DE2556952A1

DE2556952A1 - Kombiniertes, digitales steuerungs- und regelungssystem fuer einen gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2556952A1
Application number: DE19752556952
Authority: DE
Inventors: Charles Ronald Bringol
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1975-12-18
Publication date: 1976-07-01
Also published as: US3979651A; GB1478754A; IT1049898B; FR2296299B1; FR2296299A1; JPS5177816A

Description

Amtliches Aktenzeichen:

l-Teuarinclauii"

Aktenzeichen der Anr.vsläerin. AT 973 01C

Kombiniertes, digitales Steuerung mid J.e^.olungssj-atein für
einen Gleichstrommotor

Diese Erfindung betrifft ein kombinierte,-·;, digitales Steuerung und Regelungssystem für einen schnell auf eine konstante Γ-atri-i·;.^- geschwindigkeit hoclilaufenden kollektorlooen GleichstroiriT^otor mit einem polarisierten Motor und über den Statorumfang verteilten durch breitenmodulierte Stromimpulse erregbaren η-Wicklungen_; deren Treiber durch logische Torschaltkreise aktivierbar sind, an denen wenigstens außer Komnandosignalen entweder die von
einem Rotor-Stellungsgeber rückgekoppelten ersten n-Steuersi·· gnale anliegen, deren Zeitintervalle von der Rotorgeschv/indigkeit abhängig ist, oder zweite Steuersignale, deren konstante Frequenz die Betriebsgeschwindigkeit bestimmt, wobei außerdem die ersten und die zweiten Steuersignale an einer Vergleiches·- einrichtung anliegen, die die Frequennz der ersten Steuersignale in bezug zu den zweiten Steuersignalan vergleicht und die bei einer niederen Frequenz die Torschaltkreise aktiviert, an denen erste Steuersignale anliegen und die bei übereinstimmender
Frequenz die Tor schaltungen aktiviert,- an denen die zweiten
Steuersignale anliegen.

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Dieses erfindungsgemäße kombinierte Steuerungs- und Regelungssystem ist eine vorteilhafte Weiterentwicklung von bekannten Steuerung- und Regelungssystemen und es bezweckt eine Funktionsverbesserung, einen wesentlich schnelleren Wechsel der Drehrichtung und eine verkürzte Anhaltezeit des Motors, sowie eine An passung an die gesteigerten Erfordernisse und billige Herstellungskosten.

Derartige Steuerungs- und Regelungssysteme werden in Antriebsoder Servosystemen verwendet, die entweder einen teueren Schrittmotor oder einen Gleichstrommotor enthalten. Diese Systeme sind an die jeweilige Art des Motors angepaßt und ihre Funktion bzw. ihr Regelungsverhalten kann auf verschiedenen Prinzipien basieren. Diese steuerbaren und geregelten elektromotorischen Antriebe sind meistens so ausgelegt, daß sie sich beim Anlauf schnell auf eine vorbestimmte Betriebsgeschwindigkeit beschleunigen. In diesem Betriebszustand laufen die Motoren synchron zu einer Folge von Taktsignalen, welche beispielsweise von einem Impulsgenerator oder einem Oszillator erzeugt werden. Die Regelungssysteme sind so ausgelegt, daß die Motoren in diesem Betriebszustand innerhalb enger Toleranzen ihre konstante Winkelgeschwindigkeit auch bei verschieden großer Beanspruchung z.B. eine Stoßbelastung beibehalten. Auch andere Einflüsse, z.B. Änderungen in der Speisespannung der Motoren, oder Temperaturänderungen, die die Drehgeschwindigkeit des Motors beeinflussen, sollen möglichst durch dieses Regelungssystem kurzzeitig ausgeglichen werden.

Diese auf eine konstante Drehgeschwindigkeit geregelten Elektromotoren werden in automatisierten Steuerungsanlagen, in der Fördertechnik und beispielsweise in den Maschinen und Geräten von Datenverarbeitungsanlagen verwendet, wo sie zum Transport von Informationsträgern, zur gesteuerten Auslenkung von Schreib/Leseköpfen, oder zum Vorschub von zu bedruckenden Päpierformularen usw. dienen. Bei einigen der letztgenannten Anwendungsfälle wird

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außer dem schnellen Anlauf des Motors und der konstanten Betriebsgeschwindigkeit noch eine kurze Umsteuerzeit des Motors in eine andere Drehrichtung und eine kurze Anhaltezeit des Motors gefordert. Die bekannten Regelungssysteme, insbesondere solche, die mit Gleichstrommotoren zusammenwirken, erfüllen nur zum Teil diese Forderungen.

Es sind MotorSteuersysteme bekannt, durch die ein Motor in einer ersten Betriebsart gestartet und bis zum Erreichen einer vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit beschleunigt wird, worauf er dann in einer zweiten, durch Taktsignale gesteuerten synchronen Betriebsart läuft, um sicherzustellen, daß die geforderte Winkelgeschwindigkeit innerhalb von Toleranzgrenzen gehalten wird. Der synchrone Motorbetrieb ist eine bekannte Betriebsart, die oft verwendet wird, um eine im wesentlichen konstante geforderte Geschwindigkeit zu halten. Die bekannten Synchronmotoren erfordern jedoch im allgemeinen Hilfswicklungen oder zusätzliche Anlaufeinrichtungen zur Beschleunigung des Rotors auf die Synchrongeschwindigkeit. Diese Synchronmotoren sind infolge ihres relativen tragen Anlauferhaltens für einige der vorgenannten Anwendungsfälle nicht geeignet.

Durch das amerikanische Patent 2 814 769 wurde ein Steuerungssystem für einen durch Taktimpulse erregten Schrittmotor bekannt, das einen Oszillator enthält, der von zwei Rückkopplungskreisen beeinflußt wird. In der französichen Patentschrift 1 434 594 ist eine andere Steuerungseinrichtung für einen Schrittmotor zur Drehzahlregelung dieses Motors beschrieben, bei der eine Rück kopplungsspannung, die aus den Statorwicklungen während der nicht-stromführenden Perioden ausgekoppelt wird, zur Drehzahlregelung des Motors und zur Verringerung des Anlaufstromes verwendet wird.

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In einem Fachaufsatz sind mehrere Steuerungssystem mit Rückkopplungseinrichtungen zum Betrieb von Schrittmotoren beschrieben. Dieser Fachaufsatz hat den Titel "Four Ways to Use Feedback with Stepping Motors" und ist in der Fachzeitung Control Engineering Vol. 14, Heft 18, August 1967, Seiten 69 bis 71 beschrieben. Durch diese Veröffentlichung wurde ein kombiniertes Regelungssystem für einen Schrittmotor bekannt, bei dem in der Anlaufphase des Motors bis zu seiner gewünschten Rotorgeschwindigkeit die Rückkopplungssignale eines Stellungsgebers mit den Signalen konstanter Frequenz eines Oszillators hinsichtlich ihrer Phasenlage miteinander verglichen werden. Bei einer Übereinstimmung der Frequenzen und der Phasen erfolgt der übergang der Steuerung des Motors vom Rückkopplungsteil zu dem Schaltungsteil, das den Oszillator enthält. Dadurch wird die weitere Einwirkung von Rückkopplungssignalen auf den Motor gesperrt, während dessen Rotor sich mit der geforderten zu den Oszillatorsignalen synchronen Betriebsgeschwindigkeit bewegt. Während der Motoranlaufphase ist die Einwirkung der vom Oszillator erzeugten Steuersignale konstanter Frequenz auf den Motor blockiert.

Weiterentwicklungen dieses bekannten Regelungssystems sind in den beiden amerikanischen Patentschriften 3 518 516 und 3 601 beschrieben. Bei diesen verbesserten Regelungssystemen wird der Motor im synchronen Betriebslauf von Oszillatorsignalen gesteuert, wobei die von der Gebereinrichtung rückgekoppelten Gebersignale noch vorhanden sind, jedoch zunächst keine Steuerfunktion mehr ausüben, solange, bis durch eine Belastungsänderung die Möglichkeit besteht, daß die Drehgeschwindigkeit des Motors außerhalb der Toleranzgrenzen der vorbestimmten Soll-Motorgeschwindigkeit liegt. In diesem Betriebszustand kehrt das Regelungssystem in den zuvor genannten selbstgesteuerten Schrittbetrieb zurück und regelt den Motor wieder auf seine Soll-Geschwindigkeit ein.

Bei diesen bekannten geregelten Antriebseinrichtungen mit Schrittmotoren ist es nachteilig, daß die Schrittmotoren relativ teuer

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sind, beispielsweise im Vergleich zu kollektorfreien Gleichstrommotoren, die einen Dauermagneten im Rotor enthalten. Bei den vorgenannten Regelungssystemen ist es außerdem nicht befriedigend, daß sich der rückstellbare Oszillator nicht auf einfache Weise durch einen Kristall steuern läßt. Mit Kristall gesteuerte Oszillatoren oder Impulsgeneratoren sind in Regelungssystemen besonders vorteilhaft, mit denen eine vorbestimmte Drehgeschwindigkeit proportional und synchron zur Frequenz eines Zuges von Taktimpulsen gewünscht wird. Bei den vorgenannten Regelungssystemen für Schrittmotoren ist weiterhin unbefriedigend, daß bei einer relativ niederen Drehgeschwindigkeit sich kein gleichmäßig glatter Lauf des Rotors ergibt, da der mehrzahnige Rotor während seiner Drehung einer stetig pulsierenden magnetischen Flußänderung ausgesetzt ist.

Ein anderes Regelungssystem zur Konstanthaltung der Drehgeschwindigkeit eines kollektorlosen Gleichstrommotors wurde durch das amerikanische Patent 3 783 357 bekannt, bei dem die von einem Referenzoszillator gelieferten Taktimpulse bistabile Kippschaltungen schalten und dadurch Gleichstrom-Treiberimpulse zum Start - und Hochlauf eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors liefern. Bei jeder Umdrehung des Rotors werden die bistabilen Kippschaltungen entsprechend der jeweiligen Rotor-Position zurückgeschaltet. Wenn der Rotor die geforderte Soll-Geschwindigkeit des Antriebssystems erreicht hat, ist die Frequenz der die Statorwicklungen erregenden ersten Treiberimpulse gleich der Frequenz der zweiten Steuerimpulse. Die Treiberimpulse sind breitenmoduliert und ihre Länge wird durch die jeweilige Rotorposition bestimmt. Zu Beginn des Motoranlaufs sind die ersten Treiberimpulse lang und sie verkürzen sich stetig mit der ansteigenden Geschwindigkeit des Motors. Indem man die Länge der Treiberimpulse in Abhängigkeit von der Rotorposition beendet,, wird sichergestellt, daß die Treiberimpulse nur ein positives, den Motor beschleunigendes Drehmoment erzeugen. Dies hat zur

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Folge, daß bei einer plötzlichen Entlastung des Motors durch das Anlegen einer geringeren Last kurzzeitig eine zusätzliche Beschleunigung des Rotors erfolgen kann,- so daß sich dieser über der vorbestimmten synchronen Drehgeschwindigkeit bewegt. Dieser unerwünschte Effekt wird nach dem amerikanischen Patent 3 783 357 durch eine Logikschaltung beseitigt, die die Treiber-Gleichspannung für die Erregerwicklungen selbsttätig ändert, wenn die Minimal- oder Maximallängen der Treiberimpulse durch Änderungen des Lastmomentes überschritten werden. Diese Lösung bewirkt jedoch, daß der Motor zeitweilig bei jeder auftretenden Spannungsänderung aus der Synchronisation fällt, das zu einer ungenauen Drehzahlregelung, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen führt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, zur Befriedigung von Betriebserfordernissen, die man an neuzeitliche Antriebs- und Servosysteme stellt, ein kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem zu schaffen, bei dem ein preisgünstiger Motor mit präziser Drehgeschwindigkeit bei vorgegebenen Drehzahlen, einschließlich sehr niedriger Drehzahlen, über einen großen Belastungsbereich von schwankenden Drehmomentwerten betrieben werden kann, wobei die gewünschte Drehzahlkonstanz eingehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vergleichseinrichtung wenigstens einen nach n-Zählsignalen rückstellbaren Vor-/Rückwärtszähler enthält, an dessen Addier-Eingang in kontinuierlicher Folge Taktsignale konstanter Frequenz anliegen, von denen auch ein η-stufiger Zähler die zweiten Steuersignale ableitet, daß ein Von den ersten η-SteuerSignalen gespeister Signalwandler an den Subtraktions-Eingang des V/R-Zählers bei jeder Rotorumdrehung eine Folge von n-Subtraktionsimpulsen liefert, deren Zeitintervalle von der resultierenden

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Länge von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden ersten Steuersignalen abhängig ist, daß ein bei einer Frequenzdifferenz vom V/R-zähler erzeugtes erstes Ausgangssignal über den ersten Ausgang einer bistabilen Kippschaltung wenigstens einen logischen Schaltkreis aktiviert, der das im Motoranlauf wirksame Kommandosignal erzeugt und dieses an die zugeordneten Torschaltkreise liefert, und daß bei keiner Frequenzdifferenz der V/R-Zähler ein zweites Ausganssignal erzeugt, das den bistabilen Kippschalter umschaltet, so daß dessen zweiter Ausgang einen logischen Schaltkreis aktiviert, der das Kommandosignal zum Betriebslauf des Motors synchron mit den Taktsignalen erzeugt und dieses an die zugeordneten Torschaltkreise liefert.

