DE1438843A1

DE1438843A1 - Servogesteuerter Bandantriebsmechanismus

Info

Publication number: DE1438843A1
Application number: DE19631438843
Authority: DE
Inventors: Abraham Lichowsky
Original assignee: Ampex Corp
Current assignee: Ampex Corp
Priority date: 1962-06-01
Filing date: 1963-05-31
Publication date: 1968-12-05
Also published as: NL124927C; US3215918A; NL293528A; CH413979A; DE1438843B2; GB989458A

Description

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AIiPSX CORPORATION, 834 Charter Street, Redwood City, California

ServogeSteuerter Bandantriebsmechanismus

Bie Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Geschwindigkeitssteuerung eines Elektromotors, insbesondere auf eine Anordnung zur Einregelung jeder Motordrehzahl, die aus einer vorgegebenen Anzahl möglicher Drehzahlen ausgewählt ist.

Bei Antriebsvorrichtungen für Magnetbandtransportmechanismen oder für ähnliche Verwendungszwecke ist es von großer Bedeutung, die gewählte Geschwindigkeit möglichst konstant zu halten. Außerdem, ist es wünschenswert, diese Geschwindigkeit innerhalb kürzester Zeit verändern und wieder einregulieren zu können, da der Bandtransport bei verschiedenen Geschwindigkeiten vorgenommen werden kann.

Es sind bereits Anordnungen zur Steuerung der Drehzahl eines Elektromotors bekannt. Im allgemeinen ist die Anwendung von Gleichstrommotoren für solche Fälle besser geeignet, bei denen die Drehzahl über einen weiten Bereich veränderlich sein soll, während Wechselstrommotor den Vorteil haben, eine im wesentlichen konstante Drehzahl entsprechend άβτ ,^ψβμ^&ζ derWechsels tromquelle zu liefern. Will man die

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Vorteile beider Motore in einer Steuervorrichtung vereinigen, so treten hierbei einige Probleme auf. Dies gilt ga»z besonders dann, wenn diese Steuervorrichtung für einen Magnetbandtransport verwendet werden soll, bei dem kleinste Veränderungen der Drehzahl als Verzerrungen der auf dem Band aufgenommenen oder wiedergegebenen Signale in Erscheinung treten.

Die bisher bekannten Vorrichtungen zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Magnetbandmechanismus sind noch nicht ganz zufriedenstellend. Ihre Leistungsfähigkeit ist im allgemeinen entweder durch den mit ihnen erreichbaren Geschwindigkeitsbereich oder durch eine ungenügende Regelung des Antriebsmechanismus bei vorgegebenen Betriebsgeschwindigkeiten begrenzt. In der Bandaufnahmetechnik ist es im allgemeinen üblich, bei der Bestimmung des Geschwindigkeitsbereichs eines Bandaufnahmegeräte jeweils binäre Vielfache der kleinsten Geschwindigkeit anzugeben (dies wird manchmal in Oktavzahlen angegeben). Hat ein Bandgerät sechs Betriebsgeschwindigkeiten, dann beträgt sein Arbeitsbereich 5 Oktaven. Mit der wachsenden Verwendung von Magnetbändern für die Aufzeichnung aktueller Geschehnisse und für datenverarbeitende Geräte ist es wichtig, die oben beschriebenen Nachteile der bisher bekannten Bandantriebsvorrichtungen zu überwinden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte geschwindigkeitsgesteuerte Vorrichtung für den

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Antrieb eines Bandtransportmechanismus zu schaffen. Diese Vorrichtung soll dazu geeignet sein, eine große Anzahl verschiedener wählbarer Drehzahlen zu liefern und eine verbesserte Einregelung dieser verschiedenen Drehzahlen zu ermöglichen. Ferner soll die Wiedergabe verbessert und
eine gute Steuerung bei dem Wechsel zwischen verschiedenen Geschwindigkeitseinstellungen des Transportmechanismus
vorgesehen sein.

