frequenz des Generators-
18 bestimmt, eingestellt. Die Groesse der Spannung von der Ersatzspannungsquelle
ist abhaengig von der Groesse des Motorstromen im Leerlauf oder bei Grundbelastung.
Sie wird so gewsehlt, dass sich bei dieser Betriebsart eine minimale Phasendifferenz
einstellt, um bei Lastaenderung einen maximalen Regelbereich (Phasenspielraum) zur
Verfuegung zu haben. Eine gewuenschte Aenderung der Drehzahl durch Veraenderung
der Generatorfrequenz mit Hilfe des Einstellwiderstandes 19 erfordert somit auch
eine entsprechende Aenderung der Spannung am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstaerkers
8. Die gleiche Veraenderung muesste vorgenommen werden wenn sich die vom Generator
15 abgegebene Spannung bei konstant gebliebener Drehzahl durch Alterung des Magnetkreises
oder durch thermischen Einfluss aendert.
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Bildet man erfindungsgemaess den Drehzahl-Istwert aus der Summe von
gleichgerichteter Generatorspannung und phasendifferenzproportionaler Spannung,
was mit Hilfe der steuerbaren Stromquellen 2 und 3 und dem an der Zweiweggleichrichterschaltung
16 liegenden Widerstand 11 geschieht, und ersetzt erfindungsgemaess die angenommene
Spannungsquelle durch den Kondensator 5; der ueber den Widerstand 10 auf die vom
Generator 15 abgegebene Spannung aufgeladen wird, BO erhaelt man am Kondensator
5 im eingerasteten Zustand des PLL-Regelkreises eine quasi statische, der Drehzahl
proportionale Referenzspannung, wenn die Zeitkonstante des RC-Gliedes (Widerstand
10, Kondensator 5) viel groesser ist als die Reaktionszeit des PLL-Regelkreises.
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Da die Generatorspannung erfindungsgemaess nur mit unterschiedlichen
Zeitkonstanten am Differenzeingang des Differenzverstaerkers 8 anliegt, hat der
Absolutwert der Generatorspannung im eingerasteten Zustand des Regelkreises keinen
Einfluss auf den Arbeitspunkt, d.h. auf die Groesse der sich einstellenden Phasendifferenz
zwischen Referenzfrequenz des Generators 18 und Frequenz des Generators 15. Somit
verursachen temperatur-, alterungs- und exemplarbedingte Generatorspannungsabweichungen
keine Arbeitspunktversciebung.
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Der optimale Arbeitspunkt stellt sich unabhaengig vom Absolutwert
der Generatorspannung automatisch ein. Die gewuenschte Drehzahl wird nur noch mit
dem Einstellwiderstand 19 eingestellt. Vorteilhaft kann der Widerstand 10 beim Hochlauf
des rotors durch einen elektronischen Schalter 21 und eine Diode 20 naeh Fig. 2
usberbrueckt werden Die Ueberbrueckung wird mit Hilfe eines aus dem Phasendiskriminator
13 gewonnenen Signales im Moment des 'Einrastens' aufgehoben.
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Damit ist ein besseres Hochlaufverhalten fuer den Motor gegeben.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Tiefpäss 2 steuerbare
Stromquelle 3 steuerbare - Stromquelle 4 Widerstand 5 Kondensator 6 Widerstand 7
Widerstand 8 Differenzverstaerker 9 Widerstand 10 Widerstand 11 Widerstand 12 Spannung
- Stromwandler (U/J) 13 Phasendiskriminator (PD) 14 Motor (M) 15 Generator (G) 16
Zweiweggleichrichterschaltung 17 Impulsformer 18 Generator (G) 19 Einstellwiderstand
20 Diode 21 elektronischer Schalter (FET)