DE2324824C2 - Schaltungsanordnung zur Korrektur der Meßspannung eines analogen Drehzahlgebers - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Korrektur der Meßspannung eines analogen DrehzahlgebersInfo
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Description
spannung (Un) schließt und ihn bei einer vor- Die erfindungsgemäßc Korrekturschaltung vergegebenen
Endzahl öffnet und die Gedächtnis- bessert die Genauigkeit der Meßspannung eines anastufe
(15) zur Sperrung der Bezugsfrequenz (;0) 40 logen Drehzahlgebers wesentlich, da die Korrektur
rücksetzt sowie den Zähler (13) zurückstellt. fortwährend erfolgt und nicht an vorgegebene Meß-
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, zeiten gebunden ist. Bei Verwendung der korrigierten
gekennzeichnet durch Verwendung des höchst- Spannung als Drehzahl-Istwert in einem analogen
möglichen Zählerstandes als Endzahl. Drehzahlregclkreis kann ein gebräuchlicher elek-
45 tronischei Regler verwendet werden, dessen Genauigkeit
sich im gleichen Maße wie die Genauigkeit der
Meßspannung erhöht. Der Drehzahlsollwert für
diesen Regler kann wie üblich durch eine Sollwertspannung vorgegeben werden, ohne daß weitere
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- 50 Solhvertgrößcn gebildet werden müssen,
anordnung zur Korrektur der Meßspannung eines Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein analogen Drehzahlgebers durch eine aus einer dreh- Schaltglied zur Bildung der drehzahlproportionalen zahlproportionalen Signalfolge eines digitalen Dreh- Impulsfolge, bestehend aus Impulsen mit konstanter zahlgebers abgeleitete Korrekturspannung aus einem Spannungs-Zeit-Fläche, das jeweils für eine feste Integralregler. 55 Zeitspanne innerhalb einer Periode der drehzahl·· Bei analogen Drehzahlregelkreisen liegt bei ver- proportionalen Signalfolge des digitalen Drehzahltretbarem Aufwand die erreichbare statische Ge- gebers eine konstante Bezugspannung auf den Fühnauigkeit nicht wesentlich unter 1% der Nenndreh- rungsgrößenkanal des Integralreglers aufschaltct. Ein zahl. Für hochgenaue Drehzahlregelungen sind daher derartiges Schaltglied formt die Signale des digitalen digitale Regelkreise gebräuchlich, die jedoch einen 60 Drehzahlgebers in Impulse mit konstanter Spansehr großen Schaltungsaufwand bedingen. Bei analo- nungs-Zeit-Fläche um.
anordnung zur Korrektur der Meßspannung eines Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein analogen Drehzahlgebers durch eine aus einer dreh- Schaltglied zur Bildung der drehzahlproportionalen zahlproportionalen Signalfolge eines digitalen Dreh- Impulsfolge, bestehend aus Impulsen mit konstanter zahlgebers abgeleitete Korrekturspannung aus einem Spannungs-Zeit-Fläche, das jeweils für eine feste Integralregler. 55 Zeitspanne innerhalb einer Periode der drehzahl·· Bei analogen Drehzahlregelkreisen liegt bei ver- proportionalen Signalfolge des digitalen Drehzahltretbarem Aufwand die erreichbare statische Ge- gebers eine konstante Bezugspannung auf den Fühnauigkeit nicht wesentlich unter 1% der Nenndreh- rungsgrößenkanal des Integralreglers aufschaltct. Ein zahl. Für hochgenaue Drehzahlregelungen sind daher derartiges Schaltglied formt die Signale des digitalen digitale Regelkreise gebräuchlich, die jedoch einen 60 Drehzahlgebers in Impulse mit konstanter Spansehr großen Schaltungsaufwand bedingen. Bei analo- nungs-Zeit-Fläche um.
gen Regelkreisen mit elektronischen Reglern hängt die Bei Verwendung eines derartigen Schaltgliedes ist
erzielbare Genauigkeit im wesentlichen von der Güte die Güte der erfindungsgemäßen Korrekturschaltung
des Drehzahl-Istwertes ab, beispielsweise von der außer von der Verwendung des digitalen Drehzahl-Meßspannung
eines Tachogenerators als Drehzahl- 65 gebers noch abhängig von der Genauigkeit der Begeber.
