DE3781002T2

DE3781002T2 - Beschleunigungs- und verzoegerungssteuerung unter beruecksichtigung des schlupfes.

Info

Publication number: DE3781002T2
Application number: DE8787105269T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Hino; Kousuke Kaitou; Kiyokazu Okamoto
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Industry Co Ltd; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp; Nippon Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1986-04-11
Filing date: 1987-04-09
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2007-04-10
Also published as: EP0241867A1; EP0241867B1; US4818927A; JPS6348180A; DE3781002D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steueranordnung zur Beschleunigung beziehungsweise Bremsung, welche die Schlupfdrehzahl ausnutzt. Im besonderen dient die auf der Grundlage der Schlupfdrehzahl arbeitende Steueranordnung der Beschleunigung bzw. der Bremsung eines Asynchron-Motors und hat die Aufgabe, jegliche plötzliche übermäßige Beschleunigungen bzw. Bremsungen des Asynchron-Motors zu begrenzen.
Bisher wurde der Asynchron-Motor, im weiteren Beschreibungsverlauf mit "AM" bezeichnet, weitgehend als Konstantgeschwindigkeitsmotor benutzt, der von einer Energiequelle mit vorgegebener Frequenz gespeist wurde, dessen bedeutendes Merkmal es ist, stabil und nicht teuer zu sein.
Ein solcher AM konnte jedoch nicht dann eingesetzt werden, wenn eine schnelle Beschleunigung bzw. Bremsung erforderlich wurde. Nach der FR-A 2 213 692 ist eine Steueranordnung für einen Asynchron-Motor bekannt. Mit dieser Anordnung wird die Umkehrung einer Asynchron-Maschine vom Motor- zum Generatorbetrieb und umgekehrt möglich. Die Umkehrzeit ist durch den Schlupf bestimmt. Daraus ergibt sich, daß jedem Wert der Drehzahl eine entsprechende Schlupfgeschwindigkeit zugeordnet werden kann. Somit bestimmt der Schlupf die Umkehrzeit. Jedoch den Schlupf als Stellbefehl für die Drehzahl zu nutzen, ist gemäß der Theorie der FR-A-2 213 692 ausgeschlossen, und daher sind die Fachleute zurückhaltend in der Anwendung solch eines Asynchron-Motors als Servo-Motor.
In letzter Zeit wurde jedoch die Vektorsteuerung der AM industriell eingesetzt, während die AM selber verbessert wurden. Dadurch wurde es möglich, die AM als Servo-Motoren einzusetzen. Dies wurde ermöglicht, indem ein Steuergerät mit großer regelbarer Frequenzbreite für den Betrieb von AM einsatzfähig wurde. Das wiederum entstand auf der Grundlage technologischer Neuerungen auf dem Gebiet elektronischer Anordnungen, der Mikro-Computer und der Software. So wurde der AM vom Konstantgeschwindigkeitsmotor zum Servo-Motor.
Die herkömmliche Vektorsteuerung der Schlupffrequenz sei nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert.
Fig. 11 zeigt eine Grundschaltung der Schlupffrequenz-Vektorsteuerung, welche besteht aus einem Geschwindigkeitssteuerverstärker 101, um die Differenz zwischen einer vorgegebenen Drehzahl ω r* und einer Ausführungsdrehzahl ω r zu verstärken, einem Frequenzteiler 102, einem Konstantengeber 103, einem Vektoranalysator 104, um eine Drehmoment-Stromkomponente zu trennen von der Erreger-Stromkomponente, einem Mischglied 105, um einen Vektor zu trennen, der am Ausgang eines Vektorgenerators ansteht, der später noch beschrieben wird, sowie zu trennen von dem Ausgang des Vektoranalysators, einem Wandler 106, um den Ausgangswert des Mischgliedes in ein dreiphasiges Spannungssignal zu wandeln, einem Steuerstromverstärker 107, der die Differenz zwischen dem vorgegebenen Stromwert und dem tatsächlich anliegenden Stromwert verstärkt, einer Hilfsspannung für den AM, einem AM 109, einer Drehstromquelle 110, einem Drehzahlgeber 111, einem Differenzierglied 112, Konstantengebern 113, 114, 115 und 116, einem Dividierglied 117, einem Vektorgenerator 118 zur Vorgabe einer Drehfeldgeschwindigkeit für den AM und einer Mischstelle 119.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, das Drehmoment abhängig von dem augenblicklichen Stromwechsel, der von Moment zu Moment wechselt, auf der Grundlage der an sich bekannten Vektorsteuerung zu steuern.
Auch mit der Schlupffrequenz-Vektorschaltung 100 mit dem in Fig. 11 dargestellten Grundkonzept wird, wenn sie - so wie sie ist - als Servo-Motor eingesetzt wird, eine ungewöhnlich plötzliche Beschleunigung/Bremsung eintreten, so daß ein Überstrom in dem AM fließen wird. Auch dann, wenn der AM mit gesteigertem Primärstrom beaufschlagt wird, kann eine kritische Situation eintreten, in der das Drehmoment nicht ansteigt.
Mit der vorliegenden Erfindung wird das Ziel verfolgt, alle Störungen an dem AM zu verhindern, die durch außergewöhnlich plötzliche Beschleunigung/Bremsung verursacht werden und so den AM in kritische Situationen bringen, wenn er als Servo-Motor betrieben wird. Hierzu schafft die Erfindung ein Beschleunigungs- und Bremsungs-Steuergerät, das die Schlupfgeschwindigkeit benutzt.
