DE3527128A1 - Drehzahl-messanordnung zur erzeugung drehzahlabhaengiger analogsignale - Google Patents
Drehzahl-messanordnung zur erzeugung drehzahlabhaengiger analogsignaleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Drehzahl-Meßanordnung der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art, wie
sie etwa aus der DE-OS 27 11 593 bekannt ist.
Solche Drehzahl-Meßanordnungen werden beispielsweise als
Bestandteil zur Ermittlung des Drehzahl-Istwertes von
Drehzahlregelsystemen für Walzgerüst-Antriebe benötigt.
Eine sehr genaue Ermittlung und Konstanthaltung des Dreh
zahl-Istwertes hat bei Walzgerüst-Antrieben deswegen eine
besondere Bedeutung, weil geringfügige Schwankungen bei
den dort meist angewendeten analogen Drehzahl-Regelver
fahren über den Motorstrom der Antriebsmotoren zu Schwin
gungserscheinungen führen, die sich wegen der gegenseiti
gen Abhängigkeiten der durch das Walzgut miteinander ge
koppelten Gerüste als erhebliche Störfaktoren erweisen
können.
Solche Ungenauigkeiten bei der Ermittlung des Drehzahl-
Istwertes durch die Drehzahl-Meßanordnung können bei
spielsweise dadurch entstehen, daß bei einer Meßanordnung
der eingangs bezeichneten Art die Lochscheibe durch unver
meidliche Herstellungstoleranzen eine gewisse Exentrizi
tät gegenüber ihrem Drehpunkt aufweist. In der DE-OS
27 11 593 ist eine Schaltungsanordnung beschrieben, wel
che die dadurch entstehenden und die aufgrund weiterer,
etwa von Toleranzen der Zahnabmessungen der Signalscheibe
hervorgerufener Phasenfehler behebt. Die Funktion dieser
Schaltungsanordnung ist aber nur dann gewährleistet, wenn
die Amplituden der von den Lichtempfängern der Licht
schranken gelieferten Signale exakt gleich groß sind. Nur
dann kann die dort beschriebene Schaltung solche Phasen
fehler durch Mittelwertbildung der von den beiden Licht
schranken gelieferten Signale kompensieren. Eine solche
Amplitudenkonstanz der beiden Lichtschranken ist aber
nicht ohne weiteres gegeben. Vielmehr können durch unter
schiedliche Alterungsvorgänge der Lichtquelle Änderungen
der Signalamplituden auftreten, die die Funktionsfähigkeit
der Schaltungsanordnung beeinflussen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vor
genannte Schaltungsanordnung in der Weise zu ergänzen,
daß die von den Lichtschranken gelieferten Signalamplitu
den konstant bleiben.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ange
gebene Erfindung gelöst. Diese erfindungsgemäße Lösung
zeichnet sich dadurch aus, daß sie von dem bekannten Addi
tionstheorem (sinus2 alpha+cosinus2 alpha=1) ausgeht
und dieses als Grundlage für eine entsprechende Regel
schaltung nutzt, die trotz ihres relativ einfachen Auf
baues eine korrekte Amplitudenregelung bis zum Stillstand
der Signalscheibe ermöglicht. Voraussetzung ist lediglich,
daß die von den Lichtschranken erzeugten Signale möglichst
sinusförmig sind. Geringe Abweichungen von der Sinusform
sind allerdings tolerierbar, solange sie sich im Rahmen
der zulässigen Meßtoleranzen bewegen.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Meß
anordnung nach Patentanspruch 1 sind in den Unteransprü
chen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der
Zeichnungen im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Meßanordnung,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Signalscheibe
mit dem Querschnitt der Lichtstrahlenbündel zur
Erzeugung sinusförmiger Meßsignale und
Fig. 3 ein Schaltungsbeispiel eines Amplitudenreglers der
Meßanordnung nach Fig. 1 in schematischer Darstel
lung.
