DE1513128B2

DE1513128B2 - Beschleunigungs- und bremsregelsystem fuer einen gleichstrommotor

Info

Publication number: DE1513128B2
Application number: DE19651513128
Authority: DE
Inventors: Makoto Dipl.-Ing. Yokohama; Azuma Yasuo Dipl.-Ing. Kawasaki; Wasai (Japan)
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1964-05-13
Filing date: 1965-05-13
Publication date: 1972-08-31
Also published as: US3359477A; NL6506122A; NL147291B; DE1513128C3; GB1105550A; DE1513128A1

Description

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ist, das vom Motor abgegebene Drehmoment proportional dem Ankerstrom /. Deshalb wird, vorausgesetzt, daß eine Proportionalitätskonstante K gewählt ist, der obenstehende Ausdruck für die Drehzahl

ω = y I I dt,

Um den Motor die vorgeschriebene Geschwindigkeit erreichen zu lassen, muß der Ausdruck

■~ J J

I dt

einen Wert annehmen, der immer gleich der vorgeschriebenen Geschwindigkeit ist. Daraus ergibt sich die Möglichkeit einen Integrationsstromkreis für den Ankerstrom vorzusehen und die Zeit zu regeln, während der eine Beschleunigungsspannung angelegt wird, so daß dieses Stromintegral einen konstanten Wert entsprechend der vorgeschriebenen Geschwindigkeit annimmt.

Bei dieser durch die Erfindung gegebenen Lösung wird der Ankerstrom direkt gemessen und integriert. Dies führt in der Folge dazu, daß Fluktuationen des elektrischen Strqmes bei Temperaturerhöhungen der Ankerwicklung, Klemmenspannungsänderungen des Motors und Ankerstromänderungen durch Bürstenverschiebung alle kompensiert werden. Dadurch wird es möglich, die Drehgeschwindigkeit exakt den vorgeschriebenen Wert immer nach Beendigung der Beschleunigung erreichen zu lassen.

Auf grundsätzlich gleiche Weise kann durch Zuführen eines Gegenstromes für die Bremsung, wenn der Motor sich vorher mit der Nenndrehzahl gedreht hat, und durch Integration dieses Stromes und Regelung des Stromintegrals derart, daß er den Wert entsprechend der Nenndrehzahl annimmt, der Motor abgebremst werden, so daß er im richtigen Augenblick zum Stehen kommt, ohne daß dies durch Temperaturänderungen der Ankerwicklung, Änderung der Klemmenspannung und der gegenseitigen Lage der Bürsten- und Kollektorsegmente beeinflußt wird.

Die Erfindung wird an Hand von fünf Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Magnetbandantrieb, bei welchem ein Gleichstrommotor und eine Antriebsrolle für das Magnetband unmittelbar miteinander gekuppelt sind, als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 die Hüllkurve des Ausgangssignals des Bandes der Magnetbandeinrichtung, die dem zeitlichen Verlauf der Bandgeschwindigkeit entspricht, von F i g. 1 gezeigt, .

F i g. 3 ein Beispiel für die Regelschaltung nach der vorliegenden Erfindung,

F i g. 4a, 4b und 4c Stromdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3,

F i g. 5 ein Geschwindigkeitsdiagramm eines Gleichstrommotors nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 enthält einen Gleichstrommotor 3, der eine Magnetbandantriebsrolle 4 antreibt, welcher seinerseits ein Magnetband 5 bewegt. In einer Magnetbandeinrichtung dieser Art wird beim Anlaufen des Magnetbandes der Gleichstrommotor schnell beschleunigt und die Beschleunigungsspannung wird so eingespeist, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Bandantriebsrolle gleich der Bandfördergeschwindigkeit wird. Nach dem Anlaufvorgang tritt die Nenngeschwindigkeitsregelung der Drehzahl in Kraft. Beim Abbremsen des Bandes wird eine Bremsspannung umgekehrter Richtung dem Motor eingespeist, der zum Abbremsen bis zum Halten des Motors und damit des Bandantriebs führt.