Die Genauigkeit eines Tachogenerators ist zugsspannung und der festen Zeitspanne. Diese feste
jedoch durch Temperaturgang und Linearitätsfehler Zeitspanne läßt sich beispielsweise durch bekannt*
begrenzt. Zeitglieder erzeugen. Zur Erzeugung einer besonders
genauen Zeitspanne sieht eine Ausgestaltung der Erfindung einen Zähler mit vorgeschaltetem Sperrgatter
vor, das eine hochgenaue Bezugsfrequenz in Abhängigkeit vom Ausgangssignal einer vom digitalen
Drehzahlgeber angesteuerten Gedächtnisstufe freigibt, sowie eine Auswertelog'k für den Zählerstand,
die bei einer vorgegebenen Anfangszahl einen Scha!ι.τ für die Bezugsspannung schließt und ihn
bei einer vorgegebenen Endzahl öffnet und die Gedächtnisstute zur Sperrrng der Bezugsfrequenz rück- to
setzt sowie den Zähler rückstellt.
Durch geeignete Wahl der Anfangs- und der Endzahl, d. h. also du'ch Zählen einer bestimmten Anzahl
von Impulsen der hochgenauen Bezugsfrequenz, läßt sich die benötigte feste Zeitspanne leicht einstellen
und an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen. Außerdem ist gewährleistet, daß die feste
Zeitspanne immer in eine Periode der drehzahlpmportionalen Signalfolge des dmitalen Drehzahlgebers
füllt. Hierzu muß lediglich izcwahricistet sein.
daß die feste Zeitspanne kleiner ist .Is eine Periode
der drehzahlproportionalen Signalfolge hei der !inchsimöglichen Drehzahl.
Das Rückstellen des Zahlers kann unterbleiben,
wenn der höchstmögliche Zählerstand als Endzahl verwendet wird. Der Zähler beginnt dann von selbst
wieder mit Null.
Die hochgenaue Bezugsfrequenz kann zweckinäßigerweise
durch einen Schwingquarz erzeugt werden, dessen Frequenz gegebenenfalls über einen
Frequenzteiler untersetzt werden kann.
Alisführungsbeispiele der Erfindung und ihre in
den Unteransprüchen gekennzeichneten Ausües!.·.!-
tungen werden irn folgenden an Hand der F igiüen
näher beschrieben. Fs zeigt
Fig. I eine schematKcbe Darsi-Jlung einer e'findungsuemäßen
Schaltungsanordnung zur korrekt1.;!
der Meßspannung eines analogen Drehzahlgeber·..
F i g. 2 die Schaltung eines Ausführungsbeispiels eines Schaltglicdes zur Bildung der drchzahlproportionalen
Impulsfolge, bestehend aus Impulsen mit konstanter Spannungs-Zeit-Fläche.
I7ig. 3 einige charakteristische Spannungsverläufe
in den Schaltungen der F i g. I und 2.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 liefert der
Tachogenerator 1 als analoger Drehzahlgeber die Meßspannung L',. Mit dem Tachogenerator 1 ist ein
digitaler Impulsgeber zur Erzeugung einer drehzahlproportionalcn Signalfolgc/, (Fig. 3a) mit der
Periode T1 fest gekoppelt. Der digitale Drehzahlgeber besteht aus einer die Impulsscheibe 2 ab
tastenden Sonde 3 — beispielsweise einem Hallgenerator — mit einer nachgcschaltctcn Impulsverstärker-
und Impulsformerstufe 4.
Die drehzahlproportionale Signalfolge /, und eine konstante Frequenz /n werden einem Schaltglied 5
eingegeben. Das Schaltglicd 5 bildet aus der Frequenz /„ eine feste Zeitspanne /0 und ordnet diese
Zeitspanne jeweils in eine Periode T1 der drehzahlproportionalen Signalfrequcnz /, ein und schließt
den Schalter 6 während der Zeitspanne In. Der Schalter 6 legt eine hochgenaue konstante Bczugsspannung Ut) in den Führungsgrößenkanal 7 des Integralreglers 8, der in bekannter Weise aus einem Operationsverstärker und einem Rückkopplungskonden-
sator aufgebaut sein kann. Im Regelgrößcnkanal 9 des Integralreglcrs 8 liegt ständig die korrigierte
Spannung £/.,.
Im Furminjisgrüßenkanal 7 des Jntegralreglers 8
erscheint somit eine drehzahlproportionaie Impulsfolge
U1 (F i g. 3 c), deren Impulse konstante Spannungs-Zeit-Flächen
entsprechend dem Produkt aus der Bezugsspannung U0 und der Zeitspanne J0 aufweisen.