Eine erste zweckmäßig Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerungsund Regelungssystems besteht darin, daß es einfache, vorzugsweise aus logischen Schaltungskreisen bestehende Einrichtung enthält, die es ermöglichen, den Motor im schnell umsteuerbaren Reversierbetrieb verwenden zu können. Beispielsweise zum Transport von bandförmigen Informationsträgern, die zur Auslesung der Daten aus Speicherpositionen in beiden Richtungen sehr schnell hin- und herbewegt werden müssen und die vor der Zielstellung kurzzeitig gestoppt werden können. Diese vorteilhafte Zusatzeinrichtung ist ein integrierter Bestandteil des neuen Steuerungs- und Regelungssystems und es ermöglicht eine sehr kurze Bremszeit des Motors von seinem Synchronlauf bis zum Stillstand, weil während des Bremsvorgangs der Motor gesteuert von den ersten Steuersignalen ebenfalls in Anlaufbetrieb, jedoch für den entgegengesetzten Drehsinn durch breitenmodulierte Stromimpulse erregt wird, die kurz vor dem Stillstand des Rotors automatisch durch das Steuerungssystem abgeschaltet werden.

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Um zu erreichen, daß das Antriebs- oder Servosystem mit einem impulsgespeisten Motor auch mit verhältnismäßig niederen Soll-Drehzahlen bzw. kleiner Winkelgeschwindigkeit gleichmäßig, ohne an- und abschwellende Geschwindigkeit betrieben werden kann, ist als zweckmäßige zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerungs- und Regelungssystem eine zusätzliche Schaltungseinrichtung vorgesehen, welche zusätzliche Zähleinrichtungen und jeweils einen Sinus- und Cosinusgenerator enthält. Diese Zusatzeinrichtung bewirkt eine wellenförmige Modulation der den Motor speisenden Gleichstromimpulse gleicher Frequenz, dessen Wicklungen durch die sich überlappenden Stromimpulse erregt werden, die in einer durch die Taktimpulse gesteuerten Folge erscheinen.

Eine dritte, ebenfalls sehr zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen kombinierten Steuerungs- und Regelungssystems besteht darin, daß sie mit einer Einstelleinrichtung versehen ist, die es ermöglicht, eine absolute gleiche Motorgeschwindigkeit innerhalb eines bestimmten Drehwinkels des Motors einzustellen. Eine derartige Einrichtung ist besonders vorteilhaft in Antrieben für Bürogeräte oder Maschinen, die scheibenförmige Informationsträger enthalten, z.B. Diktiergeräte oder Plattenspeicher. Mit dieser Drehzahleinstelleinrichtung ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit als hyperbolische Funktion der linearen Verschiebung eines einstellbaren Potentiometers vorzunehmen. Eine ähnliche Einstellvorrichtung zur Erzielung einer konstanten, tangentialen Motorgeschwindigkeit in einem Informations-Aufzeichnungsgerät mit kreisförmigen Speicherplatten, wurde durch die amerikanische Patentschrift 3 826 965 bekannt.

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Das erfindungsgemäße kombinierte Steuerungs- und Regelungssystem ist für einen kollektorlosen Gleichstrommotor ausgelegt, der mindestens zwei in einem Winkel gegeneinander versetztes Statorwicklungen enthält und der einen polarisierten Rotor hat. Der Motor ist selbstanlaufend und wird dabei von ersten Steuersignalen gesteuert, die von einem mit der Antriebseinrichtung gekoppelten Rotor-Stellungsgeber erzeugt werden. Dabei gelangen Taktimpulse als Bezugssignale bzw. als zweite Steuersignale mit einer, der gewünschten Winkelgeschwindigkeit des Rotors entsprechenden Frequenz an den einen Eingang einer Vergleichseinrichtung; und zweite Steuersignale, die von der Stellung des Rotors relativ zu den Wicklungen abhängig sein, gelangen zum zweiten Eingang dieser Vergleichseinrichtung. Diese Vergleichseinrichtung liefert an ihrem einen Ausgang ein erstes Vergleichssignal, wenn die Geschwindigkeit des Rotors gleich der gewünschten Winkelgeschwindigkeit ist und sie liefert ein zweits Vergleichssignal, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Rotors kleiner ist als die gewünschte Winkelgeschwindigkeit.

Der Betriebsart-Steuerungsteil dieses kombinierten Regelungsund Steuerungs-Systems enthält eine aus logischen Schaltungskreisen bestehende Schaltungsanordnung, die bewirkt, daß in der Anlaufphase, die den Start und die Beschleunigung des Motors umfaßt, der Motor als reiner Gleichstrommotor betrieben wird. Diese Anlaufphase des Motors wird durch ein Kommandosignal gesteuert, das von der Vergleichseinrichtung erzeugt wird, solange die Frequenz der konstanten Taktsignale von der Frequenz der ersten Steuersignale abweichi^wobei letztere von dem Stellungsgeber erzeugt werden. Hat sich der Motor auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die der gewünschten Soll-Geschwindigkeit entspricht, dann läuft in diesem Betriebszustand der Motor als Synchronmotor, erregt von Stromimpulsen, die eine konstante Länge und Frequenz haben und direkt proportional zu den Taktimpulen sind und die

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beispielsweise von einem kristallgesteuerten Impulsgenerator an das Regelungssystem geliefert werden. Dieser synchrone Betrieb beginnt, sobald keine Frequenzdifferenz zwischen den Taktsignalen konstanter Frequenz und den ersten Steuersignalen veränderlichen Frequenz, die von dem Stellungsgeber geliefert werden, besteht, die beide an der Vergleichseinrichtung anliegen. Bei diesem übereinstimmenden Zustand erzeugt die Vergleichseinrichtung ein Ausgangssignal, von dem ein Kommandosignal abgeleitet wird, das dem sychronen Lauf des Motors zugeordnet ist, welches gleichzeitig an den dem Synchronbetrieb zugeordneten Torschaltkreisen anliegt.

Das Anhalten des Motors geschieht auf folgende Weise: Durch das Stopsignal wird wieder das Kommandosignal erzeugt, durch das der Motor als Gleichstrommotor in den Anlaufphase betrieben wird, jedoch im Gegendrehsinn, wobei die erregenden Stromimpulse kräftige Bremsmomente verursachen, die der kinetischen Energie des Antriebsystemes entgegenwirken und dieses sehr stark bis zum Stillstand verzögern. Während dieses Anhaltevorgangs wirken auf die Statorwicklungen Stromimpulse ein, die in einer entgegengesetzt ten Folge erscheinen als beim ersten Anlauf des Motors.

Im synchronen Betrieb des Motors erregen die Statorwicklungen Stromimpulse deren Folgefrequenz mit der Frequenz der Taktimpulse übereinstimmt, deren Amplitude sich jedoch gesteuert durch die Einwirkung eines Sinus- und Cosinusgenerators stetig ändert. Dadurch wird beim Synchronbetrieb des Motors, in dessen Stator ein kontinuierliches magnetisches Magnetfeld erzeugt, welches eine im wesentlichen gleichmäßige Drehung des Rotors auch bei sehr niedriger Winkelgeschwindigkeit ermöglicht.

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Zur Vor-Einstellung der konstanten Betriebsgeschwindigkeit des Motors innerhalb gewisser Grenzen, oder zur Erzielung einer absoluten konstanten Geschwindigkeit des Motors innerhalb eines bestimmten Drehwinkels, können die als Bezugssignale dienenden Taktimpulse konstanter Frequenz von einem einstellbaren Impulsgenerator geliefert werden.

Dieses kombinierte Steuerungs- und Regelungssystem kann durch einen Impulsgenerator ergänzt werden, der in Abhängigkeit von der linearen Verschiebung eines Potentiometers Taktimpulse liefert, deren Frequenz sich in einer hyperbolische Funktion ändert, in Abhängigkeit von der Einstellung des Abgreifschiebers am linearen Potentiometer. Dieser einstellbare Abgreifschieber des Potentiometers kann mit einem Geber, bzw. Schreib-/Lesekopf mechanisch verbunden sein, der in radialer Richtung über die Oberfläche eines kreisförmigen Aufzeichnungsträgers bewegbar ist.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Steuerungs- und Regelungssystems werden folgend anhand von Schaltbildern und Impulsdiagrammen ausführlicher beschrieben. Von den Figuren stellen dar:

Fig. 1 ein schematisches Logikschaltbild zur Ver

deutlichung des Grundprinzips vom kombinierten Steuerungs- und Regelungssystem.

Fig. 2 ein Impulsdiagramm in Abhängigkeit von der

Zeit, als Ergänzung zu der Fig. 1, das den Anlauf des Motors bis zum Synchronbetrieb zeigt«

Fig. 3 In Ergänzung zu der Fig. 1 ein anderes

Impulsdiagramm in Abhängigkeit von der Zeit, zur Darstellung des Funktionsablaufs bei dem der sich im synchronen Betrieb befindliche Motor bis zum Stillstand gestoppt wird.

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Fig. 4 in Ergänzung zu Fig. 1 ein Impulsdiagramm

in Abhängigkeit von der Zeit zur Darstellung des Funktionsablaufs für den Motorbetrieb vom synchronen Lauf in einer Richtung zum synchronen Lauf in der Gegenrichtung.

Fig. 5 ein vereinfachtes Logik-Schaltbild, basierend

auf dem Schaltbild der Fig. 1, das jedoch durch eine Einrichtung ergänzt wurde, um beim Synchronbetrieb des Motors ein kontinuierliches Drehfeld und damit eine gleichmäßige Winkelgeschwindigkeit des Motors zu erhalten.

Fig. 6 ein Impulsdiagramm in Abhängigkeit von der

Zeit, das die Arbeitsweise des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels zeigt, wenn der Motor aus dem Stillstand bis zum Synchronbetrieb beschleunigt wird.

Fig. 7 eine Anwendung des kombinierten Steuerungs

und Regelungssystems für einen Motor, der eine kreisförmige Scheibe einer sich nach einer bestimmten Funktion ändernden Geschwindigkeit antreibt, um eine im wesentlichen konstante Tangentialgeschwindigkeit der Scheibe zu erhalten, in Abhängigkeit von der Stellung eines in radialer Richtung über die Oberfläche der Scheibe bewegbaren Gebers, z.B. eines Lese-Schreibkopfes.

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Fign. 8 und 9 Schaltbilder von Funktionsgeneratoren zur

Lieferung der Taktimpulse für das kombinierte Steuerungs- und Regelungssystem für einen Motor bei Benützung der in Fig. 7 gezeigten Anwendung.

Das in Fig. 1 dargestellte logische Schaltbild des kombinierten Steuerungs- und Regelungssystems enthält einen Schaltungsteil 10, für die Betriebsart-Steuerung, in dem Kommandosignale für die verschiedenen Betriebsarten erzeugt werden, sowie eine Schaltungsanordnung 50, die aus einer Anzahl miteinander kombinierten logischen Torschaltkreisen und Treibern besteht, welche an die Statorwicklungen des Motors, die Gleichstromimpulse zur Erregung des Motors liefern. Das Schaltschema des kollektorlosen Motors ist im Schaltbild Fig. 1 auf der rechten oberen Seite dargestellt und darunter befindet sich das vereinfachte Schaltbild für den Stellungsgeber 95, welcher mit dem Motor mechanisch verbunden ist. Eine mit +V IN bezeichnete Gleichspannung liegt über einen Widerstand 86 an dem zentralen Knotenpunkt 93, an den jeweils ein Ende einer der vier Statorwicklungen 81, 82, 83 und 84 des Motors angeschlossen sind. Der Rotor 85 enthält anstelle von Ankerwicklungen einen zweipoligen Dauermagneten; deshalb ist zur Erregung des Rotors kein Strom erforderlich und es können somit der Kollektor bzw. Schleifringe entfallen.

