DE2845480A1

DE2845480A1 - Tachometersystem

Info

Publication number: DE2845480A1
Application number: DE19782845480
Authority: DE
Inventors: Rudolf Antonius Arnoldus F Dam; Kornelis Antonie Immink
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-10-24
Filing date: 1978-10-19
Publication date: 1979-04-26
Also published as: NL7711634A; FR2406826A1; IT7828984A0; ES474410A1; JPS6211372B2; BE871470A; IT1100980B; US4216419A; JPS5471655A; CA1116269A; SE7810929L; GB2006481A; ES476638A1; FR2406826B1; AU520293B2; ATA758578A; SE434091B; CH637220A5; MX145858A; DK468578A

Description

PHN. 8914.

ζ va/evh.

20.2.1978.

Tachometersystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tachometersystem zur Lieferung eines für die Anzeige von Lagen-
und/oder Geschwindigkeitsfehlern eines drehbaren Gliedes dienenden Steuersignals, das ein mit dem drehbaren Glied gekoppeltes Tachometer mit einer Anzahl in einer geschlossenen Bahn angebrachter Markierungen, mit dessen
Hilfe in Zusammenarbeit mit einem Detektor η Tachometerimpulse pro Umdrehung des drehbaren Gliedes geliefert werden,

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und eine Korrekturschaltung enthält, mit deren Hilfe synchron mit den Tachometerimpulsen η Korrektursignale geliefert werden, um durch u.a. Lagenfehler der Markierungen herbeigeführte Abweichungen im Steuersignal auszugleichen.

Ein derartiges Tachometersystem ist aus der britischen Patentschrift 1 199 884 bekannt und ist insbesondere für Regelsysteme geeignet, mit denen mit grosser Genauigkeit die Lage und/oder Geschwindigkeit eines drehbaren Gliedes geregelt werden können muss. Als Anwendungen derartiger Regelsysteme können z.B. der Antrieb der Kopfscheibe bei einer Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung für Videosignale auf einem bandförmigen magnetischen Aufzeichnungsträger und der Antrieb eines scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers in einer Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabevorrichtung für diesen scheibenförmigen Aufzeichnungsträger erwähnt werden, wobei dieser Aufzeichnungsträger z.B. gemäss einer optischen oder magnetischen Kodierung eine Videoinformation enthalten kann.

Um bei derartigen Regelsystemen ein Steuersignal zu erhalten, das die Lagen- und/oder Geschwindigkeitsfehler des drehbaren Gliedes anzeigt, wird oft ein Tachometer verwendet, das aus einer mit .dem drehbaren Glied gekuppelten Scheibe oder Trommel besteht, auf der in einer geschlossenen Bahn in gleichen gegenseitigen Abständen Markierungen angebracht sind. Diese Markierungen können

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PHN. ^

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z.B. aus Aussparungen in einer Metallscheibe oder aus Magnetisationen in einer Spur aus magnetischem Material bestehen, und derartige Markierungen können mit Hilfe eines magnetischen Aufnahmeelements ausgelesen werden, oder die Markierungen können aus Aussparungen in einer Scheibe bestehen, die optisch detektiert werden können.

Die Genauigkeit der genannten Regelsysteme ist in grossem Masse von dem Tachometer, insbesondere von der Genauigkeit, mit der dieses Tachometer das Lagen— und/oder Geschwindigkeitsfehler des drehenden Gliedes anzeigende Steuersignal erzeugt, abhängig. Es stellt sich heraus, dass diese Genauigkeit des Tachometers infolge von Herstellungsungenauigkeiten beim Anbringen der Markierungen auf der Tachometerscheibe und der Befestigung der Tachometerscheibe auf der mit dem drehbaren Glied verbundenen Welle beschränkt ist." Durch diese Toleranzen weist die von dem mit diesen Markierungen zusammenarbeitenden Aufnahmeelement gelieferte Tachometerimpulsreihe Abweichungen in der Zeitlage der Tachometerimpulse auf, die von dem Regelsystem fälschlich als Lagen- und/oder Geschwindigkeitsänderungen des drehbaren Gliedes■interpretiert werden und dadurch ein unerwünschtes und fehlerhaftes Regelverhalten zur Folge haben.

Um in dieser Hinsicht eine Verbesserung zu erzielen, ist in der vorgenannten britischen Patent-

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PHN.

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schrift 1 199 884 ein Tachometersystem beschrieben, in dem mit Hilfe einer Korrekturschaltung ein Ausgleich dieser durch Ungenauigkeiten in dem Tachometer herbeigeführten Abweichungen im Steuersignal bewirkt wird. Dazu enthält diese Korrekturschaltung eine Verzögerungsvorrichtung mit einer veränderbaren Verzögerungszeit, der die von dem Tachometer gelieferten Tachometerimpulse zugeführt werden. Die Verzögerungszeit dieser Verzögerungsvorrichtung wird durch eine Anzahl von Steuersignalen bestimmt, die gleich der Anzahl von Markierungen η des Tachometers und somit gleich der Anzahl gelieferter Tachometerimpulse pro Umdrehung des Tachometers ist. Mit Hilfe einer von den Tachometerimpulsen gesteuerten Gatterschaltung wird dafür gesorgt, dass diese'η Steuersignale synchron mit diesen Tachometeriinpulsen der Verzögerungsvorrichtung zugeführt werden, mit anderen ¥orten, dass zugleich mit einem bestimmten Tachometerimpuls stets ein und dasselbe Steuersignal der Verzögerungsvorrichtung zugeführt wird, um die für diesen betreffenden Tachometerimpuls bestimmte Verzögerungszeit festzulegen. Jedes dieser η Steuersignale wird gesondert mit Hilfe eines Potentiometers eingestellt. Die gewünschte Einstellung für die Gesamtanzahl von η Potentiometern wird dadurch,erhalten, dass das Tachometer mit einer sehr konstanten Drehzahl angetrieben und dabei jedes einzelne Potentiometer derart eingestellt wird,

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PIiN. s 20.2.78.

dass ein an den Ausgang der Verzögerungsvorrichtung angeschlossener Frequenzdiskriminator eine sehr konstante Frequenz diskriminiert. Dies bedeutet, dass jeder Tachometerimpuls in der Verzögerungsrichtung einer derartigen Verzögerung unterworfen wird, dass die korrigierte Tachometerimpulsreihe am Ausgang der Verzögerungsvorrichtung sehr genau äquidistant ist. Indem beim Betrieb des Tachometersystems die Tachometerimpulsreihe stets durch diese Verzögerungsvorrichtung geführt und damit jeder Tachometer-

10' ' impuls einer einzelnen auf die obenbeschriebene Weise eingestellten Verzögerung unterworfen wird, wird dann eine Korrektur in bezug auf die genannten Abweichungen in der Positionierung der Markierungen und der Tachometerscheibe erhalten.

Das obenbeschriebene bekannte Tachometersystern weist aber den Nachteil auf, dass die dabei verwendete Korrekturschaltung sehr komplex ist. Dies ist hauptsächlich der Tatsache zuzuschreiben, dass jedem Tachometerimpuls, somit jeder Markierung des Tachometers, ein gesondertes Potentiometer für die Einstellung des zugehörigen Steuersignals zugeordnet werden muss. Dies bedeutet, dass bei Anwendung eines Tachometers mit einer Vielzahl von Markierungen (bei genauen Regelsystemen werden z.B. schon Tachometer mit mehr als hundert Markierungen benötigt) die Korrekturschaltung eine grosse Anzahl diskreter

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Einzelteile erfordert und dadurch ein grosses Volumen beansprucht. Ausserdem bedeutet dies, dass die Abgleichung der Korrekturschaltung einen sehr lange dauernden und genauen Vorgang erfordert, weil jedes Potentiometer gesondert auf den richtigen Wert eingestellt werden muss.

Dies hat zur Folge, dass dieses bekannte Tachometersystem durch Kombination der grossen Anzahl benötigter Einzelteile und des erforderlichen verwickelten Abgleichvorgangs während der Herstellung einen hohen Selbstkostenpreis hat.

Schliesslich wirkt dieses bekannte Tachometersystem bei Anwendung einer Servoregelschleife nur bei einer bestimmten Drehzahl befriedigend, und zwar bei der Drehzahl, bei der dez^ Abgleichvorgang durchgeführt ist.

Die Erfindung bezweckt, ein Tachometersystem zu schaffen, das unter Beibehaltung der Vorteile dieses bekannten Systems die genannten Nachteile vermeidet und sich vor allem viel einfacher abgleichen lässt.