Erfindungsgemäß besteht der Bandantriebsmechanismus aus einem Antriebselektromotor, dessen Drehzahl durch Kombination von zwei Maßnahmen steuerbar ist. Diese Maßnahmen betreffen einerseits die Steuerung der Bremskraft und
andererseits die Steuerung der elektrischen Erregung des Motors nach Maßgabe von Signalen, aus einem Rückkopplungskreis. Auf diese Weise wird ein Gegentakteffekt erreicht, bei dem sich die jeweiligen Besonderheiten der einzelnen Steuermaßnahmen zweckmäßig kompensieren, so daß die Beziehung zwischen der Änderung des Riickkopplungssignales und der Änderung der Motorleistung proportional wird und dadurch verbesserte Resultate herbeigeführt werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der
Motor eine Hysterese-Bremse im Rückkopplungskreis auf,
der mit einem üPaohometer auf der Ausgangswelle zur Regelung der Geschwindigkeit gekoppelt ist. Außerdem ist der Rüokkopplungekreis mit einer steuerbaren Impedanz gekoppelt,

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die mit den Antriebswicklungen in Reihe geschaltet ist. Der Rückkopplungskreis enthält außerdem Drehzahlwähler und Komparatorkreise, über die sowohl dl,e Höhe der Impedanz und des Stromes in der Hysteresebremse in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitseinstellung des Drehzahlwählers und der Tachometersignale, die die tatsächliche Motordrehzahl angeben, gesteuert werden. Ein Komparatorkreis, der sogenannte Zeitbasiskomparator, sendet ein Fehlersignal aus, das die Abweichung von einer festgesetzten Bezugszeit für die Grobregelung der gewählten Geschwindigkeit angibt. Ein weiterer Komparatorkreis, der sogenannte Phasen-

komparator, sendet ein Fehlersignal aus, das die Phasenverschiebung gegenüber einer vorgegebenen Standardfrecjuenz, die beispielsweise 60 Hertz betragen kann, angibtβ Das . Pehlersignal des Phasenkomparator übernimmt die Steuerung der Motordrehzahl, während das Zeitbasiskomparatorsignal einen Gleichgewichtszustand einregelt und damit eine Peineinregulierung der gewählten Geschwindigkeit bewirkt.

Auf diese Weise kann die Drehzahl der Motorwelle sehr fein reguliert werden. Weiterhin soll die Motorantriebsvorrichtung bei Spitzengeschwindigkeiten arbeiten, um eine Steuerung bis zu sehr wenigen Umdrehungen pro min. zu erhalten. Sie ist daher über einen sehr weiten Geschwindigkeitsbereich verwendbar. Ihr Anwendungsbereich ist allein durch die Auflösung des Tachometers und durch die Synchrongeschwindigkeit des Motors begrenzt. Gleichzeitig

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erhält man eine außerordentlich gute Geschwindigkeitsregelung für jede der vielen innerhalb dieses Bereiches wählbaren Geschwindigkeiten. Der Motor arbeitet innerhalb dieses Bereiches mit praktisoh konstanter Leistung und mit relativ kleinen Änderungen des Energieverbrauches bei den verschiedenen Geschwindigkeiten. Zusätzlich wird.durch die verbesserte Linearität der Abhängigkeit zwischen der Abweichung der Ausgangsleistung und dem Fehlersignal des Bückkopplungskreises eine verbesserte Steuerung der Motordrehzahl geliefert.

Eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt einen Hysteresebremseffekt in den Motorantriebswicklungen in Verbindung mit der Steuerung der Wechselstromquelle, die an diesen Wicklungen liegt. Hierbei wird ein Hysteresemotor verwendet, dessen Rotor teilweise aus Eisenkobalt besteht, um auf Grund der Hysteresecharakteristik dieses Materials eine synchrone Arbeitsweise zu erhalten. Ein Diodengleichrichter und ein siliziumgesteuerter Gleichrichter sind zueinander gegensinnig parallel angeordnet und mit der Motorwicklung in Reihe geschaltet. Die Steuerelektrode des siliziumgesteuerten Gleichrichters liegt im Ausgang des Rückkopplungskreises, so daß die Leitfähigkeit des BiIiziumgesteuerten Gleichrichters durch die Größe des Fehlersignals gesteuert wird. Bei dieser Anordnung enthalten die der Motorwicklung zugeführten Impulse sowohl Gleichstrom- wie auch Wechselstromkomponenten, deren relative

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Höhe sioh in Abhängigkeit von dem Fehlersignal aus dem Rückkopplungskreia ändern, um eine Bremskraft hervorzurufen, die im umgekehrten Verhältnis zur Höhe der Wechselstromerregung steht. Eine derartige Steuerung der Gleichstrom- und Wechselstromkomponenten der an die. Motorwicklung angelegten Spannung liefert einen Gegentakteffekt, durch den sich die Wirkungen der einzelnen Komponenten etwa gegenseitig kompensieren und eine bessere Proportionalität zwischen dem Fehlersignal und der Drehzahlabweiohung und damit für die Änderung der Motordrehzahl ergeben· Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Figuren.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung in Kombination mit einem Blockdiagramm der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 3 gibt eine Reihe verschiedener Impulsfolgen wieder;