Zwei Hallsonden 87 und 88 sind neben dem Rotor 85, den Umfang verteilt im rechten Winkel zueinander so angeordnet und elektrisch mit Schaltkreisen 90 ... 99 verbunden, daß sie einen Stellungsgeber 95 bilden, der die ersten Steuersignale VS, VS, HS und HS liefert, welche die jeweilige Stellung des Rotors relativ zu den Statorwicklungen 81 bis 84 angeben. Anstelle dieses mit Hallsonden 87, 88 bestückten Stellungsgebers 95 sind auch andere Positionsfühleinrichtungen als Stellungsgeber verwendbar, die entweder optische, kapazitive oder induktive Fühleinrichtungen enthalten. Die beiden parallel geschalteten HaIl-

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sonden 87 und 88 sind in Reihe mit den Widerständen 89 und 90
verbunden und sie werden durch eine Gleichspannung vorgespannt, die an den beiden Anschlußpunkten anliegt, welche mit +V IN und Masse bezeichnet sind. Zwei Kondensatoren 91 und 92 sind an die beiden Enden der Hallsonden 87, 88 und Masse geschaltet, zwecks Ableitung der relativ hochfrequenten Störsignale, welche auf der Speisespannungsleitung +V erscheinen können. Die beiden Ausgangsanschlüsse jeder Hallsonde 87, 88 sind mit den beiden Eingängen eines Verstärkers 96, bzw. 98 so verbunden, daß von dem Stellungsgeber 95 ein positives erstes Signal VS ausgegeben wird, wenn
beispielsweise der Nordpol N des Rotors 85 vertikal über dem
Mittelpunkt des Rotors 85 steht; und ein positives erstes Stellungssignal HS erscheint, wenn sich der Nordpol N des Rotors 85 in horizontaler Richtung rechts neben der Mitte befindet. Zwei
mit den Verstärkern 96, 97 verbundene Inverter 99 und 98 liefern die komplementären ersten Stellungssignale VS und HS zu den
erstgenannten Stellungssignalen VS und HS, wenn der Nordpol des Rotors 85 beispielsweise vertikal unterhalb der Mitte oder
horizontal links von der Mitte des Rotors 85 sich befindet.

Die logische Steuerungsschaltung 10 für die Betriebsart wird durch den Spannungspegel eines einzelnen binären Richtungssignales DR aktiviert und sie steuert die Drehrichtung des Motors 80. Eine
Drehrichtung des Motors in Vorwärtsrichtung FWD, d.h. gegen den Uhrzeigersinn, erreicht man durch das Anlegen eines Richtungssignales DR, das einer binären 0 entspricht und welchem ein
negativer Spannungspegel zugeordnet ist. Um eine entgegengesetzte Drehrichtung des Motors, also im Uhrzeigersinn REV zu erhalten, wird ein Drehrichtungssignal DR angelegt, das einer binären 1
entspricht und das einen positiven Spannungspegel aufweist.
Um den Rotor 85 anzuhalten, wird an die Betriebsartsteuerschaltung 10 ein Signal STOP angelegt, dem ein positiver Spannungspegel zugeordnet ist. Hierzu erfolgen später noch weitere
Erklärungen.

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Als Bezugssignale werden rechteckförmige Taktimpulse, deren Frequenz proportional der gewüschten Winkelgeschwindigkeit des Motors 80 ist, in Abhängigkeit von der Anzahl und Anordnung der n-Statorwicklungen und der Anzahl der Rotorpole über die Leitung 11 an den Addier-Eingang eines Vorwärts/RückwärtsZählers 13 angelegt. Falls eine sehr präzise Geschwindigkeitskonstanz des Motors während des Synchronbetriebes gefordert ist, können die Taktsignale beispielsweise durch einen kristallgesteuerten Oszillator erzeugt werden. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß der V/R-Zähler 13 in Anpassung an die η = 4 Statorwicklungen 81 ... 84 des Motors 80 auch bis η = 4 zählt und dann wieder zurückgestellt wird. Der V/R-Zähler 13 ist ausgangsseitig mit einem ersten sogenannten Flip-Flop 14 verbunden, welcher auch unter der Bezeichnung bistabiler Kippschalter oder Trigger bekannt ist. Jedesmal wenn der V/R-Zähler 13 seinen höchsten Zählwert η erreicht hat, liefert er an den einen Eingang S des Flip-Flop 14 ein positives Signal, so daß dieser in den zugeordneten Schaltzustand schaltet. Befindet sich der V/R-Zähler in seinem rückgestellten Zustand, d.h. wenn er seinen tiefsten Zählwert aufweist, erzeugt er an seinem anderen Ausgang ein positives Signal, das zum Eingang R des ersten Flip-Flop 14 gelangt und diesen in den anderen Schaltzustand umschaltet.

Nimmt man unter Betrachtung des Schaltbildes Fig. 1 und des Impulsdiagrammes Fig. 2 an, daß der Motor 80 aus dem Stillstand des Rotors bis zum synchronen Lauf in Vorwärtsrichtung FND beschleunigt werden soll und daß das erste und zweite Flip-Flop 14 und 23 am Anfang zurückgestellt sind, dann wird das negative Richtungssignal DR durch einen Inverter 28 invertiert, so daß an dessen Ausgang ein positives Signal zur Verfügung steht, das an einem Eingang eines ÜND-Schalters 29 anliegt. Da das zweite Flip-Flop 23 zurückgestellt ist, wird an seinem Ausgang Q ein positives Signal erzeugt, das an dem anderen Eingang des UND-Schalters 29 anliegt, wodurch dieser aktiviert wird und ein positives

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Signal erzeugt, das durch das ODER-Glied 31 zu einem Eingang eines UND-Schalters 33 gelangt. Der Eingang für das Stop-Signal ist beim Motorlauf mit einem negativen Spannungspegel belegt. Ein

positiver Spannungspegel liegt beim Befehl STOP an. Der negative Spannungspegel wird durch den Inverter 24 zu einem positiven Spannungspegel umgekehrt, der durch ein ODER-Glied 25 als Signal zum anderen Eingang des UND-Schalters 33 gelangt. Die Aktivierungsbedingungen für diesen UND-Schalter 33 sind dadurch erfüllt und er liefert an seinem Ausgang ein positives Kommandosignal FWD, das dem Drehsinn vorwärts entspricht.

Nimmt man weiterhin an, daß zu dieser Zeit, der von den Taktsignalen gesteuerte V/R-Zähler 13 maximal bis zu η = 4 zählt, dann wird nach dem Anlegen von vier Taktimpulsen über die Leitung an den V/R-Zähler 13 von diesem ein positives Signal an den Eingang S des ersten Flip-Flop 14 geliefert, Dadurch erzeugt dieser erste Flip-Flop 14 an seinem Ausgang Q ein positives Signal, das zu einem ODER-Glied 18 gelangt, welches an seinem Ausgang ein positives Kommandosignal MDC erzeugt, welches letzlich den Start des Motors einleitet und bestimmt, daß der Motor 80 als Gleichstrommotor betrieben wird. Die beiden positiven Kommandosignale FWD und MDC liegen gleichzeitig an zwei Eingängen der UND-Schaltungen 51, 57, 62 und 68 an, die auch als Torschaltkreise bezeichnet werden.

Nimmt man weiterhin an, daß der Rotor-Stellungsgeber 95 ein erstes Steuersignal VS erzeugt, das der Stellung des Rotors 85 zugeordnet ist, wenn sich ein Bezugspunkt des Rotors 85 senkrecht über dessen Mittelpunkt befindet. Ein anderes positives erstes Steuerungssignal VS* wird vom Stellungsgeber 95 erzeugt, wenn sich der Rotorbezugspunkt senkrecht unterhalb des Mittelpunktes befindet. Der Stellungsgeber 95 erzeugt ein anderes positives erstes Stellungssignal HS, wenn der Rotorbezugspunkt sich rechts vom Mittelpunkt befindet und er liefert ein anderes erstes positives Stellungssignal HS, wenn der Rotorbezugspunkt in horizontaler

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Richtung links vom Mittelpunkt des Rotors liegt. Die als erste Steuerungssignale bezeichneten Stellungssignale VS, VS, HS und Is, welche jeweils während einer Umdrehung des Rotors 85 vom Stellungsgeber 95 erzeugt werden und deren Länge von der Geschwindigkeit des Rotors abhängig ist, werden auf die Schaltungsanordnung des Steuerungs- und Regelungssystems zurückgekoppelt. Diese ersten Steuerungs- oder Stellungssignale VS, VS, HS und HS aktivieren nacheinander die von den Kommandosignalen MDC und FWD vorbereiteten sogenannten logischen Torschaltkreise, welche auch die UND-Schaltungen 51, 57, 62 und 68 enthalten.

Die positiven Ausgangssignale von den aktivierten UND-Schaltungen 51, 57, 62 und 68 gelangen durch die zugeordneten ODER-Glieder 55, 60, 66 bzw. 71 zu den Treiberstufen 56, 61, 67 bzw. 72 von denen jeweils eine mit einer Statorwicklung 81 ... 84 verbunden ist. Es wird angenommen, daß bei einem negativen Eingangssignal die Treiber 56, 61, 67 und 72 im wesentlichen gesperrt sind, so daß in den Statowicklungen 81 ... 84 ein Stromfluß verhindert ist. Liegt ein positives Signal am Eingang der Treiber 56, 61, 67 und 72, dann schalten diese in den Leitzustand und legen Masse an das Ende der Statowicklungen 81 ... 84, an deren anderem Ende der positive Pol der Gleichspannung anliegt. Die Treiber 56, 61, 67 und 72 erzeugen nacheinander in einer bestimmten Folge durch das Anschalten des Massepotentials an die Statorwicklungen 81 ... 84 die Stromimpulse DA, DB, DC und DD, welche die Statowicklungen 81, 82, 83 und 84 erregen. In der durch das Kommandosignal MDC bestimmten Betriebsart arbeitet der Motor 80 als Gleichstrommotor, welcher einen elektronischen Kommutator enthält. In einem Erregungszyklus der Statorwicklungen 81 ... wird jeweils als nächste Wicklung die Wicklung erregt, die vor der jeweiligen Rotorposition liegt, die durch ein erstes Steuerungssignal bzw. Stellungssignal VS, VS, HS oder HS angezeigt wird.

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Während dieser Anlaufphase läuft der Motor 80 im Gleichstrombetrieb und er beschleunigt dabei den Rotor 85 solange, bis dieser die vorbestimmte Winkelgeschwindigkeit erreicht, die durch die Motorparameter bzw. durch die Vergleichseinrichtung 13, 14, 22 festgelegt ist. Dabei werden als erste Steuersignale die rückgekoppelten Stellungssignale HS und VS an den UND-Schalter 19 angelegt und die Stellungssignale HS und VS liegen an den Eingängen des UND-Schalters 20 an. Die beiden ÜND-Schalter 19 und 20 erzeugen somit bei jeder Rotorumdrehung, zwei positive Ausgangssignale, die durch das ODER-Glied 21 auf den Eingang einer monostabilen Kippschaltung 22 gelangen. Die beiden ÜND-Schalter 19, 20, das ODER-Glied 21 und der monostabile Kippschalter 22 bilden einen Signalwandler.

Der monostabile Kippschalter 22 erzeugt einen ersten positiven Ausgangsimpuls bestimmter Breite, sobald er durch die Anstiegsflanke des positiven Ausgangssignales vom ODER-Glied 21 angestoßen wird. Ein zweiter positiver Ausgangsimpuls festgelegter Länge wird von dem monostabilen Kippschalter 22 erzeugt, wenn das von dem ODER-Glied 21 gelieferte Signal endet. Der Zeitintervall der beiden aufeinanderfolgenden Impulse vom monostabilen Kippschalter 22 ist somit von der Länge des Ausgangssignals vom ODER-Glied 21 abhängig bzw. von dem Abstand zwischen der Anstiegsflanke und der Abstiegsflanke oder in anderen Worten ausgedrückt: Von der resultierenden Länge der beiden Stellungssignale HS, VS, welche als erste Steuersignale am ÜND-Schalter 20 anliegen. Die Impulsfolge bzw. der Zeitintervall der von dem Kippschalter 22 im Signalwandler erzeugten Signale ist somit von der zeitlichen relativen Länge der überlagerten ersten Steuersignale und von der Geschwindigkeit des Rotors 85 abhängig. Die monostabile Kippschaltung 22 erzeugt somit bei jeder Umdrehung des Rotos 85 aus den paarweise an den Signalwandler angelegten StellungsSignalen VS HS bzw. VS und HS jeweils vier Impulse gleicher Breite, deren Zeitintervall jedoch von der Geschwindigkeit des Rotors abhängig ist. Diese positiven Ausgangssignale der monostabilen Kippschaltung 22 in Signalwandler werden als VergleichsSignaIe

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an den Subtraktionseingang des V/R-Zählers 13 angelegt, welcher ein Beetandteil der Vergleichseinrichtung ist.

Ist der Anlaufphase des Motors 80 die Geschwindigkeit des Rotors 85 soweit angestiegen, daß die Frequenz der positiven Vergleichsimpulse, die von dem monostabilen Kippschalter 22 geliefert werden gleich ist der Frequenz der Taktimpulse, welche als Bezugssignale an dem Addiereingang des V/R-Zählers 13 anliegen, dann befindet sich dieser Zähler 13 in seiner unteren Grenze und er liefert ein positives Signal an den R-Eingang vom Flip-Flop 14. Dieser erste Flip-Flop 14 schaltet daraufhin um und erzeugt an seinem Ausgang Q ein positives Ausgangssignal, das am ünd-Schalter 17 anliegt.