Die Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturschaltung mit einer Speichervorrichtung mit η Speicherstellen, einem Einschreibsystem, mit dessen Hilfe synchron mit den Tachometerimpulsen in diesen η Speicherstellen η Phasenfehlersignale gespeichert werden, die durch Phasenvergleich der Tachometeriinpulse mit einem Bezugssignal erhalten sind, und einem Auslesesystem versehen ist, mit dessen Hilfe synchron mit den Tachometerirapulsen

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FHN.

- rf ' ΛΛ 20.2.78.

diese n Phasenfehlersignale ausgelesen werden, um die η Korrektursignale zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in Regelsystemen, bei denen ein genaues Tachometersystem verwendet wird, das für die Antriebsvorrichtung des drehbaren Gliedes bestimmte Regelsignal praktisch stets mittels eines Frequenz- und Phasenvergleichs der Tachonieterimpuls reihe mit einem Bezugssignal erhalten wird, wobei der Frequenzvergleich zur Grobregelung und der Phasenvergleich zur Feinregelung dient. Die Erfindung benutzt diese Tatsache dadurch, dass die Korrekturschaltung nicht, wie bei dem bekannten Tachometersystem, zum Korrigieren der Zeitabstände der Tachometerimpulse, sondern zur Speicherung von Korrektur sign alen eingerichtet ist, die bei Anwendung des Tachometersystems in einem Regelsystem mit Phasenfehlerdetektor dazu geeignet sind, durch ihren Zusatz zu dem von diesem Phasenfehlerdetektor gelieferten Phasenfehlersignal einen Ausgleich des durch die genannten Abweichungen in dem Tachometer herbeigeführten Beitrags zu diesem Phasenfehlersignal zu bewirken.

Um die genannten Korrektursignale zu erhalten, ist es nur erforderlich, das Tachometer mit einer konstanten Drehzahl anzutreiben und die erhaltenen Tachometerimpulse einem Phasenfehlerdetektor zuzuführen, dem zugleich ein der Drehzahl entsprechendes Bezugssignal zugeführt wird_e

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Mit Hilfe des Einschreibkreises werden dabei nacheinander die Werte des Ausgangssignals dieses Phasenfehlerdetektors zu Zeitpunkten, die den η Tacliometerimpulsen während einer .Umdrehung des drehbaren Gliedes entsprechen, in den η Speicherstellen der Speichervorrichtung gespeichert. Jede Speicherstelle enthält daher nach einer Umdrehung den zu einem bestimmten Tachometerimpuls gehörigen Wert des gemessenen Phas en fehl ei-signal s . Bei Anwendung des Tachometersystems in einem Regelsystem können dann diese η in der Speichervorrichtung gespeicherten Phasenfehlersignale wieder synchron mit den η Tachometerimpulsen ausgelesen und mit entgegengesetzter Polarität zu dem Ausgangssignal des in diesem Regelsystem verwendeten Phasenfehlerdetektors addiert werden, wodurch der gewünschte Ausgleich in bezug auf Positionierungs— fehler der Markierungen und der Tachometerscheibe erhalten wird.

Es leuchtet ein, dass der für das bekannte Tachometersystem benötigte Abgleichvorgang bei dem Tachometersystem nach der Erfindung praktisch völlig fehlt, weil innerhalb einer Zeitspanne, die einer Umdrehung des drehbaren Gliedes entspricht, die η Phasenfehlersignale völlig automatisch in der Speichervorrichtung gespeichert werden können. Weiter ist es einleuchtend, dass sich die Korrekturschaltung bei dem Tachometersystem nach der Erfindung besonders gut dazu eignet, in der Technik integrierter

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Schaltungen ausgeführt zu werden, weil dabei keine einstellbaren Elemente erforderlich sind. Halbleiterspeicherschaltungen mit zugehörigen Einschreib- und Auslesekreisen sind in vielerlei Ausführungen bekannt und erhältlich. Wenn das Tachometersystem nach der Erfindung als gesonderte Einheit auf den Markt gebracht werden soll, brauchen nur einmalig die η Korrektursignale in dem

Speicher gespeichert zu werden. Die Speichervorrichtung wird dann vorzugsweise durch einen einmalig programmierbaren Lesespeicher (PROM) gebildet, weil dabei auch beim Fehlen einer Speisespannung die gespeicherte Information erhalten bleibt. Weiter wird vorzugsweise die·Information in digitaler Form gespeichert, weil dabei sichergestellt ist, dass die gespeicherte Information über eine praktisch unbeschränkte Zeitdauer völlig intakt bleibt.

Wenn das Tachometersystem direkt in eine Servoregelschleife eingebaut wird, kann zur Speicherung der gewünschten Korrektursignale naturgemäss derselbe Vorgang durchgeführt werden, der oben beschrieben wurde. Bei bestimmten Anwendungen kann es jedoch manchmal wünschenswert sein, dieses Festlegen der Korrektursignale dann und wann zu wiederholen, u.a., wenn das Tachometer Alterungserscheinungen aufweisen kann. Dann kann es bedenklich sein, wenn zum Durchführen des Abgleichvorgangs, d.h. zur Speicherung der Korrektursignale in der Speichervorrichtung,

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- yo- 20.2.78.

ein äusserer starrer Antrieb des drehbaren Gliedes verwendet werden muss, das dann ja mit einer genau konstanten Drehzahl angetrieben werden muss. Um dieses Problem zu lösen, ist eine Servoregelschleife, die mit einem Tachometersystem nach der Erfindung versehen ist und weiter einen Phasenfehlerdetektor, mit dessen Hilfe synchron mit den Tachometerimpulsen der Phasenunterschied zwischen diesen Tachometerimpulsen und einem Bezugssignal gemessen wird und dementsprechende Phasenfehlersignale geliefert werden, und eine Steuervorrichtung enthält, mit deren Hilfe in Abhängigkeit von diesen Phasenfehlersignalen das drehbare Glied angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung als ein kontinuierlich programmierbarer und auslesbarer Speicher ausgeführt ist, und dass die Servoregelschleife enthält: erste Schaltmittel, mit deren Hilfe nur während einer bestimmten Messperiode der Ausgang des Phasenfehlerdetektors mit der Korrekturschaltung gekoppelt wird; zweite Schaltmittel, mit deren Hilfe nach dieser Messperiode der Speicher mit einem ersten Eingang einer Addierschaltung gekoppelt wird, von der ein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Phasenfehlerdetektors verbunden ist und die dazu eingerichtet ist, die Signale an ihren beiden Eingängen mit entgegengesetzter Polarität zusammenzufügen und an ihren Ausgang als Steuersignal für die Steuervorrichtung zu liefern, wobei die ICorrekturvorrichtung

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PHN. 3?|Λ.

.^.5480

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Mittel enthält, mit deren Hilfe wenigstens annähernd der Mittelwert über die Messperiode jedes der auf einen bestimmten Tachometerimpuls bezogenen Phasenfehlersignale bestimmt wird; und schliesslich Mittel, mit deren Hilfe während der Messperiode die Bandbreite der Übertragungsfunktion dieser Regelschleife auf eine Frequenz beschränkt wird, die niedriger als die Frequenz ist, die der Drehzahl des drehbaren Gliedes entspricht.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des Tachometersystems nach der Erfindung und die Schaltungsanordnung zur Speicherung der Korrektursignale,

Fig. 2 das Tachometersystem nach der Erfindung und die Schaltungsanordnung zur Anwendung in einer Servoregelschleife,

Fig. 3 die in dem System nach den Fig. 1 und 2 auftretenden Signalformen,

- Fig. h eine Ausführungsform des Tachometersystems nach der Erfindung zur Anwendung in einer Servoregelschleife,

Fig. 5 eine Abwandlung dieser Ausführungsform, ■and. schliesslich
25

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ORIGINAL INSPECTED

PHN. 3914.

Fig. 6 ein Stromdiagramm zur Erläuterung der

Anwendung eines programmierbaren digitalen Signalprozessors bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Das Tachometersystem 1 enthält in der dargestellten Ausführungsform als drehbares Glied einen Motor 2, der normalerweise über eine Steuerklemme 3 ein Regelsignal zur Regelung der Drehzahl dieses Motors empfängt. Mit der Motorwelle h ist eine Tachometerscheibe 5 gekuppelt, auf der in gleichen gegenseitigen Abständen η Markierungen 6, z.B. η Aussparungen, angebracht sind. Die gewünschte Tachometerimpulsreihe wird dabei mit Hilfe eines mit dieser Tachometeilscheibe 5 zusammenarbeitenden Aufnahmegliedes erhalten. Mit der Motorwelle k ist weiter eine zweite Scheibe 8 gekuppelt, die nur eine Markierung 9 aufweist und die mit einem Aufnahmeelement 10 zusammenarbeitet.