Fig. 4 zeigt eine Schaltung, die einen Teil der in Fig. 2 dargestellten Schaltung ersetzen kann₀

Das Blockdiagramm in Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eines Bandtransportmechanismus. Ein Antriebsmotor 10 ist mit einem Tachometerlaufrad 12 gekoppelt. Die Bandbewegung

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wird über einen rotierenden Kapstan (nicht dargestellt), der als Fortsetzung der Motorantriebswelle ausgebildet sein kann, erhalten. Das Taehometerrad 12 kann als Schwungrad ausgebildet sein, mit einer Anzahl regelmäßiger Schlitze auf seinem Umfang, um eine Veränderung der induktiven Kopplung des Tachometerabnehmers bei Drehung des Rades 12 zu erhalten. Der Antriebsmotor 10 hat drei Wicklungen 14, 15 und 16. Die Wicklungen 14 und 15 liegen an einer Wechselstromquelle und treiben den Motor 10-. Ein Kondensator 17 ist mit der Wicklung 15 in Reihe geschaltet, um eine Phasenverschiebung in den Feldern der Wicklungen 14 und 15 zu bewirken. Die Wicklungen 14 und 15 liegen in Reihe mit der Wicklung 19 eines Transformators Die Wicklung 16 dient als Bremswicklung für den Rotor des Motors 10,oder sie kann als Teil einer Hysteresebremseinheit mit der Motorwelle gekoppelt sein.

Der Umdrehungsgeschwindigkeit des Tachometerrads entsprechende Signale werden von dem Tachometerabnehmer 20 ausgesendet und einem Vorverstärker 22 zugeführt, von da werden sie weiter über einen Schmitt-Trigger 24, der sie in Rechteckform bringt, einer Anzahl binärer Untersetzerstufen 26 bis 30 zugeleitet, von denen jede ein Ausgangssignal mit der halben Impulsfrequenz erzeugt. Dieses Ausgangssignal besteht aus binären subharmonisehen Teilschwingungen der vom Tachometerabnehmer 20 ausgesandten Impulsfrequenz.

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Von dem Kippkreis und den einzelnen binären Untersetzern 26 Ms 30 führen Verbindungen zu Kontakten eines Drehzahlwählers 32. Jede dieser Verbindungen entspricht einer wählbaren Motordrehzahl. Von dem Läufer 33 des Drehzahlwählers 32 führt eine Verbindung zu einem Zeitbasiskomparator 34 und zu einem Phasenkomparator 35» der mit einem Frequenznormal 37 verbunden ist. Der Ausgang des Zeitbasiskomparators 34 wird über ein Filter 36 einem G-leichstromservoverstärker 38 zugeführt. Entsprechendes gilt für den Ausgang des Phasenkomparator 35. Dem Servoverstärker 38 wird ein, Bezugssignal zugeführt. Sein Ausgangssignal ist durch die Differenz zwischen den von den Komparatoren 34 und 35 erhaltenen Signalen und dem Bezugssignal gegeben. Das Auegangssignal des Servoverstärkers 38 wird einem Steuerverstärker 40 zugeführt, der parallel zur Bremswicklung 16 liegt. Eine Gleichrichter- und Filterstufe 42 liegen im Ausgang des Steuerverstärkers 40 und überbrücken die Bremswicklung 16 und die Wicklung 43 des Transformators 18.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird ein im wesentlichen sinusförmiges Ausgangssignal von dem Abnehmer 20 des Tachometers 12 ausgesandt. Dieses Signal entspricht der Drehzahl der Motorwelle und der Anzahl der am Umfang des T_achometerrades 12 befindlichen Zähne· Dieses Signal wird im Vorverstärker 20 so verstärkt, daß seine Flanken steiler verlaufen. Das Signal weist somit als Folge von Sättigungseffekten eine abgeschnittene sinusähnliche

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Wellenform auf. In der Schmitt-Kippstufe 24 wird dieser Wellenzug in Rechteck-'impulse umgeformt. Die Impulsfolge aus der Kippschaltung 24 kann direkt auf den Zeitbasiskomparator 34 gegeben werden oder ihre Freuqenz kann vorher unterteilt werden je nach Stellung des Drehzahlwählers 32· Se soll betont werden, daß das Signal am Drehzahlwähler 32 bei jeder beliebigen Drehzahl dieselbe nominale Grunäfrequenz hat, sobald der Antriebsmotor 10 bei dieser Geschwindigkeit stabilisiert ist.

