DE3044154A1 - Motor regulating system using microcomputer - uses phase angle and pulse width signals for fine and coarse control in computing system - Google Patents

Abstract

The method of regulating the operating voltage of electric motors uses control signals obtained by superimposing two signals of different frequences, and one of the signals at least is varied. One signal which controls the phase cut off angle of the operation voltage is the phase angle signal. The other signal, which is the pulse width signal, controls the pulse width of the operating voltage. This gives coarse control, and the phase angle signal gives fine control. The actual value of the motor speed is compared with a nominal value and the difference gives the variation of the control signal. The nominal value is stored in a microcomputer connected by a data collection line with a tachometer counter with its contents corresponding to the actual motor speed. The two control signals are connected by respective registers with the computer and an equalising circuit is connected between the register and a frequency divider chain receiving clock pulse signals.

Description

Verfahren und Anordnung zur Steuerung und/oder RegelungMethod and arrangement for control and / or regulation

der Betriebssnannung von Elektromotoren Die Erfindung -betrifft ein Verfahren zur Steuerung undioder Regelung der Betriebs spannung von Elektromotoren, bei dem der Leistungskreis des Elektromotors mittels eines Steuersignals gesteuert wird.the operating voltage of electric motors The invention concerns a Method for controlling and / or regulating the operating voltage of electric motors, in which the power circuit of the electric motor is controlled by means of a control signal will.

Solche Verfahren werden z. B. zur Änderung der Drehzahl von Elektromotoren, bei denen die Betriebs spannung bzw.Such methods are e.g. B. to change the speed of electric motors, at which the operating voltage resp.

die Ankerspannung proportional zur gewünschten Drehzahl geändert werden muß, angewandt. Bei Asynchron- oder Synchronmotoren, bei denen naturgemäß die Drehzahl nicht geändert werden kann, wird mittels einer Betriebsspannungsänderung der Belastungsmomentenverlauf den Betriebsbedingungen angepaßt und damit der Wirkungsgrad verbessert.the armature voltage can be changed proportionally to the desired speed must be applied. In the case of asynchronous or synchronous motors, which naturally depend on the speed cannot be changed, the load torque curve is determined by means of a change in the operating voltage adapted to the operating conditions and thus the efficiency improved.

In Wechsel- oder Drehstromnetzen wird die Betriebsspannung in der Regel mittels einer Phasenanschnittssteuerung geändert. So ist z. B. aus der Literaturstelle SIEMENS Schaltbeispiele, Ausgabe 1980/81, Nr. B/2293, Seiten 187 bis 189 eine elektronische Motorsteuerung bekannt, bei der zur Steuerung des Phasenwinkels ein integrierter Schaltkreis eingesetzt wird, der Zündimpulse für ein in den Leistungskreis des Elektromotors geschaltetes Triac erzeugt. Eine Phasenanschnittssteuerung hat aber zum einen den Nachteil, daß bei großen Phasenanschnittswinkeln, d. h. bei kleinen Drehzahlen der Motor mit hohen Str.omspitzen beaufschlagt wird. Die hohe und ungleichmäßige Strombelastung beeinträchtigt die Laufruhe des Motors und führt zu einer starken Abnützung der Motorkollektoren. Die hohen Stromspitzen wirken zum anderen auf das Versorgungsnetz zurück und führen zu unerwünschten Störspannungsabstrahlungen. In der Regel bestehen ferner bei Verwendung von mikro elektronischen Bauelementen zur Ansteuerung Einschränkungen zwischen minimalem und maximalem Phasenwinkel.In AC or three-phase networks, the operating voltage is in the Rule changed by means of a phase control. So is z. B. from the literature reference SIEMENS switching examples, edition 1980/81, no. B / 2293, pages 187 to 189 an electronic Motor control known in which an integrated to control the phase angle Circuit is used, the ignition pulses for one in the power circuit of the electric motor switched triac generated. A phase control has on the one hand that Disadvantage that with large phase control angles, d. H. at low speeds of the Motor is subjected to high current peaks. The high and uneven current load affects the running smoothness of the engine and leads to heavy wear of the Engine collectors. The high current peaks also have an effect the supply network and lead to undesired radiated interference voltage. As a rule, there are also the use of micro-electronic components to control restrictions between minimum and maximum phase angle.

Bei Verwendung des gleichen Motors für stark unterschiedliche Drehzahlen ergibt sich für hohe Drehzahlen eine starke Momentenabhängigkeit, d. h., bei gleichen Anschnittswinkeln führen bereits kleine Belastungsänderungen zu großen Drehzahländerungen. Bei niederen Drehzahlen besteht dagegen eine unerwünscht starke Empfindlichkeit bezüglich einer Phasenanschnittswinkeländerung, d. h., bereits kieine Änderungen des Anschnittswinkels führen zu erheblichen Drehzahländerungen.When using the same motor for very different speeds there is a strong torque dependency for high speeds, i. i.e., at the same Chamfer angles lead to even small changes in load to large changes in speed. At low speeds, on the other hand, there is an undesirably high sensitivity with respect to a phase control angle change, d. i.e. no changes already of the lead angle lead to significant speed changes.