Nach Fig. 1 ist auf der Welle 1, deren Drehzahl gemessen
werden soll, eine Signalscheibe 2 befestigt, deren Boh
rungsdrehpunkt 3 vom Drehpunkt 4 der Welle 1 um einen ge
wissen Betrag, nämlich der Exentrizität e abweicht. Der
Außenring der Signalscheibe 2 ist kammartig ausgebildet,
d. h. Zähne 5 wechseln sich mit gleich breiten Lücken 6 ab.
Auf gegenüberliegenden Seiten der Signalscheibe sind auf
der Linie des Drehpunktes 4 der Welle 1 um 180° versetzt
zwei elektro-optische Systeme als Signalgeber 7, 8 ange
ordnet, die mit je zwei nicht näher dargestellten Licht
schranken mit je einem gemeinsamen Lichtsender und je zwei
Lichtempfängern ausgestattet sind, von denen sich der
Lichtsender auf der einen Seite und die Lichtempfänger auf
der anderen Seite der Signalscheibe 2 im Bereich des Zahn
kranzes befinden, so daß die Lichtstrahlen von den Zähnen
5 periodisch unterbrochen werden.
Wie in Fig. 2 schematisch angedeutet, sind die beiden im
Querschnitt dargestellten Lichtstrahlen in einem solchen
Drehwinkel voneinander angeordnet, daß ihr Abstand um 90°
elektrisch gegeneinander phasenverschobene Sinussignale
S 1=U 1 · sinus alpha und S 2=U 2 · cosinus alpha bzw.
S 1′=U 1′ · sinus alpha und S 2′=U 2′ · cosinus alpha
erzeugen. Um die Sinusfunktion der Signale zu erreichen,
sind die Strahlenquerschnitte beispielsweise mit Hilfe
von Schablonen entsprechend geformt. Im gewählten Aus
führungsbeispiel haben die Strahlen eine Querschnitts
fläche, die zwei um 180° versetzten, untereinander ange
ordneten Sinus-Halbwellen entspricht. Beide optischen Sy
steme 7, 8 erzeugen also je zwei um 90° elektrisch gegen
einander phasenverschobene Sinusschwingungen S 1 und S 2
bzw. S 1′ und S 2′. Diese Signale werden über je einen
nachfolgend beschriebenen Amplitudenregler 11, 12 je ei
nem Addierverstärker 13, 14 in der Weise zugeführt, daß
die beiden Sinus-Signale S 1 und S 1′ an den Addierverstär
ker 13 und die beiden Cosinus-Signale S 2 und S 2′an den
Addierverstärker 14 gelangen. Diese Addierverstärker 13,
14 addieren die ihnen zugeführten Signale vektoriell, so
daß etwaige Phasenverschiebungen durch Mittelwertbildung
kompensiert werden. Das am Addierverstärker 13 ausgangs
seitig entstehende phasenkorrigierte Sinus-Signal wird
einer Grenzwertstufe 15 und das am Ausgang des Addierver
stärkers 14 entstehende Cosinus-Signal einer Grenzwert
stufe 16 zugeführt, die daraus zwei um 90° verschobene
Rechtecksignale bilden. Über einen Frequenz-Spannungs-
Umsetzer 17 gelangen die Signale dann als vorzeichenrich
tiger analoger Drehzahl-Istwert an einen PI-Regler 19,
dem außerdem ein an einem Potentiometer 20 einstellbarer
Sollwert zugeführt ist. Dabei kann durch Auswertung der
entsprechenden Signalflanken eine Impulsvervielfachung um
den Faktor 1, 2 oder 4 erzielt werden. Das zur jeweiligen
Drehrichtung gehörende Vorzeichen ermittelt der Frequenz-
Spannungs-Umsetzer aus der Reihenfolge der beiden um 90°
verschobenen Rechtecksignale. Am Ausgang des PI-Reglers 19
entsteht eine Regelgröße, die einem nicht dargestellten
unterlagerten Regelkreis als Strom- oder Augenblicks-
Sollwert zugeführt werden kann.