Der Motor 2 braucht nicht notwendigerweise einen Teil des Tachometersystems 1 zu bilden. In der dargestellten Ausführungsform ist dieser Motor 2 nur innerhalb des Blocks 1 angeordnet, weil diese Ausführungsform die zweckmässigste ist; der Motor, das Tachometer und die Korrekturschaltung bilden nämlich zusammen eine Einheit.

Das Tachometersystem 1 enthält weiter eine Speichervorrichtung 11 mit η Speicherstellen für die η Korrektursignale, einem Einschreibkreis 12 zum Einschreiben dieser η Korrektursignale in diese η Speicherstellen

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ORIGINAL INSPECTED

PHiSi. 8

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und einem Auslesekreis 13 zum Auslesen dieser η Korrektursignale. Dieser Einschreibkreis 12 und dieser Auslesekreis empfangen beide ein Steuersignal von einer Steuerschaltung 14, die zwei Eingänge besitzt, die mit den Aufnahmeelementen und 10 verbunden sind.

In der dargestellten Ausführungsform ist angenommen, dass die n. Korrektursignale in digitaler Form in der Speich.ervorrich.tung gespeichert werden, Um beim Auslesen diese Signale -wieder in analoge Signalwerte umzuwandeln, enthält das Tachometersystem 1 einen mit dem Auslesekreis 13 gekoppelten Digital/Analogwandler 15· Der Ausgang dieses Wandlers 15 ist mit einem veränderbaren Spannungsteiler 16 verbunden, dessen Anzapfung mit einer Ausgangsklemme 17 verbunden ist.

Um die gewünschten Korrektursignale in der Speichervorrichtung 11 speichern zu können, ist es an erster Stelle erforderlich, dass der Motor 2 zusammen mit den Tachometerscheiben 5 und 8 mit einer genau konstanten Drehzahl rotiert. Dazu ist es möglich, die Motorwelle k mit Hilfe einer äusseren Antriebsvorrichtung, die durch einen Block 18 dargestellt ist, mit einer genau konstanten Drehzahl anzutreiben. Die von dem Aufnahmeelement 7 gelieferte Tachometerimpulsreihe wird dabei über eine Klemme 19 einem Phasenfehlerdetektor 20 zugeführt, der als Referenz ein Referenzsignal R empfängt. Das Ausgangssignal

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dieses Phasenfehlerdetektors 20 wird mit Hilfe eines Analog/Digitalwandlers 21 digitalisiert, wonach das digitalisierte Signal über einen Schalter 22 und eine Klemme 23 dem Einschreibkreis 12 zugeführt wird. Um die ¥irkung der dargestellten Vorrichtung beim Einschreiben der η Korrektursignale in die Speichervorrichtung 11 zu erläutern, sei auf die in Fig. 3 gezeigten Signalformen verwiesen. In Fig. 3a ist das Referenzsignal R als ein sägezahnförmiges Signal mit fester Frequenz und mit einem Signalwert dargestellt, der von einer Spannung -V zu einer Spannung +V geht. Der Einfachheit halber sei angenommen, dass die Tachometerscheibe 5 nur sechs Markierungen enthält, so dass die in Fig. 3b dargestellte Tachometerimpulsreihe T pro Umdrehung sechs Tachometerimpulse T₁ bis T^ liefert. In Fig. 3c ist der vom Aufnahmeelement 10 gelieferte Impuls S dargestellt, wobei angenommen ist, dass dieser Impuls mit dem Tachometerimpuls T₁ zusammenfällt. Es leuchtet ein, dass die dargestellte Form der Tachometerimpulse idealisiert ist, aber für die Wirkung der Vorrichtung ist die Form dieser Tachoinet er impulse nicht von wesentlicher Bedeutung. Auch die Form des Referenzsignals R ist nicht zwingend vorgeschrieben, hängt aber von dem angewandten Phasenfehlerdetektortyp ab. Naturgemäss kann auch die Tachometerimpulsreihe als ein sägezahnförmiges Signal ausgeführt und

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PKN.

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dieses Signal zu durch, das Referenzsignal bestimmten Zeitpunkten abgetastet werden. Veiter ist es einleuchtend, dass die zusätzliche Tachometerscheibe 8 entfallen kann, wenn eine der Markierungen 6 der Scheibe 5 eine erkennbare ι abweichende Form aufweist.

Es wird angenommen, dass im dargestellten

Ausführungsbeispiel ein Phasenfehlerdetektor verwendet wird, der aus einer Abtast- und Halteschaltung, d.h. aus einem Detektor besteht, der zu von den Tachometeriinpulsen T festgelegten Zeitpunkten den Signalwert des sägezahnförmigen Referenzsignals R bestimmt und diesen Signalwert bis zu dem nächsten Abtastzeitpunkt festhält. Da das Referenzsignal R, insbesondere seine Frequenz, entsprechend der von der äusseren Antriebsvorrichtung 18 festgelegten Drehzahl gewählt ist, ist die Wiederholungsfrequenz der Tachometerimpulsreihe T gleich der Frequenz dieses Referenzsignals R. Dies würde bedeuten, dass, wenn, wie angegeben, der erste Tachometerimpuls T₁ gerade halbwegs einer Flanke des Referenzsignals R auftritt, auch die folgenden Tachometerimpulse T„ bis T/- halbwegs aufeinanderfolgender Flanken dieses Referenzsignals auftreten würden, so dass das Ausgangs signal des Pliasenf ehlerdetektors 20 dann stets gleich Null wäre. Um dafür zu sorgen, dass die genannte Phasenbeziehung zwischen dem Referenzsignal R und der Techometerimpulsreihe eingenommen wird, kann die Antriebs-

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vorrichtung 18 einfach, gegebenenfalls automatisch, nachgesteuert werden. ¥enn die Markierungen 6 auf der Tachometerscheibe 5 aber nicht in völlig gleichen Abständen voneinander liegen oder wenn der Drehpunkt der Tachometerscheibe eine Exzentrizität aufweist, hat dies eine gegenseitige Zeitverschiebung der Tachometerimpulse zur Folge, was in Fig. 3b übertrieben dargestellt ist, dadurch, dass die Tachometerimpulse T„ und T„ zu spät und die Tachometerimpulse T_ und T^ zu früh erscheinen. Infolge dieser Ver-Schiebung der Tachonieterimpulse wird das Ausgangssignal F des Phasenfehlerdetektors nicht gleich Null sein, sondern den in Fig. 3d dax-gestellten Verlauf aufweisen.

Nach der Erfindung wird der Verlauf dieses Phasenfehlersignals während der Zeit einer Umdrehung des Tachometers in der Speichervorrichtung 11 gespeichert.

Um dies zu verwirklichen, wird zunächst mit. Hilfe «les von dem Aufnahmeelement 10 gelieferten Impulses S (Fig. 3c) ein Steuersignal für den .Schalter 22 erzeugt, das in Fig. 3k dargestellt ist. Dieses Steuersignal, das auf einfache Weise mit Hilfe eines von dem Impuls S getriggerten Flipflops oder mit Hilfe eines die Tachometerimpulse zählenden Zählers erhalten werden kann, sorgt dafür, dass der Schalter 22 genau während einer Umdrehung des Tachometers geschlossen ist, so dass während dieser einen Umdrehung das Phasenfehlersignal F dem Einschreibkreis 12 züge führ t wird.

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PHN. β pIh.

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Dieser Einschreibkreis 12 empfängt ein Steuersignal von der Steuerschaltung ~\h, und zwar derart, dass jedes nach einem bestimmten Tachometerimpuls T. bis Tg gemessene Phasenfehlersignal nacheinander zu gesonderten Speicherstellen der Speichervorrichtung 11 geführt wird. Die Form dieser Steuersignale hängt naturgemäss von der Ausführung des Einschreibkreises 12 ab. In den Fig. 3e bis 3j sind sechs rechteckförmige Steuersignale dargestellt, die nacheinander die Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Tachometerimpulsen einnehmen. Diese rechteckförmigen Steuersignale können mit Hilfe eines in die Steuerschaltung 1 aufgenommenen Ringzählers erhalten werden, der von dem Impuls S in seine Anfangslage versetzt und von jedem folgenden Tachometerimpuls T um eine Stellung weiterge— schaltet wird. An den mit den ersten sechs Bits dieses Ringzählers gekoppelten Ausgängen treten dann die in den Fig. 3e bis 3j dargestellten Steuersignale auf. Indem in den Einschreibkreis 12 sechs Gatterschaltungen aufgenommen werden, die einerseits einen gemeinsamen Eingang, der mit der Klemme 23 verbunden ist, und andererseits einen einzelnen Eingang besitzen, der eines der sechs Steuersignale empfängt, während die Ausgänge dieser Gatterschaltungen mit einer gesonderten Speicherstelle der Speichervorrichtung gekoppelt sind, wird erreicht, dass die digitalisierten Werte des Phasenfehlersignals zwischen je zwei aufeinanderfolgenden

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Tachometerimpulsen T einer gesonderten Speicherstelle der Speichervorrichtung 11 zugeführt werden. Dieses Verfahren zum Erzeugen der Steuersignale entspricht im wesentlichen dem in der genannten britischen Patentschrift 1 199 dargestellten Verfahren in bezug auf die reihenmässige Inbetriebsetzung der Einstellpotentiometer für die veränderliche Verzögerungsvorrichtung. Andere Ausführungsformen der Steuerschaltung 14 in Verbindung mit dem Ein— schreibkreis 12 liegen für den Fachmann aber auf dertlland.

