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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung und Konstanthaltung
des Verhältnisses der Drehzahlen eines Leitmotors und eines durch einen Regler gesteuerten
Antriebsmotors mit einer Analogregelung und einer überlagerten Digitalregelung mit
einem vom Leitmotor und einem vom Antriebsmotor angetriebenen Impulsgeber mit je
einem nachgeschalteten zugehörigen Zähler zur gleichzeitigen Zählung der Impulse,
wobei die von den Zählern in einer durch eine vorgegebene Impulszahl bestimmten
Zeit erreichte Impulsdifferenz gespeichert wird und dem Regler des Antriebsmotors
eine von dieser Impulsdifferenz abgeleitete Spannung über ein Integrationsglied
und einen Digital-Analog-Wandler zugeführt wird und dieser Spannung vor der Zuleitung
zum Regler des Antriebsmotors eine der Ist-Drehzahl des Antriebsmotors proportionale
Spannung und eine seiner Soll-Drehzahl proportionale Spannung überlagert wird.
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Eine solche Einrichtung ist z. B. aus dem Artikel »Drehzahlgeregelte
elektrische Antriebe«, erschienen in der Zeitschrift »Industrie-Elektrik-Elektrowelt«,
B 4, 1962, S. 53 bis 55, bekannt. Einrichtungen dieser Art werden vorzugsweise bei
Anlagen benötigt, in welchen band- oder schnurförmige Produkte durch mehrere hintereinandergeschaltete
Maschinen laufen, wobei die Drehzahlen dieser Maschinen so aufeinander abgestimmt
sind, daß sie sich während des Betriebes innerhalb gewisser Grenzen ändern lassen,
die Drehzahlverhältnisse aber unabhängig von Spannungs- und Belastungsschwankungen
der Maschineneinzelantriebe konstant gehalten oder auf vorgegebene Weise geregelt
werden können.
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In diesem Zusammenhang sei nachstehend noch auf andere bekannte Verfahren
bzw. Einrichtungen dieser Art, die das Prinzip des digitalen Vergleiches von Drehzahlwerten
benutzen, hingewiesen.
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Ein Verfahren zum Regeln des Drehzahlverhältnisses zweier oder mehrerer
Antriebseinheiten ist z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1105 962 bekannt. Bei
diesem Verfahren wird die Differenz der Drehzahlen zweier Antriebsmotoren digital
in einem Differenzzähler bestimmt, dem ein elektromechanischer Digital-Analog-Wandler
nachgeschaltet ist, dessen Ausgangssignal die Drehzahl eines der Antriebsmotoren
steuert.
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Eine weitere bekannte Anordnung zur Regelung auf konstante Drehzahlverhältnisse
ist in der deutschen Auslegeschrift 1068 035 beschrieben, bei welcher einerseits
die von Tachogeneratoren erzeugten Spannungen zweier Motoren miteinander verglichen
und die Vergleichsspannung einem Regler zugeführt wird. Außerdem wird die digital
bestimmte Differenz der Drehzahlen dieser Motoren in einem Digital-Analog-Wandler
mit nachgeschaltetem Integrationsglied in eine entsprechende Spannung umgesetzt
und diese ebenfalls dem Regler zugeführt.
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Schließlich sei noch auf den Artikel von W. Leonhard u. a., »Stetig
wirkender digitaler Drehzahlregler«, erschienen in der ETZ, A, Bd. 83 (1962), S.
381 bis 387, insbesondere Bild 1, gewiesen, aus der zur Regelung der Drehzahl eines
Motors dem Motorregler neben der Tachogeneratorspannung des zu regelnden Motors
eine der Frequenz eines Oszillators proportionale Spannung sowie die in einem Digital-Analog-Wandler
umgesetzte Differenz aus der Drehzahl des Motors und einer der Oszillatorfrequenz
einstellbar proportionalen Frequenz zugeführt wird. Bei allen diesen bekannten Verfahren
und Einrichtungen mit digitalem Vergleich der Drehzahlen bzw. Frequenzen, deren
Verhältnis konstant gehalten werden soll, müssen zur Änderung dieses Verhältnisses
Neueinstellungen im digitalen Teil der Regelschaltung vorgenommen werden, was bei
einer Fernbedienung den Nachteil hat, daß digitale Signalwerte aus der Einrichtung
herausgeführt werden müssen. Dies erfordert aber einen relativ hohen Schaltungsaufwand.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur
Regelung von Drehzahlverhältnissen zu schaffen, bei der einer Analogregelung eine
Digitalregelung überlagert ist und die, ohne die Regelgenauigkeit der Einrichtungen
dieses Typs zu vermindern, den obengenannten Nachteil der bekannten Einrichtungen
vermeidet und wobei ferner eine Fernbedienung auf einfache Weise mit geringem Schaltungsaufwand
erfolgen kann.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
der Digital-Analog-Wandler dem Differenzzähler unmittelbar nachgeschaltet ist und
eine Summenspannung aus seinem Ausgangssignal und einer von einer ersten Spannungsquelle
gelieferten einstellbaren Spannung der Integrationseinrichtung zugeführt wird, deren
Ausgangssignal der von der zweiten Spannungsquelle gelieferten, der Antriebsmotor-Ist-Drehzahl
proportionalen Spannung und der seiner Soll-Drehzahl proportionalen Spannung überlagert
wird, wobei zur Änderung des Drehzahlverhältnisses der Proportionalitätsfaktor nur
der einen der beiden drehzahlproportionalen Spannungen gemeinsam mit der ersten
einstellbaren Spannung geändert wird.