Die Regelung des Gleichstrommotors durch die vorliegende Erfindung ist sehr wirkungsvoll beim Starten und Stoppen des Bandantriebs einer Magnetbandeinrichtung. In der Einhüllenden des Ausgangssignals des Bandes (Bandgeschwindigkeit), die in Fig. 2 dargestellt ist, ist bei Start und Stop weder ein überschießen 6 noch ein Unterschießen 7 und auch kein Nachlaufen 8 oder eine Geschwindigkeitsumkehr 9, die durch gestrichelte Linien dargestellt sind, festzustellen. Es war dagegen möglich, exakt bis zur Nennantriebsgeschwindigkeit zu beschleunigen und ebenso abzubremsen und genau zu halten, wie durch eine voll ausgezogene Linie 10 dargestellt ist.

Auch wird, obgleich leichte Veränderungen während der Anlauf- und Bremszeit eingeführt werden, um die Stromintegrale mit den Sollwerten in Übereinstimmung zu bringen, bei der Magnetbandeinrichtung das Intervall zwischen einer Information und einer aufzunehmenden Information in seiner Konstanz nicht beeinträchtigt, und zwar durch die Regelung der Zeit vom Anlaufen des Bandes bis zum Beginn der Aufzeichnung einer Information auf das Band und der Zeit von der Beendigung der Aufzeichnung, bis ein Stoppbefehl für das Band gegeben wird.

Ein Beispiel einer Schaltungsanordnung, die den Ankerstrom des Gleichstommotors integriert und die Integralwerte auf einen konstanten Wert regelt, ist in Fig. 3 dargestellt. Darin ist ein Widerstand R₁ in Serie mit dem Anker M geschaltet. Die an beiden Enden des Widerstandes .R₁ anliegende Spannung wird durch eine Integrationsschaltung eines Kondensators C₁ und eines Widerstandes R₂ integriert. Wenn die integrierte Spannung eine Bezugsspannung erreicht, die durch den einstellbaren Widerstand R₃ bestimmt wird, werden die Integralwerte durch eine Diode D₂ festgehalten. Es ist zweckmäßig, diese WeI-lenformkurvenpunkte zu differenzieren. Dies geschieht mit Hilfe einer Differentiationsschaltung aus einem Kondensator C₁ und einem Widerstand R₄.. Die Differentiationssignale steuern einen Transistor T₁ aus und werden als Ausgangssignale zur Bestimmung der Beschleunigungs- oder Bremszeit herangezogen. Wenn der Anker M des Motors in positiver Richtung anlaufen soll, müssen die Transistoren T₂ und 7^ aufgesteuert werden. Der Ankerstrom (F i g. 4a) wird durch die Integrationsschaltung aus Widerstand R₂ und Kondensator C₁ integriert. Dieser Integralwert überschreitet nicht einen gewissen konstanten Wert, der an dem veränderlichen Widerstand R₃ eingestellt ist. Es ist dargestellt in Fig. 4b. Um die Zeit t_t festzustellen, zu der der Integralwert sein Maximum erreicht hat, wird der zuvor erwähnte Integralverlauf differenziert durch Kondensator C₁ und Widerstand A₄. und der differenzierte Wert über den Transistor T₁ entnommen. Auf diese Weise fällt die Zeit, zu der der Integralwert des Stromes, der im Anker fließt, einen konstanten Wert erreicht hat, als Ausgang des Transistors T₁ an.

Wenn die Transistoren T₂ und T₁ durch dieses Ausgangssignal aufgesteuert werden, hört die Beschleunigung des Motors auf, und der Motor dreht sich mit seiner Nenndrehzahl, die durch eine Spannung V₃ festgelegt ist.

Auf gleiche Weise werden beim Anhalten des Motors Transistoren T₃ und T₄. gesteuert.

Weiter ist es zweckmäßig, bei der umgekehrten Drehrichtung des Moors die Transistoren T₃ und T₄. während der Anlaufzeit, Transistoren T₃ und T_b während der Nenndrehzahl und Transistoren T₂ und T^ während der Bremszeit aufzusteuern.