Diese Aufgabe kann mit einem Beschleunigungs- und Bremsungssteuergerät gelöst werden, das auf der Verwendung der Schlupfgeschwindigkeit aufgebaut ist und gemäß der vorliegenden Erfindung Mittel zur Anzeige der Winkelgeschwindigkeit ω r entsprechend einer tatsächlich anliegenden Drehzahl des AM unter Steuerung der Anordnung gemäß der Erfindung enthält, sowie Rechnerbausteine zur Erfassung des Drehmoments des genannten AM und der Winkelgeschwindigkeit ω s entsprechend einer Schlupfgeschwindigkeit, wie sie von der Vektorsteuerung abgeleitet ist. Ferner sind Mittel zum Vergleich eines zulässigen Wertes ω s' der Winkelgeschwindigkeit ω s mit der berechneten Winkelgeschwindigkeit ω s, wodurch, wenn der Ausgang der Vergleichsmittel belegt ist, mit dem erlaubten Wert ω s' ≤ der Winkelgeschwindigkeit ω s, die Steuerung weiterarbeitet, und wenn der Ausgang belegt ist mit dem zulässigen Wert ω s' < als die Winkelgeschwindigkeit ω s, der Wechsel der Stellung des AM so gebremst wird, daß die Winkelgeschwindigkeit ω s einen geringeren als den zulässigen Wert ω s' einnimmt, um so ein Durchgehen der Beschleunigung/Bremsung des AM zu verhindern.
Weil die anliegende Schlupfgeschwindigkeit des AM durch Vorgabe eines zulässigen Wertes begrenzt ist, wird kein Drehmomentstoß den AM belasten und dieser nicht abgewürgt.
Diese und andere Ziele sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung können besser verstanden werden und ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die Werte ω s, ω s' und ω r sind absolute Werte.
Fig. 1 stellt eine Grundschaltung einer ersten Ausführungsform der Beschleunigungs- und Bremssteuerung dar, die auf der Grundlage der Schlupfgeschwindigkeit gemäß der Erfindung arbeitet.
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm der Operationen Beschleunigung/Bremsung der in Fig. 1 gezeigten Steueranordnung.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm im Unterbrechungsintervall des Flußdiagramms der Fig. 2.
Fig. 4 stellt das Zeitdiagramm der elektrischen Schaltung der in Fig. 1 gezeigten Beschleunigungsund Bremssteueranordnung dar.
Fig. 5 stellt das Prinzip des Spannungssteuersignalgenerators dar, wie in Fig. 1 gezeigt.
Fig. 6 stellt im Diagramm die Schlupfgeschwindigkeit vs im Verhältnis zum Drehmoment des Asynchron-Motors dar.
Fig. 7 stellt die Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Beschleunigungs- und Bremssteuereinrichtung dar, die erfindungsgemäß den Schlupf benutzt.
Fig. 8 und 9 stellen die Flußdiagramme der Beschleunigungs- und Bremssteuereinrichtung dar, wie in Fig. 6 gezeigt, und ein Flußdiagramm im Unterbrechungsintervall.
Fig. 10 ist ein typisches Diagramm, das die anliegende Drehzahl ω r'' gegenüber dem zulässigen Wert ω s' der Schlupfgeschwindigkeit ω s'' zeigt, die in der CPU der zweiten in Fig. 7 dargestellten Anordnung gespeichert ist.
Fig. 11 zeigt eine Grundschaltung des Typs Schlupffrequenz-Vektorsteuerung.
Fig. 1 zeigt eine Schaltung des ersten Ausführungsbeispiels einer Beschleunigungs- und Bremssteuerung, die erfindungsgemäß auf der Grundlage der Schlupfgeschwindigkeit arbeitet. Dazu wird festgestellt, daß die Elemente der Grundschaltung der herkömmlichen vorbekannten Schlupffrequenz-Vektorsteuerung 100 mit Bezug auf Fig. 11 bereits beschrieben wurden und daher hier nicht erneut erläutert werden. Die Bezugszeichen wurden ebenfalls weiter benutzt.
Wie dargestellt, besteht die nachfolgend "CPU" bezeichnete Zentraleinheit aus einem Mikro-Rechner usw., dem ein Geschwindigkeitsbefehl an den Asynchron-Motor zugeführt wird, der von einer externen Steuereinheit, wie der Hauptsteuereinheit einer numerisch gesteuerten Maschine, ausgegeben wird. In dieser Hauptsteuereinheit ist ein AM angeordnet, der von einer Beschleunigungs- und Bremsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert wird. Der Steuerbefehl enthält die Drehzahl für den AM, beispielsweise 1.000 U/min. Weiterhin wird der Eingang des CPU 1 gespeist von Steuersignalen, wie ein langsames "Höher/Niedriger"-Signal, das angeben kann, ob die Umlaufgeschwindigkeit des AM langsam steigt oder fällt oder sich nicht ändert, und ein weiteres Signal, das angibt, ob die Drehrichtung beigehalten oder umgekehrt werden soll.
Ferner erhält die CPU von einem A/D-Umsetzer 31 eine Schlupfgeschwindigkeitsvorgabe in der Form eines Parallelsignals D ω s (entsprechend der Winkelgeschwindigkeit ω r), das aus der augenblicklichen Winkelgeschwindigkeit berechnet ist (die nachfolgend als "augenblickliche Geschwindigkeit" bezeichnet wird), ω r, welches Signal von einem Pulswandler 111 A gewonnen wird, der die am Wellenende vorhandene Drehzahl des AM angibt, sowie von einem A/D-Umsetzer 32 eine tatsächlich anliegende Drehzahl in Form eines Parallelsignals D ω r (entsprechend der Winkelgeschwindigkeit ω r), das der vorgenannten augenblicklichen Drehzahl ω r entspricht.
Der erste Ausgang der Zentraleinheit ist verknüpft mit dem Eingang A des Komparators 2, der bestimmt ist, den Beschleunigungs- oder Bremsbereich anzuzeigen, und der Ausgang ist auch mit dem Eingang eines Auf- und Abwärtszählers 3 verknüpft, der eine gleichstufige Beschleunigung vorgibt.
Dieser Auf- und Abwärtszähler 3 ist über seinen Ausgang mit dem Eingang B des Komparators 2 verbunden. Weiterhin ist der Ausgang des Auf- und Abwärtszählers 3 mit dem Eingang eines Geschwindigkeitsvervielfachers 4 verbunden, welcher eine einen Bezugstaktgeber 5 speisende Bezugsfrequenz in eine Frequenz entsprechend der für den AM vorgegebenen Drehzahl umwandelt. Der andere Eingang des Geschwindigkeitsvervielfachers 4 ist mittels eines AND-Gitters 10 mit dem Ausgang des Bezugstaktgebers 5 verbunden, der eine Frequenz von beispielsweise 4 MHz abgibt. Außerdem ist der andere Eingang des AND-Gitters 10 mit dem dritten Ausgang der CPU 1 verbunden, um als drittes Mittel ein Signal zu erzeugen, das erkennen läßt, ob die Steuerung den AM so beeinflußt, daß dieser weiterläuft oder verzögern wird, wie nachfolgend beschrieben.