Venn das Tachonietersystem 1 als gesonderte Einheit auf den Markt gebracht werden soll, wird als Speichervorrichtung 11 vorzugsweise ein einmalig programmierbarer Lesespeicher (PKOM) verwendet. Dadurch wird der Vorteil erhalten, dass, nachdem bei der Herstellung einmalig die Phasenfehlersignale in diese Speichervorrichtung eingeschrieben worden sind, diese Information völlig erhalten bleibt, ohne dass es erforderlich ist, dass diese Speichervorrichtung dauernd an eine Speisespannung angeschlossen ist. Fig. 2 zeigt die Schaltungsanordnung des Tachometersystems nach der Erfindung zur Anwendung in einer Servoregelschleife. Entsprechende Teile sind dabei mit denselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Das Tachometersystem 1 ist dabei gleich dem nach Fig. 1, mit der Massgabe, dass nun angenommen wird, dass mit Hj.lfe des an Hand der Fig. 1 beschriebenen Verfahrens in der

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Speichervorrichtung 11 die Korrektursignale gespeichert sind.

Die von dem Aufnahmeelement 7 gelieferten Tachometerimpulse T werden über die Klemme 19 wieder dem Phasenfehlerdetektor 20 zugeführt, der zugleich das Referenzsignal R empfängt. Der Ausgang dieses Phasenfehlerdetektors 20 ist mit einem Eingang (+) eines Differenzverstärkers 2k gekoppelt, dessen anderer Eingang (-) mit der Ausgangsklemme des Tachometersystems 1 gekoppelt ist. Dieser Differenzverstärker 2k dient dazu, von den von dem Phasenfehlerdetektor gelieferten PhasenfehlerSignalen die über die Ausgangsklemme 17 gelieferten Korrektursignale zu subtrahieren, und kann also auch z.B. durch ein einfaches Widerstandsnetzwerk gebildet sein. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 2k dient als Regelsignal für den Motor 2 und "wird dazu über einen Servoverstärker 25 der Klemme 3 zugeführt. Es ist einleuchtend, dass die Regelungs-weise für die Erfindung gar nicht wesentlich ist. So kann selbstverständlich die Erregung des Motors 2 geregelt werden, aber es ist auch möglich, z.B. die Erregung einer auf der Motorwelle k befestigten Wirbelstrombremse zu regeln.

Die Wirkung der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung wird wieder an Hand der Fig. 3 auseinandergesetzt werden. Es wird angenommen, dass der Phasenfehlerdetektor vom gleichen Typ wie der nach Fig. 1 ist und ein Ausgangssignal F¹ mit der in Fig. 31 dargestellten Gestalt liefert.

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PHK.

Dieses Ausgangssignal F' stellt Phasenfehler der detektierten Tacliometerimpulsreilie dar, die teilweise durch. Drehzahlabweichungen des Motors 2 und teilweise durch Positionierungsfehler der Markierungen 6 auf der Tachometer¹ scheibe 5 oder dieser Scheibe selbst herbeigeführt werden. Die Anwendung dieses Signals F¹ für die Regelung des Motors 2 hätte also eine fehlerhafte Regelung zur Folge, weil der Beitrag der Posltionierungsfehler der Markierungen der Tacho— meterscheibe 5 durch die Regelung fälschlich als Geschwindigkeitsfehler interpretiert werden. Es sei bemerkt, dass der Einfachheit halber dabei für die Tachometerimpulse T die in Fig. 2b angegebene Positionierung eingehalten wird. Tatsächlich sind diese Tachomet er iinpul se infolge der auf das Phasenfehlersignal F¹ bezogenen Geschwindigkeitsänderungen verschoben.

Mit Hilfe des Tachometersystems nach der Erfindung wird dies dadurch vermieden, dass von diesem Ausgangssignal· F¹ des Phasenfehlerdetektors 20 synchron mit den Tachometerimpulsen T die in der Speichervorrichtung 11 gespeicherten η Phasenfehlersignale subtrahiert werden. Dazu ist der Auslesekreis 13 mit den η Speicherstellen gekoppelt, wobei dieser Auslesekreis 13 auf gleiche ¥eise wie der Einschreibkreis 12 von der Steuerschaltung lh gesteuert wird. Dadurch werden synchron mit den Tachometerimpulsen T nacheinander die η digitalisierten in der Speichervorrichtung

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P-IN.

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gespeicherten Phasenfehlersignale ausgelesen. Diese η digitalisierten Phasenfehlersignale werden dann mit Hilfe des Digital-Analogwandlers 15 in analoge Signalwerte umgewandelt, wodurch η Korrektursignale an der Ausgangsklemme 17 erhalten werden, die im dargestellten Beispiel zusammen dem Signal F nach Fig. 3d entsprechen. Dieses Signal F wird von dem Ausgangssignal F¹ des Phasenfehlerdetektors 20 mit Hilfe des Differenzverstärkers 2k subtrahiert, wodurch das Regelsignal F erhalten wird. Dieses Regelsignal F stellt dem--

C C

zufolge nur Geschwindigkeitsabweichungen des Motors 2 dar; mit anderen Worten: der Einfluss einer fehlerhaften Positionierung der Markierungen auf der Tachometerscheibe 5 und der Scheibe selbst ist völlig beseitigt.

Der zwischen dem Digital/Analogwaridler 15 und der Ausgangsklermne 17 angeordnete Spannungsteiler 16 dient dazu, gegebenenfalls eine Anpassung der Korrektur an den in der Servorregelschleife verwendeten Phasenf ehlerdetektoi"-typ zu bewirken. Wenn nämlich dieser in der Servoregelschleife verwendete Phasenfehlerdetektor'20 nicht mit dem beim Einschreiben der Phasenfehlersignale in die Speichervorrichtung 11 nach dem an Hand der Fig. 1 beschriebenen Verfahren verwendeten Phasenfehlerdetektor identisch ist, soll eine Anpassung der aus der Speichervorrichtung 11 ausgelesenen Korrektursignale erfolgen. Dies kann auf einfache Weise durch Änderung der durch den Spannungsteiler 16 herbeigeführten

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Spannungsteilung und/oder durch eine Anpassung der Einstellspannung V an diesen Spannungsteiler 16 erzielt werden.

Die Drehzahl, mit der der Motor 2 betrieben wird, übt dagegen gar keinen Einfluss auf die mit Hilfe des beschriebenen Tachometersystems erhaltene Korrektur aus.

Das an Hand der Fig. 1 besclrriebene Verfahren zur Speicherung der η Korrektursignale in der Speichervorrichtung 11 kann somit bei einer beliebigen Drehzahl des Motors 2 durchgeführt werden, wonach das Tachometersystem ohne irgendwelche Abänderungen dazu geeignet 1st, in einer Regelschleife zum Antreiben des Motors 2 mit einer beliebigen anderen Drehzahl verwendet zu werden.

Das obenbeschriebene Tachometersystem ist in erster Linie dazu eingerichtet, vom Hersteller einmalig eingestellt zu werden, d.h., dass die Korrektursignale vom Hersteller einmalig in der Speichervorrichtung gespeichert werden. In bestimmten Regelsystemen kann es wünschenswert sein, diesen Einstellvorgang nach der Montage des Tachometersystems in dem Regelsystem durchzuführen, und es kann sogar erwünscht sein, diesen Einstellvorgang dann und wann zu wiederholen. Dies kann u.a. bei Anwendung eines Tachometersystems erwünscht sein, das nicht selber den Motor enthält, sondern mit einem gesonderten Motor gekuppelt wird, wobei eine nicht vorhersehbare Exzentrizität bei dieser Kupplung auftreten kann, die, wie bereits erwähnt,

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ebenfalls zu Abweichungen in den Zeitlagen der Tachometerimpulse führt.