Es widerspricht nicht dem Grundgedanken dieser Erfindung, die Stromintegrale während der Beschleunigungs- und Bremszeit zu korrigieren, um den Einfluß des induktiven Widerstandes der Ankerwicklung, mechanische Reibung usw. in einem verwirklichten Regelkreis auszugleichen.

In F i g. 5 ist ein Geschwindigkeitsdiagramm für den Fall der Beschleunigung oder Bremsung der Drehgeschwindigkeit eines Gleichstrommotors in mehreren Schritten als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In dem Diagramm gelten, wie bereits oben ausgeführt, für die Drehzahl des ersten Schrittes (O₁ ■

(O₁ =

Die Drehzahl für den zweiten Schritt ω₂ wird durch den Ausdruck

^- \ Idt

(O₂ = (O₁

dargestellt.

Die Regelung wird so durchgeführt, daß dieses Stromintegral konstant gehalten wird. Auf diese Weise kann die Beschleunigung bis zur Drehzahl a>₂ genau erreicht werden, was einleuchtet durch die bisher zum Erfindungsgedanken gegebenen Erklärungen.

Ebenso ist es offensichtlich, daß auch die Abbremsung gerade — wie bereits erklärt — vonstatten geht, wobei von der Drehzahl ω₂ auf die Drehzahl W₁ heruntergebremst und von ω_χ zum vollständigen Halt~ des Motors weitergebremst wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

i 513 128
1 2

lage, 1956, S. 405, Bild 42, 21, bekannte Regelmetho-

Patentanspruch: den bei Gleichstrommotoren dieser Art bestehen

darin, die Größen der Spannungen, die dem Motor

Beschleunigungs- und Bremsregelsystem für zugeführt werden, und ihre zeitlichen Beziehungen einen Gleichstrommotor, insbesondere einen 5 zueinander zu regeln. Vorausgesetzt, daß die Span-Nebenschluß- oder fremderregten Motor, da- nung zur Zeit der Beschleunigung V₁ für die Zeit J₁ durch gekennzeichnet, daß der An- und die Spannung zur Zeit der Abbremsung V₂ für kerstrom des Motors mit Hilfe einer Integrier- die Zeit t₂ zugeführt wird, müssen die Spannungen schaltung integriert und die Integralwerte auf für die Beschleunigung und Äbbremsung V₁ und V₂ vorgegebene Sollwerte geregelt sind. _I0 konstant gehalten werden und in geeigneten konstanten Abschnitten die Zeiten T₁ und t₂ bestimmt werden, während der diese Spannungen angelegt sind und die

Beschleunigung oder Abbremsung hervorrufen. Oder

es werden t_x und t₂ geregelt durch die Spannungs-

15 werte dieser Zeitabschnitte und eine Spannungskom-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beschleunigungs- pensation durchgeführt. Bei dieser Methode werden und Bremsregelsystem für einen Gleichstrommotor, Änderungen des elektrischen Stromes durch Teminsbesondere einen Nebenschluß- oder fremderregten peraturerhöhung od. dgl. in der Ankerwicklung oder Motor. Es ist allgemein bekannt, daß es in einer elektrische Stromänderungen durch Änderungen der Anordnung der eingangs genannten Art dem Gleich- 20 gegenseitigen Lage der Bürsten- oder . Kollektorstrommotor zum beschleunigten Hochlaufen bis zu segmente od. dgl. zu Fehlern der Beschleunigung einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit oder zum oder Abbremsung, die nicht kompensiert werden, schnellen Abbremsen von einer stationären Geschwin- können.

digkeit im Beschleunigungszeitraum einen höheren Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das

Strom als für die Nenndrehzahl erforderlich und im 25 Beschleunigen und Bremsen eines Gleichstrommotors

Zeitraum des Abbremsens einem größeren Strom in ohne überschießen bzw. Nachlauf zu bewirken. Weiter

umgekehrter Richtung zuzuführen. soll erreicht werden, daß die Erhöhung des Anker-

Bei der Durchführung einer solchen Regelung ist Widerstandes durch Erwärmung die Wirksamkeit

es wünschenswert, den Motor die vorgeschriebene der Regelung nicht verschlechtert. Schließlich sollen