Der Ausgang des vor beschriebenen Geschwindigkeitsvervielfachers 4 ist mit dem Eingang eines Synchronisierkreises 7 verknüpft, der den Zeittakt für eine normale Arbeitsweise des Impulsflankenzählers 15, wie später beschrieben, vorgibt, nachdem das Tastverhältnis durch ein flip-flop 6 - nachfolgend "ff" genannt -, beispielsweise des D-Typs, verbessert wurde. Der Synchrongeneratorkreis 8 ist getrennt dargestellt. Man beachte, daß die dem Synchronisierkreis 7 zugeführten Pulse P1 und P2 Synchronisiersignale sind, die dazu verwendet werden, um eine Überlagerung mit dem Ausgangssignal (± P ω r) des Impulssiebkreises 33, der später beschrieben wird, zu vermeiden.
Die vorgenannte CPU 1 gibt an ihren vierten Ausgang ein Drehrichtungssignal ab, das die Drehrichtung des AM anzeigt, und dieser vierte Ausgang ist mit einem Umkehrglied 9 und dem ersten Eingang eines ersten 3-Eingangs-NAND-Gitters 11 verbunden. Der Ausgang des Umkehrgliedes 9 ist mit der ersten Eingangsklemme eines zweiten 3-Eingangs-NAND-Gitters 12 verbunden. Die dritte Eingangsklemme des zweiten 3-Eingangs-NAND-Gitters 12 ist mit der dritten Eingangsklemme des ersten NAND-Gitters 11 und auch mit der Ausgangsklemme des genannten Synchronisierkreises 7 verbunden. Man stellt fest, daß die Ausgangsklemme der NAND-Gitter 11 und 12 zuerst mit der Impulsrelhe ± P c (Impulskette) beaufschlagt werden. Die Impulsreihe bestimmt den Drehrichtungswechsel an der Welle. Er wird durch eine zweite Impulsreihe ± P ω r des AM, wie später beschrieben, angezeigt.
Darüberhinaus ist der zweite Eingang des 3-NAND-Gliedes 12 mit dem zweiten Eingang des 3-NAND-Gitters 11 verbunden und auch mit dem fünften Ausgang der CPU 1 an welcher ein Signal als zweites Mittel geliefert wird, um anzuzeigen, ob die Steuerung so auf den AM einwirkt, daß dieser läuft oder gebremst wird, wie später beschrieben. Die Ausgänge der NAND-Glieder 11 und 12 sind mit den ersten Eingängen bzw. mit den ODER-Gliedern 13 und 14 verbunden, welche Negatoren sind.
Die Ausgänge der vorgenannten ODER-Glieder 13 und 14 sind mit dem Eingang eines Impulsflankenzählers 15 verbunden. Der Einsatz des Impulsflankenzählers zur Positionssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung sichert eine ganz genaue Drehzahlsteuerung, so daß die Steuerung vorteilhaft ohne Wechsel über den ganzen ungesättigten Bereich der gesteuerten Energiezuführung erfolgt, die von einem Vorzeichenumkehrer dem AM zugeführt wird. Die Steuerstellung beruht auf der an sich bekannten automatischen Steuertheorie.
Es sollte bemerkt werden, daß der Impulsflankenzähler 15 ein gewöhnlicher Vor-/Rückwärtszähler ist. Dieser Impulsflankenzähler 15 dient dazu, eine auftretende Differenz zwischen einer vorgegebenen Stellung (entsprechend einer Summe der ersten Impulsrelhe + P ω c oder - P ω c) und einer am Anker des AM tatsächlich vorhandenen Stellung (entsprechend einer Summe der zweiten Impulsrelhe + P ω r oder - P ω r) zu erfassen. Die Differenz stellt eine "Stellungsabweichung" des Ankers dar, welcher als Drehzahlgeber des AM dient.
Der Ausgang des vorgenannten Impulsflankenzählers 15 ist an einen Digital-Analog-Wandler 16 geführt, der nachfolgend mit "D/A" bezeichnet wird. Der Ausgang des D/A-Wandlers ist mit dem Eingang eines Geschwindigkeitssteuerverstärkers 101 (SPEED CONT in Fig. 1), der die Vektorsteuerung 100 enthält, verknüpft, wobei der Geschwindigkeitssteuerverstärker 101 so ausgelegt ist, daß er die bereits genannte "Stellungsabweichung" als Analogwert empfängt.
An den sechsten Eingang der CPU 1 wird ein Auf-/Abwärtssignal abgegeben, das langsam die Drehzahl des AM stellt. Der sechste Ausgang ist mit einem Umkehrglied 17 und dem ersten Eingang eines zweiten 5-Eingangs-NAND-Gliedes 18 verbunden. Der Ausgang des Umkehrgliedes 17 ist verknüpft mit dem ersten Eingang eines zweiten 5-Eingangs-NAND-Gliedes 19. Der Ausgang dieses ersten und zweiten 5-Eingangs- NAND-Gitters 18 und 19 ist verbunden mit dem dritten und vierten Eingang bzw. mit dem vorgenannten Vorwärts-/Rückwärtszähler 3.
Von dort wird ein Signal an den siebenten Ausgang der CPU 1 geliefert, und zwar als erstes Mittel, um anzuzeigen, ob die Steuerung so arbeitet, daß der AM normal oder gebremst arbeitet. Der siebente Ausgang wird mit dem fünften Eingang bzw. mit dem vorgenannten 5-Eingang der NAND-Glieder 18 und 19 verbunden.