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Nachstehend werden an Hand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Signallaufplan
eines ersten Ausführungsbeispiels, F i g. 2 einen Signallaufplan eines zweiten Ausführungsbeispiels
und F i g. 3 eine mögliche Ausführungsform des Spannungsintegrators.
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Im ersten, in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Leitmotor Mo mit 10 und der vom Leitmotor abhängige Antriebsmotor M1 mit
11 bezeichnet. Geregelt wird die Geschwindigkeit des Leitmotors 10 durch den mit
20 bezeichneten Regler R., während zur Regelung der Geschwindigkeit des abhängigen
Motors M1 der mit 21 bezeichnete Regler R1 dient. Es ist dabei nicht nötig, daß
die beiden Regler R, und R1 gleich ausgebildet sind. Wie sich aus der nachfolgenden
Beschreibung ergibt, wird im allgemeinen der Regler R1 eine andere Charakteristik
aufweisen als der Regler R.. Während links von der gestrichelten Linie
1 all die Schaltelemente angeordnet sind, die zum Leitmotor gehören, sind
rechts von dieser Linie all die Schaltelemente dargestellt, die zum abhängigen Motor
gehören. Es ist dabei ohne weiteres möglich und meist auch üblich, eine Mehrzahl
von abhängigen Motoren auf die dargestellte und nachfolgend beschriebene Art und
Weise mit einem einzigen Leitmotor Mo zu verbinden, wobei sich die Drehzahlverhältnisse
zwischen dem Leitmotor und den einzelnen abhängigen Motoren frei wählen lassen.
Mit dem Leitmotor 10 ist ein als Impulsgeber dienender, mit 30 bezeichneter Tachometer
To verbunden, dessen Ausgangswechselspannung
über einen Impulsumformer
40 einem mit 50
bezeichneten Leitzähler Z, zugeleitet wird. Wenn eine
bestimmte Impulszahl, z. B. 10 000 Impulse eingezählt sind, kippt der nachgeschaltete,
mit 60 bezeichnete Speicher SPo um, und sein Ausgangssignal stoppt kurzzeitig über
ein Und-Tor 42 die Zählimpulse in den Folgezähler Z1 51 und bereitet gleichzeitig
das dynamische Tor 70 vor, damit die Rückflanke des Zählimpulses über dieses Tor
70 einerseits den Speicher 60 zurückstellt und andererseits den Inhalt des nachfolgend
beschriebenen Folgezählers Z1 in den Speicher SPi 61 transferiert und den Zähler
Z1 selbst wieder auf seinen Ausgangswert setzt.
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Die vom Tachometer To erzeugte Wechselspannung wird in einem Gleichrichter
80 in eine der Drehzahl des Leitmotors proportionale Gleichspannung umgewandelt,
die dem Mischpunkt 90 zugeführt wird, dem des weiteren eine am Potentiometer 2 abgreifbare
Spannung zugeleitet wird. Mit der am Mischpunkt 90
resultierenden Spannung
wird dann über den Regler R, die Drehzahl des Leitmotors Ma eingestellt.
