DE2833981C2

DE2833981C2 - Anordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors für ein Magnetbandgerät

Info

Publication number: DE2833981C2
Application number: DE2833981A
Authority: DE
Inventors: Eiji Kamakura Kanagawa Okamura
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1977-08-05
Filing date: 1978-08-03
Publication date: 1990-10-25
Anticipated expiration: 1998-08-04
Also published as: IT7826531A0; US4323832A; CA1158768A; FR2399708A1; DE2833981A1; GB2002546A; JPS5428605A; JPS5927013B2; IT1097640B; GB2002546B; FR2399708B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum eo Regeln der Drehzahl eines Elektromotors für ein Magnetbandgerät gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Anordnung ist aus der US-PS 37 64 876 bekannt. Bei der bekannten Anordnung ist der Digital/Analog-Umsetzer an das Register angeschlos- ss sen, um aus dem in dem Register gespeicherten Binärwert ein Analogsignal zu erzeugen, welches dann mit einem ebenfalls als Analogsignal vorliegenden Sollwertsignal verglichen wird, um das aus der Differenz dieser beiden Analogsignale gewonnene Differenzsignal als Stellsignal dem Motor zuzuführen. Es handelt sich hierbei also um einen analogen Regelkreis, bei dem die Stellgröße durch Vergleich zweier analoger Größen ermittelt wird. Hierzu ist ein Operationsverstärker vorgesehen, dessen Eingängen das von dem Digital/ Analog-Umsetzer erhaltene Analogsignal bzw. das durch eine Widerstandsanordnung gewonnene Sollwertsigna] zugeführt wird. Derartige Analogschaltungen sind mit Fehler behaftet, die hervorgerufen werden durch verschiedene äußere Einflüsse, beispielsweise durch Spannungs- und Temperaturschwankungen. Derartige Schwankungen führen bei der bekannten Anordnung dazu, daß die Drehzahl des Motors nicht exakt auf den Sollwert eingeregelt werden kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors zu schaffen, die eine genaue und präzise Regelung der Motordrehzahl gestattet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst Im Gegensatz zu der aus der US-PS 37 64 876 bekannten Regelanordnung wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Differenz aus Ist- und Sollwert rein digital errechnet, und das Differenzsignal wird dann erst von dem Digital/Analog-Umsetzer in ein analoges Stellsignal für den Motor umgewandelt Somit kann die erfindungsgemäße Anordnung präziser als die bekannte Anordnung die Drehzahl des Motors regeln.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Anordnung dann, wenn sie in einem Magnetbandgerät eingesetzt wird, welches für verschiedene andere Steuerzwecke einen Mikrocomputer besitzt Ein solcher Mikrocomputer mit Mikroprogrammspeicher übernimmt verschiedene Steuerungsaufgaben, die erfahrungsgemäß jedoch nicht die volle Kapazität des Mikrocomputers in Anspruch nehmen. Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein Mikrocomputer zur Drehzahlregelung eingesetzt wird, kann der bereits in einem Magnetbandgerät vorhandene Mikrocomputer auch für die Drehzahlregelung eingeheizt werden, so daß außer diesem auch für andere Zwecke eingesetzten Mikrocomputer speziell für die Drehzahlregelung nur noch der Digital-Analog-Umsetzer und gegebenenfalls ein Leistungsverstärker vorgesehen ist Im Vergleich zu der oben erläuterten bekannten Anordnung läßt sich durch die erfindungsgemäße Anordnung also eine präzisere Drehzahlregelung trotz vergleichsweise geringerem Bauelementeaufwand erzielen.

Aus der DD-PS 1 00 594 ist ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl von einem oder mehreren elektrischen Antrieben bekannt Dieses bekannte Verfahren arbeitet auf der Grundlage eines analogen Regelkreises, wobei jedem Antrieb ein entsprechender analoger Regelkreis zugeordnet ist. Zwar ist bei dieser bekannten Anordnung zusätzlich eine digital arbeitende Unterstützungsregelung vorgesehen, jedoch arbeitet diese bekannte Regelung grundsätzlich analog.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2(a) eine Ausführungsform eines Drehzahlfühlers, der bei der Anordnung von F i g. 1 eingesetzt ist,

Fig,2(b) die Wellenform eines das Ausgangssignal des Drehzahlfühlers von Fig. 2(a) darstellenden Impulssignals,

Fig,3 ein Beispiel eines Zeitdiagramms für die Arbeitsweise der Anordnung von F i g. 1,

F i g. 4(a) und (b) als Alternative zu den F i g, 2(a) und (b) eine andere Ausführungsform eines Drehzahlfühlers bzw. der Wellenform seiner Ausgangssignale, und

F i g. 5 ein anderes Beispiel des Zeitdiagramms für die Arbeitsweise der A nordnung von F i g. 1. ι ο