Der Vergleicher 2 hat seine A> B-Klemme mit dem dritten Eingang des vorgenannten 5-Eingangs-NANDgliedes 18 verbunden, während dessen A=B-Klemme mittels eines Umkehrgliedes 21 mit dem zweiten Eingang bzw. mit dem 5-Eingang der NAND-Glieder 18 und 19 verbunden ist. Weiterhin ist die A< B-Klemme des Vergleichers 2 mit dem dritten Eingang des zweiten 5-Eingangs-NAND-Gliedes 19 verbunden.
Der achte Ausgang der CPU 1 ist verbunden mit der Klemme eines Regelwiderstandes 23 mittels eines Digital-Analog-Wandlers 25, während die andere Klemme des Regelwiderstandes 23 an Erde liegt. Der variable Teil des Regelwiderstandes 23 ist mit dem Eingang eines Spannungssteuersignalgenerators 22 verbunden, der eine frequenzproportionale Spannung an den Eingang liefert, während die Ausgangsklemme mit der vierten Eingangsklemme der vorgenannten NAND-Glieder 18 und 19 verbunden ist.
Andererseits werden an die Ausgangsklemme des vorgenannten Drehzahlgebers 111A 2-Phasen-Impuls-Signale abgegeben (welche einem Wechsel einer augenblicklichen Stellung der Welle entsprechen und ausgewiesen werden durch die Symbole A und B im unteren Teil der Fig. 1), deren Phase um 90º gegenüber der tatsächlichen Geschwindigkeit ω r gedreht ist. Diese 2-Phasen-Impuls-Signale werden an die Eingangsklemme eines Synchronisierrichtungsanzeigekreises 33 abgegeben, wo sie eine Drehrichtungsbestimmung des AM bewirken. Die Impulsreihe ± P ω r zeigt den Wechsel der tatsächlichen Lage der Ankerwelle an einem Frequenz-Spannungsumsetzer 34 an, welcher nachfolgend als "F/S-Umsetzer" bezeichnet wird, und der auch mit den zweiten Eingangsklemmen bzw. mit den ODER-Gliedern 13 und 14 verbunden ist. Dabei ist zu beachten, daß das vorerwähnte + P ω r-Signal das Signal für den vorwärts drehenden AM ist, während das - P ω r- Signal bei der Drehrichtungsumkehr auftritt.
Der vorher genannte Anzeigekreis 33 empfängt an seinen Eingängen die Impulse P3 und P4, die vom Synchron-Impuls-Generatorkreis 8 geliefert werden, wodurch der "Wechsel der tatsächlichen Position P ω r in Form einer Impulsreihe" nicht den "Wechsel der befohlenen Position, wenn die Impulskette P ω c ansteht", überlagert.
Die Ausgangsklemme des genannten F/S-Umsetzers 34 ist mittels eines Absolut-Wert-Kreises 35 mit einem A/D-Umsetzer 32 verbunden, dessen Ausgangsklemme mit einem Sekundar-Magnetflußgenerator 36 verbunden ist, in dem vorher Daten zur Erregung des AM gespeichert sind. Auch die Ausgangsklemme des F/S-Umsetzers 34 ist mit der zweiten Eingangsklemme des Geschwindigkeitssteuerverstärkers 101 und ebenso mit dem Addierwerk 119 verbunden. Das bedeutet, daß der Ausgang des F/S-Umsetzers 34 und der Ausgang (ω s*) des Dividiergliedes 117 zusammengefaßt an dem Addierwerk 119 anliegen, um die Geschwindigkeit ω o* des magnetischen Hilfsflusses zu bestimmen, welcher an den Vektorgenerator 118 angelegt ist.
Es ist zu bemerken, daß die Betriebssignale, die das ordnungsgemäße Arbeiten der Steuerung des AM anzeigen, das erste bis dritte beschriebene Mittel umfassen, aber diese Mittel müssen nicht gleichzeitig benutzt werden.
In dem Fall beispielsweise, in dem das erste Mittel benutzt wird, ist es nicht erforderlich, Steuersignale an den dritten und fünften Ausgang der CPU 1 zu liefern. In diesem Falle können die Signale des siebenten Ausgangs benutzt werden, um die Ausgänge der 5-Eingangs-NAND-Glieder 18 und 19 zu steuern.
Auch wenn das zweite Mittel benutzt wird, kann das Signal der fünften Ausgangsklemme der CPU 1 dazu verwendet werden, um die Ausgänge der 3-Eingangs- NAND-Glieder 11 und 12 zu steuern.
Für den Fall, daß das dritte Mittel eingesetzt wird, kann das Signal an der dritten Ausgangsklemme der CPU 1 dazu verwendet werden, um den Ausgang des 2-Eingang-NAND-Gliedes 10 zu steuern.
Nachfolgend sei die Arbeitsweise der die Schlupfgeschwindigkeit benutzenden und vorbeschriebenen Beschleunigungs-/Bremssteuereinrichtung mit Bezug auf die Flußdiagramme nach den Fig. 2 und 3 und das Zeitdiagramm nach Fig. 4 beschrieben.
Das in Fig. 2 dargestellte Flußdiagramm ist das Grundsatzflußdiagramm, in dem die gesamte Arbeitsweise der Beschleunigs-/Bremssteuereinrichtung dargestellt ist. Die Umlaufbewegung des AM wird durch die Verhinderung außergewöhnlicher plötzlicher Beschleunigung oder Bremsung gesteuert, bewirkt durch Befehlsgeschwindigkeit, Vorgaben der Drehrichtung, schnell oder langsam usw. von der externen Einheit. Das Flußdiagramm nach Fig. 3 zeigt ein Diagramm für das Intervall "Zeitgeber unterbrochen", abgeleitet aus dem Hauptflußdiagramm nach Fig. 2, in dem eine Unterbrechung an vorbestimmten Stellen vorgesehen ist, um den AM bei der Verhinderung des Stillstandes zu prüfen.
Die Verhinderung des Stillstandes des AM wird mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Allgemein gilt, daß, wenn die Schlupfgeschwindigkeit eines Asynchron-Motors "0" ist, daß dann das Drehmoment ebenfalls "0" ist, und daß, wenn der Schlupf sich allmählich vergrößert, das Drehmoment plötzlich steigt. Angenommen, daß der Schlupf, wenn das Drehmoment seinen Höchstwert Tm erreicht hat, Tm als Sm genommen wird. Da der Schlupf weiter ansteigt über den Wert von Sm, wird das Drehmoment allmählich abnehmen.