Die Funktion der Amplitudenregler 11, 12 wird anhand eines
in Fig. 3 dargestellten Blockschaltbildes im folgenden
näher erläutert, wobei wegen des identischen Aufbaues
beider Regler nur der Regler 11 dargestellt und beschrie
ben ist. Dabei wird ausgegangen von den vom Signalgeber 7
gelieferten Signalspannungen S 1=U 1 · sinus alpha und S 2
=U 2 · cosinus alpha, die als Istwerte dem Amplitudenregler
11 zugeführt werden und an die einen Eingänge je eines als
Multiplizierer arbeitenden Regelverstärkers 21 und 22 ge
langen. Die anderen Eingänge dieser Regelverstärker sind
für die auf noch zu beschreibende Weise gewonnene Stell
größe vorgesehen. An den Ausgängen dieser Regelverstärker
tritt das geregelte Signal auf, das den Eingängen von Mul
tiplikationsstufen 23, 24 zugeführt wird. Gleichzeitig
wird dieses amplitudengeregelte Signal in der in Fig. 1
gezeigten Weise den Addierverstärkern 13 und 14 als Ein
gangssignal zugeleitet. An den Ausgängen der Multiplizier
stufen 23, 24 entstehen die Signale (U 1 · sinus alpha)2
bzw. (U 2 · cosinus alpha)2. Diese Signale werden den Ein
gangsklemmen eines Addierverstärkers 25 mit Glättungs
funktion zugeführt. Am Ausgang dieses Verstärkers entsteht
das Signal (U 1 · sinus alpha)2+(U 1 · cosinus alpha)2.
Durch diese Addition kürzen sich aufgrund der mathemati
schen Beziehung sinus2 alpha+cosinus2 alpha=1 die
Winkelfunktionen heraus, so daß als Signal der konstante
Gleichspannungsanteil U 1 2 übrig bleibt, der unabhängig von
der jeweiligen Drehzahl, also bis zum Stillstand, ein
korrektes Abbild der vom Amplitudenregler 11 bis 12 wei
tergegebenen Sinus- bzw. Cosinus-Amplitude ist. Hierbei
wird davon ausgegangen, daß die Amplituden der Sinus- und
der Cosinusspannungen immer gleich groß sind, weil sie von
ein und derselben Lichtquelle erzeugt werden. Wenn dem Ad
dierverstärker 25 ein entsprechender quadratischer Soll
wert zugeführt würde, könnte im Addierverstärker selbst
eine Stellgröße gebildet werden, die sich unmittelbar zur
Steuerung des Lichterzeugers im zugeordneten Signalgeber
verwenden ließe. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist
ein anderer Weg gewählt worden, bei dem der Ausgangswert
des Addierverstärkers einer Radizierstufe 26 und von dort
als Istwert U 1 zusammen mit einem am Potentiometer 28 er
zeugten Sollwert einem Regler 27 mit PI-Charakteristik zu
geführt ist. Dieser Regler liefert die bereits erwähnte
Stellgröße, die auf die Regelverstärker 21, 22 im Sinne
einer Konstanthaltung der Amplitude der vom zugeordneten
Signalgeber 7 zugeführten Werte einwirkt. Der vom Poten
tiometer 28 erzeugte Amplituden-Sollwert wird auch dem
weiteren, nicht näher dargestellten Amplitudenregler 12
zugeleitet. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße
Amplitudenregelung nach Analog-Digital-Wandlung des Aus
gangssignals auch zur Drehzahl-Istwertbildung bei einer
digitalen Drehzahlregelung auf Mikroprozessorbasis einge
setzt werden.