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Die dargestellte Anordnung enthält einen Mikroprogrammspeicher (MMC) 1, einen Adressenwähler 2, ein Registerteil 3, einen Digital/Analog-Umsetzer 5, einen Leistungsverstärker 6, einen Gleichstrom-Elektromotor 7 für den Transport eines Magnetbandes, eine Transportwelle 3 für das Magnetband, einen Drehzahlfühler 9, X-, Y- und Z-Übertragungsleitungen 11, 12 und 13 und eine arithmetisch-logische Einheit 14 (nachfolgend auch als Rechenwerk bezeichnet). Der Adressenwähler enthält eine Diskriminatorschaltung 201, einen Adressenzähler 202 und eine Unterbrecherschaltung 203. Die Diskriminatcrschaltung 201 erhält Signale vom Rechenwerk 14 und vom Drehzahlfühler 9, sowie andere Steuersignale 10, und erzeugt ein Ausgangssignal mit dem Binärwert »1« oder »0«. Erzeugt die Diskriminatorschaltung 201 ein Ausgangssignal »1«, führt der Adressenzähler einen Sprung zu einer bestimmten Adresse aus. Erzeugt die Diskriminatorschaltung 201 hingegen das Ausgangssignal »0«, bewirkt der Adressenzähler 202 die Addition um Eins.

Der Registerteil 3 enthält die Register REGISTER-I, REGISTER-2,.., REGISTER-n und die Zeitgeber bzw. Zähler TIMER-I, TIMER-2, ..„ TIMER-m. Mit dem Zeitgeber oder Zähler TI M ER-1 ist ein Oszillator 4 verbunden.

Der Mikroprogrammspeicher 1, der Adressenwähler 2, der Registerteil 3, die X-, Y- und Z-Übertragungsleitungen U, 12 und 13 und das Rechenwerk 14 bilden zusammen einer. Mikrocomputer.

Das REGISTER-I ist mit dem Digital/Analog-Umsetzer 5 verbunden. Der Ausgang des Digital/Ana!og-Umsetzers 5 wird dem Motor 7 über den Leistungsverstärker 6 zugeführt. Der Transport des Magnetbands wird durch Drehung der Transportwelle 8 bewirkt, die von dem Motor 7 angetrieben wird. Der Drehzahlfühler 9 ist mit dem Motor 7 gekoppelt und erzeugt ein der Drehzahl entsprechendes Impulssignal, das an den Adressenwähler 2 angelegt wird.

Der Aufbau des DrehzaMühlers ist in Fig.2(a) dargestellt. Eine Scheibe 91 ist mit dem Motor 7 über eine Welle 70i verbunden. Auf der Scheibe und entlang ihrem Umfang sind in einer Folge abwechselnd lichtdurchlässige Zonen 92 und lichtundurchlässige Zonen 93 vorgesehen. Auf gegenüberliegenden Seiten der Scheibe 91 befinden sich eine einen Lichtstrahl aussendende Lichtquelle 94 und ein Lichtempfänger 95. Bei durch den Motor 7 hervorgerufener Drehung der Scheibe 91 fällt der von der Lichtquelle 94 ausgesandte Lichtstrahl intermittierend auf den Lichtempfänger 95, da zwischen den lichtundurchlässigen Zonen 93 abwechselnd lichtdurchlässige Zonen 92 vorhanden sind. Das Ausgangssignal des Lichtempfängers 95 wird mit Hilfe einer Signalformerschaltung 96 geformt, die das in F i g. 2(b) dargestellte Impulssignal 5erzeugt. Die Periode Γ des Drehzahlsignals 5 ist der Drehzahl des Motors umgekehrt propotional. Die Drehzahl des Motors kann dadurch auf digitale Weise gemessen werden, daß die während der Dauer der Periode T auftretendenTaktimpulse gezählt werden.