Die Drehzahl des AM kann in einem Schritt vom Nullpunkt des Schlupfes bis zu jenem Punkt, in dem der Schlupf seinen Höchstwert Sm erreicht hat, gesteuert werden. Die tatsächlich steuerbare Größe ist begrenzt durch die Nähe des Schlupfes "0". Wenn der Schlupf den Höchstwert Sm übersteigt, ist die Drehzahl des AM nicht mehr steuerbar. Die Maßnahme, mit der der AM von solch einem geschwindigkeitsungesteuertem Zustand ferngehalten wird, wird "Verhinderung des Stillstandes des AM" genannt.
Zunächst sei der Vorgang beschrieben, bei dem der AM auf eine vorgegebene Drehzahl gebracht wird, beispielsweise 1.000 U/min.
Es sei angenommen, daß von der externen Einheit 1.000 U/min als befohlene Drehzahl und die Vorwärtsrotation als Drehrichtungsbefehl sowie ein langsam Auf-/Ab-Signal abgegeben werden.
In diesem Fall wird ein Signal entsprechend einer Vorgabedrehzahl von 1.000 U/min von der CPU 1 an den Vergleicher 2 gegeben und gleichzeitig ein Startbefehl von dem zweiten Ausgang der CPU 1 an den Vor-/ Rückwärtszähler 3 ausgegeben. Außerdem wird ein Hochpegel-Vorwärtslauf-Signal vom vierten Ausgang der CPU 1 an den ersten Eingang des 3-Eingangs-NAND- Gitters 11 geleitet, während ein Hochpegel-Signal vom sechsten Ausgang der CPU 1 an den ersten Eingang des 5-Eingangs-NAND-Gitters 18 geführt ist. Ferner ist ein H-Signal als "Fortsetzungssignal" vom siebenten Ausgang der CPU 1 an den fünften Eingang des 5-Eingangs-NAND-Gliedes 18 geführt, während eine Digital-Analog-Größe als Bestimmungssignal für den allmählichen An-/Abstieg von dem achten Ausgang der CPU 1 an den D/A-Umsetzer 25 geführt ist.
Eine allmählich auf-/abwärts gesteuerte Vorgabedrehzahl ω c bewirkt der Ausgang des Vor-/Rückwärtszählers 3 (eine schrittweise Annäherung der Drehzahl an die Vorgabedrehzahl), der verbunden ist mit dem Kannal B des Vergleichers 2. Dann werden die Vorgabedrehzahl, die am Eingangskanal A des Vergleichers 2 anliegt, und der Befehl "allmählich auf-/abwärts-gesteuerte Drehzahl ω c" am Eingangskanal von B miteinander im Vergleicher 2 verglichen und in diesem Fall davon ausgegangen, daß A im Vergleicher 2 ist und A größer als B ist, da der AM noch nicht die Vorgabedrehzahl erreicht hat. Deshalb wird ein H-Signal vom A> B-Ausgang des Vergleichers 2 an den dritten Eingang des 5-Eingangs-NAND-Gitters 18 abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Niedrig-Pegel-Signal (L-Signal) vom A=B-Ausgang des Vergleichers 2 durch den Umkehrer 21 in ein H-Signal umgekehrt, welches an den zweiten Eingang des 5-Eingangs-NAND-Gitters 18 gegeben wird.
Weil die Eingangssignale am ersten, zweiten, dritten und fünften Eingang des 5-Eingangs-NAND-Gitters 18 alle auf dem H-Pegel liegen, ist das Gitter geöffnet, so daß der Impuls vom Spannungssteuerverstärker 22 als Ausgangssignal des 5-Eingangs-NAND-Gitters 18 abgegeben wird an die Aufwärtsklemme des Auf-/Abwärtszählers 3.
Im einzelnen entsprechen die vorgenannten Fälle der in Fig. 4 dargestellten "R1-Zone".
In der R1-Zone wird die äquidistante Beschleunigung dadurch erreicht, daß die allmähliche Auf-/Abwärtsdrehzahl schrittweise in dem Vor-/Rückwärtszähler 3 zunimmt (siehe Fig. 5). Ein Signal für die schrittweise Drehzahlzunahme wird vom Ausgang des Kanals B des Vor-/Rückwärtszählers 3 an einen Geschwindigkeitsvervielfacher 4 geliefert. In ihm wird es in ein Signal von doppelter Frequenz P ω c (langsames Auf-/Abwärts als Vorgabedrehzahl in Form einer Signalfolge) umgewandelt, welches an D-FF6 geliefert wird, wo ein Signal der Frequenz P ω c an den Synchronisierkreis 7 gegeben wird. Dort wird es synchronisiert mit den externen Frequenzen P1 und P2, um ein Frequenzsignal P ω c zu erzeugen, das den dritten Klemmen bzw. an die 3-Eingänge der NAND-Glieder 11 und 12 gegeben wird.
Zu dieser Zeit sind die 3-Eingangs-NAND-Gitter 11 und 12 an der zweiten Eingangsklemme mit H-Signalen der vorgenannten CPU 1 versorgt, so daß nur das NAND-Gitter 11 geöffnet wird. Daher wird das Signal der vorher genannten Frequenz P ω c nur von dem 3-Eingangs- NAND-Glied 11 an das ODER-Glied 13 geliefert.
Dann werden die P ω c-Signale von dem ODER-Glied 13 an den Impulsflankenzähler 15 gesandt. Ferner werden die P ω r-Signale von dem ODER-Glied 14 an den Impulsflankenzähler 15 gesandt. Der Ausgang des Impulsflankenzählers 15 ist an den Vektorregler 100 geführt, um den Vektorbefehl zu liefern. Als Ergebnis dieses Vektorbefehls nähert sich die Impulsfolge P ω r der Frequenz P ω c an. Das bedeutet, daß die tatsächliche Drehzahl ω r sich der befohlenen Drehzahl ω c nähert. Da die Befehlsgeschwindigkeit ω c allmählich zunimmt und sich dem vorgegebenen Wert nähert, nimmt auch die tatsächliche Drehzahl ω r dem Anstieg folgend allmählich zu und erreicht letztendlich die Vorgabedrehzahl.