Abhilfe erreicht man mit der insbesondere in Gleichstromnetzen benutzten Impulsbreitensteuerung. Bei diesem Verfahren wird die Betriebs spannung impulsförmig an den Motor gelegt und die Drehzahl durch Änderung der Impulsbreite, d. h. des Tastverhältnisses geregelt. Ein entsprechender Drehzahlregler ist z. B. in der Literaturstelle SIEMENS Datenbuch 1980/81, Lineare Schaltungen, Seite 167-172 beschrieben.This can be remedied with the one used in particular in direct current networks Pulse width control. With this method, the operating voltage is pulsed applied to the motor and the speed by changing the pulse width, d. H. of Duty cycle regulated. A corresponding speed controller is z. B. in the reference SIEMENS data book 1980/81, linear circuits, pages 167-172.

Mit einer Impulsbreitenregelung wird ein günstiger Betriebsstromverlauf erreicht, da der Aufnahmestrom in Folge der Motorinduktivität dem Impulsverlauf der Spannung nicht folgt. Eine entsprechende Regelung ermöglicht also einen ruhigen, kollektorschonenden Motorlauf und eine geringe Störspannungsstrahlung. Der Variationsbereich für eine Änderung der Betriebsspannung ist aber erheblich eingeengter als bei Verwendung einer Phasenanschnittssteuerung, da insbesondere bei höheren Taktfrequenzen, die häufig oberhalb systembedingter Resonanzfrequenzen liegen müssen, aufgrund der verwendeten Bauelemente eine Mindestimpulsbreite vorgegeben ist.With a pulse width control, a favorable operating current curve is achieved achieved because the input current as a result of the motor inductance is the pulse course does not follow the tension. A corresponding regulation enables a calm, Collector-friendly motor run and low interference voltage radiation. The range of variation for a change in the operating voltage, however, is considerably more restricted than when using it a phase control, because especially at higher clock frequencies, the often above system-related resonance frequencies have to lie a minimum pulse width is specified due to the components used.

Die Impulsbreitensteuerung ist ferner in der Regel auf Antriebe mit niederen Versorgungsspannungen beschränkt, da die Aufwendungen für spannungsfeste Steuerteile insbesondere bei hohen Arbeitsfrequenzen in Verbindung mit großen zu schaltenden Strömen sehr hoch sind. Bei digitalen Steuerschaltungen entsteht ferner die Notwendigkeit, die Netz- bzw. Arbeitsfrequenz in ausreichend viele Inkremente zu unterteilen, so daß eine vielstufige Zähler-und Vergleicherschaltung und eine 2n (n=- Anzahl der Zählerstufen) - fache Grundfrequenz zur Erzeugung der Arbeitsfrequenz benötigt werden.The pulse width control is also usually available on drives low supply voltages limited, as the expenses for voltage-resistant Control parts especially at high working frequencies in conjunction with large too switching currents are very high. Digital control circuits also arise the need to set the network or working frequency in a sufficient number of increments to subdivide, so that a multi-stage counter and comparator circuit and a 2n (n = - number of counter steps) - times the basic frequency for generating the working frequency are needed.

Aufgabe der Erfindung ist es hier Abhilfe zu schaffen und ein Verfahren der Eingangs genannten Art vorzusehen, das eine leistungslose Spannungsvariation für einen sehr hohen Änderungbereich bei schonendem Motorlauf und geringer Netzstörbelastung ermöglicht.The object of the invention is to provide a remedy here and a method of the type mentioned at the beginning to provide a powerless voltage variation for a very wide range of changes with gentle motor operation and low mains interference enables.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, das das Steuersignal durch Überlagerung zweier Signale unterschiedlicher Frequenz erzeugt wird und daß zum Erzielen eines Regeleffektes das Tastverhältnis mindestens eines der beiden Signale variiert wird. Dieses Verfahren ermöglicht gegenüber den bekannten Verfahren eine nahezu beliebige Feinstellung bei gleichzeitig erweitertem Funktionsbereich zwischen möglicher maximaler und minimaler Betriebsspannung. Die Vorteile der reinen Impulsbreitenregelung, nämlich gleichmäßige Stromaufnahme, ruhiger, schonender Motorlauf und geringe Störspannungsstrahlung bleiben weitgehend erhalten.This task is performed in a method of the type mentioned at the beginning solved according to the invention that the control signal by superimposing two signals different frequency is generated and that to achieve a control effect the duty cycle of at least one of the two signals is varied. This method enables almost any fine adjustment compared to the known methods while at the same time expanding the functional range between possible maximum and minimum Operating voltage. The advantages of pure pulse width control, namely uniform Power consumption, smooth, gentle motor running and low interference voltage radiation are largely preserved.