Während dieser Motoranlaufzeit ist der mit STOP bezeichnete Eingang, da dieses STOP-Signal nicht vorliegt, mit einem negativen Spannungspegel belegt der durch den Inverter 16 in einen positiven Spannungspegel 18 gewandelt wird und am anderen Eingang des UND-Schalters 17 anliegt. Dadurch sind die Bedingungen zur Aktivierung dieses UND-Schalters 17 erfüllt und er liefert an seinem Ausgang ein Kommandosignal MSYN, das angibt, daß der Motor 80 von nun an im Synchronlauf betrieben werden soll. Gleichzeitig mit der Rückstellung des ersten Flip-Flops und der Erzeugung eines positiven Signales an dessen Ausgang Q wird dessen zweiter Ausgang Q negativ. Dieses negative Signal bewirkt, daß am ODER-Glied 18 das Kommandosignal MDC endet. Um den Motor 80 nach seinem Anlauf in der Betriebsart synchron betreiben zu können, wird nach dem Ende des Kommandosignales MDC das für den Synchronlauf zuständige Kommandosignal MSYN an die UND-Schaltungen 53, 59, 64 und 70 angelegt. Wobei das die Drehrichtung des Motors bestimmende Kommondosignal FWD für den Vorwärtsdrehsinn des Motors auch weiterhin an den beiden UND-Schaltern 53 und 64 anliegt.

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Die rechteckförmigen Taktsignale konstanter Frequenz liegen außer an dem V/R-Zähler 13 auch an dem Eingang eines Vierstufenzählers 12 an, auf dessen vier Ausgangsleitungen A, A, B und B nacheinander jeweils die positiven Signale paarweise erscheinen AB, AB und AB. Diese vorgenannten positiven Signalpaare liegen bestimmt durch die Frequenz der Taktsignale nacheinander an Eingängen der UND-Schalter 53, 59, 64 und 70 an, die daraufhin ebenfalls positive Ausgangssignale erzeugen, die in der aufgeführten Reihenfolge erscheinen und über die ODER-Glieder 55, 60, 76 und an die Treiber 56, 61, 67 und 72 gelangen. Diese von dem Zähler 12 abgeleiteten zweiten Steuersignale, zu denen auch die Ausgangssignale der aktivierten UND-Schalter 53, 59, 64 und 70 gehören, aktivieren die Treiber 56, 61, 67 und 72 in einer konstanten zyklischen Folge, die letztlich durch die Frequenz der Taktimpulse bestimmt ist. Die Treiber 56, 61, 67 und 72 schalten nacheinander in dieser zyklischen Folge in den Leitzustand und bewirken dadurch, daß die Enden der Statorwicklungen 81 ... 84 mit Massepotential verbunden werden, so daß die Statorwicklungen 81 ... 84 durch die ebenfalls in zylischer Folge erscheinenden Stromimpulse DA, DB, DC und DD erregt werden, wodurch sich im Motofc: ein kontinuierliches Drehfeld bildet. Wenn die Statorwicklungen 81 ... 84 letzlich durch die aktivierten UND-Schaltungen 53, 59, 64 und 70 erregt werden, arbeitet der Motor 80 als Synchronmotor. Die Statorwicklungen 81 ... 84 werden durch sich überlappende Stromimpulse DA, DB, DC und DD erregt, die die gleiche Frequenz wie die Taktsignale haben und die wie aus dem Impulsdiagramm der Fig. 2 zu ersehen ist, die gleiche zeitliche Länge wie diese Taktimpulse aufweisen. (Im Impulsdiagramm der Fig. 2 stellen die senkrechten Striche in der oberen Kurve Spannungsspitzen dar, die den positiven Übergangszuständen der Taktimpulse zugeordnet sind). Im Synchronbetrieb des Motors bestimmt die Größe des Motordrehmomentes, welcher Anteil der sich überlappenden Treiberimpulse DA ... DD ein positives Drehmoment auf den Rotor 85 ausübt und welcher Teil dieser Treiberimpulse DA ... DD ein negatives Drehmoment ausübt. Die Rotorgeschwindigkeit wird somit

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sehr eng bis auf eine Geschwindigkeit eingeregelt, die der Frequenz der als Bezugsgröße dienenden Taktimpulse proportional ist. Der sich im Synchronlauf bewegende Rotor kann mit einer großen Schwankenden Belastung beansprucht werden und er kann sein Drehmoment jeweils an die vorliegenden Belastungsverhältnisse anpassen ohne daß er von seiner Synchrongeschwindigkeit abweicht.

Folgend wird nun unter Bezugnahme auf das Schaltbild Fig. 1 und das Impulsdiagramm 3 erklärt, wie der Rotor 85 durch ein positives Stopsignal das an den Eingang einer zweiten monostabilen Kippschaltung 22, den Inverter 16 und das ODER-Glied 18 einwirkt, schnell zum Stillstand gebracht wird. Wenn das positive Signal STOP am Eingang des zweiten monostabilen Kippschalters 15 anliegt, liefert dieser einen positiven Ausgangsimpuls an den Eingang S eines zweiten Flip-Flop 22, welcher umschaltet und an seinem Ausgang Q ein positives Signal erzeugt, das durch das ODER-Glied 25 an einen Eingang der UND-Schaltung 34 und auch zu einem Eingang der UND-Schaltung 27 gelangt. Abweichend zur ersten monostabilen Kippschaltung 22 liefert die zweite monostabile Kippschaltung 15 nur einen positiven Ausgangsimpuls der von der Anstiegsflanke des positiven STOP-Signales abgeleitet ist, während der erste monostabile Kippschalter 22 auch ein Ausgangsimpuls erzeugt, wenn die relative Länge der angelegten ersten Steuersignale endet.

Bei dem STOP-Vorgang bleibt das Richtungssignal DR weiterhin negativ, was dem Drehsinn FViD entspricht, deshalb liefert der Inverter 28 einen positiven Spannungspegel der am Eingang des UND-Schalters 27 anliegt. Der UND-Schalter 27, dessen Aktivierungsbedingungen nun erfüllt sind, liefert ein positives Ausgangssignal durch das ODER-Glied 32 auf den anderen Eingang des UND-Schalters 34. Da nun an dessen beiden Eingängen positive Signale liegen, erzeugt dieser UND-Schalter 34 das positive Kommandosignal REV, welches Umkehrung des Drehsinnes bedeutet. Da zu dieser Zeit auch das zweite Flip-Flop 23 auf den Setz-Schaltungszustand geschaltet wurde, liefert es über seinen Ausgang Q einen negativen Spannungspegel zum UND-Schalter 29, dessen Bedin-

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gungen somit nicht mehr erfüllt sind, was zur Folge hat, daß er un<3 der damit verbundene UND-Schalter 33 sperren und das Kommandosignal FWD-(Vorwärts) endet. Zu dieser Zeit wird auch das positive ; Signal STOP durch den Inverter 16 invertiert, der nun einen _; negativen Spannungspegel an einen Eingang des UND-Schalters 17 j liefert, so daß auch dieser sperrt - und das Kommandosignal MSYN
endet. Wenn ein Kommandosignal endet, so bedeutet dies, daß auf
der zugeordneten Leitung ein negativer Spannungspegel besteht.
Das positve STOP-Signal, das auch an dem einen Eingang des ODER- ; Gliedes 18 anliegt, bewirkt, daß dessen Ausgang einen positiven

Spannungspegel erhält, was einem Kommandosignal MDC entspricht,

ι d.h. der Motor 80 wird von nun an wieder als Gleichstrommotor im * Gegendrehsinn REV betrieben. Bei diesem Betriebszustand STOP

liegen die beiden Kommandosignale MDC für die Betriebsart des
Motors und das Drehrichtungssignal REV gleichzeitig an den Eingängen der UND-Schalter 52, 58, 63 und 69 an.

Jeder dieser UND-Schalter 52, 58, 63 und 69 empfängt außer den
beiden Kommadosignalen noch erste Steuersignale, die vom Stel- ' lungsgeber 95 geliefert werden z.B. das horizontale Positions- ' signal (HS oder HS) und ein vertikales Stellungssignal VS oder
VS. Auch diese UND-Schalter 52, 58, 63 und 69 sind logische Tor- .ι

schaltkreise und sie liefern, sobald ihre Bedingungen erfüllt
sind, selbstgesteuert durch die Drehgeschwindigkeit des Rotors 85 j nacheinander positive Ausgangssignale über die zugeordneten ι ODER-Glieder 55, 60, 66 bzw. 71 zu den Treibern 56, 61, 67 und i 72. Die wiederum nacheinander in den Leitzustand schalten und
die Statorwicklungen 81, 82, 83 und 84 selbstgesteuert durch die
vom Stellungsgeber 95 rückgekoppelten ersten Steuersignale erregen. Die Statorwicklungen 81 ... 84 werden dabei in einer solchen Folge : erregt, daß das Drehfeld des Motors 80 den Rotor 85 in Gegenrich- i tung zu drehen versucht, wobei dieses jedoch nicht möglich ist,
weil die kinetische Energie des gesamten Antriebssystemes diesem
Motordrehmoment entgegenwirkt, was zur Folge hat, daß der Rotor
sehr stark abgebremst wird.

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Jedesmal, wenn der Rotor 85 während seiner Drehung in einen durch die Hallsonden 87, 88 begrenzten Quadranten eintritt und der Stellungsgeber 95 die ersten Steuersignale erzeugt, liefert auch der UND-Schalter 21 im Signalwandler ein positives Ausgangssignal, das wie bereits erklärt wurde, von den ersten Steuersignalen, z.B. den Stellungssignalen, HS, VS oder HS, VS abgeleitet wurde. Der vom UND-Schalter 21 gelieferte positive Impuls aktiviert den ersten monostabilen Kippschalter 22, dessen positive Ausgangsimpulse außer zu dem Subtraktionseingang des V/R-Zählers auch zu einem Zeitgeber 35 gelangen. Dieser Zeitgeber 35 erzeugt nur einen Ausgangsimpuls, wenn er innerhalb einer vorbestimmten Zeit keinen nachfolgenden Anstoßimpuls empfängt. Der Zeitgeber I 35 ist so eingestellt, daß er ein positives Ausgangssignal lieifert, bevor der Rotor 85 bei der Abbremsung zum Stillstand kommt oder vor Beginn des Rotors 85 in Gegenrichtung, was einer Drehung im Uhrzeigersinn entspricht. Das vom Zeitgeber 35 erzeugte positive Ausgangssignal gelangt zum Rückstelleingang R des zweiten Flip-Flop 23 und schaltet diesen zurück. Wenn das Flip-Flop ι zurückgestellt ist, liefert dessen Ausgang Q einen negativen Spannungspegel, der über das ODER-Glied 25 zum Eingang des UND-Schalters 34 gelangt, worauf dieser wieder sperrt und ebenfalls einen negativen Spannungspegel erzeugt, was bedeutet, daß das Kommandosignal REV endet. Der Ausgang Q des zweiten zurückgestellten Flip-Flop 23 weist jetzt einen positiven Spannungspegel auf, der auch an einem Eingang des UND-Schalters 29 anliegt. Dessen Bedingungen sind erfüllt und er liefert über das ODER- ; Glied einen positiven Spannungspegel an den einen Eingang des UND-Schalters 33. Das positive STOP-Signal, das am Eingang des Inverter 24 anliegt, wird zu einem negativen Signal invertiert, das durch das ODER-Glied 25 auf den anderen Eingang des UND-Schalter 33 gelangt. Dadurch sperrt der UND-Schalter 33 und er erzeugt an seinem Ausgang einen negativen Spannungspegel, d.h. es endet das Kommandosignal REV, welches einem Drehsinn des Motors im entgegengesetzten Drehsinn entspricht. Somit sind zu

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diesem Zeitpunkt die beiden Kommandosignale FWD und REV beendet bzw. sie sind negativ. Dies hat zur Folge, daß auch die logischen Torschaltkreise 51 ... 70 gesperrt sind, so daß zu den Statorwicklungen 81 ... 84 keine den Motor 80 erregenden Stromimpulse gelangen und der Rotor 85 stehen bleibt.