Claims (4)
1. Drehzahl-Meßanordnung zur Erzeugung drehzahlabhängi
ger Analogsignale als Regelgröße für einen Drehzahl-Regel
kreis, bestehend aus einem mit der Antriebswelle, deren
Drehzahl ermittelt werden soll, verbundenen Signalerzeu
ger zur Bildung je zweier sinusförmiger, um 90° gegenein
ander phasenverschobener Wechselspannungen mit drehzahl
proportionalen Frequenzen, bestehend aus
- a) einer auf der Antriebswelle zentral befestigten Signal scheibe, deren Außenrand kammartig oder als Lochkreis mit symmetrisch angeordneten Zähnen und Lücken gleicher Breite versehen ist,
- b) an gegenüberliegenden Stellen der Signalscheibe ange ordneten Signalgebern, die je zwei Lichtschranken mit einem gemeinsamen Lichtsender und Lichtempfängern ent halten, die so angeordnet sind, daß deren Lichtstrah len von den Zähnen der Signalscheibe bei deren Drehung periodisch unterbrochen werden und die Zentren der bei den Strahlen eines Signalgebers in einem solchen Dreh winkel der Signalscheibe voneinander entfernt angeord net sind und die Strahlenquerschnitte eine solche Form aufweisen, daß in den Lichtempfängern bei Drehung der Signalscheibe zwei sinusförmige, um 90° gegeneinander versetzte Wechselspannungen (S 1=U 1 · sin alpha und S 2 =U 2 · cos alpha sowie S 1′=U 1′ · sin alpha und S 2′= U 2′ · cos alpha) entstehen,
- c) je einem Addierverstärker für die Bildung der Summe von S 1 und S 1′ sowie S 2 und S 2′
- d) je einem Frequenz-Spannungs-Umsetzer zur Bildung des analogen Drehzahl-Istwertes in Abhängigkeit von der Frequenz aus der beiden Summensignale und
- e) einem Reglerbaustein zur Erzeugung der Regelgröße aus einem Sollwert-Istwert-Vergleich,
dadurch gekennzeichnet, daß zwi
schen den Lichtempfängern jedes Signalgebers (7, 8) und
den zugeordneten Addierverstärkern (13, 14) je ein Ampli
tudenregler (11, 12) angeordnet ist, der zwei Multipli
zierstufen (23, 24) zum Quadrieren der von den zugeordne
ten Lichtempfängern gebildeten Wechselspannungen S 1 und S 2
bzw. S 1′ und S 2′ sowie einen Amplituden-Addierverstärker
(25) besitzt, der durch Addition der quadrierten Span
nungswerte einen entsprechenden Amplituden-Istwert er
zeugt, aus dessen Subtraktion von einem Amplituden-Soll
wert, eine Stellgröße zur Konstanthaltung des Amplituden-
Istwertes gebildet ist.
2. Drehzahl-Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß als Stellgröße der
Differenzwert zwischen quadriertem Amplituden-Istwert und
einem quadriertem Amplituden-Sollwert benutzt ist, der den
Strom des Lichterzeugers im betreffendem Signalgeber (7, 8)
im Sinne einer Konstanthaltung von dessen Ausgangs-Wech
selspannungswerten S 1 und S 2 bzw. S 1′ und S 2′ unmittelbar
steuert.
3. Drehzahl-Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Amplituden-Ist
wert durch Radizieren der Summe der quadrierten und vom
Amplituden-Addierverstärker summierten Wechselspannungs
werte S 1 und S 2 bzw. S 1′ und S 2′ gebildet und zusammen
mit einem Sollwert einem Regler (27) zugeführt ist, der
durch deren Subtraktion die Stellgröße bildet, die je
einem zwischen Lichtempfänger und zugeordneter Multi
plizierstufe (23, 24) angeordneten Regelverstärker
(21, 22) zur Konstanthaltung der Ausgangs-Wechselspan
nungswerte S 1 und S 2 bzw. S 1′ und S 2′ zugeleitet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853527128 DE3527128A1 (de) | 1985-07-29 | 1985-07-29 | Drehzahl-messanordnung zur erzeugung drehzahlabhaengiger analogsignale |
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---|---|---|---|
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Publications (1)
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DE3527128A1 true DE3527128A1 (de) | 1987-01-29 |
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ID=6277072
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DE19853527128 Withdrawn DE3527128A1 (de) | 1985-07-29 | 1985-07-29 | Drehzahl-messanordnung zur erzeugung drehzahlabhaengiger analogsignale |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3527128A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1985
- 1985-07-29 DE DE19853527128 patent/DE3527128A1/de not_active Withdrawn
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