Im Gegensatz dazu ist der Ausgang des A/D-Umsetzers 32 mit dem Eingang der vorgenannten CPU 1 als "digitalisierte tätsächliche Drehzahl D ω r" verbunden. Auch die frequenz- und spannungsumgekehrte "tatsächliche Drehzahl in Form einer Impulskette" P ω r ist vom zweiten magnetischen Flußgenerator 36 an den Differenzierkreis 112 des Vektorreglers 100 mittels des absoluten Wertes des Kreises 35 und des A/D-Umformers 32 geführt. Eine Schlupfgeschwindigkeit ω s* wird gemäß dem Prinzip der Vektorsteuerung berechnet, wo der Drehzahl-Eingang 101 das Signal P ω r über den Frequenz-Spannungsumsetzer 34 erhält und das Signal ω r* über den D/A-Umsetzer 16 von dem Impulsflankenzähler 15 und dem Flußgenerator Φ 2*36 das Signal P ω r über den Frequenz-Spannungs-Umsetzer 34 sowie Absolutwertkreis 35 und den A/D-Umsetzer 32 erhält. Diese Drehzahl wird von dem Absolutwertkreis 37 und dem A/D-Umsetzer 31 geliefert, welcher Rückkopplungsmittel für die CPU 1 einsetzt, da die Schlupfgeschwindigkeit D ω s digitalisiert ist.
Die Drehzahl des AM 109 ist so allmählich angestiegen, und, wenn der Vorgabewert (1.000 U/min) schließlich die tatsächliche Drehzahl ω r ist, sind die Eingänge der Kanäle A und B des Vergleichers 2 einander gleich belegt, wie in der R2-Zone in Fig. 4 dargestellt ist.
Da dann ein H-Signal von dem AB-Eingang des Vergleichers 2 geliefert wird, ist das vorgenannte 5-Eingangs-NAND-Gitter 18 an der zweiten Eingangsklemme mit einem L-Signal versorgt, und ein L-Signal wird auch der zweiten Eingangsklemme des 5-Eingangs-NAND- Gitters 19 zugeführt.
In diesem Fall sind beide NAND-Gitter 18 und 19 geschlossen, so daß der Ausgang des Spannungssteuerverstärkers 22 nicht von dem Vor-/Rückwärtszähler 3 bebelegt ist. In diesem Fall nimmt der Drehzahlstellausgang ω c des Vor-/Rückwärtszählers 3 und auch die tatsächliche Drehzahl ω r einen vorbestimmten Wert an. So wird in der Vektorsteuerung 100 eine Steuerung bewirkt, die den AM 109 auf vorgegebener Drehzahl hält.
Für den Fall, daß die Drehzahl fällt mit einer vorgegebenen Drehzahl geringer als die tatsächliche Drehzahl ω r, wird ein H-Signal von der A< B-Klemme des Vergleichers 2 abgegeben. In diesem Zeitpunkt wird von dem sechsten Eingang der CPU 1 ein L-Signal abgegeben und ein H-Signal an die erste Klemme eingespeist. Weiterhin wird ein H-Signal von der siebenten Klemme der Zentraleinheit CPU 1 an die fünfte Klemme des 5-Eingangs-NAND-Gliedes 19 abgegeben, so daß das NAND-Gitter 19 den Ausgangsimpuls des Spannungssteuersignalgenerators 22 für die Abwärtsklemme des Auf-/Abwärtszählers 3 abgibt. In diesem Falle entspricht die Bedingung der in Fig. 4 dargestellten R5-Zone, wo die tatsächliche Drehzahl ω r des AM 109 abgesenkt ist. Der Befehl durch Drehzahlabsenkung ω c wird von dem Auf-/Abwärts-Zähler 3 als P ω c von dem ODER-Glied 13 über den Geschwindigkeitsvervielfacher 4 und den Synchronisierkreis 7 an den Impulszähler 15 geliefert. Auch P ω c wird vom ODER- Glied 14 an den Impulszähler 15 geliefert. Der Ausgang des Impulszählers 15 ist an den Vektorregler 100 geführt, um eine Vektorsteuerung zu erzeugen. Im Ergebnis dieser Vektorsteuerung wird P ω r reduziert und nähert sich P ω c an. Da die Befehlsdrehzahl allmählich verringert wird und sich der Vorgabedrehzahl ω c annähert, nimmt auch die tatsächliche Drehzahl allmählich als Folge der allmählichen Abnahme der Befehlsdrehzahl ω c ab und wird schließlich die Vorgabedrehzahl erreichen. So wird das allgemeine Steigen und Fallen der Drehzahl des AM 109 gesteuert.
Auch der in Fig. 3 dargestellte "Zeltgeberausfall" wird in vorbestimmten Zeiträumen für den vorgenannten Schutz des AM vor Stillstand bewirkt.
In der CPU 1 ist eine Formel eingespeichert, um aus der tatsächlichen Drehzahl ω r einen "zulässigen Wert ω s' einer Winkelfrequenz ω s entsprechend der Schlupfgeschwindigkeit" zu berechnen, und der zulässige Wert ω s' und die Winkelfrequenz ω s werden in vorbestimmten Intervallen verglichen.
Wenn es sich als Ergebnis der Vergleiche ergibt, daß "der zulässige Wert ω s' gleich oder größer als die Winkelfrequenz ω s" ist, ist der AM nicht gefährdet. In diesem Fall kann die Steuerung des AM fortgesetzt werden. Wenn aber "der zulässige Wert ω s' kleiner als die Winkelfrequenz ω s" ist, wird der AM auf die Winkelfrequenz ω s gesteuert, um kleiner zu werden als der zulässige Wert ω s'. Die Mittel für diese Steuerung umfassen das erste bis dritte Verhinderungsmittel oder Mittel, die verhindern, daß D/A-Daten von der achten Klemme der CPU 1 abgegeben werden.