F i g, 3 zeigt ein Beispiel eines Zeitdiagramms der bei der Anordnung von F i g. 1 unter Verwendung des Drehzahlfühlers von Fig,2(a) ablaufenden Vorgänge. Die Unterbrecherschaltung 203 erzeugt in dem Moment ein Unterbrechersignal IS₁ wenn sie einen Anstiegspunkt bzw. eine Anstiegsflanke RP im Drehzahlsignal 5 feststellt Das erzeugte Unterbrechersignal /5 wird dem Adressenzähler 202 zugeführt und bewirkt, daß der Adressenzähler 202 zu einer bestimmten Adresse springt. Da im Mikroprogrammspeicher unter dieser Adresse das Drehzahlregelprogramm SCP gespeichert ist, wird dieses Programm nun ausgeführt Der Ablauf des Drehzahlregelprogramms 5CP wird nachfolgend beschrieben. Der Inhalt des Zeitgebers bzw. Zählers TIMER-I, der die Anzahl während der tetzten Periode des Drehzahlsignals S gezählter Taktimpulse darstellt, wird zu einem bestimmten Register, nämlich REGISTER-2, übertragen, so daß der Z?^l:!er TIMER-I gelöscht wird und die Zählung der TaVtimpulse vom Oszillator 4 erneut beginnen kann. Der in das REGISTER-2 eingespeicherte Zählwert der die ermittelte Drehzahl des Motors darstellt wird dann zjm Rechenwerk 14 übertragen, das ein dem Motorstrom /1 entsprechendes digitales Signal als Steuerwert errechnet der notwendig ist um die Solldrehzahl des Motors zu erreichen. Der Wert wird dann über die Übertragungsleitung 13 in das REGISTER-I eingespeichert und mit Hilfe des Digital/Analog-Umsetzers 5 in einen Analogwert umgesetzt Der den erforderlichen Motorstrom /ι darstellende Analogwert wird mit Hilfe des Leistungsverstärkers 6 verstärkt und dann dem Motor 7 zugeführt, so daß die Drehzahl des Motors 7 für den Transport des Magnetbands auf den Sollwert eingestellt wird.

Nach Abschluß des Drehzahlregelprogramms SCP wählt der Adressenzähler 202 eine neue Adresse an. so daß das andere Programm OPerneut startet.

Solange sich der Motor kontinuierlich dreht, erscheinen in der Wellenform des Drehzahlsignals 5 abwechselnd Abfallflanken FP und Anstiegsflanken RP. Bei jeder Anstiegsflanke bewirkt die Unterbrecherschaltung 203 die voranstehend beschriebene Unterbrechung.

Da das Zählen durch den Zähler TIMER-I mit einer Anstiegsflanke des Drehzahlsignals beginnt und mit der nächsten Anstiegsflanke des Signals endet entspricht der Zählwert des Zählers TIMER-I der Periode des Drehzahlsignals und ist daher ein Maß für die Drehzahl des Motors.

In Fig.<(a) ist eine andere Ausführungsform des Drehzahlfühlers dargestellt. Die Scheibe 91 mit den transparenten Zonen 92 und den lichtundurchlässigen Zonen 93 ist dieselbe wie die Scheibe 91 in Fig.2(a). Der von einer Lichtquelle 94 ausgestrahlte Lichtstrahl wird auf den Teil am Umfang der Scheibe 91 projiziert, in dem die transparenten Zonen und die lichtundurchlässigen Zonen ausgebildet sind. Auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe 91 befinden sich zwei Lichtempfänger 951 und 952. Diese beiden Lichtempfänger sind um einen geringen Absland voneinander ertfernt, so daß an den Ausgängen von Signalformungsschaltungen 961 und 962 Drehzahlsignale S\ und Sj erzeugt werden, die gemäß Darstellung h Fig. 4(b) eine gegenseitige Phasenverschiebung aufweisen. Die von dem Drehzahlfühler 9 erzeugten Drehzahlsignale S\ und 52 werden der

Diskriminatorschaltung 201 über die in Fig. I gestrichelt gezeichnete Eingangsleitung zugeführt.

Ein Beispiel des Zeitdiagramms der Betriebsabläufe der vom Drehzahlfühler gemäß Fig.4(a) Gebrauch machenden Anordnung von F i g. I ist in F i g. 5 gezeigt. -, Das andere Steuer-Programm OP endet an einer Abfallflanke FP des Drehzahlsignals Si, und zwar infolge einer Unterscheidungsfunktion der Diskriminatorschaltung 201, die ihr Eingangssignal vom Drehzahlfühler 9 erhält. Vom Ende des anderen Steuer-Pro- ,_n gramms OP bis zum Beginn des Drehzahlregelprogramms SCP an der Anstiegsflanke RPdes Drehzahlsignals Si dauert eine Warteperiode W. Wenn die nächste Anstiegsflanke RPdes Drehzahlsignals Si auftritt, wird die Warteperiode W beendet und das Drehzahlregel- _!5 programm SCP beginnt. Bei dieser Ausführungsform wird das Drehzahlregelprogramm allein durch Betätigung des Adressenwählers 2 entsprechend der Anstiegsflanke RP des Drehzahlsignals Si gestartet. Bei dieser Ausführungsform ist die Unterbrecherschaltune, >_n die bei Verwendung des Drehzahlfühlers von Fig. 2(a) benutzt wurde, nicht nötig, da das andere letzte Steuer-Programm OP mit der letzten Abfallflanke FP des Drehzahlsignals Si endet.