Unter Bezugnahme auf das Schaltbild Fig. 1 und das Impulsdiagramm Fig. 4 wird nachstehend der Steuerungsvorgang beschrieben, wenn der sich im Synchronlauf befindende Motor 80 auf einen Synchronlauf im entgegengesetzten Drehsinn umgesteuert wird. Es wird angenommen, daß der Motor 80 im Synchronbetrieb zunächst vorwärts läuft, und daß die Drehrichtung des Rotors möglichst schnell umgekehrt werden soll, damit der Rotor 85 im Synchronbetrieb rückwärts läuft. Bei diesem Umsteuervorgang wird kein STOP-Signal benötigt, weshalb dessen Eingangsleitung mit einem negativen Spannungspegel belegt ist, der auch am Inverter 16 anliegt. Das Drehsinn-Kommandosignal DR ändert seine Polarität von - nach +, wenn der Drehsinn des Motors vom Vorwärtslauf FWO in den Rückwärtslauf REV geändert wird. Dieser positive Spannungspegel aktiviert einen UND-Schalter 26. Außerdem liegt dieser Spannungspegel auch am Eingang des Inverters 28 und wird von diesem invertiert, so daß dessen negatives Signal auch an einem der Eingänge des UND-Schalters 29 anliegt. Dadurch wird wieder der UND-Schalter 29 ^: gesperrt, dessen negatives Signal über das ODER-Glied 31 zum UND-Schalter 33 gelangt und diesen ebenfalls sperrt, so daß auch dieser ein negatives Ausgangssignal erzeugt wodurch das Kommandosignal FWD endet, welches dem Vorwärtsdrehsinn des Motors entspricht. Der zweite Flip-Flop 23, welcher sich in seinem Setz- -Schaltzustand befindet, liefert an seinem Ausgang Q ein positives Signal, das auch an dem anderen Eingang des UND-Schalters 26 anliegt, wodurch dieser aktiviert wird und ein positives Ausgangssignal liefert, das über das ODER-Glied 32 zu einem Eingang des UND-Schalters 34 gelangt. Da zu dieser Zeit kein STOP-Signal anliegt, wird das am Eingang des Inverters 24 anliegende negative Signal zu einem positiven Signal invertiert, welches durch das ODER-Glied 25 ebenfalls am anderen Eingang des

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UND-Schalters 34 anliegt. Dadurch wird der UND-Schalter 34 aktiv und er erzeugt einen positiven Spannungspegel, der dem Kommandosignal REV entspricht, welches bestimmt, daß sich der Motor im umgekehrten Drehsinn bewegen soll. Die beiden positiven Kommandosignale REV für den Rückwärtslauf und MSYN für die synchrone Betriebsart des Motors liegen auch an den Eingängen der beiden UND-Schalter 54 und 65 an; das Kommandosignal MSYN wirkt außerdem noch auf die beiden UND-Schalter 59 und 70 ein. Die von dem Zähler 12 erzeugten positiven Paare von Ausgangssignalen gelangen zu den Eingängen der UND-Schaltungen 54, 59, 65 und 70, die ebenfalls als logische Torschaltkreise dienen und in einer festgelegten Folge Ausgangsimpulse erzeugen, welche über die ODER-Glieder 55, 60, 66 und 71 die Leit- und Sperrzustände der Treiber 56, 61, 67 und 72 steuern, derart, daß diese Stromimpulse DA ... DD liefern, welche die Statorwicklung 81 ... 84 für den synchronen Betrieb in der Reihenfolge 81, 84, 83 und 82 erregen.

In einer kurzen Zeitspanne nach dem Wechsel der die Drehrichtung bestimmenden Kommandosignale FWD, REV von Vorwärts- nach Rückwärtslauf wird durch die Erregung der Statorwicklungen 81 ... 84 in einer anderen Folge der Rotor stark gebremst. Durch die während der Gegenstrombremsung erzeugte Absenkung der Rocorgeschwindigkeit ist es möglich, daß der V/R-Zähler 13 in der Vergleichseinrichtung die Taktimpulse bis zu seinem Maximalwert η addiert und an seinem einen Ausgang ein positives Signal erzeugt, das den ersten Flip-Flop 14 in seinen Setz-Schaltzustand schaltet. Dadurch liefert dieser an seinem Ausgang Q ein positives Signal, das durch das ODER-Glied 18 zu einem positiven Kommandosignal MDC wird, welches wie bereits erklärt wurde, bestimmt, daß der Motor 80 als Gleichstrommotor betrieben wird. Gleichzeitig mit der Umschaltung des ersten Flip-Flop 14 tritt ein negativer Spannungspegel an dessen Ausgang Q auf der an einem Eingang des UND-Schalters 17 anliegt, und bewirkt, daß dieser sperrt, WO= durch das Kommandosignal MSYN für den Synchronlauf endet. Ab diesem Zeitpunkt werden durch die ersten Steuersignale nachein-

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ander die UND-Schalter 52, 58, 63 und 69 aktiviert, die wiederum über die ODER-Schalter 55, 60, 66 und 71 die Treiber 56, 61, 67 und 72 nacheinander anschalten, welche die Statorwicklungen 81 ... 84 durch sich überlappende Stromimpulse in einer solchen Folge erregen, daß ein resultierendes Magnetfeld erzeugt wird, das versucht, den Motor 80 im Rückwärtslauf REV zu treiben. Dadurch wird der in Vorwärtsrichtung FWD laufende Rotor 85 bis zu seinem Stillstand abgebremst und dann im Rückwärtslauf REV bis zum Erreichen der Synchrongeschwindigkeit angetrieben. Wenn diese synchrone Laufgeschwindigkeit erreicht ist, wird das erste Flip-Flop 14 wieder zurückgestellt und vom UND-Schalter 17 wird wieder das positive Kommandosignal MSYN erzeugt. Ab diesem Zeitpunkt steuern die UND-Schalter 54, 59, 65 und 70 die Schaltfolge der Treiber 56, 61, 67 und 72 die die Statorwicklungen des Motors 80 in der Reihenfolge 81, 84, 83 und 82 durch sich überlappende Stromimpulse erregen.

Wenn der Motor 80 jetzt im Synchronbetrieb rückwärts läuft, kann er durch Anlegen eines positiven STOP-Signales gestoppt werden. Dieses positive STOP-Signal bewirkt, wie bereits oben beschrieben wurde, daß der UND-Schalter 17 negativ wird und daß damit dessen positives Kommandosignal MSYN endet und daß das ODER-Glied 18 ein positives Kommandosignal MDC erzeugt. Das positive STOP-Signal bewirkt weiter, daß durch ein Signal des zweiten monostabilen Kippschalters 15, das zweite Flip-Flop 23 umschaltet, das in dieser Schaltstellung S an seinem Ausgang Q einen : positiven Spannungspegel liefert, der auch an einem Eingang des UND-Schalters 30 anliegt. Der andere Eingang des UND-Schalters 30 empfängt das positive Kommandosignal DR, das den Rückwärtslauf REV des Motors zugeordnet ist. Der dadurch aktivier-, te UND-Schalter 30 erzeugt ein positives Ausgangssignal, das über · das ODER-Glied 31 an einen Eingang des UND-Schalters 33 gelangt. Das vom zweiten Flip-Flop 23 an seinem Ausgang Q erzeugte positive Signal gelangt auch über das ODER-Glied 25 zum anderen Eingang des UND-Schalters 33. Dadurch sind dessen Bedingungen

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erfüllt und er liefert an seinem Ausgang das positive Kommandosignal FWD, - das dem Drehsinn des Motors in Vorwärtsrichtung entspricht - . Zu dieser Zeit ist beim zweiten Flip-Flop 23, dessen Ausgang Q mit einem negativen Spannungspegel belegt, der auch am UND-Schalter 26 anliegt und bewirkt, daß dieser sperrt bzw. einen negativen Spannungspegel aufweist, der über das ODER-Glied 32 zum UND-Schalter 34 gelangt, so daß auch dieser sperrt und ein negatives Ausgangssignal erzeugt, wodurch auch dessen Kommandosignal KEV für den Drehsinn endet. Durch diesen Steuerungsvorgang wird der Rotor 85 des im Gleichstrombetrieb in Vorwärtsrichtung laufenden Motors 80 stark abgebremst durch ein Magnetfeld, das durch die Treiberstromimpulse und letzlich von den Signalen der UND-Schalter 51, 57, 62 und 68 abgeleitet ist, deren Aktivierungsfolge von den ersten Steuersignalen bestimmt ist. Wenn der Rotor 85 auf eine sehr niedrige Drehzahl abgebremst ist, liefert der Zeitgeber 35 ein positives Ausgangssignal zur Rückstellung bzw. Umschaltung des zweiten Flip-Flop 23, wie bereits beschrieben wurde. Die Rückstellung des zweiten Flip-Flop 23 bewirkt, daß letzlich das Kommandosignal FWD endet, welches dem Vorwärtslauf des Motors zugeordnet ist. Dies bedeutet, daß der Ausgang des UND-Schalters 33 negativ ist und daß die damit verbundenen Torschaltkreise dadurch in den Sperrzustand schalten.

Gemäß der vorausgehenden Beschreibung läuft der Motor 80 im Synchronbetrieb durch das Anlegen aufeinanderfolgender Stromimpulse an die Statorwicklungen 81 ... 84, deren Frequenz gleich derjenigen der als Bezugssignale dienenden Taktimpulse ist, die eine feste vorgegebene Länge haben. Insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und bei allen Drehzahlen im allgemeinen, kann das aufeinanderfolgende Anlegen von Stromimpulsen an die Statorwicklungen 81 ... 84 in einer ungleichmäßigen Drehung bzw. schwankenden Winkelgeschwindigkeit des Rotors 85 resultieren. In dem Schaltbild Fig. 5 und dem zugehörigen Impulsdiagramm Fig. 6 ist ein ergänztes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerungs- und Regelungssystems gezeigt, in dem die n-Statorwicklungen 810, 820, 830 und 840 so durch Stromimpulse

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erregt werden, daß man eine im wesentlichen glatte und gleichmäßige Winkelgeschwindigkeit des Rotors bei jeder Drehzahl, einschließlich relativ niedriger Drehzahlen erhält.

Nach dem Schaltbild Fig. 5 ist der Motor 800 mit einem Stellungsgeber 95 versehen, der als Fühlelemente Hallsonden 801 enthält. Dieser Stellungsgeber 95 kann in seinem Aufbau und seiner Schaltungsanordnung z.B. dem im vorausgehenden Ausführungsbeispiel beschriebenen Stellungsgeber 95 entsprechen, welcher bereits anhand des Schaltbildes Fig. 1 beschrieben wurde. Der Stellungsgeber 95 liefert bei einer Umdrehung des Rotors 850 wieder die n-Stellungssignale VS, VS, HS und HS, die wieder als erste Steuersignale bezeichnet werden. Diese aufeinanderfolgenden ersten η-Steuersignale wirken wieder auf den Betriebsart-Schaltungsblock ein, der die äußeren Befehl-Signale empfängt und j der für die Betriebsart des Motors 800 zuständig ist. Außerdem liegen diese ersten η-Steuersignale auch an den logischen Torschaltkreisen im Schaltblock 500 an, welcher für die Antriebslogik bzw. die Erregungsfolge der Statorwicklungen 810, 820, und 840 im Motor 800 zuständig ist. In diesem Ausführungsbeispiel '■ kann der Schaltblock für die Betriebsart-Steuerung der Schaltungsanordnung 10 gemäß Schaltbild Fig. 1 des vorgehend beschriebenen j Ausführungsbeispieles entsprechen. Dies gilt auch für den Schalt- i block 500, der für die logische Erregung der Statorwicklungen in einer bestimmten Folge zuständig ist. Jedoch besteht bei diesem ergänzten Ausführungsbeisf>iel die folgende Änderung: Bei dem ;Kommandosignal MSYN- das den Lauf des Motors 800 in der synchronen Betriebsart bestimmt und das auf einige der Torschaltkreise im Schaltblock 500 einwirkt, werden die Ausgänge DA, DB, DC und DD der Treiber 56, 61, 67 und 72 so gesteuert, daß sie für zwei Perioden negativ sind. Beim ersten Ausführungsbeispiel wurden die Ausgänge DA ... DD der Treiber 56 ... 72 jeweils in bestimmten Folgen nur für eine Periode der Taktimpulse, welche auf der Leitung 6 erscheinen, an Masse geschaltet wie dies aus den Fign. 1 bis 3 zu ersehen ist. Das Impulsdiagramm Fig. 6 zeigt die Impulsfolge für das ergänzte Schaltbild nach Fig. 5. Um aus dem

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Grundschaltbild Fig. 1 die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 zu erhalten, sind folgende Änderungen erforderlich: In dem Schaltungsblock 50 für die logische Folgesteuerung der Treiber 56, 61, 67 und 72 sind die folgend genannten Signalanschlüsse von den Torschaltkreisen zu entfernen: B vom UND-Schalter 53, B vom UND-Schalter 54, A vom UND-Schalter 59, B vom UND-Schalter 64, B vom UND-Schalter 65 und Ä vom UND-Schalter 70.

Um eine synchrone Winkelgeschwindigkeit des Rotors 850 zu erhalten, die gleich ist derjenigen, welche man mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 durch die Taktimpulse vorbestimmter Frequenz bekommt, wird gemäß dem Schaltbild Fig. 5 eine kontinuierliche Folge von Taktimpulsen an die geänderte Schaltungsanordnung eingespeist deren Frequenz ein Vielfaches -N- ist in Bezug zu der Frequenz, welche die Taktimpulse aufweisen, die die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 speisen. Die konstanten Taktimpulse höherer Frequenz wirken, - wie aus dem Schaltbild Fig. zu ersehen ist, - auf einen zweiten N-Stufenzähler 101 und einen N-Untersetzungszähler 103 ein. Wie aus den späteren Erklärungen hervorgeht, ist die Geschwindigkeit des Rotors 850 um so gleichmäßiger, je höher die Frequenz dieser Taktimpulse ist, welche als Bezugssignale auf die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 einwirken. Der Untersetzungszähler 103 hat einen Teilungsfaktor N, welcher das Vielfache von der Frequenz der Taktimpulse ist, mit denen die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 gespeist wird. Der Faktor N ist somit das Verhältnis der Impulsfrequenzen, welche die Schaltungsanordnungen nach Fig. 5 und nach Fig. 1 speisen, und die als Bezugsgrößen für die synchrone Winkelgeschwindigkeit des Rotors dienen. Der vom Untersetzungszähler 103 abgeleitete Faktor N bestimmt die Anzahl von N-Zuständen des zweiten Zählers 101.