Das Verbot, daß die Schlupfwinkelfrequenz ω s niedriger wird als der zulässige Wert ω s', erfordert lediglich die Steuerung der Befehlsdrehzahl ω c auf langsame Beschleunigung oder Verzögerung. Zu diesem Zweck ist es notwendig, die Befehlsdrehzahl ω c langsam zu steigern oder zu senken. Die vorgenannten ersten bis dritten Mittel zur Verhinderung und zur Sperrung des D/A-Umsetzers 25 sind vorgesehen, um ein Steigen oder Sinken der Befehlsdrehzahl ω c zu verhindern. Infolgedessen ist der Wert für das Steigen oder Absinken am Ausgang P ω c des ODER-Gliedes 13 klein. Im Ergebnis wird der Ausgang D des Impulsflankenzählers 15 an den Vektorsteuerkreis abgegeben, der die Drehzahl des AM steuert. Zu dieser Zeit ändert sich die Winkelfrequenz des umlaufenden Magnetfeldes des AM langsam, so daß der AM langsam beschleunigt oder gebremst wird. Wenn die Beschleunigung oder Bremsung des AM langsam erfolgt, sinkt die Schlupfwinkelfrequenz ω s und nimmt schließlich einen Wert an, der geringer als der zulässige Wert ω s' ist. So wird es nicht vorkommen, daß der AM in die Stillstandszone eintritt.
Durch die Arbeitsweise der vorbeschriebenen Steuerung wird es möglich, eine plötzlich erfolgende Beschleunigung oder Bremsung zu verhindern und damit einem Stillstand des AM vorzubeugen. Darüberhinaus wird ein stabiles Arbeiten des AM gesichert.
Nachfolgend wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 7 bis 10 beschrieben. Die Ausführung des zweiten Beispiels ist in Fig. 7 gezeigt, wobei die bereits beschriebenen Elemente, wie sie in Verbindung mit dem ersten Beispiel erläutert wurden, die gleichen Bezugszeichen erhielten. Damit soll eine doppelte Beschreibung vermieden werden.
Die tatsächliche Drehzahl /ω r/ wird an einen Schalter 53a eines Schaltkreises 53 abgegeben, der beispielsweise aus Analog-Schaltern besteht. Auch die Schlupfgeschwindigkeit- /ω s/ wird an den Schalter 53b des Schaltkreises 53 abgegeben. Weiterhin ist der Schalter 53c des Schaltkreises 53 mit der zweiten Klemme eines Stellwiderstandes 52 verbunden, dessen dritte Klemme verbunden ist mit der Bezugsspannung Vref. Die Ausgangsklemmen der Schalter 53a, 53b und 53c des Schaltkreises 53 sind miteinander und auch mit der Eingangsklemme des A/D-Umsetzers 54 verbunden.
Der vorgenannte Schaltkreis 53 wird mit einem Signalgeber der CPU 55 versorgt, der nachfolgend beschrieben wird. Einer der Schalter 53a, 53b und 53c ist ausgewählt und schaltet gemäß dem Befehlssignal.
Die Ausgangsklemme des A/D-Umsetzers 54 ist mit der Zentraleinheit CPU 55 verbunden, so daß eine analog/digitale Befehlsumkehrung von der CPU 55 an die Umkehreingangsklemme des A/D-Umsetzers 54 geführt ist.
Die CPU 55 ist an ihrer zweiten Eingangsklemme auch mit einem Drehzahlbefehl von einer externen Einheit versorgt, während die dritte Eingangsklemme mit einem Steuersignal von der externen Einheit versorgt wird. Der Datenbus vom Ausgang der CPU 55 ist mit einem Geschwindigkeitsvervielfacher 4 verbunden, so daß ein Signal, d. h. ein in der CPU verarbeiteter Drehzahlbefehl ω c, als Data an den Geschwindigkeitsvervielfacher 4 geliefert wird. Weiterhin liefert die CPU 55 Drehrichtungsbefehle, die die Drehrichtung des AM bestimmen. Der Befehl wird an die erste Eingangsklemme des 3-Eingangs-NAND-Gliedes 11 und über den Umkehrer 9 an die erste Eingangsklemme des 3-Eingangs-NAND-Gliedes 12 geführt.
Die Beschleunigungs-/Bremssteueranordnung, die die Schlupfgeschwindigkeit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung benutzt, ist aufgebaut wie vorstehend beschrieben.
Zuerst wird nachfolgend der Schutz gegen Stillstand beschrieben. In der vorgenannten ersten Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines AM ist es erforderlich, die Schlupfgeschwindigkeit ω s auf einen Wert zu steuern, der unter dem vorbestimmten Wert liegt (z. B. weniger als Sm in Fig. 6), in dem immer die tatsächlich anliegende Drehzahl ω r des AM überwacht wird. Zu diesem Zweck genügt es, daß die Beziehung "tatsächliche Drehzahl ω r" zu "zulässigem Wert ω s' der Schlupfgeschwindigkeit ω s", wie in Fig. 10 dargestellt, im ROM der CPU 55 gespeichert wird, um die Schlupfgeschwindigkeit entsprechend dieser Beziehung zu erhalten.
So ist für die Beziehung "tatsächliche Drehzahl ω r" zu "zulässigem Wert ω s" eine Tabelle vorbereitet, in der z. B., wenn die tatsächliche Drehzahl ω r 1 ist, die zulässige Schlupfgeschwindigkeit immer ω s 1 ist und die zulässige Schlupfgeschwindigkeit ω s 1 so angesetzt ist, daß sie innerhalb des Steuerbereichs der Drehmomentenkurve nach Fig. 6 liegt.
Wie in Fig. 7 gezeigt, werden die tatsächliche Drehzahl /ω r/ und die Schlupfgeschwindigkeit /ω s/ an die Schalter 53a und 53b gelegt bzw. an den Schaltkreis 53, dessen Ausgang Gegenstand der Digitalumkehr am A/D- Umsetzer 54 ist und der an die CPU 55 geführt ist.
Unter dieser Bedingung wird die langsame Auf-/Abwärtssteuerung der Befehlsdrehzahl ω c gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 8 bewirkt.