Bei einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß zur Stellwertermittlung ein Mikrokomputer mit einem Speicher, in dem die speziellen Soll-Werte des Elektromotors gespeichert sind, vorgesehen ist. Ausgestaltungen sowohl des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch der erfindungsgemäßen Anordnung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.In an arrangement for carrying out the method according to the invention it is provided in a further development of the invention that a microcomputer is used to determine the manipulated variable with a memory in which the special target values of the electric motor are stored are provided. Refinements both of the method according to the invention as the arrangement according to the invention are also characterized in subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen: Fig. 1 schematisch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Steuersignalerzeugung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Figuren 4 bis 7-graphische Darstellungen der Elektromotorbetriebsspannung bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß verwendete Signalverknüpfungsstufe.They show: FIG. 1 schematically an example of one according to the invention Control signal generation, FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an arrangement for implementation of the method according to the invention, FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a Arrangement for carrying out the method according to the invention, FIGS. 4 to 7 graphically Representations of the electric motor operating voltage when using the invention Method and FIG. 8 shows an embodiment of a used according to the invention Signal linkage stage.

In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.lm in der Fig. 1 gezeigten Beispiel wird das erfindungsgemäße Steuersignal 10 wie folgt erzeugt: Einer mit einer Grundfrequenz fG (Taktfrequenz) beaufschlagten Wahl- und Vergleichsschaltung 2 werden die zu einem bestimmten Betriebsarbeitspunkt des Elektromotores gehörenden Steuerinformationen für den Phasenanschnittswinkel 1 und die Steuerinformation für die Impulsbreite 3 zugeleitet. Die Wahl- und Vergleichs schaltung 2 erzeugt daraufhin zwei Signale mit unterschiedlicher, durch Teilung der Grundfrequenz G erhaltener Frequenz, das Pha- senwinkelsignal P und das Impulsbreitensignal I, wobei die Frequenz f1 des Signales I im allgemeinen größer als die Frequenz fp des Signales P ist. Zur Regelung wird je nach benötigtem Betriebsarbeitspunkt das EIN/AUS-Tastverhältnis eines oder beider Signale I, P verändert, die Frequenzen fp und f1 bleiben konstant.In the figures, the same elements are provided with the same reference numerals. Lm In the example shown in FIG. 1, the control signal 10 according to the invention is as follows generated: One with a basic frequency fG (clock frequency) charged with an optional and Comparison circuit 2 is used for a specific operating point of the electric motor associated control information for the phase control angle 1 and the control information for the pulse width 3 supplied. The selection and comparison circuit 2 is generated then two signals with different, by dividing the basic frequency G obtained frequency, the phase senwinkelsignal P and the pulse width signal I, where the frequency f1 of the signal I is generally greater than the frequency fp of the signal P. Depending on the required operating point, the ON / OFF duty cycle of one or both signals I, P changes the frequencies fp and f1 remain constant.

Durch Änderung des Tastverhältnisses des Phasenwinkelsignals P durch Verschiebung der Impulsflanke gemäß den Pfeilen 4 ergibt sich für Phasenwinkel zwischen 0 und 1800 der Steuerbereich 5. Durch Änderung des Tastverhältnisses des Impulsbreitensignals I ergibt sich der mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnete Steuerbereich . Die beiden Signale I und P werden in der Signalverknüpfungsstufe 7 zum Steuersignal 10 verknüpft und dem Motorleistungskreis 11 des Elektromotors zugeführt.By changing the duty cycle of the phase angle signal P through Shifting of the pulse edge according to the arrows 4 results for phase angles between 0 and 1800 the control area 5. By changing the duty cycle of the pulse width signal I results in the control area identified by the reference numeral 6. The two Signals I and P are linked in the signal linking stage 7 to form the control signal 10 and supplied to the motor power circuit 11 of the electric motor.

Die Wahl- und Vergleichsschaltung 2 kann sowohl als Analoge als auch als digitale Schaltung ausgeführt werden.The selection and comparison circuit 2 can be both analog and be implemented as a digital circuit.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine digitale Steuerung. Ein Elektromotor 16 wird mittels des Motorleistungsteiles 11 mit Betriebsspannung versorgt.Fig. 2 shows an embodiment for a digital control. An electric motor 16 is supplied with operating voltage by means of the motor power section 11 provided.