Der Zeitbaeiekomparator 34 enthält ein festes Verzögerungsnormal und sendet symmetrisch modulierte Rechteckimpulse aus als Folge des Vergleichs der Phase des Signals am Eingang des Zeitbasiskomparatore mit derjenigen seines eigenen Verzögerungszeitnormals. Die symmetrisch modulierte Impulsfolge enthält eine Gleichstromkomponente mit einer solchen Polarität und Größe, die dazu geeignet ist, die Motordrehzahl mit der Soll-Drehzahl in Übereinstimmung zu bringen. Das Ausgangssignal des Zeitbasiskomparators 34 wird durch das Tiefpassfilter 36 gefiltert, wobei die Bandbreite des Fehlsignals so weit eingeschränkt wird, daß die Grund- und harmonischen Schwingungen des Zeitbaiskomparators, die der Solldrehzahl entsprechen, und das unerwünschte hohe Frequenzgeräusche ausgefiltert werden. Die Gleichstromkomponente und die restlichenNiederfrequenzkomponenten entsprechen dem Verhalten der Motorwelle und werden dem Seryover stärker^ 38 .zum Vergleich mit einer Asten Bezugsspannung in einem Differentialverstärker, der

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ein Seil des Servoverstärkers 38 ist, zugeführt» Dem dem Verstärker 38 zugeführten Signal ist das Phasenfehlersignal aus dem Phasenkomparator 35 überlagert. Die verstärkte Potentialdifferenz repräsentiert die Fehlerspannung und wird dem Steuerverstärker 40 zur Steuerung der inneren Impedanz zugeführt. Da dieser Verstärker 40 parallel zur Bremswicklung 16 und parallel zu einem Gleichrichter und einer Filterstufe 42 mit einer relativ hohen Impedanz liegt, bedingt jede Verminderung der Impedanz des Steuerverstärkers 40 eine Verminderung des Stromes in der Bremswicklung 16 und damit eine Verminderung der Bremsleistung. Gleichzeitig dient dieser Effekt dazu, die Impedanz der Sekundärwicklung 43 des Transformators 18 und der Wicklung 19 in Reihe mit der Motorantriebswicklung 14 und 15 zu vermindern und so ein verstärktes Beschleunigungsmoment an den Wicklungen 14 und 15 zu erzeugen. Die'Folge ist ein Anwachsen der Motordrehzahl in Übereinstimmung mit dem Fehlersignal der beschriebenen Polarität.

Sollte die gemessene Fehlerspannung, die vom Servoverstärker 38 an den Steuerverstärker 40 gelangt.von entgegengesetzter Polarität sein, dann wird die Impedanz des Verstärkers 40 vergrößert, und der Strom in der Bremswicklung 16 wird verstärkt, so daß ein größeres Bremsmoment entwickelt wird. Umgekehrt verursacht eine wachsende Bremsleistung eine Abnahme der Erregung in den Wicklungen 14 und 15, demnach wird ein verringertes Beschleunigungsmoment

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durch das Anwachsen der Impedanz der Transformatorwicklung 19 bewirkt. Als Folge hiervon wird die Drehzahl des Motors 10 auf einem konstanten Wert gehalten, wie er durch die Einstellung des D_rehzahlwählers 32 und die Verzögerung des Zeitbasiskomparators 34 festgelegt wurde.

Das Zusammenwirken der Bremswicklung 16 und der Impedanz der Transformatorwicklung I9 mit den Antriebswicklungen 14 und 15 ergibt den Vorteil eines im wesentlichen linearen Zusammenhangs zwischen der Fehlerspannung und dem Korrekturmoment am Motor 10. Dadurch wird ermöglicht, eine hohe Dämpfung des elektromechanischen Teils des Systemses zu erhalten und sowohl die Spitze wie auch den mittleren Energieverlust innerhalb des Systems soweit zu vermindern, daß eine Steuerung über den ganzen Gesohwindigkeitsbereioh möglich ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt, daß die Motorbremswioklung 16 und die Energiezufuhr an der Wicklung 14 und 15 in Gegentakt arbeiten, damit eine lineare Steuerung des Motordrehmoments erreicht wird. Eine Motorsteuerung folgt an und für sich einer quadratischen Charakteristik, die besondere Probleme für die Ausbildung eines Servokreises stellt. Verwendet man jedoch die beiden genannten Maßnahmen zusammen, so kompensieren sich deren beide Charakteristiken und liefern die gewünschte lineare Beziehung, und es ergeben sich die Vorteile einer Gegentaktschaltung. Ferner wird hierdurch eine beträchtliche Dämpfung