Eine unmittelbare Umformung der Impulsfolge U1 durch Mittelwertbildung in ein analoges
drehzahlproportionales Signal und seine Verwendung als Drehzahl-Istwert in einer Drehzahlregelung würde
eine sehr starke Glättung mit einer entsprechend großen Zeitkonstanten bedingen und die Regeldynamik
einer schnellen Drehzahlregelung beeinträchtigen. Dieser Nachteil wird bei der erfindungsgemäßen
Korrekturschaltung vermieden. In einer Periode T1 der drehzahlproportionalen Signalfrequenz /,
wird als Regelabweichung während der Zeitspanne <0
die Differenz aus der Bezugsspannung U0 und der korrigierten Spannung U., integriert, und währenJ
der ve,bleibenden Restzeic / wird nur die korrgierte
Spannung L'., integriert. L>er Integralregler 8 Uiult
innerhalb einer Periode T1 jeweils während der Zeitspanne
ilt hoch und während der Restzeit/, wieder
zurück. Als Ausgangssignal des Integralregler^ 8 entsteht eine sägezahniörmige Wechselspannung L. ,
(Fig 3d), die in einem Addierverstärker 10 zur
Meßspannung L\ des analogen Drehzahlgebers 1 hinzugefügt
wird. Die korrigierte Spannung LJ., als Au\- gangisignai des Addierverstr.rkers 10 besteht somit
aus einer drehzahlproportionalen Gleichspannung mit einer überlagerten Oberwelle. Bei einer Abweichung
der Meßspannung i/, vom Mittelwert der
dr.-'i/.iniproportionalen Impulsfolge L'. mit Impulsen
mit konstanter Spannungs-Zeit-FIäehe im Führungsgrößenknnal
7 des Intcgralreglers 8 enthält die W eehselspannung
{7., einen Gleichanteil, der die Spannung C'., am Ausgang des Add'.crverstärkers IO entsprechend
korrigiert.
Besonders wichtig ist die Tatsache, der der Frequenzgang
der Korrekturschaltung i ist. Die Korrekturschaltung verhält sich daher bei einer Drehzahländerung
wie ein proportionales Glied mit der Verstärkung I.
An Hand des Ausführungsbcispiols von F i g 2
wird die Wirkungsweise des Schaltglicdes 5 erläutert. Das Sperrgatter 14 läßt die Impulse der Bezugsfrequenz
/„ (Fig. 3b) durch, sobald die drehzahlproportionale
Signalfolge f, (Fig. 3a) zu Beginn einer Periode T1 die Gedächtnisstufe IS setzt. Die
Impulse der Bezugsfrequenz /n werden vom vierstufigen
Binärzähler 13 gezählt, dessen Zählerstand von der Auswcrtclogik 16 überwacht wird. Die Auswertelogik
16 besteht aus einem NAND-Glied 17 und einem Flip-Flop 18. Die ersten beiden Zähl-
impulsr werden zur Pufferung bei Störimpulsen verwendet. Fällt das Signal der drehzahlproportionalen
Signalfrtquenz Z1 innerhalb der ersten zwei Zählimpulse
wieder zurück — beispielsweise durch Flat tern des digitalen Impulsgebers 2, 3 — wird der
Schalter 6 nicht geschlossen. Dadurch können Fchlimpulse des digitalen Drehzahlgebers, deren Dauer
kürzer als zwei Bezugsimpulslängen ist, zu keiner Verfälschung der Zeitspanne f0 führen. Beim Zähler
stand »2« wird das Flip-Flop 18 gesetzt. Der als Schalter 6 dienende Feldeffekt-Transistor wird vom
Ausgang des Flip-Flop 18 angesteuert und schaltet die Bezugsspannung U0 auf den Führungsgrößenkanal 7 des Integralreglcrs 8. Beim höchstmöglichen
Zählerstand 15 ist die Zeitspanne fn abgelaufen. Die
UND-Bedingung des NAND-Gliedes 17 ist erfüllt, das Flip-Flop 18 und die Gedächtnisstufe 15 werden
rückgesetzt, der Schalter 6 wieder geöffnet und das Sperrgattcr 14 für die Bezugsfrequenz /0 gesperrt.
Dadurch entsteht im Führungsgrößenkanal 7 die drehzahlproportionale Impulsfolge LZ7 (Fig. 3c) mit
Impulsen mit konstanter Spannungs-Zeit-Fläche.
Am Ausgang des Integrators 8 erscheint die säge-
Am Ausgang des Integrators 8 erscheint die säge-
zahnfb'rmifje Spannung (7., (Fig. 3d). Tm eingeschwungenen
Zustand heben sich die Spannungs-Zeit-Flächen oberhalb und unterhalb der Null-Linie
gerade nuf. Sobald die Meßspannung U1 vom wahren
Wert U., abweicht, enthält die Ausgangsspannung t/.t
des Integrators 8 einen Glcichantcil, der die Meßspannung
fy, im Addierverstärker 10 entsprechend
korrigiert.