Fig. k zeigt ein Tachometersystem nach der

Erfindung, das in einer Servoregelschleife verwendet wird, » wobei Masf.nahmen getroffen sind, die es ermöglichen, den obengenannten Einstellvorgang durchzuführen, ohne dass dazu das Tachometer über eine äussere Antriebsvorrichtung mit einer genau konstanten Drehzahl angetrieben werden soll. Insbesondere ist es bei der in dieser Figur dargestellten Vorrichtung die Absicht, jeweils beim Inbetriebsetzen der Servoregelschleife den genannten Einstellvorgang durchzuführen. Entsprechende Teile sind in dieser Figur wiedex- mit denselben Bezugsziffern wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet.

Mit dem Motor 2 ist nun nur eine einzige Scheibe gekuppelt, auf der die η Markierungen 6 angebracht sind, die mit Hilfe des Aufnahmeelementes 7 detektiert werden. Die detektierte Tachometerimpulsreihe T wird wieder zum Vergleich mit einem Referenzsignal R dem Phasenfehlerdetektor 20 zugeführt. Der Ausgang dieses Phasenfehlerdetektors 20 ist über einen Schalter 35 mit dem A/D-Wandler gekoppelt. Der Aufbau dieses A/D-Wandlers 21, des Einschreibkreises 12, der Speichervorrichtung 11, des Auslesekreises und des D/A-Wandlers I5 kann mit dem der entsprechenden Teile in den Vorrichtungen nach den Fig. 1 und 2 identisch sein, mit der Massgabe, dass die Speichervorrichtung 11 nun

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vim. 8914.

20.2.78.

vom Schreib/Lese-Typ (RAM) und somit ein Speicher ist, in -dem stets neue Information gespeichert werden kann.

Der Ausgang des Phasenf elilerdetektors 20 ist wieder mit einem Eingang (+) des Differenzverstärkers verbunden, dessen anderer Eingang (-) über einen Schalter mit dem Ausgang des D/A—Wandlers I5 verbunden ist. Der Ausgang di.eses Differenzverstärkers 24 ist mit dem Hauptkontakt eines Schalters 38 verbunden, dessen beide Ausgänge mit den Servoverstärkern 25 bzw. 33 verbunden sind, deren Ausgänge zusammen mit der Steuerklernme 3 des Motors 2 verbunden sind.

' Beim Inbetriebsetzen der Servoregelschleife wird,

wie üblich, zunächst der Motor 2 mit einem maximalen Regelsignal angesteuert, um diesen Motor etwa auf die gewünschte Drehzahl zu bringen. Dazu ist meistens der Phasenfehler — detektor 20 mit einem Frequenzdetektor kombiniert. Diese Kombination sorgt dann dafür, dass, solange die Wiederholungsfrequenz der Tachometerimpulsreihe T den gewünschten Wert noch nicht erreicht hat, dem Motor ein maximales Steuersignal zugeführt wird, während'von dem Zeitpunkt an, zu dem diese gewünschte Frequenz- erreicht ist, der Phasenfehlerdetektor für die Feinregelung der Drehzahl sorgt. Als Beispiel eines derartigen kombinierten Frequenz- und Phasenfehlerdetektors sei nur auf die US-PS 3 821 6o4 verwiesen. In der Figur ist dagegen zur Illustrierung ein

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PHN. 8914. -/ζ- Zt 2O.2.^§.⁴⁵⁴⁸⁰

gesonderter Frequenzdetektor 39 dargestellt, dem die Tachometerimpulsreilie T zugeführt wird und der, solange die gewünschte Drehzahl noch nicht erreicht ist, über den sich dann in der oberen Lage befindenden Schalter 38 ein maximales Steuersignal an den Servoverstärker 25 liefert. Wenn dagegen die gewünschte Drehzahl erreicht ist, ist das Ausgangssignal dieses Frequenzdetektors 39 gleich Null und wird die Regelung der Drehzahl weiter durch den Phasenfehlerdetektor 20 bestimmt.

Wenn die Drehzahl des Motors 2 den gewünschten Wert erreicht hat, d.h., wenn die Frequenz der Tachometerimpulsreihe T den gewünschten Wert aufweist, kann der Einstellvorgang anfangen. Dazu werden die Schalter "}>b» 37 und 38 mit Hilfe der von dem Schaltkreis 3<5 gelieferten Schaltsignale C , C„ in die in der Figur dargestellten Lagen versetzt.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird dadurch während des Einstellvorgangs statt des Servoverstärkers 25 der ServoA'erstärker 33 in die geschlossene Servoschleife eingeschaltet. Dieser Servoverstärker 33 weist eine geringere Verstärkung als der Servoverstärker 2^ auf, tind zwar derart, dass die Bandbreite der Regelschleife in diesem Falle derart gering ist, dass Signale mit Frequenzen, die gleich'oder grosser als die Frequenz sind, die der Drehzahl des Motors entspricht, keinen Einfluss auf die Regelung ausüben.

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PHIi. 9 20.2.78.

Dies bedeutet, dass bei dem Ausgangssignal des Phasenfehlerdetektors 20, das endgültig über den Differenzverstärker und den Servoverstärker 33 das Steuersignal für den Motor liefert, Änderungen mit einer Frequenz, die gleich oder höher als die Frequenz ist, die der Drehzahl entspricht, keinen Einfluss auf die Steuerung des Motors 2 ausüben.

Dies ist erforderlich, um die gewünschten Korrektursignale in der Speichervorrichtung 11 speichern zu können. Da der Motor 2 nun nicht auf starre Weise, d.h. mit einer genau konstanten Drehzahl, angetrieben wird, ist es nicht mehr genügend, die innerhalb einer Zeitdauer einer Umdrehung auftretenden Phasenfehlersignale zu speichern, weil diese Phasenfehlersignale einen beliebigen durch Änderungen der Drehzahl des Motors herbeigeführten Beitrag enthalten und dalier nicht mehr für die Abweichungen des Tachometers repräsentativ sind. Nach der Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, dass jedes der zu einem bestimmten Tacliometerimpuls gehörigen Phasenf ehlersignale über eine Anzahl von Umdrehungen des Motors·ausgemittelt wird, wodurch der von Umdrehung zu Umdrehung beliebige Beitrag infolge der Drehzahländerungen ausgemittelt wird. Dabei ist es jedoch von Bedeutung, dass die durch die Positionierungsfeliler der Markierungen auf dem Tachometer herbeigeführten Änderungen des Phasenfehlersignals von der Regelschleife nicht weggeregelt werden, was durch Beschränkung der Bandbreite dieser Regelschleife auf den

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PIiN.

20.2.78.

angegebenen Wert erreicht wird. Statt der Anordnung eines gesonderten Verstärkers 33 kann dazu selbstverständlich, auch ein Tiefpassfilter während des Abgleichvorgangs in die Rege]schleife eingeschaltet werden.

Das genannte Ausmitteln der Phasenfehlersignale wird in der dargestellten Ausführungsform dadurch erhalten, dass die gemessenen Phasenfehlersignale am Ausgang des Phase;ifehlerdetektors 20 über den während des Einstellvorgangs geschlossenen Schalter 35 dem Analog/Digitalwandler zugeführt werden, wonach die digitalisierten Signalwerte einer Addiervorrichfcung 31 zugeführt werden. Diese Addiervorrichtung 31 empfängt zugleich mit jedem auf diese Weise erhaltenen, auf einen bestimmten Tachometerimpuls bezogenen Phasenfehlersignal über den Auslesekreis 13 den Signal— inhalt der auf denselben Tachometerimpuls bezogenen Speicherstelle der Speichervorrichtung 11. Diese beiden Signale werden summiert und über den Einschreiblcreis 12 wieder in dieselbe genannte Speicherstelle eingeschrieben. Dies bedeutet, dass z.B. nach m Umdrehungen des Tachometers der Signalinhalt jeder Speicherstelle der Speichervorrichtung 11 der Summe der auf einen bestimmten Tachometerimpuls bezogenen Phasenfehlersignale über diese m Umdrehungen entspricht. Um daraus für jeden Tachometerimpuls den Mittelwert des zugehörigen Phasenfehlersignals über die Zeitdauer dieser m Umdrehungen zu erhalten, ist es nur

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PHN.

3Z 20.2.78.

erforderlich, mit Hilfe einer Teilerstufe 32 dieses Summensignal durch, einen Faktor m zu teilen.