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Die Ausgangssignale vom zweiten Untersersungszähler 101 gelangen jeweils zu den Eingängen eines Cosinus-Generators 104 und zu einem Sinusgenerator 105. Der zweite Zustandszähler 101 wird kontinuierlich betrieben und er liefert an seinem Ausgang in periodischer Folge Signale entsprechend seinem Faktor N. Die beiden Generatoren

104 und 105 sind so ausgelegt, daß sie N-digitale Cosinus und Sinussignale liefern, die gleichmäßig in Winkelgraden über einen Bereich von 360° für einen Umlauf des zweiten UmlaufZählers verteilt sind. Diese Generatoren 104 und 105 können z.B. aus Festwertspeichern bestehen, wobei der zweite Zustandszähler 101 als Adressiereinrichtung dient zur aufeinanderfolgenden Adressierung von Speicherstellen, in denen diese Cosinus- und Sinuswerte gespeichert werden. Andererseits können die Generatoren 104 und

105 auch aus einem Netzwerk von logischen Schaltgliedern bestehen, wie beispielsweise UND-Schaltern, die beim Treiben durch die verschiedenen Zustände des zweiten Zustandszählers 101 die digitalen Signale der Cosinus- und Sinusfunktionen auf ihre Ausgangsleitungen geben. Bei jeder Zustandsänderung durch den Zähler 101 werden die digitalen Cosinus- und Sinuswerte von den beiden Generatoren 104, bzw. 105 jeweils an einen Digital/ Analogwandler 106 und 107 geliefert, die diese digitalen, trigonometrischen Werte in elektrische Spannungspegel umwandeln. Diese beiden Digital/Analogwandler 106 und 107 liefern jeweils ihre Ausgangssignale an zugeordnete Summierungsschaltungen 111 und 110 und deren Ausgangssignale gelangen wiederum zu zugeordneten Treibern oder Verstärkern 108 bzw. 109. Der Ausgang des Verstärkers 108 ist am Knotenpunkt 940 jeweils mit einem Ende einer Statorwicklung 820 und 840 verbunden, während der Ausgang des Verstärkers 109 am Knotenpunkt 930 jeweils mit einem Ende der beiden Statorwicklungen 810 und 830 verbunden ist.

Ein erster Zustandszähler 102, der dem Zustandszähler 12 in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 entspricht, liefert ebenfalls die zweiten Steuersignale A, Ä, B, B, welche paarweise erscheinen, wie dies bereits beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.

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Aufgrund der vorstehend erwähnten Änderungen, um aus dem Schalt block für die Stator-Treiberlogik 50 (Fig. 1) den modifizierten Schaltblock 500 der Stator-Treiberlogik (Fig. 5) zu erhalten, wird von den im ersten Zustandszähler 102 erzeugten zweiten Steuersignalen nur jeweils immer ein Signal A, A, B oder B an die Eingänge der entsprechenden Torschaltkreise angelegt. Dieser 4-Zustandszähler 102 schaltet außerdem
änderung des N-ZustandsZählers 101 um.

N 4-Zustandszähler 102 schaltet außerdem nur bei jeder j -Zustands

Um den Motor 800 mit dem im Schaltbild Fig. 5 dargestellten Steuerungs- und Regelungssystem in Vorwärtslaufrichtung zu betreiben, wird das Kommandosignal DIR, das den Drehsinn bestimmt, ;in Form eines negativen Spannungspegels an den Eingang der Schal-'tungsanordnung angelegt und an dem mit STOP bezeichneten Eingang 'wird zum Anlauf der Spannungspegel vom positiven auf einen negativen Spannungspegel geschaltet. Der Schaltblock 10 für die logische Betriebsartensteuerung liefert an seinem Ausgang positive Kommandosignale MDC und FWD an die beiden Summie-,rungsschaltungen 110 und 111, bzw. an den Schaltungsblock 500 für die Stator-Treiberlogik, welche die Folge der die Statorwicklungen erregenden Stromimpulse DA ... DD erzeugt. Es wird angenommen, daß während der Motor im Gleichstrombetrieb anläuft, der positive Spannungspegel des Kommandosignales MDC ausreicht, !um von den beiden Suinmierungsschaltungen 110, 111 jeweils Aus-

gangssignale zu erhalten, die groß genug sind die beiden Verstärker 108 und 109 in die Sättigung zu steuern, so daß die Ausgangssignale der beiden Suinmierungsschaltungen 110 und 111, die auch von den beiden Digital-Analogwandlern 106 und 107 Signale empfangen, ignoriert werden. Dies bedeutet, wenn der Motor 800 als reiner Gleichstrommotor wirksam ist, werden die vom Sinusgenerator 105 und Cosinusgenerator 104 erzeugten Modulationssignale unterdrückt.

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Auch bei dieser modifizierten Schaltungsanordnung beschleunigt sich der Motor 800 im Gleichstrombetrieb solange, bis er die vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht hat,- die der synchronen Geschwindigkeit entspricht, welche durch die Taktimpulse vorgegeben ist. Bei Erreichung der vorbestimmten synchronen Geschwindigkeit wird der Motor vom Gleichstrombetrieb auf den Synchronbetrieb umgesteuert, indem das Kommandosignal MDC endet und stattdessen das neue Kommandosignal MSYN erscheint, das andere Torschaltkreise aktiviert.

Das positive Kommandosignal MSYN, das auf den Schaltblock 500 für die Stotor-Treiberlogik 500 einwirkt, verursacht, daß die Ausgänge CA, DB, DC und DD der Treiber 56, 61, 67 und 72 ein negatives Spannungspotential erhalten oder auf Massepotential gelegt werden, wie dies bereits erklärt wurde. Bei dieser modifizierten Schaltungsanordnung liegt jeder Ausgang DA ... DD eines Treibers 56 ... 72 bzw. jede der Statorwicklungen 810 ... 840 mit einem Ende jeweils für eine bestimmte zeitliche Länge an Masse, die zwei Perioden Taktimpulse entspricht, welche auf der Leitung 11 ankommen und zum Schaltungsblock für die Betriebsartensteuerung gelangen. Während der ersten Hälfte eines jeden negativen Signales an den Ausgängen DA ... DD ist das Signal am vorhergehenden Ausgang ebenfalls negativ, während in der zweiten Hälfte eines jeden negativen Signales DA ... DD das nachfolgende Signal ebenfalls negativ ist, wie dies im rechten Teil des Impulsdiagrammes Fig. 6 dargestellt ist. Nach dem Ende des Kommandosignales MDC ist der Eingang zu den beiden Summierungsschaltungen 110 und 111 mit einem negativen Spannungspegel belegt. Dadurch empfangen die beiden Verstärker 108 und 109 die bisher blockierten Signale von den beiden D/A-Wandlern 106, 107 deren Impulsform angenähert gleich gerichteten Halbwellen entspricht, deren Verlauf etwa sinus bzw. cosinusförmig ist. Die beiden Erregeriströme V„ bzw. V für die Statowicklungen 810, 820, 830 und sind somit im Synchronbetrieb des Motors durch sinus- bzw. cosinusförmige Halbwellen moduliert, wie dies aus der Fig. 6 zu ersehen ist. Dieser modulierte Versorgungsstrom wird an die Kno-

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tenpunkte 940 bzw. 930 angelegt. Während im Synchronlauf der Rotor 850 bei seiner Drehung in jeden Stellungsquadranten 801 eintritt, nimmt die Antriebsgröße der nachfolgend erregten Statorwicklung ab, während die Antriebsgröße für die vorhergehend erregte Wicklung zunimmt. Die Zunahme- und die Abnahme des Antriebes sind Sinusfunktionen, die in einem Winkel von 90° gegeneinander versetzt sind. Mit dieser modifizierten Steuerungsschaltung läßt sich somit eine gleichmäßige, glatte kontinuierliche Drehung des Rotors auch bei niederen Drehgeschwindigkeiten realisieren. Im Impulsdiagramm Fig. 6 sind die beiden durch die gleichgerichteten Sinus- und Cosinuswellen modulierten Stromkurven V_TT und V„ dargestellt.

V ti

Diese modulierten Versorgungs- bzw. Erregerströme V„ und V„

ν ü

werden von den beiden Verstärkern 108 und 109 an die beiden Knotenpunkte 930 und 940 liefert, an welche die Statorwicklungen 810, 820, 830 und 840 des Motors 800 angeschlossen sind. Jeder der modulierten Gleichstromimpulse (mit Ausnahme der Spitzen), hat einen etwa sinusförmigen bzw. cosinusförmigen Verlauf mit einer etwa treppenförmigen Kontur. Diese Stufen in den Konturen der Halbwellen sind mit Ausnahme der Spitze von gleicher Größe und ihr Verlauf ändert sich etwa sinusförmig in Abhängigkeit von der Zeit. Je höher die Frequenz der Taktimpulse ist, um so größer ist natürlich auch die Anzahl der Stufen, die als Konturen in solchen Wellenformen enthalten sind. Damit ergibt sich jedoch, je größer die Frequenz dieser Taktimpulse ist, umso kleiner werden diese Stufen und demzufolge glätter werden die Konturen dieser Sinus- und Cosinus-Halbwellen, mit denen der Erregerstrom für die Statorwicklungen moduliert ist.

In der Fig. 7 ist schematisch eine magnetische Aufzeichnungsplatte 1 abgebildet, die von einem Motor 8 über eine Transmission 9 antreibbar ist. Diese Anordnung ist bereits in der amerikanischen Patentschrift 3 826 965 beschrieben, welche ein Motorsteuerungssystem für ein Platten-Aufzeichnungsgerät betrifft. Ein Geber 2, welcher beispielsweise ein Schreib/Lesekopf sein kann,

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ist in radialer Richtung über die Platte 1 von einem Punkt neben der Mitte der Platte zur äußeren Peripherie derselben bewegbar. Dieses bekannte Steuerungssystem ermöglicht es bereits, daß eine konstante Tangentialgeschwindigkeit desjenigen Teiles der Platte 1 erreicht wird, der mit dem Geber 2 in Berührung steht oder dicht davor steht. Diese Anpassung der Geschwindigkeit dient zur Heruntersetzung der Winkelgeschwindigkeit der Plattenumdrehung bei einer linearen Zunahme des radialen Abstandes des Gebers 2 von der Plattenmitte. Bei dem bekannten Steuerungssystem wird ein Gleichstrommotor 8 verwendet, dessen Winkelgeschwindigkeit in i linarer Beziehung zur Größe der Gleichspannung steht, die den Motor 8 speist. Die an den Motor 8 angelegte Spannung muß sich daher entsprechend einer linearen Änderung der radialen Position des Geber 2 nach einer hyperbolischer Funktion ändern. In dem bekannten Steuerungssystem wird hierzu ein Spannungs-Funktionsgenerator 5 benutzt, der ein leicht verstellbares lineares Potentiometer 3 enthält, dessen Abgreifer bzw. Schieber 4 mit dem Geber 2 gekoppelt ist. Mit dieser einfachen Schaltungsanordnung eines Funktionsgenerators 5, bei dem durch die Verschiebung des Abgriffschiebers 4 vom linearen Potentiometer 3 eine hyperbolische Spannungsänderung erzeugt wird, läßt sich eine große Genauigkeit erreichen, außerdem ist dieser Funktionsgenerator 5 spannungsgesteuert und wird nicht von großen Strömen beansprucht. Das bekannt^ Steuerungssystem enthält außerdem Funktionsgenerator 5 noch einen Treiber 6 für den Motorstrom, der zwischen dem Ausgang des Funktionsgenerators 5 und den Motor 8 angeordnet ist um den Motorantrieb in Relation zum Lastdrehmoment so zu ändern, daß eine echte hyperbolische Geschwindigkeitsanpassung auftritt, ungeachtet der Laständerungen.

Dieses durch das amerikanische Patent 3 826 965 bekannte Steuerungssystem zur Erzielung einer konstanten Tangentialgeschwindigkeit kann in das erfindungsgemäße kombinierte Steuerungs- und Regelungssystem einbezogen werden, indem die beiden vorstehend, anhand der Schaltbilder Fign. 1 und 5 beschriebenen Ausführungsbeispiele, durch dieses bekannte Steuerungssystem ergänzt werden. Der Motortreiber 6 nach dem Schaltbild in Fig. 7 ist insofern mit dem

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Motortreiber der erwähnten amerikanischen Patentschrift vergleichbar, da der Motor 8 für eine vorgegebene Eingangsspannung zur Erzeugung einer konstanten Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird.