Ein Tachogenerator 15 ermittelt die Drehzahl des Motors 16 und führt ein der Drehzahl entsprechendes digitales Signal dem Tachozähler 14 zu. Die Drehzahlermittlung kann beispielsweise mittels des in SIEMENS Schaltbeispiele, Ausgabe 1980/81, Seite 184 geschilderten elektronischen Drehzahlwächters, der bei jeder Umdrehung des Motors mittels eines Hall-Schaltkreises einen Impuls an eine Auswerte-Elektronik abgibt, durchgeführt werden. Der Tachozähler 14 ist über Datensammelleitung 13 mit einem handelsüblichen Mikro-Computer 12 oder einem vergleichbaren anwendungsspezifischen Schaltkreis verbunden. In einem Speicher des Mikrocomputers 12 sind die Soll-Werte für die Tastverhältnisse von Phasenwinkelsignal P und Impulsbreitensignal I bei unterschiedlichen Betriebsarbeitspunkten gespeichert. Der Drehzahl-Ist-Wert wird aus dem Tachozähler 14 ausgelesen und anschließend mit dem Soll-Wert verglichen. Der Mikrocomputer 12 ermittelt mittels ebenfalls vorgegebenen Regelkonstanten, bzw. Multiplikatoren, die je nach Anwendungsfall einer P-, I-, oder D- Regelung entsprechen können, die aktuellen Stellwerte für das Phasenwinkelsignal P und das Impulsbreitensignal I. Der aktuelle Stellwert für das Phasenwinkelsignal P wird über die Datensammelleitung 13 in einem Stellregister 17 gespeichert, der aktuelle Stellwert für das Impulsbreitensignal I in einem Stellregister 18.A tachometer generator 15 determines the speed of the motor 16 and leads a digital signal corresponding to the speed is sent to the speedometer counter 14. The speed determination can, for example, by means of the in SIEMENS switching examples, edition 1980/81, page 184 described electronic speed monitor, which with every revolution of the engine sends a pulse to evaluation electronics by means of a Hall circuit, be performed. The speedometer 14 is via data bus line 13 with a commercially available micro-computer 12 or a comparable application-specific Circuit connected. The target values are in a memory of the microcomputer 12 for the duty cycle of phase angle signal P and pulse width signal I at different operating points stored. The actual speed value is read from the speedometer 14 and then with the Target value compared. The microcomputer 12 uses also predetermined control constants to determine or multipliers that, depending on the application of a P, I, or D control can correspond to the current control values for the phase angle signal P and the Pulse width signal I. The current manipulated variable for the phase angle signal P is The current one is stored in a setting register 17 via the data bus line 13 Control value for the pulse width signal I in a control register 18.

Eine Frequenzteilerkette 21, die von den Taktimpulsen fG des Mikrocomputers 12 beaufschlagt wird, teilt die Grundfrequenz fG auf die Frequenzen des Phasenwinkelsignals P und des Impulsbreitensignals I. An Stelle einer Frequenzteilerkette 21 können auch 2 getrennte Frequenzteilerketten angewandt werden. Durch Vergleicher 19,20 entstehen aus den Inhalten der Stellregister 17,18 und der Frequenzteilerkette 21 die Frequenzen und Tastverhältnisse der beiden Signale P und I. Beide Signale werden anschließend in einer Signalverknüpfungsstufe 7 überlagert bzw. verknüpft, das resultierende Steuersignal wird dem Motorleistungsteil 11 zugeführt.A frequency divider chain 21, from the clock pulses fG of the microcomputer 12 is applied, divides the fundamental frequency fG into the frequencies of the phase angle signal P and the pulse width signal I. Instead of a frequency divider chain 21 can 2 separate frequency divider chains can also be used. By comparator 19.20 arise from the contents of the setting registers 17, 18 and the frequency divider chain 21 the frequencies and duty cycles of the two signals P and I. Both signals are then superimposed or linked in a signal linking stage 7, the resulting The control signal is fed to the motor power section 11.

Die i3ignalverknüpfungsstufe 7 kann, wie in der Fig. 8 gezeigt, z. B. aus zwei Flip-Flops 52,33 und einem UND-Gatter 34 gebildet werden, wobei ein erstes Flip-Flop 32 vom Signal des Vergleichers 19 beaufschlagt wird, ein zweites Flip-Flop 33 vom Signal des Vergleichers 20 beaufschlagt wird, die Ausgänge beider Flip-Flops 32,33 mit den Eingängen des UND-Gatters verbunden sind und das Steuersignal am Ausgang des UND-Gatters 34 abnehmbar ist. Das Rücksetzen der beiden Flip-Flops 32,33 erfolgt z. B. über die Verbindungsleitungen 35,36 beim Null-Durahgang der Frequenzteilerkette 21.As shown in FIG. 8, the signal link stage 7 can e.g. B. from two flip-flops 52,33 and an AND gate 34 are formed, with a first flip-flop 32 is acted upon by the signal of the comparator 19, a second Flip-flop 33 is acted upon by the signal from the comparator 20, the outputs of both Flip-flops 32,33 are connected to the inputs of the AND gate and the control signal at the output of the AND gate 34 can be removed. Resetting the two flip-flops 32,33 takes place z. B. via the connecting lines 35,36 at zero Durahgang the Frequency divider chain 21.

Im Motorleistungsteil 11 können bevorzugt Leistungs-MOS- Transistoren, beispielsweise die aus der Zeitschrift "Electronics ", Februar 28, 1980, Seite 63, Bekannten SIP-MOS-Transistoren zur Anwendung kommen, da mit diesen bei geringer Steuerleistung Hochspannungen mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet werden können. Der Einsatz der üblicherweise verwendeten Triacs oder Thyristoren ist nachteilhaft, da diese Bauelemente nur mit verhältnismäßig hohem Schaltungsaufwand abgeschaltet werden können und deshalb für Taktbetrieb weniger geeignet sind.In the motor power section 11, preferably power MOS Transistors, for example from the magazine "Electronics", February 28, 1980, page 63, Well-known SIP-MOS transistors are used, since with these at low Control power high voltages can be switched on and off at high frequency. The use of the commonly used triacs or thyristors is disadvantageous, since these components are only switched off with a relatively high amount of circuitry and are therefore less suitable for cyclic operation.