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in das elektromechanisch^ System gebracht und die Stabilität des Servofcreises verbessert SchlieBlich wird der Erregerstrom der Bremswicklung 16 aus der Wechselstromq.uelle über den Transformator 18 und den Gleichrichter erhalten. Gleichzeitig dient der Transformator 18 dazu, die an die Motorwicklungeil 4 und 15 gelieferte Spannung mittels des T_ransformatorbelaatung8kreises zu steuern, der auf die in Serie geschaltete !Primärwicklung 19 einwirkt. Auf diese Weise wird eine Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung erreicht. <

Einzelheiten der Schaltung gehen aus Fig. 2 hervor. Hier wird die mechanische Kopplung zwischen dem Motor 10 und dem Tachometerrad 12 durch eine gestrichelte linie angedeutet. Bas durch die Umdrehung des Tachometerrades 12 ■gelieferte Signal wird von dem Abnehmer 20, der als Spule am Umfang des Tachometerrades 12 ausgebildet ist, aufgenommen. Dieses Signal wird in einem Vorverstärker 22, bestehend aus zwei Transistoren 122 und 123 verstärkt· Daa Signal am Kollektor des Transistors 123 wird auf den Eingang dee ersten Transistors 124 gegeben, der mit einem zweiten Transistor 125 in. einer Schmitt-Kippschaltung 24 zusammengeschaltet ist. Die Kippspannung des Transistors 124 wird über ein Vorspannungspotentiometer 110 eingeregelt.

Eine Anzahl binärer freqLuenzunteraetzer 26 bis 30 sind in Reihe hinter dem Transistor 125 angeordnet* Diese

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Untersetzer sind unter sich gleich. Es wird daher nur einer dieser Untersetzer im einzelnen näher beschrieben. Der erste Untersetzer 26 besteht aus zwei Transistoren 126 und 127 in bistabiler Kippschaltung. Positive Impulse von dem Kollektor des Transistors 125 werden an die Eingänge der Transistoren 126 und 127 über Kondensatoren 128 und 129 und Dioden 130 und 131 geliefert. Jeder so eingeführte Impuls schaltet jeweils den gerade in einem leitenden Zustand befindlichen Transistor 126 oder 127 ab, und der nichtleitende Transistor wird in einen leitenden Zustand versetzt. Jeder positive Impuls am Kollektor des Transistors 125 erzeugt so eine Ausloesung des bistabilen Kreises 26. Zwei ganze Schwlngungaiam Eingang des Kreises 26 ergeben so eine ganze Schwingung am Ausgang. Jeder binäre Untersetzer 26 bis 30 bewirkt eine Halbierung der frequenz, so daß die durch diese Vorrichtung erreichbare Geschwindigkeit für den Bandtransportmechanismus, beispielsweise zwiscHen 15/64 inch/sec. bis 7 - 1/2'inch/sec. in Vielfachen von 2 liegen (siehe Pig. 1).

Dae vom Drehzahlwähler 32 abgegriffene Signal wird dem Zeitbasiskomparator 34 mit den Transistoren 134 und 135, einem Verzögerungszeitnormal aus einem Transistor 136, der mit dem Transistor 134 zusammenarbeitet, zugeführt. Der Kreis des Transistors 136 arbeitet wie eine Kippstufe und liefert ein stabiles Zeitnormal für den Komparatorkreis, der aus den Transistoren 134 und 135 besteht. Das Zeitnormal

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Eingang des Transistors 134 geliefert wird. Die Impulse der Sorte B folgen den entsprechenden Impulsen der Sorte A zeitlich nach. Der Wellenzug C entspricht der am Kollektor des Transistors 134 "befindlichen Spannung, die an den Eingang des Filters 36 geliefert wird. Die Breite der positiven Impulse in dem Wellenzug C entspricht der Verzögerungszeit zwischen den entsprechenden Impulsen der Sorte A und B. Durch Filterung des Wellenzugs der Sorte C ergibt sich am Punkt A der Fig. 2 ein Signal mit negativer Gleichstromkomponente, siehe Wellenzug D. Dieses Signal wird auf den Servoverstärkertransistor 139 zum Vergleich mit dem festen Bezugspotential aus dem Transistor 138 gegeben. Das sich daraus ergebende Fehlersignal wird über eine Zener-Diode 108 auf den Steuerverstärker 40 gegeben, der aus den Transistoren 140 und. 141 für die Steuerung des Stromes in der Bremswicklung 16 aus dem Gleichrichter und dem Filter 142, aus den Dioden 142, 143, 144 und 145 besteht. Gleichzeitig erzeugt die Impedanz der Wicklung 19» die durch die Belastung der Wicklung 43 des Transformators 18 gesteuert ist, eine korrespondierende Änderung des Stromes in den Erregerwicklungen 14 und 15 in dem Sinn, daß der Motor 10 seine Drehzahl solange vergrößert, bis sie der Solldrehzahl des Drehzahlwählers 32 gleich ist.