Wenn andererseits eine Unterbrechung des Schutzes vor Stillstand gemäß Fig. 9 eintritt, wird der zulässige Wert ω s' der Schlupfgeschwindigkeit ω s gemäß der tatsächlichen Drehzahl ω r über den A/D-Umsetzer 54 unmittelbar aus der in der CPU 55 gespeicherten Tabelle eingelesen. Damit werden dann die typischen Operationen "tatsächliche Drehzahl ω r" zu "zulässigem Wert ω s'", wie in Fig. 10 gezeigt, ausgeführt. Der zulässige Wert ω s' und die Schlupfgeschwindigkeit /ω s/, berechnet gemäß der Vektorsteuerung, werden miteinander verglichen. Wenn das Ergebnis des Vergleichs ergibt, daß der "zulässige Wert ω s' gleich oder größer als die Winkelfrequenz ω s der Schlupfgeschwindigkeit" ist, wird die bisher durchgeführte Steuerung fortgesetzt. Ist im Ergebnis der "zulässige Wert ω s' kleiner als die Winkelfrequenz ω s", dann wird der AM so gesteuert, daß die Winkelfrequenz unter dem zulässigen Wert ω s' liegt.
So ist es möglich zu verhindern, daß ein Asynchron- Motor durch plötzliches außergewöhnliches Beschleunigen oder Bremsen zum Stillstand kommt.

Claims

1. Beschleunigungs-/Bremsungs-Steueranordnung zur Drehzahlsteuerung eines Asynchron-Motors, die auf der Grundlage einer Schlupfgeschwindigkeit arbeitet und umfaßt

Anzeigemittel (111A) zur Anzeige einer anliegenden Drehzahl des Asynchron-Motors, um ein Signal dieser anliegenden tatsächlichen Drehzahl zu erzeugen;

einen Vektorregler (100) zur Erzeugung eines Schlupfgeschwindigkeitssignals (ω s*) als Funktion eines vorher registrierten Sekundärflusses entsprechend der anliegenden Drehzahl (ω r) und einem Drehzahlstellsignal (ω r*), abgeleitet als Ergebnis der Steuerung durch die genannte Anordnung, gekennzeichnet durch Schlupf-Rückkopplungsmittel (31, 37), die verknüpft sind mit dem genannten Vektorregler zur Rückkopplung des Schlupfgeschwindigkeitssignals (ω s*) in der Form des Signals des tatsächlichen Wertes (ω s) des genannten Schlupfgeschwindigkeitssignals (ω s*);

Vergleichsmittel (1), die verknüpft sind mit den Schlupf-Rückkopplungsmitteln zum Vergleich eines vorbestimmten zulässigen Schlupfgeschwindigkeitssignals (ω s') entsprechend dem Signal (ω r) der anliegenden Drehzahl, mit dem Schlupfgeschwindigkeitssignal (ω s);

erste Mittel (4, 6, 7) zur Erzeugung einer ersten Impulskette (P ω c) zur Drehzahlkennung des Asynchron- Motors;

Antwortmittel (2, 3, 22, 25), die mit den Vergleichsmitteln und den genannten ersten Mitteln verbunden sind, um die erstgenannten Mittel zu zwingen, die Erzeugung der Impulskette (P ω c) fortzusetzen, wenn das Schlupfgeschwindigkeitssignal (ω s) gleich oder kleiner als das Signal (ω s') der genannten zulässigen Schlupfgeschwindigkeit wird als Ergebnis des Vergleichs in besagten Vergleichsmitteln, oder durch Verstärkung derselben, um die Erzeugung der erstgenannten Impulskette (P ω c) zu drosseln, wenn das Schlupfgeschwindigkeitssignal (ω s) größer ist als das Signal (ω s') der zulässigen Schlupfgeschwindigkeit, bis das Schlupfgeschwindigkeitssignal (ω s) geringer wird als das Signal (ω s') der zulässigen Schlupfgeschwindigkeit, wodurch die Winkelfrequenz des rotierenden Magnetfeldes des Asynchron-Motors an einem exzessiven Wechsel gehindert wird, um den Stillstand des Asynchron-Motors zu verhindern;

zweite Mittel (32, 33, 34, 35) verbunden mit den genannten Anzeigemitteln sowie dem genannten Vektorregler und den genannten Vergleichsmitteln, um ein Signal (ω r) der tatsächlichen Drehzahl zu erhalten, angezeigt durch genannte Anzeigemittel, und zur Erzeugung einer zweiten Impulskette (P ω r), entsprechend dem Signal der tatsächlichen Drehzahl (ω r) und dem absoluten Wert des Signals (ω r) und durch Eingabe des letzteren an besagte Vergleichsmittel und den genannten Vektorregler (100);

einen Impulsflankenzähler (15), der verbunden ist mit den genannten ersten Mitteln, zweiten Mitteln und dem Vektorregler zur Erzeugung des besagten Drehzahlstellsignals (ω r*), entsprechend der Differenz zwischen der Summe der erstgenannten Impulskette (P ω c) und der Summe der zweitgenannten Impulskette (P ω r), wobei das so erzeugte Drehzahlstellsignal (ω r*) den Vektorregler zusammen mit dem genannten absoluten Wert des Signals (ω r) der anliegenden Drehzahl zugeführt wird von den genannten zweiten Mitteln zur Drehmomentsteuerung des Asynchron-Motors, der mit dem genannten Vektorregler verbunden ist.

2. Beschleunigungs-/Bremsungsanordnung zur Drehzahlsteuerung eines Asynchron-Motors unter Ausnutzung der Schlupfgeschwindigkeit nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Mittel zur allmählichen Änderung des Drehfeldes ohne Stoßbelastung vorgesehen sind.

3. Beschleunigungs-/Bremsungsanordnung, die mit der Schlupfgeschwindigkeit arbeitet nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal der zulässigen Schlupfgeschwindigkeit (ω s') in einem ROM-Speicher der genannten Vergleichsmittel gespeichert ist und der absolute Wert der tatsächlichen Drehzahl (ω r) als Adresse am Adresseneingang ansteht.