Für Wechselstrom- oder Gleichstrommotorantriebe mit stark unterschiedlichen Soll-Drehzahlen, wie z. B. Waschmaschinenmotoren, können unterschiedliche Drehzahlen gemäß der Erfindung wie folgt erreicht werden: Beim Setzen eines festen Tastverhältnisses für das Impulsbreitensignal I über das Stellregister 18 kann z. B.For AC or DC motor drives with very different Target speeds, such as B. washing machine motors, can have different speeds can be achieved according to the invention as follows: When setting a fixed duty cycle for the pulse width signal I via the control register 18 can, for. B.

gleichzeitig. das Tastverhältnis des Phasenwinkelsignals P über das Stellregister 17 variiert werden. Bei geeignet gewähltem Tastverhältnis für das Phasenanschnittswinkelsignal P ergibt sich, wie in der Fig. 4 für Wechselstromantriebe und in der Fig. 5 für Gleichstromantriebe dargestellt, entsprechend den Pfeilen 22 bzw. 23 eine Spreizung des Motorsteuersignals über einen großen Teil der Taktperiode Tp. Es bedeuten TP eine Taktperiode des Phasenwinkelsignals P, T1 eine Taktperiode des Impulsbreitensignals I und TG eine Taktperiode des Vom Mikrocomputers 12 gelieferten, beispielsweise quartzgesteuerten Grundtaktes.simultaneously. the duty cycle of the phase angle signal P over the Position register 17 can be varied. With a suitably selected duty cycle for the Phase control angle signal P results, as in FIG. 4, for AC drives and shown in FIG. 5 for direct current drives, according to the arrows 22 or 23 a spread of the motor control signal over a large part of the clock period Tp. TP denotes a clock period of the phase angle signal P, T1 denotes a clock period of the pulse width signal I and TG a clock period of the supplied by the microcomputer 12, for example quartz-controlled basic clock.

Unterschiedliche Soll-Drehzahlen werden vorzugsweise in der Weise realisiert, daß je nach Soll-Drehzahl eine bestimmte Impulsbreite vorgegeben wird, und die Feinänderung mittels des Phasenanschnittswinkels erfolgt. Dabei wird vorteilhafterweise die Impulsbreite so ausgelegt, daß der Phasenwinkel T kleiner als 900, insbesondere kleiner als 300 ist (Vergleiche Fig. 4). Bei diesem Vorgehen wird im Vergleich zu einer reinen Phasenanschnittsregelung eine erheblich gleichmäßigere Strombelastung aller Kollektoren des Motors 16 erreicht.Different target speeds are preferably in the way realizes that a certain pulse width is given depending on the target speed, and the fine change takes place by means of the phase control angle. This is advantageous the pulse width is designed so that the phase angle T is less than 900, in particular smaller than 300 (see Fig. 4). This procedure is compared to a pure phase control a considerably more even current load of all Collectors of the engine 16 reached.

Dies- wird- in der Fig. 6 verdeutlicht, die den zeitlichen Verlauf der Betriebsspannung u und des Betriebsstroms i eines Elektromotors 16 zeigt. Die Möglichkeiten der Impulsbreitenänderung sind nochmals durch die Pfeile 6 und die der Phasenwinkeländerung nochmals durch die Pfeile 4 verdeutlicht. Für die Anlaufsphase des Motores 16 kann durch Ändern des Tastverhältnisses des Impulsbreitensignales beim erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher Weise ein höheres Anzugsmoment erreicht werden.This is illustrated in FIG. 6, which shows the course over time the operating voltage u and the operating current i of an electric motor 16 shows. the Possibilities of changing the pulse width are indicated again by the arrows 6 and the phase angle change is illustrated again by the arrows 4. For the start-up phase of the motor 16 can be changed by changing the duty cycle of the pulse width signal in the method according to the invention, a higher tightening torque is achieved in a simple manner will.