Die Wellenzüge E, F, G und H entsprechen den Wellenzügen A, B, 0 und D mit dem Unterschied, daß diese Wellenzüge einer Abnahme der Drehzahl des Motors 10 entsprechen·

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dee Transistors 136 kann innerhalb eines vorgegebenen Bereiches über ein Potentiometer verändert werden. Jedoch wird während des normalen Betriebs die Verzögerung dieses Kreises festgehalten. Die Transistoren 134 und 135 sind bistabil mit dualen Eingängen. Der eine stabile Zustand dieses bistabilen Kreises wird durch das Signal aus dem ßeschwindigkeitswähler 32 und sein anderer stabiler Zustand durch das Signal aus dem Transistor 136 hergestellt.

Die Arbeitsweise des Zeitbasiskomparators 34 geht aus den in Fig. 3 dargestellten Wellenzügen hervor. Der Wellenzug A zeigt eine Signalfolge, die dem Transformator 135 über den Läufer 33 des Drehzahlwählers 32 zugeführt wird. Diese Signale entsprechen einem Anwachsen der Geschwindigkeit, wenn der Motor 10 auf eine höhere Drehzahl eingestellt wird. Jedes dieser Signale dient dazu,* den für gewöhnlich in leitendem Zustand befindlichen Transistor 135 zu sperren und darauf den gesperrten Transistor 134 zu öffnen. Tritt der Transistor 134 in Betrieb, so gelangt eine negative Spannung von seinem Kollektor an den Eingang des Transistors 136. Dieses Potential wird durch ein RC-ölied im Eingang des Transistors 136 verzögert und nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit als positives Signal an den Eingang des Transistors 134 gegeben. Darauf wird der Zeitbasiskomparator 134 wieder in seinen ursprünglichen Zustand versetzt. Der Wellenzug B zeigt eine Impulsfolge, die .von dem Kollektor des Transistors 136 an den

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In jedem lall- wird ein Fehlersignal einer Polarität erzeugt, die die Richtung der zu bewirkenden Geschwindigkeitsänderung anzeigt und deren Amplitude sich verringert, wenn sich die Motorgeschwindigkeit der gewählten Geschwindigkeit angleicht. Nähert sich das fehlersignal des Zeitbasiskomparators 24 dem Wert ITuIl₅ dann wird ein zweites Fehlersignal von dem Phasenkomparator 35 ausgesandt, um eine Feinregelung des Drehmoments und der Drehzahl des Motors 10 zu liefern. Die Signale am Läufer 33 werden über in Reihe geschaltete Untersetzer 152 einem bistabilen Kreis 153 zugeführt, der ähnlich dem Kreis aus den Transistoren 134 und 135 aufgebaut ist. Das Frequenznormal 37 wird durch eine öO-Hertz-Netzfreqxienz gegeben und die binären Untersetzer 152 dienen dazu, eine Impulsfolge auszusenden, die den 60 Hertz entsprechen. Die sinusähnliche Spannung aus dem Frequenznormal 37 wird in eine Impulsfolge durch den Schmitt-Kippkreis 155 umgeformt und dann an den bistabilen Kreis 153 zum Phasenvergleich mit den Impulsen aus den binären Untersetzern 152 geliefert. Dieser Vergleich geschieht ebenso wie bei den bistabilen Kreisen der Transistoren 134 und 135· Das Ausgangssignal des bistabilen Kreises 153 hat symmetrische Rechteckform, wenn 'sich die Phasenlage der beiden Impulsfolgen um 180° unterscheiden. Bin Vor- oder Nacheilen der Phasen verursacht eine entsprechende Symmetrieänderung und eine Gleichstromkomponente von ent sprechend er Polarität» Dieses veränderliche symmetrische Fehilersignal wird an

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ein Pilter 156 geliefert j die sich ergebende Gleichstromkomponente tritt am Punkt A auf, der mit dem Eingang dee fransistors 139 verbunden ist und bewirkt eine Feinsteuerung des Motors 10. Ist die Motordrehzahl durch den Zeitbasiskomparator 34 in den Steuerbereich des Phasenkomparator 35 gebracht, dann/pendelt die Steuerung der Motordreheahl proportional zu dem Phasenfehlereignal, in Phasenkomparator 35 erzeugt wurde.

line etwas andere Schaltung erhält man, wenn ein Teil der Schaltung nach fig· 2 durch eine Schaltung nach Fig. 4 erettr* wird. Hier wird ein Hysteresemotor 10 A verwendet. Dieser Motor kann durch das Ansteigen des Hystereseverlustes in seinem Rotor dann gebremst werden, wenn ein Wellenzug mit einer Gleichstromkomponente an die Erregerwicklung kommt. Diese Bremsung wird erreicht, ohne daß eine besondere Bremswioklung oder ein damit verbundener Stromkreis für die Erregung dieser Bremswioklung nötig wären.