Die Weise, auf die diese Teilung durchgeführt wird, ist u.a. von der Grosse von m und, daUJiiti zusammenhängend, von der gewünschten Genauigkeit abhängig. Wenn m verhältnismässig klein, z.B. m = 25, gewählt werden kann, kann diese Teilung auch an Hand des wieder in ein analoges Signal umgewandelten Signalwertes durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass dann dem Digital/Analogwandler 15 ein Spannungsteiler 1 : 25 nachgeordnet wird. Wenn wegen der gewünschten Genauigkeit m jedoch gross, z.B. m = 100, gewählt wird, wird diese Teilung vorzugsweise fflif digitale Weise durchgeführt. Eine einfache Weise einer Teilung kann dadurch erhalten werden, dass m gleich einer Potenz von 2,

8
z.B. 2 = 256, gewählt wird. In diesem Falle kann die Teilung dadurch erhalten werden, dass von dem Signalwert nach dem binären Code, wie aus der Speichervorrichtung 11 ausgelesen wii*d, die letzten acht am wenigsten signifikanten Bits eliminiert und die verbleibenden Bits als Dividend an den Digital/Analog-Wandler \5 weitergeleitet werden. In diesem Falle kann diese Teilung auch bereits in die Speichervorrichtung 11 eingebaut werden. Dazu ist es mir erforderlich, jede Speicherstelle in zwei Register aufzuteilen, und zwar ein erstes Register, in dem die genannten acht am wenigsten signifikanten Bits gespeichert werden,

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- 31

PH N. 891 4 20.2.78.

und ein zweites Register, in dem die verbleibenden Bits gespeichert werden. Indem beim Betrieb der·Servoregelschleife, d.h. nach Beendigung des Abgleichvorgangs, von jeder Speicherstelle nur das zweite Register ausgelesen wird, wird dann der gewünschte Dividend erhalten.

Die Schaltsignale für die Schalter 35, 37 und werden mit Hilfe des Schaltkreises 36 erhalten. Dieser Schaltkreis 36 enthält ein bistabiles Flipflop 71, das von der abfallenden Flanke des Ausgangssignals des Frequenzdetektors 39 getriggert wird, somit zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Frequenzgleichheit dex' Tachometerimpulsreihe T und des Referenzsignals R detektiert wird. Der Ausgang dieses Flipflops ist mit einem UND-Gatter 72 und einem UND-Gatter 74 verbunden. Das UND-Gatter 72 empfängt zugleich die Tachometerimpulsreihe T und ist mit seinem Ausgang an einen Zähler 73 angeschlossen, der die angebotenen Tachometerimpulse zählt und an seinen Ausgang eine logische "1" liefert, sobald die Zähllage n.m erreicht ist, d.h. nach m Umdrehungen des Tachometers, vom Anfang des Einstell-Vorgangs her gerechnet. Der Ausgang dieses Zählers 73 ist mit einem invertierenden Eingang des UND-Gatter-s 74 verbunden. Dies bedeutet, dass, solange der Zähler 73 die genannte Zähllage n.m noch nicht erreicht hat, das Ausgangssignal dieses UND-Gatters 74 die Schalter 35, 37 und 38 in der dargestellten Lage hält, während, sobald diese Zähllage

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PHN. 891²*.

erreicht ist, alle drei Schalter umklappen, wodurch von diesem Zeitpunkt an der Verstärker 25 in der Regelschleife wirksam ist tmd die Regelschleife die vollständige Bandbreite aufweist, die in der Speichervorrichtung 11 gespeicherten Korrektursignale dem Differenzverstärker Zk zugeführt werden und die Verbindung zwischen dem Phasenfehlerdetektor 20 und dem A/D-Wandler 21 unterbrochen ist. Ausserdem wird zu diesem Zeitpunkt das Flipflop 71 zurückgesetzt, Fig. 5 zeigt eine andere tieise zum Erhalten des Mittelwertes der Phasenfehlersignale über eine genügend lange Zeitdauer, die nicht notwendigerweise gleich einer ganzen Anzahl von Umdrehungen des Tachometers zu sein braucht. Der Einfachheit halber sind in dieser Figur nur die für dieses Ausmitteln wichtigen Teile dargestellt, während ausgenommen wird, dass die Kopplung mit der Regelschleife auf gleiche Weise wie in Fig. 4 stattfindet.

Der Einstellvorgang wird wieder von dem Frequenzdetektor 39 eingeleitet, d.h., dass er anfängt, wenn eine Frequenzgleichheit der Tachometerimpulsreihe T und des Referenzsignals R festgelegt wird. Die Schalter 35 und 43 nehmen dann die dargestellte Lage ein. Dies bedeutet, dass die gemessenen Phasenfehlersignale des Phasenfehler— detektors 20 über den Schalter 35, den A/D-¥andler 21 und den Einschreibkreis 12 in der Speichervorrichtung 11 ge-

ϊ5 speichert werden. Nach genau einer Umdrehung des Tachometers,

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PHN. 8914.

- 3*Γ - 35 20.2.78.

also zu dem Zeitpunkt, zu dem π Phasenfelilersignale in der Speich.ervorrich.tung 11 gespeichert sind, wird der Schalter geöffnet und der Schalter k?> geschlossen. Von diesem Zeitpunkt an wird das auf einen bestimmten Tachometerimpuls bezogene Phasenfehlersignal in einem Komparator k2 stets mit dem auf denselben Tachometerimpuls bezogenen Speicherinhalt der Speichervorrichtung 11 verglichen. In Abhängigkeit von der Tatsache, welches dieser beiden Signale den grössten Wert besitzt, liefert dieser Komparator k2 ein positives oder ein negatives Steuersignal an eine Rechnereinheit

Diese Rechnereinheit kl empfängt synchron mit dem Komparator k2 die in der Speichervorrichtung 11 gespeicherten Phasenfehlersignale, aber dann in digitaler Form. Die Rechnei^einheit ist dazu eingerichtet, je nach der Polarität des vom Komparator k2 gelieferten Steuersignals zu dem ihrem Eingang angebotenen digitalen Signal einen festen Wert zu addieren oder von diesem Signal einen festen Wert zu subtrahieren. Als fester Wert kann z.B. eine Einheit des am wenigsten·.signifikanten Bits des digital.en Signals dienen. Der auf diese Weise korrigierte digitale Signalwert wird über den geschlossenen Schalter k3 direkt wieder in die Speichervorrichtung 11 eingeschrieben. Eine Umdrehung später wird dieser Wert des gespeicherten Phasenfehlersignals wieder mit dem dann detektierten Phasenfehlersignal verglichen, was eine zweite Korrektur

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PUN. 8914. 20.2.78.

des in der Speichervorrichtung gespeicherten Signalwertes ergibt, usw. Der letzte nach einer genügend grossen Anzahl von Umdrehungen der Tachometerscheibe 5 erhaltene, auf einen bestimmten Tachometerimpuls bezogene Fert des Korrektursignals in der Speichervorrichtung 11 entspricht dann mit angemessener Genauigkeit dem Mittelwert dieses Phasenfehler— signals über diese Periode.

Nach dieser Periode enthält die Speichervorrichtung also η Korrektur-signale, die je für sich den Mittelwert der auf einen bestimmten Tachometerimpuls bezogenen Phasenfehl er sign ale über diese Periode darstellen. Am Ende dieser Periode wird der· Schalter h3 geöffnet, so dass keine weitere Korrektur der in der Speichervorrichtung 11 gespeicherten Korrektursignale mehr stattfindet. Weiter wird zu diesem Zeitpunkt der Schalter 37 geschlossen,' so dass die in der Speichervorrichtung 11 gespeicherten Korrektursignale dem Differenzverstärker Zk zur Korrektur der von dem Phasenfehlerdetektor 20 gelieferten Phasenfehlersignale zugefühx-t werden. Schliesslich wird zu diesem Zeitpunkt der Schalter in die obere Lage versetzt, wodurch der Servoverstärker in der geschlossenen Regelschleife wirksam wird, so dass von diesem Zeitpunkt an die Regelschleife mit vollständiger Bandbreite wirksam ist.