Im Vergleich zum Stand der Technik ermöglicht die Erfindung eine größere Rasterung sowohl der Frequenz für das Impulsbreitensignal I als auch der Frequenz für das Phasenwinkelsignal P. Da eine Feinregelung durch Variation des Phasenanschnittswinkels möglich ist, wird im Vergleich zu einer reinen Impulsbreitensteuerung eine erheblich größere Rasterung der Frequenz des Impulsbreitensignals I möglich, so daß wegen der reduzierten Frequenzteilerstufenzahl bzw. wegen der reduzierten benötigten Grundfrequenz fig sowie wegen der geringeren benötigten Registerbreiten für die Stellregister 17 und 18 und die Vergleidher 19 und 20 eine bessere Anpassung an ein einevorgegebene Grundfrequenz aufweisendes Mikrocomputersystem gegeben ist. Für in der Unterhaltungsindustrie verwendete Motoren, beispielsweise für Plattenspieler müssen die Taktfrequenzen TI der Betriebsspannung oberhalb von 18 kHz, insbesondere oberhalb von 20 kHz liegen. Um eine ausreichend genaue Regelung zu erreichen werden bei einer reinen Impulsbreitensteuerung Grundfrequenzen im Bereich von 20 MHz benötigt, um eine Teilung in etwa 1000 Inkre- mente (Teile) zu ermöglichen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es bei zumindest gleicher Regelleistung bzw. -genauigkeit mit einer vorzugsweise 6 bis 10, beispielsweise 8 -fachen Teilung der Grundfrequenz auszukommen, da die Feinregelung über eine Anderung des Phasenanschnittswinkels ermöglicht wird, Geht man von einer 8-fachen Teilung der Grundfrquenz aus,, so kommt man bei Betriebstaktfrequenzen für den Motor von 20 kHz auf Grundfrequenzen von lediglich 160 kHz, so daß ohne Schwierigkeiten handelsübliche Mikrocomputer, die Taktfreduenz in der Größenordnung von 3 bis 7 MHz aufweisen, eingesetzt werden können.Compared to the prior art, the invention enables a larger one Rasterization of both the frequency for the pulse width signal I and the frequency for the phase angle signal P. Since fine control by varying the phase control angle is possible, becomes significant compared to a pure pulse width control greater rasterization of the frequency of the pulse width signal I possible, so that because of the reduced number of frequency divider stages or because of the reduced basic frequency required fig as well as because of the smaller register widths required for the positioning registers 17 and 18 and the Vergleidher 19 and 20 a better adaptation to a given one Basic frequency having microcomputer system is given. For in the entertainment industry Motors used, for example for turntables, must match the clock frequencies TI of the operating voltage are above 18 kHz, in particular above 20 kHz. In order to achieve a sufficiently precise regulation, pure pulse width control is used Fundamental frequencies in the range of 20 MHz are required to achieve a division in about 1000 incre- ments (Parts of) to enable. The method according to the invention succeeds in at least the same control power or accuracy with a preferably 6 to 10, for example 8-fold division of the basic frequency get along, since the fine control is via a change of the phase control angle is made possible, assuming an 8-fold division the basic frequency from, so one comes with operating clock frequencies for the engine of 20 kHz to basic frequencies of only 160 kHz, so that commercially available without any difficulties Microcomputers with a clock frequency of the order of 3 to 7 MHz, can be used.

Der Einsatz von Mikrocomputern zur Steuerung und Regelung der Betriebsspannung von Elektromotoren hat insbesondere den Vorteil, daß der Regelungsanordnung mittels Programm die Motorcharakteristik so eingegeben werden kann und daß für aIle oder bestimmte im Betrieb auftretende Betriebsarbeitspunkte die optimale Impulsbreite für die Grobregelung und der entsprechende Phasenanschnittswinkel für die Feinregelung bzw. -stellung ausgegeben werden kann.The use of microcomputers to control and regulate the operating voltage of electric motors has the particular advantage that the control arrangement means Program the engine characteristics can be entered and that for all or certain operating points occurring during operation determine the optimum pulse width for the coarse control and the corresponding phase control angle for the fine control or position can be output.

Geht man bei einer erfindungsgemäßen Anordnung von einer Unterteilung der Grundfrequenz zur Phasenanschnittssteuerung in 1024 Inkremente und einer Unterteilung der Grundfrequenz zur Impulsbreitensteuerung in 8 Inkremente aus, so erreicht man eine genauere Regelung der Betriebsspannung als mit einer reinen Phasenanschnittssteuerung mit 1024-facher Unterteilung oder einer reinen Impulsbreitensteuerung mit ebenfalls 1024-facher Teilung, erhält aber die oben geschilderten Vorteile bezüglich der Laufruhe, Netzrückwirkungsfreiheit etc In diesem Fall können das Stellregister 17 und der Vergleicher 19 10 bit breit ausgeführt werden, während das Stellregister 18 und der Vergleicher 20 lediglich Breiten von 3 bit erfordern. DieFrequenzteilerkette 21 benötigt mindestens eine Breite von 10 bit.If one assumes a subdivision in an arrangement according to the invention the basic frequency for phase control in 1024 increments and a subdivision of the basic frequency for pulse width control in 8 increments, this is how a more precise regulation of the operating voltage than with a pure phase control with 1024-fold subdivision or a pure pulse width control with also 1024-fold division, but has the advantages described above in terms of smoothness, Network interference, etc. In this case, the setting register 17 and the Comparators 19 are carried out 10 bits wide, while the setting register 18 and the comparator 20 only require widths of 3 bits. The frequency divider chain 21 needs at least one Width of 10 bits.