Haoh flg. 4 hat der Motor 10 Λ zwei Antriebswicklungen 14 und 15· Die Wicklung 15 iat in Reihe mit einem Kondensator 17 gesQhaltet, um die gewünsohte Phasenverschiebung zu erhalten..ia Reihe mit den Erregerwicklung 14 und 15 überbrückt eine Impedanz aus einem Diodengleichrichter 115» der parallel mit einem siliziumgesteuerten Gleichrichter 151 liegt» die WechselStromquelle. Dieser Stromkreis kann in den Stromkreis 2 am Punkt B an den Gleich-

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riohter und das Filter 42 geschaltet werden.

Bei Betrieb dieser Anordnung läßt der Gleichrichter 150 den Strom in einer Sichtung an die Irregerwicklung 14 und 15 durch entsprechend den Halbschwingungen geeigneter Polarität der Wechselspannung. Die Stromleitung in entgegengesetzter Richtung für Halbschwingungen der entgegengesetzten Polarität wird durch das Signal, das an die Steuerelektrode dee siliziumgesteuerten Gleichrichters 151 gelegt ist, gesteuert. Auf diese Weise wird die Höhe der Gleich- und Wechselstromkomponenten, die an die Erregerwicklung 14 und 15 gelangen, in Maßgabe zu der Größe und Polarität der Steuersignale aus dem Servokreis verändert, damit die oben beschriebenen Ergebniese erzielt werden.

Ein ähnlicher Gegentakteffekt wird durch die Verwendung der in Mg. 4 dargestellten Anordnung inlVerbindung mit dem Riickkopplungskreie der Mg. 2 erreicht, da durch diese Anordnung ebenfalls entgegengesetzte Änderungen der Gleichstrom- und Wechselstromkomponenten an den Erregerwioklungen 14 und 15 verursacht werden. ÜTimrnt die Gleichstromkomponente ab und die Wechselstromkomponente nimmt zu, dann wird der Bremseffekt gesohwächt, die Wicklungen 14 und erhalten einen zusätzlichen Antrieb, und der Motor 10 A "läuft mit höherer Drehzahl. Im umgekehrten Fall wird der Umlauf des Motors verlangsamt. Auf diese Weise wird eine

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genaue Einregelung erreicht.

Durch die oben beschriebene Anordnung wArd eine vielseitige Steuerung der Drehzahl eines Elektromotors in einfacher, zuverläßiger und wirtschaftlicher Weise erreicht. Sie eignet sich insbesondere für die Steuerung eines Magnetbandtransportmechanismuses durch die Anwendung einer geeigneten Geschwindigkeitseinregulierung bei jeder der 6 wählbaren Geschwindigkeiten. Es können aber auch mehr Geschwindigkeiten, die innerhalb des Geschwindigkeitsbereichs der Anordnung liegen, eingestellt werden, wenn zusätzliche binäre Frequenzuntersetzer eingesetzt werden. Durch Veränderung der Potentiometereinstellung 137 können auch andere Vielfache der Grundgeschwindigkeit erreicht werden.

22 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims

Q,. Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Regelung von Drehzahl und/oder Phase eines Elektromotors, insbesondere eines einen Magnetbandtrahsport antreibenden Elektromotors, gekennzeichnet durch eine Schaltung, die die Erregung des Motors (10) sowohl antreibend als auch bremsend nach Maßgabe eines Fehlersignals beeinflußt, das aus der Ist-Drehzahl und der Soll-Drehzahl des Motors und/oder der Ist-Phase und der > Soll-Phase des Motors mittels eines Detektors (12, 20) abgeleitet ist und im Sinne einer lehlerverringerung wirkt.

2. Torrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine der Ist-Drehzahl und/oder der Ist-Phase des Motors (10)

■ entsprechende Signale liefernde an den Motor gekoppelte Tachometeranordnung (12, 20).

3« Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Tachometeranordnung (12, 20) gelieferten Signale Wechselsignale sind, deren Frequenz und/oder Phase der Ist-Drehzahl und/oder der Ist-Phase des Motors entspricht. " '

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen der Taehometeranordnung nachgeschalteten Impulsformer (24).