Claims (3)
1. Schaltungsanordnung zur Korrektur der dem Tachogenerator fest gekuppelten digitalen Dreh-Meßspannung
eines analogen Drehzahlgebers 5 zahlgebers für die Dauer einer vorgegebenen MeB-durch
eine aus einer drehzahlproportionalen zeit einem ersten Zählwerk zugeführt und sein
Signalfolge eines digitalen Drehzahlgebers abge- Zählerstand nach Ablauf der Meßzeit mit dem
leitete Korrekturspannung aus einem Integral- Zählerstand eines zweiten Zählwerks verglirhen, das
regler, dadurch ge ken η ζ ei ch η et, daß im eine Sollfrequenz eines festen Impulsgebers zählt
Führungsgrößenkanal (7) des Integralreglers (8) io (deutsche Auslegeschrift I 068 035). Die Differenz
eine aus der Signalfolge (/,) des digitalen Dreh- der beiden Zählerstände wird am Ende der Meßzeit
zahlgebers (2, 3) abgeleitete drehzahlproportio- von einem Digital-Analog-Umformer in eine Kornale
Impulsfolge (U1) aus Impulsen mit kon- rekturspannung umgesetzt, die bis zum Ende der
stanter Spannungs-Zeit-Fläche und in seinem nächsten Meßzeit bestehenbleibt. Zur Speicherung
Regelgrößenkanal (9) die korrigierte Spannung 15 der Korrekturspannung dient ein Integrationsglied,
(i/s)ansteht,dieeinAddierverstärker(10)ausder das die Korrekturspannung während der nächstfol-Meßspannung
(U1) und der Korrekturspannung genden Meßzeit festhält.
(L'.,) des Integralreglers (8) bildet. " Die Korrektur der Meßspannung u-s lachogene-
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, ge- rators kann hei der bekannten Anordnung somit
kennzeichnet durch ein Schaltgiied zur Bildung 20 jeweils nur nach vorgegebenen Meßzeiten erfolgen,
der drehzahlproportionalen Impulsfolge, be- Die bekannte Korrekturanordnung benötigt insbestehend
aus Impulsen mit konstanter Spannungs- sondere einen zusätzlichen Impulsgeber zur E-zcu-Zeit-Fläche,
das jeweils für eine feste Zeitspanne gung einer Sollfrequenz, die in Abhängigkeit vom
(tu) innerhalb einer Periode (T1) einer drehzahl- Drehzahlsollwert exakt einstellbar sein muß.
proportionalen Signalfolgf: (/,) des digitalen 25 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Drehzahlgebers (2. 3) eine konstante Bezugsspan- eine Korrekturschaltung für die Meßspannung eines nung (U0) auf den Führungsgrößenkanal "(7) des analogen Drehzahlgebers zu schaffen, die ständig Integralreglers (8) aufschaltet. eine entsprechende Korrekturspannung bildet.
proportionalen Signalfolgf: (/,) des digitalen 25 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Drehzahlgebers (2. 3) eine konstante Bezugsspan- eine Korrekturschaltung für die Meßspannung eines nung (U0) auf den Führungsgrößenkanal "(7) des analogen Drehzahlgebers zu schaffen, die ständig Integralreglers (8) aufschaltet. eine entsprechende Korrekturspannung bildet.
3. Schaltu igsanordnung nach Anspruch 2. ge- Diese Aufgabt wird erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet
durch einen Zähler (13) mit vor- 30 Rist, daß im Führungsgrößenkanal des Integralreglers
geschalteten: Sperrga.tcr (I-ij, das eine hoch- eine aus der Signulfolge des digitalen Drehzahlgebers
genaue Bezugsfrequenz (/„) in Abhängigkeit vom abgeleitete drehzahlproportionale Impulsfolge aus
Ausgangssignal eine: vom digitalen Drehzahl- Impulsen mit konstanter Spannungs-Zeit-Fläche und
geber (2,3) angesteuerten Gedächtnisstufe (>5) in seinem Regelgrößenkanal die korrigierte Spanfreigibt,
und durch eine Auswertelogik (16) für 35 nung ansteht, die ein Addierverstärker aus der Meßden
Zählerstand, die bei einer vorgegebenen spannung und der Korrekturspannung des Integral-Anfangszahl
einen Schalter (6) für die Bezugs- reglers bildet.
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