In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäßeAnordnung gezeigt. Die Anordnung nach Fig. 3 entspricht im wesentlichen der nach Fig. 2, jedoch werden die Frequenzen und Tastverhältnisse des Impulsbreitensignals I und des Phasenwinkelsignals P durch im Mikrocomputer 12 selbst vorhandene Register, Vergleicher und Frequenzenteilerketten erzeugt. Es ist auch möglich den Tachozähler 14 und die S5gnalverknUpfungsstufe 7 ebenfalls in einem insbesondere auf einem Chip integrierten Mikrocomputer vorzusehen. Der Motor 16 wird beispielsweise mit der üblichen 220 v/so Hz - Netzspannung betrieben, in diesem Fall sorgt eine Phasenlageerkennungsstufe 31, zu , die im Mikrocomputer 12 integriert sein kann und über einen Vorwiderstand 30 von der Netzspannung beaüfschlagt wird, da-'? für, daß das Phasenwinkelsignal P bezüglich der Netzfrequenz die notwendige gleichbleibende Phasenlage erhält.In Fig. 3 is a further embodiment of an arrangement according to the invention shown. The arrangement according to FIG. 3 corresponds essentially to that according to FIG. 2, however the frequencies and duty cycles of the pulse width signal I and the phase angle signal P by means of registers, comparators and frequency divider chains present in the microcomputer 12 itself generated. It is also possible to use the tachometer counter 14 and the signal linkage stage 7 also to be provided in a microcomputer integrated in particular on a chip. The motor 16 is operated, for example, with the usual 220 v / so Hz mains voltage, in this case, a phase position detection stage 31 provides that in the microcomputer 12 can be integrated and acted upon by the mains voltage via a series resistor 30 becomes, there- '? for that the phase angle signal P with respect to the network frequency is the necessary constant phase position.

Die Effektivwertverteilung der am Motor 16 anliegenden Motorspannung bei unterschiedlichen EIN/AUS-Tastverhältnissen + für die Impulsbreite und bei unterschiedlichen Phasenanschnittswinkeln T ist in der Fig. 7 dargestellt.The rms value distribution of the motor voltage applied to motor 16 with different ON / OFF duty cycles + for the pulse width and with different Phase control angles T is shown in FIG. 7.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann aus- handelsüblichen Bauteilen zusammengesetzt werden. Als Tachozähler 14 und als Frequenzteilerkette 21 können z. B. die Typen CD 4040 A, als Register 17,18 die Typen CD 4034 A und als Vergleicher (Komparatoren) 19,20 die Typen CD 4063 B der Firma RCA, beschrieben in der Firmendruckschrift RCA COS/MOS Integrated Circuits, 1974, und als Mikrocomputer 12 z.B. der Typ SAB 8080 der Firma SIE-MENS, beschrieben im SIEMENS Datenbuch 1979/80, Mikrocomputer Bausteine Band 1:Mikroprozessor,System SAB 8080, verwendet werden.An arrangement for carrying out the method according to the invention can off-the-shelf components are assembled. As speedometer 14 and as Frequency divider chain 21 can, for. B. the types CD 4040 A, as registers 17,18 the Types CD 4034 A and as comparators 19.20 the types CD 4063 B of the RCA company, described in the company publication RCA COS / MOS Integrated Circuits, 1974, and described as microcomputer 12, e.g. the type SAB 8080 from SIE-MENS in the SIEMENS data book 1979/80, microcomputer modules, volume 1: microprocessor, system SAB 8080 can be used.

8 Figuren 11 Patentansprüche8 Figures 11 claims

Claims (11)