Die benötigten Schaltsignale für die Schalter 35> 37 > 38 und k'3 können wieder auf einfache ¥eise mit Hilfe

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PHN. 891 4. -3/3"- 3% 20.2.78.

logischer Schaltungen erzeugt werden. Zur Illustrierung enthält der Schaltkreis 36 ein monostabiles Flipflop 44, das von der abfallenden Flanke des Ausgangssignals des Frequenzdetektors 39 getriggert wird und dadurch die Zeitperiode für den Einstellvorgang festlegt. Das Ausgangssignal .dieses monostabilen Flipflops kann direkt als Schaltsignal für die Schalter 37 und 38 verwendet werden. Um die Schaltsignale für die Schalter¹ 35 und h3 zu erhalten, wird das Ausgangssignal des monostabilen Flipflops 44 zusammen mit der Tachometerimpulsreihe T einem UND-Gatter hp zugeführt. Der Ausgang dieses UND-Gatters ist mit einem n-Zähler 46, d.h. mit einem Zähler verbunden, der an seinen Ausgang eine logische "1" liefert, sobald seinem Eingang η Impulse angeboten sind. Der Ausgang dieses Zählers h6 ist mit einem invertierenden Eingang eines UND-Gatters verbunden, dessen anderer Eingang das Ausgangssignal des Flipflops hh empfängt. Dadurch wird ein Schaltsignal am Ausgang dieses UND-Gatters 47 erhalten, das dafür sorgt, dass der Schalter 35 nur während einer Zeitperiode geschlossen ist, die einer Umdrehung der Tachometerscheibe 5 nach dem Anfang des Einstellvorgangs entspricht. Das für den Schalter 43 benötigte Schaltsignal wird mit Hilfe eines UND-Gatters 48 erhalten, das an einem Eingang das Ausgangssignal des Flipflops 44 und an einem invertierenden Eingang das Ausgangssignal des UND-Gatters 47 empfängt.

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PHN.

- 3f 20.2.78.

Es ist einleuchtend, dass die Anwendung eines Tachometersystems nach der Erfindung in einer Servoregelschleife keineswegs auf die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist. Dies gilt sowohl in bezug aiif die Anordnung der Schalter zum Festlegen des Einstellvorgangs als auch in bezug auf die ¥eise, in der dieser Einstellvorgang durchgeführt wird, insbesondere die Weise, in der die Phasenfehler signale ausgenriittelt werden. So ist es z.B. unter Beibehaltung des Ausmittelvorgangs nach Fig. 5 auch möglich, dieses Ausmitteln an Hand der analogen Signalwerte durchzuführen. Dazu kann der Komparator h durch einen Differenzverstärker ersetzt werden, der einen Bruchteil des Differenzsignals einem Suinmator zuführt, der die Rechnereinheit 41 ersetzt und der zugleich das AiJsgangssignal des D/A-Wandlers 15 empfängt. Das summierte Signal muss dann über den Schalter kj dem A/D-Vandler 21 züge fühl't werden.

Weiter kann z.B. auch die Kopplung zwischen dem Phasenfelilerdetektor 20 und dem A/D-Yandler 21 über den Schalter 35 völlig fortgelassen werden. Xn diesem Falle wird auch wahrend der ersten Umdrehung der Tachometerscheibe nach dem Anfang des Einstellvorgangs nur ein Bruchteil der dann detektierten Phasenfehlersignale in die Speichervorrichtung eingeschrieben. Dies bedeutet, dass der Wert jedes der in der Speichervorrichtung 11 gespeicherten Signale asymptotisch zu dem Mittelwert hin geht. Wenn der

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PHN. 891 J*. - /5 - J >$ 20. 2'. 78 .

Einstellvorgang genügend lang gewählt wird, braucht dies das endgültige Ergebnis kaum zu beeinflussen. Ausserdem ■ kann erwünschtenfalls der Bruchteil des Differenzsignals, der dem bereits gespeicherten Signal zugesetzt wird, während , des Einstellvorgangs gänder.t werden, wobei insbesondere damit angefangen werden kann, einen verhältnismässig grossen Teil des Differenzsignals zu dem gespeicherten Signal zu addieren, wonach dieser Bruchteil dann allmählich oder sprungartig abnehmen kann.

Es sei no-ch darauf hingewiesen, dass bei den Vorrichtungen nach den Fig. k und 5 keine zusätzliche Tachometerscheibe 8 nach den Fig. 1 und 2 erforderlich ist, weil bei den Vorrichtungen nach den Flg. h und 5 angenommen wird, dass der Einstellvorgang jeweils beim Inbetriebsetzen der Servoregelschleife durchgeführt wird, wodurch eine vollständige Synchronisation in bezug auf die Tachometerimpulsreihe sichergestellt ist. Die Steuervorrichtung ¹^ empfängt denn auch nur die Tachometerimpulsreihe T. Wenn vermieden werden soll, dass dieser Einstellvorgang jeweils wiederholt werden muss, zu welchem Zweck z.B. die Speichervorrichtung über eine gesonderte Speisung unabhängig von dem verbleibenden Teil der Vorrichtung betrieben werden kann, um die gespeicherte Information beizubehalten, auch wenn die Servoregelschleife nicht im Betrieb ist, ist eine derartige zusätzliche Referenz wohl erforderlich.

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PHN. 8S'14. 20.2.78.

Dazu kann dann wieder eine zusätzliche Tachometerscheibe verwendet werden oder kann selbstverständlich eine der Markierungen der Scheibe 5 eine abweichende Form oder Eigenschaft aufweisen, die ein zusätzliches Steuersignal ergibt, das aus einem Impuls pro Umdrehung besteht, was dem dargestellten Signal S nach Fig. 3c entspricht.

Weiber sei noch auf die Möglichkeit hingewiesen, die Pliasenf ehlersignale in analoger Form in einer Speichervorrichtung zu speichern. Dann können die A/D- und D/A-Wandler 21 bzw. I5 fortgelassen werden. Der Nachteil einer Speichervorrichtung für analoge Signale ist im allgemeinen, dass beim Auslesen von Signalwerten die gespeicherte Information durch Verluste angegriffen wird. Dies kann bei Anwendung bekannter Schaltungen vermieden-werden, die zu regeliniissigen Zeitpunkten, insbesondere beim Auslesen, das ursprüngliche Niveau der Signalbits wiederherstellen,

Schliesslich sei noch bemerkt, dass die an Hand der Fig. h und 5 beschriebene Bestimmung des Mittelwertes der Phasenfehlersignale über eine gewisse Periode auch bei einem in der Fabrik durchgeführten Einstellvorgang verwendet werden kann . Statt des an Hand der Fig. 1 beschriebenen Einstellvorgangs wird denn auch zunächst der Mittelwert der Phasenfehlersignale über eine gewisse Zeitdauer bestimmt und werden diese Mittelwerte in der Speichervorrichtung gespeichert. Dem Nachteil, dass der Eins teilVorgang

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PHN, 20.2.78.

mehr Zeit beansprucht, steht dabei der Vorteil gegenüber, dass weniger strenge Anforderungen an die Konstante der Drehzahl, mit der das Tachometer angetrieben wird, gestellt zu werden brauchen.

Es versteht sich schliesslich, dass sich die Erfindung keineswegs auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsfonnen beschränkt. Alternative Ausfuhrungsformen in bezug auf u.a. den Schaltkreis 36, die Mittel zur Bestimmung der mittleren Werte der Phasenfehlersignale und die Speichervorrichtung mit zugehörigen Schreib- und Lesekreisen liegen für den durchschnittlichen Fachmann auf der Hand.

Die Möglichkeit, auf andere Weise die Phasenfehlersignale während der Messperiode auszumitteln, ergibt sich tim so mehl', als die dargestellte Anordnung besonders gut zur Anwendung eines programmierbaren Prozessors geeignet ist. Dieser Prozessor kann auch dann sowohl zum Festlegen der Messperiode als durch zum Ausmitteln der Phasenfehlersignale über diese Messperiode dienen.

Bei einer Versuchsanordnung wurde ein Signetics-

2650-Mikroprozesoor verwendet. Zur Erläutexmng der Wirkung bei Anwendung eines Prozessors ist in Fig. 6 das bei diesem Mikroprozessor verwendete Stroindiagramm dargestellt. Der Programmzyklus wird durch den Block 50 gestartet. Dann wird gemäss dem Block 51 zunächst an

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PHN. 20.2.78.

allen Adressen die Information "0" geschrieben. Zugleich;, wird ein Steuersignal dem Schalter 38 (Fig. k) geliefert, derart, dass dieser Schalter die dargestellte Lage einnimmt, wodurch die Servoschleife mit beschränkter Bandbreite wirk— sam ist (Flag: = 1). Schliesslich wird in ein erstes Register die Zahl m eingeschiüeben I LPC : = m "7 , wobei m der Anzahl der Umdrehungen der Tachometerscheibe während der gewünschten Mesoperiode entspricht, während in ein zweites Register die Zahl η eingeschrieben wird iLPC„: = n~j , wobei η die Anzahl von Markierungen auf der Tachometerscheibe ist.

Geniäss dem Block 52 wird der Motor auf die

gewünschte Drehzahl gebracht, d.h., dass der Programmzyklus erst fortgesetzt wird, nachdem der Motor die gewünschte Drehzahl erreicht hat. ¥enn dies der Fall ist, wird geniäss dem Block 53 die Synchronisation mit den Tachometerinipulsen bewirkt, d.h., dass beim Erscheinen eines Tachometerimpulses der Programmzyklus zum Block $k weitergeht.