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Die Geschwindigkeit des abhängigen, mit 11 bezeichneten Antriebsmotors
M1 wird, wie bereits vorstehend erwähnt, durch den mit 21 bezeichneten Regler R1
geregelt. Der Motor Ml treibt einen als Impulsgeber dienenden, mit 31 bezeichneten
Tachometer T1 an, dessen Zählimpulse über einen Impulsumformer 41 und das Und-Tor
42 dem mit 51 bezeichneten Folgezähler Z1 zugeleitet werden. Wenn dieser Motorzähler
51 vom dynamischen Tor 70
Signal erhält, wird sein Inhalt in den mit
61 bezeichneten Speicher Spl transferiert, und er selbst wird wieder auf den Anfangswert
zurückgestellt, während gleichzeitig das Und-Tor 42 geschlossen wird. Der Anfangswert
läßt sich zweckmäßigerweise durch die mit 73 bezeichnete Drehzahleingabe E selbsttätig
eingeben. Der Zahlwert dieser Drehzahleingabe wird beim Zusammenbau der Maschinen,
deren Drehzahlverhältnis konstant zu halten ist, eingestellt. Es hat sich als zweckmäßig
erwiesen, für die Zähler Binärzähler zu verwenden. So kann man z. B. einen Folgezähler
mit einem Fassungsvermögen von 16383 = 2i4-1 verwenden und den Leitzähler so einstellen,
daß er 10 000 Impulse zählt. Soll der Folgezähler gleich viele Impulse zählen, so
kann man mit der Zahl 6256 beginnen, und demnach sollte nach Beendigung der Meßperiode
dieser Folgezähler auf 16 256 = LLLLLLL0000000 stehen. In den Speicher Spi
überträgt man nun nur die hinteren acht Binärstellen, also die Zahl 128 = L0000000,
falls die Ist-Impulszahl mit der Soll-Impulszahl übereinstimmt. Im nachgeschalteten
Digital-Analog-Wandler 62 wird dieser übertragene Zahlwert als Spannung U,
1 ausgewertet, die dem Mischpunkt 63 zugeleitet wird. Diesem Mischpunkt wird
des weiteren eine vom Potentiometer 64 bezogene Kompensationsspannung
Up, zugeleitet, die dann der Spannung U, i entgegengesetzt gleich sein muß,
wenn der Ist-Wert mit dem Soll-Wert übereinstimmt, so daß am nachgeschalteten Analog-Integrator
65 keine Eingangsspannung liegt und seine Ausgangsspannung Ukorr i konstant bleibt.
Die F i g. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Analog-Integrators 65: ein
Servomotor 66, dessen eine Anschlußklemme über einen Unterbrecher 67 mit dem Mischpunkt
63 und dessen andere Anschlußklemme mit der Erde verbunden ist, dient zum Verstellen
des Abgriffs 68 eines Feinschleifwiderstandes 69, dessen Mitte geerdet und dessen
beide Endanschlüsse mit einem Speisegerät 80 verbunden sind, dessen Spannung zur
Drehzahl des Leitmotors Mo proportional ist.
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Falls der Ist-Wert vom Soll-Wert verschieden ist, wird beim Meßzeitende
am Mischpunkt 63 eine Spannung U, 1 anstehen, die der digital erfaßten Regelabweichung
proportional und je nachdem größer oder kleiner als die Kompensationsspannung
Up, ist. Die Differenz dieser beiden Spannungen wird dann während der nächsten
Meßperiode im Integrator 65 aufintegriert. Die mit 53 bezeichnete Logik L stellt
am Ende jeder Meßzeit fest, ob der Folgezähler 51 am Ende der Meßzeit eine Zahl
erreicht hat, die zwischen 1.6128 und 16 384 liegt. Hat der Folgezähler 51 die Zahl
16128 nicht erreicht, so wird der Digital-Analog-Wandler 62 auf den Wert ausgesteuert,
der dem Wert 0 entspricht und so lange auf diesem Wert gehalten, bis der Zähler
bei Ende einer Meßzeit diesen unteren Grenzwert erreicht hat. Stellt jedoch die
Logik 53 fest, daß die Zahl 16 384 überschritten worden ist, so wird der Digital-Analog-Wandler
bei Ende der Meßzeit auf einen Wert, der der Zahl 255 entspricht, ausgesteuert
und so lange auf diesem Wert gehalten, bis der Zähler bei Ende der Meßzeit eine
Zahl erreicht hat, die kleiner ist als 16 384. Selbstverständlich lassen sich je
nach den Bedingungen die Zählwerte beliebig wählen. Die vorstehenden Angaben zeigen
nur beispielsweise, wie man arbeiten kann, um den apparativen Aufwand möglichst
gering halten zu können.