Wenn die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit den logischen Schaltungskreisen für das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen kombinierten Steuerungs- und Regelungssystem zum Treibe' eines Motors im Synchronbetrieb benutzt wird, bleibt die Winkelgeschwindigkeit des Rotors innerhalb eines Bereiches wechsender Drehmomente konstant und ist eine Funktion der Frequenz der an das System angelegten Taktimpulse, die die synchrone Betriebsgeschwindigkeit bestimmen. Gesteuert vom Motortreiber 6, kann die Platte 1 vom Motor 8 so angetrieben werden, daß sie in ihrem radialen Bereich, der mit dem Geber 2 in Berührung steht, oder am nächsten ist, jeweils eine konstante Tangentialgeschwindigkeit hat, ungeachtet der Drehmomentsänderungen innerhalb gewisser Belastungsgrenzen. Diese Anpassung wird erreicht, in dem man die Frequenz der Taktimpulse, die an den Rotortreiber 6 angelegt werden, hyperbolisch ändert in Abhängigkeit der linearen Änderungen im radialen Abstand r des Gebers 2 von einem Mindestradius r1 bis zu einem Größenradius r .

Nach dem Prinzipschaltbild Fig. 7 enthält der hyperbolische Frequenz-Funktionsgenerator 5 ein lineares Potentiometer 3, dessen Abgreifer 4 für die radiale Verschiebebewegung mit dem Geber 2 verbunden ist. Radiale Stellungsänderungen des Gebers liefern eine sich hyperbolisch ändernde Frequenz der Taktimpulse, die an den Motortreiber 6 angelegt werden, um die synchrone Geschwindigkeit des Motors 8 entsprechend zu steuern.

Das Schaltbild Fig. 8 zeigt eine Schaltungsanordnung, die eine hyperbolische Variation der Frequenz der Taktimpulse ermöglicht, welche an dem mit "Frequenz A" bezeichneten Ausgang zur Verfügung steht. Diese Frequenz ist abhängig von der linearen Verschiebung des Abgreifers 203 vom Linearpotentiometer 3. Ein Ende des

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linearen Potentiometers 3 ist mit dem Ausgang eines Verstärkers 202 verbunden und das andere Ende ist dem Widerstand 208 an Masse angeschlossen. Der Ohm'sche Widerstandswert des Widerstandes 208 entspricht dem Abstand zwischen der Mitte der Platte 1 und der kleinsten Radiusposition r. des Gebers 2.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 8 wird ein erster Operationsverstärker 202 als Multivibrator betrieben, während ein zweiter Operationsverstärker 207 als Inverter wirksam ist, Ein dritter Operationsverstärker 201 dient zusammen mit dem Kondensator und dem Widerstand 204 als Integrationsglied. Die beiden Widerstände 205 und 206 bestimmen die effektive Verstärkung der Inverterschaltung, in welche der zweite Verstärker 207 mit einbezogen ist. Nimmt man an, daß der erste Verstärker 202 ein Ausgangssignal V_ liefert, das oberhalb von Null liegt und nimmt man weiterhin an, daß die Inverterschaltung mit dem Verstärker 207 eine Verstärkung von —1 hat, so liegt an dem die Widerstände 204 und 206 verbindenden Knotenpunkt eine Spannung -Vo an, die unter 0 liegt. Diese Spannung versucht den negativen Eingang des Verstärkers 201 in Abhängigkeit von der Zeit weiter in den negativen Bereich zu ziehen, wodurch wiederum der Ausgang des Verstärkers 201 nach -Vo getrieben wird. Wenn der negative : Eingang des Verstärkers 202 negativer wird als der positive Eingang des Verstärkers 202, was bestimmt wird durch die Einstellung des Schleifers 203 am Potentiometer 3 der mit dem positiven Eingang des Verstärkers 202 verbunden ist, dann schaltet der Ausgang des Verstärkers 202 auf einen negativen Pegel -Vo um. Dadurch bekommt der Ausgang des Verstärkers 207 eine Spannung +Vo, die am Widerstand 204 anliegt. In Abhängigkeit von der Zeit kehrt sich nun die Ladung des Kondensators 209 um und die jetzt positiv ansteigende Ausgangsspannung des Verstärkers 201 kehrt schließlich die Ausgangsspannung des Verstärkers 202 um, wenn der absolute Wert der Ausgangsspannung vom Verstärkers 201 den absoluten Wert der abgegriffenen Spannung des Schleifers 203 übersteigt, welcher bestimmt ist durch die Einstellung des Schleifers 203

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am Potentiometer 3. Die elektrischen Werte des Kondensators 209 und des Widerstandes 204 können verändert werden um die Frequenz der Taktimpulse bei einer gegebenen Einstellung des Potentiometers 3 an bestimmte Betriebsverhältnisse anzupassen.

Das Schaltbild Fig. 9 zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines Funktionsgenerators, der eine hyperbolische Variation der Frequenz von den Taktimpulsen liefert bei einer linearen Verschiebung des Schleifers 203 am Potentiometer 3. Diese Schaltungsanordnung nach Fi. 9 enthält einen Operationsverstärker 211, dessen positiver Eingang mit dem Schleifer 203 des linearen Potentiometers 3 verbunden ist. Ein Widerstand 210 ist mit dem einen Ende des Potentiometers 3 und dem Ausgang des Verstärkers 211 verbunden, während ein Widerstand 214 an das andere Ende des Potentiometers 3 einerseits und andererseits an Masse angeschlossen ist. Dieser Widerstand 214 entspricht dem Widerstand 208 in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4. Ein Kondensator 213 ist einerseits an den negativen Eingang des Verstärkers 211 angeschlossen und andererseits mit Masse verbunden, während der Widerstand 212 zwischen den negativen Eingang des Verstärkers 211 und dessen Ausgangsanschluß geschaltet ist, von dem man das Ausgangssignal FREQB, bzw. die variablen Taktimpulse erhält.

Zur Erklärung der Betriebsweise dieses Funktionsgenerators nimmt man an, daß dessen Operationsverstärker 211 momentan einen Spannungspegel -Vo aufweist. Die eingestellte Spannung am Schleifer 203 bzw. am positiven Eingang zum Verstärker 211 ist jetzt negativ, aufgrund der Einstellung des Schleifers 203 vom Potentiometer 3. Der Kondensator 213 beginnt jetzt sich nach -Vo aufzuladen, so lange, bis der negative Eingang des Verstärkers 211 negativer als dessen positiver Eingang wird, dann schaltet der Verstärker 211 um und sein Ausgang bekommt einen positiven Spannungspegel von +Vo. Anschließend beginnt der Kondensator 213 sich auf einen positiven Pegel zu laden, so lange, bis die negative Eingangsspannung die positive Eingangsspannung des Verstärkers 211 über-

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steigt, dann schaltet der Verstärker 211 wieder um und er liefert an seinem Ausgang wieder feinen negativen Spannungspegel -Vo.

Bei beiden Funktionsgeneratoren für Taktimpulse gemäß den Schaltbildern nach Fign. 8 und 9 wird im wesentlichen kein Strom von den Schieifern 203 des Potentiometer 3 abgenommen. Diese Potentiometer 3 werden lediglich als reine Spannnungsteiler beansprucht, so daß eine hochgradige Genauigkeit bei der Erzeugung einer vorgewählten Frequenz erzielbar ist. Eine hyperbolische Änderung in der Frequenz der Taktimpulse wird erzielt durch eine lineare Verschiebung der Schleifer 203 von den Linearpotentiometern 3. Der Funktionsgenerator gemäß dem Schaltbild Fig. 8 liefert die größte Genauigkeit für die Frequenz der Taktimpulse als Funktion der linearen Verschiebung des Potentiometers.

Die Tangentialgeschwindigkeit Vt der Platte 1 am Geber 2 ergibt sich nach der Beziehung:

^Vt " "disc ^{r (1)}

Es bedeutet

ω ,. = Winkelgeschwindigkeit der Platte 1 in Umdrehungen ^dlsc /see. !

r = den radialen Abstand vom Zentrum der Platte 1 zum Geber 2.

Durch die Transmission 9 besteht eine Abhängigkeit der Geschwindigkeit, deren Faktor K₁. die Beziehung ergibt:

^wm ^K1 ⁼ "disc ⁽²⁾

worin w_m die Winkelgeschwindigkeit des Motors 8 in Umdrehungen pro Sekunde ist.

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Nimmt man an, daß während des Synchronbetriebes vier Erregerimpulse pro Umdrehung des Rotors auf die Statorwicklungen einwirken, dann ist:

dabei bedeutet f = REF die Frequenz der Taktimpulse.

Kombiniert man die Gleichungen 1, 2 und 3, so ergibt sich die Tangentialgeschwindigkeit:

^frc ^K1 ^r
V_t = -^S-jl (4)

Wie bereits oben und in dem erwähnten US-Patent Nr. 3 826 965 festgestellt wurde, ist es erwünscht, V konstant zu halten.

Wenn der Schleifer 203 vom Linearpotentiometer 3 zwecks Bewegung mit dem Geber 2 verbunden ist, besteht für den Widerstandswert R^ eine Beziehung nach der Gleichung 5. Dieser Widerstandswert B- entspricht im Schaltbild Fig. 8 der Reihenschaltung des Widerstandswertes welcher vom Schleifer 203 am linearen Potentiometer 3 abgeglichen wird und dem Festwiderstand 208 der mit Masse verbunden ist. Im Schaltbild Fig. 9 liegt der Widerstandswert R_ zwischen dem Abgriff des Schleifers 203 vom Potentiometer 3 und Masse, wobei das Potentiometer 3 in Reihe mit dem Festwiderstand 214 geschaltet ist. Für den Widerstandswert R_ kann man setzen:

(5)

dabei ist K₂ eine Konstante, die im spezifischen Widerstandswert pro Abstandseinheit ausgedrückt ist. Die Tangentialgeschwindigkeit ist somit

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^Frc ^K1 ^K2 ^RT

(6)

θ V_t4

"re K K₂ Ry

(7)

dabei ist K die Kombination aller Konstanten.

Aus der Gleichung (7) geht hervor, daß die hyperbolische Funktion in der das Produkt der beiden Veränderlichen aller Konstanten gleich ist, zwischen f und R,- besteht. Es ist daher eine bestimmte Schaltungsanordnung erforderlich, um diese Beziehung zu erhalten.

Der die Taktimpulse liefernder Funktionsgenerator gemäß dem Schaltbild Fig. 8 schwingt mit der Spannung am invertierten Eingang (negativer Eingang) des Verstärkers 202 zwischen plus und minus.

2O8

Volt

(8)

dabei ist R~~_o der Wert des Widerstandes 208 /Uo

R_ der Wert des Potentiometers 3,

Die Zeit T₁, die der Integrator braucht, um die Schaltungsanordnung neu zu triggern ist:

V T ^v2O7 ^X1 ^R2O4 ^C2O9

2O8

202

(9)

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dabei ist:

^V2O7	S=	^V2O2	V O

204 der Wert des Widerstandes 204 und die Kapazität des Kondensators 209.

Die Frequenz der Taktimpulse F ist daher

ITC

2O8

rc

2T.

^4RT ^R2O4 ^C2O9

(10)

damit ist die gewünschte hyperbe Beziehung zwischen F erfüllt, da ί*₂ο8' ^R3' ^R2O4 ^{und C}2O9 ^Konstanten sind.

und R,

Der Funktionsgenerator gemäß dem Schaltbild Fig. 9 arbeitet ähnlich wie der vorstehend erläuterte Funktionsgenerator nach dem Schaltbild Fig. 8, wobei jedoch der Widerstand 212 und der Kondensator 213 in einer Annäherung ein Integrationsglied bilden. Nimmt man an, daß der Oszillator in den positiven Ausgangszustand geschaltet hat, dann ist '.am Kondensator 21 die Anfangs spannung

init

214

(11)

210

dabei ist: R
R

214 210 S

der Wert Wert des Widerstandes 214 der Wert des Widerstandes 210 und der Gesamtwiderstandswert der drei Widerstände 210, 214 und der des Potentiometers 3,

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Der Funktionsgenerator schaltet wieder um, wenn die Ladespannung am Kondensator 213 über dem Spannungswert V. .. liegt, jedoch eine entgegengesetzte Polarität aufweist.

Die Zeit T₂ für diese Umschaltung ist:

-^T2 = ^R212 ^C213

O R

(12)

dabei ist R₂₁₂ der ^Wert des Widerstandes 212 und C₂₁_ die Kapazität des Kondensators 213.