Gemäss diesem Block 5^ wird beim Aufti-eten eines Tachoineterimpulses das Phasenfehlersignal abgetastet j SAM] , wird dieser Abtastwert zu dem Inhalt dei" dem betreffenden Tachometerimpuls zuerkannten Speicherstelle addiert und wird der Summenwert wieder in diese Speicherstelle eingeschrieben fsUM (LPC₂): = SUM (LPC₂) + SAmI . Zugleich wird der Inhalt des zweiten Registex-s um "1" herabgesetzt Γ LPC : = LPC „ - 1T .

L-J

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PIIK. 39'-¹K 20.2.78.

. Gemäss dem Block 55 wird dann der Inhalt des zweiten Registers geprüft. Wenn der Inhalt nicht gleich "0" ist, geht der Programmzyklus zum Block 53 weiter und wird beim Erscheinen des nächstfolgenden Tachometerimpulses die Bearbeitung gemäss dem Block $k durchgeführt. Wenn der Inhalt des zweiten Registers gleich "0" ist, geht der Programmzyklus zum Block 56 weiter. Gemäss dem Block 56 wird dor Inhalt des ersten Registers um "1" herabgesetzt J LPC^ : = LPC₁ - 1 ~j und wird der* Inhalt des zweiten Registers wieder η |LPC_?: = nj .

Gemäss dem Block 57 wird anschliessend der Inhalt des ersten Registers geprüft. Ist dieser Inhalt ungleich "0", so geht der Programrnzyklus zum Block 53 weiter. Ist dieser Inhalt gleich "0", so ist die Messperiode zu Ende und geht der Prograinmzylclus zum Block 58 weiter. Gemäss dem Block 58 wird ein Steuersignal dem Schalter 38 (Fig. h) geliefert, derart, dass dieser Schalter die nicht dargestellte Lage einnimmt und demzufolge die Servoschleife mit grosser Bandbreite wirksam ist (Flag: = θ). Zugleich wird gemäss dem Block 58 der Inhalt der dem atagenblicklich auftretenden Tachomet er imptil s zuerkannten Speicherstelle ausgelesen und durch m Γ SUM (LPG ) : = SUM (LPC„)/m"l geteilt.

Gemäss dem Block 39 wird dann wieder die Synchronisation in bezug auf die Tachometerimpulse bewirkt.

Beim Erscheinen eines Tachometerimpulses- geht der Programm-

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ί'ΗΝ. S9'»^:l· -

20.2.78.

-rf- HH

zyklus zum Block 6θ weiter. Gemäss dem Block 6θ wird der gemäss dem Block 58 berechnete Wert als Korrektursignal einem Ausgang zugeführt Γ OUTPUT SUM(LPC ) "J . Zugleich wird gemäss dem Block 6θ der Inhalt des zweiten Registers um "1" herabgesetztf LPC₂: = LPC_£ - 1 ~j .

Danach wird gemäss dem Block 61 der Inhalt dieses zweiten Registers geprüft. Wenn dieser Inhalt ungleich "0" ist, geht der Programmzyklus zum Block 58 weiter; wenn der Inhalt gleich "0" ist, geht der Programmzyklus zum Block 62 weiter. Gemäss dem Block 62 wird der Inhalt des zweiten Registers wieder gleich η gemacht J LPC„: = η J und geht der Programmzyklus wieder zum Block 59 weiter.

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Leerseite

Claims

N.V. Philips¹ 6loeJi6ir,p;r£br;:,U Eindhoven ™' ⁸⁹¹⁴*

■ . 20.2.78.

PATENTAN SPRUCHE

1. Tachometersystem zur Lieferung eines für die Anzeige von Lagen- und/oder Gescliwindigkeitsfehlern eines drehbaren Gliedes dienenden Steuersignals, das ein mit dem drehbaren Glied gekoppeltes Tachometer mit einer Anzahl in einer geschlossenen Bahn angebrachter Markierungen, mit dessen Hilfe in Zusammenarbeit mit einem Detektor η Tachometerimpulse pro Umdrehung des drehbaren Gliedes geliefert werden, und eine Korrekturschaltung enthält, mit deren Hilfe synchron mit den Tacliometerimpulsen η Korrektursignale geliefert werden, um durch u.a. Lagenfehler der Markierungen herbeigeführte Abweichungen im Steuersignal auszugleichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturschaltung mit einer Speicliervorriclitung OO mit η Speicherstellen, einem Einschreibsystem (12) mit dessen Hilfe synchron mit den Tachometerimpulsen in diesen η Speicherstellen η Phasenfehlersignale (f) gespeichert werden können, die durch Phasenvergleich der Tachometerimpulse (τ) mit einem Bezugssignal (r) erhalten sind, und einem Auslesesystem (13) versehen ist, mit dessen Hilfe synchron mit den Tachometerimpulsen (τ) diese η Phasenfehlersignale (f) ausgelesen werden können, um die η Korrektursignale zu erhalten (Fig. 1, 3)·

2. Tachometersystem nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung 0 0 ^du:rcn

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PHN. ²

•^ 20.2.78.

einen einmalig programmierbaren Lesespeicher (PROM) gebildet ist.

3. Servoregelschleife mit einem Tachometersystem nach Anspruch 1 oder 2, die weiter enthält: einen Phasenfehlerdetektor (20), mit dessen Hilfe synchron mit den Tachometeriinpulsen (τ) der Phasenunterschied zwischen diesen Tachometerimpulsen (τ) und einem Bezugssignal (r) gemessen wird und dementsprechende Phasenfehlersignale (F') geliefert werden, sowie eine Steuervorrichtung (25), mit deren Hilfe in Abhängigkeit von diesen Phasenfehlersignalen das drehbare Glied (2) angetrieben wird, dadl·^^ gekennzeichnet;, dass die Servoregelschleife weiter eine Addiervorrichtung {zh) enthält, mit deren Hilfe mit entgegengesetzter Polarität die von dem Phasenfehlerdetektor (2θ) gelieferten Phasenfehler signale (F¹) und die von der Speichervorrichtung (11) gelief eisten Korrektursignale (F) zueinander addiert werden und das Sumniensignal (F„) als Regelsignal an die Steuervorrichtung (25) geliefert wird (Fig. 2).

k. Servoregelschleife mit einem Tachometersystem nach Anspruch 1, die weiter einen Phasenfehlerdetektor (20) mit dessen Hilfe synchron mit den Tachometerimpulsen (τ) der Phasenunterschied zwischen diesen Tachometerimpulsen (τ) und einem Bezugssignal (r) gemessen wird und dementsprechende Phasenfehlersignale (F¹) geliefert werden, und eine Steuervorrichtung (25) enthält, mit deren Hilfe in

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PHN. 891^.

20.2.78.

Abhängigkeit von diesen Phasenfehlersignalen (F¹) das drehbare Glied angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (11) als ein kontinuierlich programmierbarer und auslesbarer Speicher (RAM) ausgeführt ist, und dass die Servoregelschleife weiter enthält: erste Schaltmittel (35)» mit deren Hilfe nur während einer bestimmten Messperiode der Ausgang des Phasenfehlerdetektors (20) mit der Korrekturschaltung gekoppelt wird; zweite Schaltmittel (37)» mit deren Hilfe nach dieser Messperiode der Speicher (11) mit einem ersten Eingang einer Addierschaltung (24) gekoppelt wird, von der ein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Phasenfehlerdetektors (20) verbunden ist und die dazu eingerichtet ist, die Signale an ihren beiden Eingängen mit entgegengesetzter Polarität zusammenzufügen und an ihren Ausgang als Steuersignal für die Steuervorrichtung (25) zu liefern, wobei die Korrektur-Vorrichtung Mittel enthält, mit deren Hilfe wenigstens annähernd der Mittelwert über die Messperiode jedes der auf einen bestimmten Tachometerimpuls bezogenen Phasenfehlersignale bestimmt wird; und schliesslich Mittel (33> 38), mit deren Hilfe während der Messperiode die Bandbreite der Übertragungsfunktion dieser Regelschleife auf eine Frequenz beschränkt wird, die niedriger als die Frequenz ist, die der Drehzahl des drehbaren Gliedes entspx-icht, 5· Servoregelschleife nach Anspruch k, dadurch

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. 8914. ^

20.2.78.

gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung wenigstens zur Bestimmung des mittleren Wertes der Phasenfehler— signale mit einem programmierbaren digitalen Signalprozessors versehen ist.

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