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Am Mischpunkt 91 steht die vom Analog-Integrator 65 kommende Korrekturspannung
Ukorr i sowie die vom Gleichrichter 81 kommende, der Motordrehzahl proportionale
Ist-Spannung Utst i sowie die vom Potentiometer 92 kommende Spannung Usott
1 an. Die aus diesen drei Spannungen resultierende Spannung dient dazu, den
Regler 21 zu steuern. Wie man aus der Zeichnung ersehen kann, ist das eine
Ende des Potentiometers 92 geerdet, das andere an den beweglichen Abgriff des Potentiometers
93 angeschlossen, dessen eines Ende ebenfalls geerdet ist, während sein anderes
Ende mit dem Abgriff des Potentiometers 2 verbunden ist. Wesentlich für die erfindungsgemäße
Apparatur ist die Gesamtheit der innerhalb des Rahmens 3 dargestellten Bestandteile,
die gebildet wird durch den Digital-Analog-Wandler 62, die Potentiometer 64 und
92 sowie den Analog-Integrator 65 und die beiden Mischpunkte 63 und 91, wobei der
Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 62 und der verstellbare Abgriff des Potentiometers
64 auf den Mischpunkt 63 geführt und dieser über einen Unterbrecher 67 mit
dem Eingang des Analog-Integrators 65 verbunden ist, dessen Ausgang zum Mischpunkt
91 geführt ist, wohin auch der Ausgang des Gleichrichters 81, der eine zur Ist-Drehzahl
proportionale Spannung liefert, und der verstellbare Abgriff des Potentiometers
92 geführt sind, an welchem eine zur Soll-Drehzahl proportionale Spannung liegt.
Der Abgriff des Potentiometers 92 läßt sich nun zur Änderung des Drehzahlverhältnisses
zwischen dem Antriebsmotor 11 und dem Leitmotor 10 verstellen, und
zwar, wie das aus der Zeichnung ersichtlich ist, nur gemeinsam mit dem Abgriff des
Potentiometers 64.. Damit während dieses Verstellens weder eine übersteuerung noch
Schwingungen in der Steuerung auftreten, wird beim Verstellen der beiden miteinander
verbundenen Potentiometer 64 und 92 der Unterbrecher 67 geöffnet und erst dann wieder
geschlossen,
wenn nach der Vornahme dieser Spannungsänderung mindestens
eine ganze Meßperiode abgelaufen ist.
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Zum Einstellen der Grunddrehzahl des mit 11 bezeichneten Antriebsmotors
Ml werden die Abgriffe der beiden Potentiometer 64 und 92 in ihre Mittelstellung
gebracht. Am Potentiometer 2 wird die mittlere Drehzahl des Leitmotors 10 eingestellt.
Der Schalter 67 wird geöffnet, wodurch die Digitalregelung ausgeschaltet ist und
nur die Analogregelung arbeitet. Nun wird durch Verstellung des Abgriffes am Potentiometer
93 die gewünschte mittlere Drehzahl des Motors 11 eingestellt. Des weiteren
wird in der mit 73 bezeichneten Eingabevorrichtung E die Impulszahl eingestellt,
bei der der Motorzähler 1 zu zählen beginnt. Nun kann der Schalter 67 geschlossen
werden, und die Anlage ist betriebsbereit. Durch Ändern des Potentiometers 2 werden
die Drehzahlen der beiden Motoren Mo und Ml geändert, wobei jedoch das eingestellte
Drehzahlverhältnis erhalten bleibt. Durch Veränderung der Abgriffe an den Potentiometern
64 und 92 wird das Drehzahlverhältnis geändert.
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Während zur Änderung des Drehzahlverhältnisses der über den Mischpunkt
63 mit dem Analog-Integrator 65 verbundene Abgriff des Potentiometers
64
gemeinsam mit einer Spannung geändert werden muß, die mit der Soll- oder
der Ist-Spannung proportional ist, wird in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
zur Änderung des Drehzahlverhältnisses die Soll-Spannung mittels des Potentiometers
92 geändert. Aus dem zweiten, in der F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist ersichtlich, daß man an Stelle einer Soll-Spannungsänderung auch eine Ist-Spannungsänderung
vornehmen kann. In dieser Figur sind daher a11 die Schaltelemente, die mit den Schaltelementen
des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet,
und es wird zu ihrer Erklärung auf die vorstehende Beschreibung verwiesen. Wie man
sieht, stimmen die mit dem Leitmotor Ma zusammenhängenden Teile genau mit den Teilen
des ersten Ausführungsbeispiels überein. Bei den Steuerorganen für den abhängigen
Motor M, treten an Stelle der Potentiometer 92 und 93 die Potentiometer 94 und 95,
mittels welchen die zur Drehzahl des abhängigen Motors M1 proportionale Spannung
Utst x verändert werden kann. Der Abgriff des einen dieser Potentiometer, nämlich
des Potentiometers 94, ist mechanisch mit dem Abgriff des Potentiometers 64 verbunden,
so daß die beiden Spannungen sich nur gemeinsam ändern lassen. Da im übrigen die
Funktionsweise der beiden Ausführungsbeispiele identisch ist, erübrigt sich die
Angabe weiterer Einzelheiten, wobei nur der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen
wird, daß auch hier zweckmäßigerweise während des Verstellens der Potentiometer
der Schalter 67 geöffnet wird und geöffnet bleibt, bis mindestens eine Meßperiode
nach dem Verstellen verstrichen ist.