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5. Vorrichtung naoh Anspruch 3 oder 4» gekennzeichnet durch. mindestens eine der Tachometeranordnung (12, 20) bzw. dem Iapuleformer (14) naohgesohaltete Untersetzerstufe (26 - 30) und durch einen als Dreheahlwähler dienenden Wählachalter (32), mit dem die untersetzten bzw» nicht untersetzten 3ign*le wahlweise der Schaltung zuzuführen sind, die das fehl«reignal erzeugen.

6. Vorrichtung naoh einem der Ansprüche 2 bis 5» gekennzeichnet Äurch einen Zeitbaaiakomparator (34) mit naohgeschalteteip Servo β teuer etufe (38), die aus dem von der Taohoaettpanordnung (12,20) abgeleiteten Signal und einem B·BUfasignal das fehlereignal erzeugen.

7· Vorrichtung naoh Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der !«ifbasiskomparator (34) eine Impulsfolge liefert, dtreA CHtiohapannungskomponente der lat-Drehaahl des Motore (10) entspricht, daß das Bezugssignal eine Gleichist, die der Soll-Drehzahl des Motors bei der

eingeteilten Untersetzung der von der Taohometeranordnung (12, 20) gelieferten Signale entspricht und daß das Fehler ligxuü eine Gleichspannung ist, deren Amplitude und Polarität dem Drehzahlfehler entspricht*

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7» gekennzeichnet durch einen Phasenkomparator (35) mit nachgeschalteter

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Servosteuerstufe (38» die aus dem von der Tachometeranordnung (12, 20) abgeleiteten Signal und einem Phasen-Bezugs signal ein der Phasendifferenz zwischen "beiden entsprechendes Signal liefern und aus diesem Signal und einem Bezugssignal das Fehlersignal erzeugen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenkomparator (35) eine Impulsfolge liefert, deren Impuls-Pauaen-Verhältnis der Phasendifferenz entaprioht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenkomparator (35) eine Impulsfolge liefert, deren Gleichspannungskomponente der Ist-Phasendifferenz des Motors (10) entspricht, daß das Bezugssignal eine Gleichspannung ist, die der Soll-Phase des Motors hei der eingestellten Untersetzung der von der ^tachometeranordnung (12, 20) gelieferten Signale entspricht und daß das Fehlersignal eine Gleichspannung ist, deren Amplitude und Polarität dem Phasenfehler entspricht.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine von dem Fehlersignal gesteuerte Impedanz (40), die gegensinnig den Antrieb und die Bremsung des Motors beeinflußt,

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die Impedanz (40) parallel zu einer Bremswicklung (16)

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des Motors (10) und in Reihe mit einer Treibwicklung (H, 15) des Motors liegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine von dem Fehlersignal gesteuerte Hysteresebremse am Motor (10)

14. Torrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine von dem Fehlersignal gesteuerte, die Amplituden der Speisewechselspannung des Motors je nach ihrer Polarität unterschiedlich beeinflussende Schaltanordnung (Fig. 4).

15. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Untersetzerstufen (26 - 30) Binär-Untersetzer sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitbasiskomparator (34) und/oder der Phasenkomparator (35) ein Zeitverzögerungsglied (137) enthält, das von den auB den Taohometersignalen abgeleiteten Signalen angestoasen wird und unter Mitwirkung eines üiipulsgenerätors (134, 135, 136) Impulse liefert, deren Dauer der Zeitverzögerung entspricht·

17· Vorrichtung nach Anspruch 16, daß die von den Taehometereignalen abgeleiteten Signale und die von dem Zeitveraögerungsglied (137) gelieferten Signale auf eine die Impulse liefernde bistabile Kippschaltung (134, 135) einwirken.

BADOBlGiNAL - 24 -

809811/0292

18. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit der.Treibwicklung (14, 15) die Primärwicklung (19) eines Transformators (18) liegt, dessen Sekundärwicklung (43) durch das lehlersignal zu erregen,ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (43) parallel zur Bremswicklung (16) liegt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Impedanz einen von dem Fehlersignal gesteuerten Gleichrichter (151) aufweist.

21. Vorrichtung nach Anspruch· '20, gekennzeichnet durch zwei gegensinnig parallel geschaltete Gleichrichter (150, -151) in Reihe mit der Treibwicklung (14, .15), von denen der eine (151) duroh das Pehlersignäl steuerbar ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeiohnet_ duroh eineii an die Bremswicklung (16) und an die Sekundärwicklung (4*3) des Transformators (18) ängeschlossjiiW, von dem Fehler_r signal gesteuerten Verstärker (40). ^f ■--■-■ ; ,„ .;" *.1\^^ ;

BAD ORJGiN_AL

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