Multipliziert man Zähler und Nenner der Gleichung (12) mit R_g, so ergibt sich:

^T2 * ^R213 ^C213

^RT

^Rs -

(13)

dT Wenn T₂ direkt proportional RT ist, d.h. wenn 2 _{e±ne Konstante}

1 ^dRT

ist, dann ist f direkt proportional p— . rc Kfj,

Differenziert man T2 nach R_T , so ergibt sich

ClT₂

dR_T ^R212 ^C213

2 R.

(14)

Wenn R_g2 größer ist R_T2 dann ist ergibt sich die Taktfrequenz:

dR

eine Konstante und es

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^R
csd

rc 2

q
f csd Ξ (15)

rc 2 R C R

Aus der Gleichung (15) geht hervor, daß in Annäherung die gewünschte hyperbolische Beziehung zwischen der Frequenz f für

die Taktimpulse und R,_ gegeben ist, da R_, R₂12 ^un(^ ^C213 ^Kon~ stanten sind.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.J Kombiniertes digitales Steuerungs- und Regelungssystem für einen schnell auf eine vorbestimmte Konstante Betriebsgeschwindigkeit hochlaufenden kollektorlosen Gleichstrommotor mit einem polarisierten Rotor und n-Statorwicklungen, die nacheinander durch breiten- I modulierte Stromimpulse von damit verbundenen Treibern j erregbar sind, deren Taktverhalten von logischen Torschaltkreisen gesteuert ist, an denen außer Kommando- ι Signalen entweder die von einem Rotor-Stellungs- j geber rückgekoppelten ersten η-Steuersignale, deren ι Zeitintervall von der Rotorgeschwindigkeit abhängig ist, anliegen, oder zweite Steuersignale, deren konstante Frequenz die Betriebsgeschwindigkeit bestimmt, ,

i wobei außerdem die ersten und die zweiten Steuersignale I

an einer Vergleichseinrichtung anliegen, die die Frequenz der ersten Steuersignale in bezug zu den zweiten Steuersignalen vergleicht und die bei einer niederen \ Frequenz die den Motor im Gleichstrombetrieb steuernden : Torschaltkreise aktiviert, an denen erste Steuersignale ' anliegen und die bei übereinstimmender Frequenz die den ^: Motor im Synchronbetrieb steuernden Torschaltkreise aktiviert, an denen die zweiten Steuersignale anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung wenigstens einen nach n-Zählsignalen rückstellbaren Vor-/Rückwärts-Zähler (13) enthält, an dessen Addiereingang in kontinuierlicher Folge die Synchrongeschwindigkeit des Motors bestimmende Taktsignale konstanter Frequenz anliegen, von denen auch ein η-stufiger Zähler (12) die zweiten Steuersignale (A, Ä, B, B) ableitet, daß ein von den ersten η-Steuersignalen (VS, VS, HS, HS) gespeister Signalwandler (20, 21, 22) an den Subtraktionseingang (RW) des V/R-Zählers (13) bei jeder Rotorum-

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drehung eine Folge von n-Subtraktionsimpulsen liefert, deren Zeitintervalle von der resultierenden Länge von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden ersten Steuersignalen (HS, VS) abhängig ist, daß ein bei einer Frequenzdifferenz vom V/R-Zähler (13) erzeugtes erstes Ausgangssignal über den einen Ausgang (Q) einer bistabilen Kippschaltung (14) wenigstens einen logischen Schaltkreis (18) aktiviert, der das im Motoranlauf wirksame Kommandosignal (MDC) erzeugt und dieses an die zugeordneten Torschaltkreise (51, 52, 57, 58, 62, 63, 68, 69) liefert und daß bei keiner Frequenzdifferenz der V/R-Zähler (13) ein zweites Ausgangssignal erzeugt, das die bistabile Kippschaltung (14) umschaltet, so daß dessen zweiter Ausgang (Q) einen logischen Schaltkreis (17) aktiviert, der das Kommandosignal (MSYN) zum Betriebslauf des Motors synchron mit den Taktsignalen erzeugt und dieses an die zugeordneten Torschaltkreise (53, 54, 59, 64, 65, 70) liefert.

2. ' Kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalwandler eingangsseitig UND-Schalter (19, 20) enthält, die jeweils durch zwei aufeinanderfolgende erste Steuersignale (HS, VS oder HS, VS) aktivierbar sind, daß diese UND-Schalter (19, 20) über ein ODER-Glied (21) mit einem ersten monostabilen Kippschalter (22) verbunden sind, der aktiviert durch die Flanken am Anfang und Ende eines Ausgangssignals der UND-Schalter (19, 20) jeweils einen gleichen Vergleichsimpuls an den Subtraktions-Eingang des Vor-/RückwärtsZählers (13) liefert und daß die Zeitintervalle dieser Vergleichsimpulse proporional zur Winkelgeschwindigkeit des Motors sind.

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3. Kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine logische Torschaltkreise (51 ... 70) und n~Treiber (56, 61, 67, 72) enthaltende Stator-Steuerschaltung (50) vorgesehen ist, die die Statorwicklungen (81 ... 84) nacheinander in verschiedenen durch die Betriebsart des Motors bestimmten Folgen durch in gleicher Richtung fließende Stromimpulse erregt.

4. Kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden jeder Statorwicklung (81 ... 84) einerseits mit dem Pol (+V) einer Gleichspannungsquelle und andererseits jeweils mit einem als Leistungsschalter wirkenden Treiber (56, 61, 67, 72) verbunden sind, der an den anderen Pol (-) der Gleichstromquelle angeschlossen ist, daß die Steuerungseingänge der Treiber (56, 61, 67, 72) über ODER-Glieder (55, 60, 66, 71) jeweils mit den Ausgängen einer Gruppe von mehreren UND-Schaltern (51 ... 70) welche die Torschaltkreise bilden, verbunden sind, von denen in einer Gruppe (51, 52, 53, 54) jeweils einer durch die gleichen, die Betriebsart des Motors (80) bestimmenden Kommandosignale (FWD, REV, MDC, MSYN) und durch die aufeinanderfolgenden ersten veränderlichen Steuersignale (VS, VS, HS, HS) oder durch die zweiten in konstanter Folge erscheinenden gleichen zweiten Steuersignale (A, Ä", B, B) aktivierbar ist.

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Kombiniertes Ste^uerungs- und Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine logische Betriebsart-Steuerschaltung (10) vorgesehen ist, die die Kommandosignale für die beiden Drehrichtungen (FWD, REV) des Rotors (85) und für die Betriebsart des Motors (80) als Gleichstrommotor (MDC) oder als Synchronmotor (MSYN) als elektrische Spannungspegel gleicher Polarität (+) an die Eingänge der UND-Schalter in der Stator-Steuerschaltung (50) liefert und daß die Betriebsart-Steuerschaltung (10) diese Kommandosignale (FWD, REV, MDC, MSYN) in einer durch die Vergleichseinrichtung (11 ... 18) gesteuerten Folge erzeugt, die durch auf die Betriebsart-Steuerschaltung (10) von außen einwirkende Befehlsignale (DR) bestimmt ist, welche dem Start bzw. STOP oder dem Drehsinn des Motors zugeordnet sind.

Kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsart-Steuerschaltung (10) beim Anlauf des Motors (80) durch zwei gleichzeitig die Betriebsart und die Drehrichtung (DR) des Motors bestimmende Kommandosignale (MDC, FWD oder REV) jeweils einen ÜND-Schalter (51, 57, 62, 68) in den Gruppen der Torschaltkreise (51 ... 70) vorbereitet, daß die aufeinanderfolgenden ersten Steuersignale (VS, VS, HS, HS) vom Stellungsgeber (95) selbstgesteuert diese ÜND-Schalter (51, 57, 62, 68) nacheinander erregen, daß im anschließenden Synchronlauf des Motors (80) die Betriebsarten-Steuerschaltung (10) ein anderes dem Synchronbetrieb des Motors zugeordnetes Kommandosignal (MSYN) und das gleiche Drehrichtungs-Kommandosignal (FViD oder REV) erzeugt, daß diese beiden Kommandosignale (MSYN, FWD) in jeder Gruppe der Torschaltkreise (51 ... 70) jeweils einen anderen ÜND-Schalter (53, 59, 64, 70) vor-

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bereiten und daß die von den Taktimpulsen abgeleiteten zweiten Steuersignale (A, A, B, B) die UND-Schalter (53, 59, 64, 70) nacheinander aktivieren.

7. Kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsart-Steuerschaltung (10) zum Anhalten eines im Synchronbetrieb laufenden Motors am Ende eines von außen einwirkenden Startsignales, oder zu Beginn eines Stopsignales, die beiden für den Synchronbetrieb zuständigen Kommandosignale (MSYN, FWD oder REV) beendet und stattdessen zwei Kommandosignale (MDC, REV oder FWD) an die Stator-Steuerschaltungen (50) liefert, die die zugeordneten Tor-Schaltkreise aktivieren um den Motor im selbstgesteuerten Gleichstrombetrieb (MDC) und im Gegendrehsinn (REV oder FWD) erregen, und daß eine von den erster. Steuersignalen (VS, VS, HS, HS) gesteuerte und einen Zeitgeber (35) enthaltende Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die bei einem großen vorbe- ; stimmten Zeitintervall der aufeinanderfolgenden ersten ! Steuersignale die Kommandosignale (MDC, FWD oder REV) beendet und die Torschaltkreise sperrt.

8. Kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die : Betriebsart-Steuerschaltung (10) zur Umsteuerung des im Synchronbetrieb laufenden Motors auf den Gegendrehsinn (FWD oder REV) bei einer Änderung der Spannungspolari- ; tat vom angelegten Drehrichtungs-Befehlssignal (DR) zuerst die beiden Kommandosignale (MSYN, FWD oder REV) des j

Synchronbetriebes beendet und dann zwei Kommandosignale (MDC, REV oder FWD) erzeugt, die die zugeordneten Tor- '

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schaltkreise aktivieren, um die Statorwicklungen (81 84) des Motors nacheinander im selbstgesteuerten Gleichstrombetrieb (MDC) und im Gegendrehsinn zu erregen, so daß sich der Rotor (85) des Motors zunächst bis zum Stillstand bremst und anschließend in der gewünschten Drehrichtung selbsttätig bis zur synchronen Geschwindigkeit beschleunigt und daß beim Erreichen dieser Geschwindigkeit die Vergleichseinrichtung (13, 14) die Betriebsart-Steuerschaltung (10) so beeinflußt, daß diese das Kommandosignal für den Gleichstrombetrieb (MDC) des Motors beendet und stattdessen das Kommandosignal für den Synchronbetrieb (MSYN) liefert.

9. Kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur impulsförmigen Gleichstromversorgung der in zwei Gruppen (V, H) unterteilten n-Statorwicklungen (810, 830 und 820, 840) zusätzliche Schaltungsanordnungen (104 ... 111) vorgesehen sind, die im selbstgesteuerten Gleichstrombetrieb (MDC) des Motors 800 an die Statorwicklungen rechteckförmige Gleichstromimpulse liefern und im Synchronbetrieb (MSYN) die eine Gruppe (V) der Statorwicklungen (810, 830) mit aufeinanderfolgenden gleichen, etwa sinusförmigen Halbwellenimpulsen (Vv) versorgen und die an die andere Gruppe (H) der Statorwicklungen (820, 840) aufeinanderfolgende gleiche, etwa cosinusförmige Halbwellen-Impulse (Vh) liefern. (Fig. 6).

10. Kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß primär eingespeiste Taktsignale, deren Frequenz um einen bestimmten Faktor N größer ist als die Frequenz der die synchrone Geschwindigkeit des Motors bestimmenden Taktimpulse zu einem N-stufigen zweiten Zähler (101) gelangen, daß dessen Ausgangssignale jeweils einen Cosinus-Generator (104) und einen Sinus-Generator (105) aktivieren, die

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10. Dezember 1975

beide jeweils mit einem Digital/Analog-Wandler (106, 107) verbunden sind, welche ihre Ausgangssignale jeweils an eine Summierungsschaltung (110, 111) liefern, auf die jeweils auch das von der Betriebsart-Steuerschaltung (10) erzeugte Kommandosignal (MDC) einwirkt, das den Gleichstrombetrieb des Motors bestimmt und daß zwischen den Summierschaltungen (110, 111) und jeweils einer Gruppe der Statorwicklungen (810, 830 oder 820, 840) ein Verstärker (108, 109) angeordnet ist.

11. Kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator vorgesehen ist, der die synchrone Geschwindigkeit des Motors bestimmenden Taktimpulse liefert und daß die Frequenz dieses Oszillators sich in einer hyperbolischen Funktion in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung eines AbgreifSchiebers (4) von einem Linear-Potentiometer (3) ändert.

;12. Kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (80, 800) zum Antrieb eines scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers (1) vorgesehen ist, über dessen Oberfläche in radialer Richtung ein Geber (2) oder ein Schreib/Lesekopf bewegbar ist, dessen radiale Verschiebebewegung die Stellung des AbgreifSchiebers (4) am linearen Potentiometer (3) entsprechend ändert und daß die Spannung am Abgreifschieber (4) auf einen Verstärker des Funktionsgenerators einwirkt.

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Ίο. Dezeraber 1975

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13. ' Kombiniertes Steuerungs- und Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die ersten Steuersignale (VS, VS, HS, HS) liefernde Stellungsgeber (95) wenigstens n-verschiedene Winkelstellungen als Bezugspunkte des Rotors (85) enthält, die den einzelnen Statorwicklungen (81 ... 84) zugeordnet sind, daß als Fühlelemente für die Rotorstellung Hallsonden (87, 88) vorgesehen sind, aus deren Signalen eine damit verbundene Schaltungsanordnung (96 ... 99) die ersten Steuersignale bildet.

AT 973 016

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