Patentansprüche 1. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Betriebsspannung von Elektromotoren, bei dem der Leistungskreis des Elektromotors mittels eines Steuersignals gesteuert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Steuersignal durch Uberlagerung zweier Signale (P,I) unterschiedlicher Frequenz (fp, fI) erzeugt wird und daß zum Erzielen eines Regeleffektes das Tastverhältnis mindestens eines der beiden Signale (P,I) variiert wird.Claims 1. A method for controlling and / or regulating the operating voltage of electric motors, in which the power circuit of the electric motor by means of a control signal is controlled so that the control signal is passed through Superposition of two signals (P, I) of different frequencies (fp, fI) is generated and that to achieve a control effect, the duty cycle of at least one of the both signals (P, I) is varied. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das eine Signal (P) (Phasenwinkelsignal) den Phasenanschnittswinkel der Betriebsspannung beeinflußt und das zweite Signal (I) (Impulsbreitensignal) die Impulsbreite der Betriebsspannung beeinflußt.2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the one signal (P) (phase angle signal) is the phase control angle the operating voltage and the second signal (I) (pulse width signal) affects the pulse width of the operating voltage. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Betriebsspannung mittels des Impulsbreitensignals (I) grob und mittels des Phasenwinkelsignals (P) fein geregelt wird.3. The method according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the operating voltage by means of the pulse width signal (I) is roughly and is finely regulated by means of the phase angle signal (P). 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß zur Drehzahlregelung des Elektromotors (16) ein der Motorendrehzahl entsprechender Ist-Wert mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird, daß je nach Abweichung des.4. The method according to any one of claims 1 to 3, d a -d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t that for speed control of the electric motor (16) one of the Engine speed corresponding actual value compared with a predetermined target value that depending on the deviation of the. Ist-Wertes vom Soll-Wert die benötigten Tastverhältnisse für die beiden Signale (P,I) ermittelt werden und daß die Signale (P,I) mit gegebenenfalls entsprechend geändertem Tastverhältnis miteinander verknüpft und dem Leistungskreis (11,16) des Elektromotors (16) zugeführt werden.Actual value from the setpoint value the required duty cycles for the two Signals (P, I) are determined and that the signals (P, I) with possibly corresponding changed duty cycle linked together and the power circuit (11,16) of the Electric motor (16) are supplied. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c.h n e t , daß zur Stellwertermittlung ein Mikrocomputer (12) mit einem Speicher, in dem die speziellen Soll-Werte des Elektromotors gespeichert sind, vorgesehen ist.5. Arrangement for performing the method according to one of the claims 1 to 4, d a d u r c h e k e n n -z e i c.h n e t, that for determining the manipulated variable a microcomputer (12) with a memory in which the special target values of the Electric motor are stored, is provided. 6. Anordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h. g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mikrocomputer( 12)über eine Datensammelleitung (13) mit einem Tachozähler (14), dessen Inhalt der Drehzahl des Elektromotors (16) (Ist-Wert) entspricht, verbunden ist.6. Arrangement according to claim 5, d a d u r c h. g e k e n n n z e i c h n e t that the microcomputer (12) has a data bus line (13) with a speedometer (14), the content of which corresponds to the speed of the electric motor (16) (actual value), connected is. 7. Anordnung nach Anspruch.5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t , daß ein zur Speicherung des vom Mikrocomputer (12) ermittelten aktuellen Stellwertes für-die Impulsbreite dienendes erstes Stellregister (18) und ein zur Speicherung des vom Mikrocomputer (12) ermittelten aktuellen Stellwertes für den Phasenanschnittswinkel dienendes zweites Stellregister (17) über die Datensammelleitung (13) mit dem Mikrocomputer(12) verbunden sind.7. Arrangement according to claim 5 or 6, d a d u r c h g e k e n n z egg c h n e t that one is used to store the current one determined by the microcomputer (12) Control value for the pulse width serving first control register (18) and a for Storage of the current control value determined by the microcomputer (12) for the Second setting register (17) serving the phase control angle via the data bus (13) are connected to the microcomputer (12). 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine erste, zur Erzeugung von Frequenz- und Tastverhältnis des Impulsbreitensignals (I) dienende Vergleicherschaltung (20) vorgesehen ist, die einerseits mit dem ersten Stellregister (18) und andererseits mit einer mit Taktimpulsen beaufschlagten Frequenzteilerkette (21) beschaltet ist.8. Arrangement according to one of claims 5 to 7, d a -d u r c h g e It is not possible to say that a first one is used to generate frequency and duty cycle the pulse width signal (I) serving comparator circuit (20) is provided, on the one hand with the first control register (18) and on the other hand with a Clock pulses acted upon frequency divider chain (21) is connected. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a -d ur c h g e k e n n z e i c h n e t ,-daß eine zweite, zur Erzeugung von Frequenzen und Tastverhältnis des Phasenwinkelsignals (P) dienende Vergleicherschaltung (19) vorgesehen ist, die einerseits mit dem zweiten Stellregister (17) und andererseits mit einer mit Taktimpulsen beaufschlagten Frequenzteilerkette (21) beschaltet ist.9. Arrangement according to one of claims 5 to 8, d a -d ur c h g e k E n n z e i c h n e t, -that a second, for the generation of frequencies and duty cycle the phase angle signal (P) serving comparator circuit (19) is provided which on the one hand with the second setting register (17) and on the other hand with one with clock pulses acted upon frequency divider chain (21) is connected. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Verknüpfung von Impulsbreitensignal (I) und Phasenwinkelsignal (P) eine Signalverknüpfungsstufe (7) vorgesehen ist, deren Ausgangssignal zur Steuerung des Leistungsteiles (11) des Elektromotores (16) dient.10. Arrangement according to one of claims 5 to 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that for linking the pulse width signal (I) and phase angle signal (P) a signal linking stage (7) is provided, the output signal of which is used for control purposes the power part (11) of the electric motor (16) is used. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, d a -d u r c h. g e k e n n z e i c h n e t , daß die Signalverknüpfungsstufe (7) aus einem ersten vom Impulsbreitensignal(I) beaufschlagten Flip-Flop (33), einem zweiten vom Phasenwinkel signal (P) beaufschlagten Flip-Flop (32) und einem mit den Ausgängen der beiden Flip-Flops (32,33) verbundenen UND-Gatter (34) besteht.11. Arrangement according to one of claims 5 to 10, d a -d u r c h. G e k e n n n z e i c h n e t that the signal linking stage (7) consists of a first the pulse width signal (I) acted upon by the flip-flop (33), a second from the phase angle signal (P) applied to the flip-flop (32) and one with the outputs of the two Flip-flops (32,33) connected AND gates (34) consists.