Die Einzelheiten der Arbeitsweise des Drehzahlregel- ₂ j Programms nach F i g. 3 oder 5 werden im folgenden in Verbindung mit Fig. I erläutert. Es ist bekannt, daß einem Motor nur bis zu einem zulässigen Maximalwert Strom zugeführt werden kann. Wie bereits erläutert, wird der Zählwert des Zählers TIMER-I zum Register REGISTER-2 übertragen, während der Zähler Tl-MER-I dann an der Anstiegsflanke RPdes Drehzahlsignals S erneut zu zählen beginnt. Die Inhalte des Registers REGISTER-2 werden an das Rechenwerk 14 übertragen, wo der Drehzahlfehler ^SaIs Resultat der Subtraktion des Sollwerts vom gezählten Drehzahlwert bzw. Istwert erhalten wird. Der Drehzahlfehler zlS wird dann zum Register REGISTER-2 übertragen. Das Rechenwerk 14 vergleicht den vom Register REGISTER-2 übertragenen Drehzahlfehler AS mit dem maximal zulässigen Drehzahlfehler Ku Wenn der Drehzahlfehler /iSgrößer als Kι ist, wird ein bestimmter Wert K₂ in das Register REGISTER-! eingegeben, so daß die Drehzahlregelung des Motors 7 mit einem Stellwert erfolgt, dor dem Wert K2 entspricht. Falls der Drehzahlfehler AS kleiner als Ki ist, wird ein Strombestimmungswert εΚ, der dem im Register REGISTER-2 eingespeicherten Drehzahlfehler AS proportional ist, in das Register REGlSTER-I eingegeben, so daß die Drehzahlregelung des Motors 7 entsprechend dem Wert εΚ erfolgt.

In den Fig. 3 und 5 sind jeweils über der Zeit von oben nach unten das Dreh/ahlsignal S bzw. die Drehzahlsignale Si und Sj, der Wechsel zwischen den Programmen SCP und OP bzw. zwischen den Programmen SCPund CVund der Warteperiode Wund schließlich vom Rechenwerk ermittelte Stromwerte io, /ι, /2 und /3, dargestellt. Es sei noch erwähnt, daß der Beginn des anderen Programms OP auch bei der Ausführungsform unter Verwendung des Drehzahlfühlers nach Fig. 4(a) durch das Ende des Drehzahlregelprogramms SCP gesteuert wird, wie dies aus Fig. 5 erkennbar ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Anordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors für ein Magnetbandgerät, mit wenigstens einem Drehzahlfühler (9) zum Erzeugen eines Impulssignals (S), dessen Periodendauer ein Maß für die Drehzahl des Motors ist, einem Oszillator zum Erzeugen von Taktsignalen, die zwischen zwei bestimmten Flanken des Impulssignals mit einem Zähler (TIMER-I) periodisch gezählt werden, einem Register (REG-2), das den Zählerstand von dem Zähler übernimmt, einer Einrichtung (14) zum Erzeugen eines Steuerwertes zur Steuerung der Drehzahl des Motors, und einem dem Motor vorgeschalteten Digital/Analog-Umsetzer, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprogrammspeicher (t) vorgesehen ist, in dem ein Drehzahlregelprogramm gespeichert ist, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Steuerwertes als arithmetisch-logische Einheit (14) ausgebildet ist, die auf der CSfundlage des in das Register (REG-2) übernommenen Zählerstands und eines in dem Mikroprogrammspeicher (1) gespeicherten Sollwerts unter Steuerung durch das Regelprogramm ein digitales Signal (AS) errechnet, daß der Digital/Analog-Umsetzer (5) das digitale Signal zur Drehzahlregelung des Motors (7) in ein Stellsignal umwandelt, und daß der Ablauf des Regelprogramms bei Feststellung eines vorgegebenen Zeitpunkt des Impulssignals eingeleitet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da,3 der Mikroprogrammspeicher (1) Teil eines Mikrocomputers (1, 2, .*, 11,12,13,14) ist und weitere Programme enthält, deren Ablauf bei Feststellung einer Anstiegs- e^er Abfallflanke des Impulssignals zwecks Einleitung des Drehzahlregelprogramms unterbrochen wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter digitaler Drehzahlfühler (94,91,951,961;94,91,952, 962) mit dem Motor (7) gekoppelt sind und als Impulssignale zwei Rechteckwellen (Si, 5?) unterschiedlicher Phasenlage erzeugen, daß der Ablaaf des Regelprogramms bei einer Anstiegsflanke der Rechteckwelle vom ersten Drehzahlfühler beginnt, daß ein oder mehrere weitere Programme (OP) eingeleitet werden, wenn das Regelprogramm nach einer bestimmten Zeit beendet ist, daß eines der weiteren Programme (OP) gleichzeitig mit dem Beginn eines Wartezustands (W) bei einer Abfall- $0 flanke der Rechteckwelle des zweiten Drehzahlfühlers endet, und daß der Wartezustand (W) andauert, bis das Drehzahlregelprogramm mit der nächsten Anstiegsflanke der Rechteckwelle des ersten Dreh' zahlfühlers erneut beginnt (F i g. 4,5).