Geschwindigkeit derart erreichen zu lassen, daß er ₃₀ bei der Lösung dieser Aufgaben Tachogeneratoren

diese so wenig wie möglich überschreitet. Anderer- ■ bzw. Frequenzgeber auf der Motorwelle nicht benutzt

seits soll der Motor auch exakt zum Stillstand ge- werden.

bracht werden können, ohne daß eine Drehrichtungs- Bei einem Beschleunigungs- und Bremsregelsystem umkehr dabei auftritt. Bei der Regelung bekannter der eingangs genannten Art wird die vorstehend Gleichstrommotoren dieser Art wird die Motor- 35 genannte Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch geschwindigkeit durch einen mit dem Rotor des Mo- gelöst, daß der Ankerstrom des Motors mit Hilfe tors gekuppelten Tachometergenerator oder durch einer Integrierschaltung integriert und die Integraleine Magnettrommel gemessen. Wenn die vorge- werte auf vorgegebene Sollwerte geregelt sind. Daschriebene Geschwindigkeit erreicht ist, wird der durch wird es immer möglich, ohne daß Spannungs-Beschleunigungsstrom abgeschaltet und auf die Nenn- 40 änderungen ebensowenig wie Temperaturerhöhungen geschwindigkeitsregelung übergegangen. Andererseits der Ankerwicklung oder Änderungen der relativen wird zum Zeitpunkt, wenn die Ausgangssignale des Stellung zwischen Bürsten und Kollektorsegmenten Tachometergenerators oder der Magnettrommel Null eine Rolle spielen, den Motor zu beschleunigen, bis werden, der Bremsstrom abgeschaltet. Dieses bei- er eine konstante Drehzahl erreicht hat oder ihn spielsweise aus dem Buch »Digitale Signal- ₄₅ andererseits bis zum Halten abzubremsen,
verarbeitung in der Regeltechnik«, 1962, VDE Ver- Wenn ein Drehmoment T auf einen rotierenden lag GmbH Berlin, S. 153 bis 154, bekannte System hat Körper mit den Trägheitsmoment J einwirkt, ist naturgemäß den Nachteil, daß ein zusätzliches Bau- die Bewegungsgleichung gegeben durch
teil, wie Tachometergenerator oder Magnettrommel,

dem Motor angebaut werden muß. Darüber hinaus 50 j· ₌ j ®^ω + Αω + B.
besteht aber ein weiterer problematischer Punkt in df
der Feststellung, zu welchem Zeitpunkt beim Abbremsen des Motors die Motorgeschwindigkeit zu Dabei ist A der Koeffizient des Luftreibungs-NuIl wird. Die Feststellung, wann die Ausgangssignale Widerstandes, und B ist der Reibungswiderstand, eines Tachometergenerators oder einer Magnettrom- 55 Die beiden Anteile A · ω und B sind, wenn die Bemel Null geworden sind, muß getroffen werden zu schleunigung oder Abbremsung schnell erfolgt, ziem-

Zeitpunkten, wo kein Ausgangssignal vorhanden ist. _Hch _k{ _vergiichen mit dem Ausdruck J^ und Das ist ziemlich schwierig. Deshalb werden Metho- dt

den angewendet, bei denen festgestellt wird, wann die können vernachlässigt werden. Dementsprechend Ausgangssignale sich dem Wert Null angenähert 60 kann die Beziehung der Drehgeschwindigkeit ω zu haben, oder es werden Zeitpunkte angenommen, zu der Zeit t ausgedrückt werden durch
denen die Ausgangssignale Null geworden sein müssen, indem die Abklingraten der Ausgangssignale 1 Γ '
gemessen werden. Bei diesen Methoden sind die ω = — J df.
Feststellungen der betreffenden Werte schwierig und 65 0
die Werte mit Fehlern behaftet.

Noch andere, beispielsweise aus O ρ ρ e 11 »Klei- Im allgemeinen ist bei einem Gleichstrommotor,

nes Handbuch technischer Regelvorgänge«, 2. Auf- wenn der magnetische Fluß im Erregerfeld konstant