DE68902664T2

DE68902664T2 - Vorrichtung zum formatieren und auswerten der von einem gleichstrommotor generierten induktionsstroeme, insbesondere zur positionsregelung.

Info

Publication number: DE68902664T2
Application number: DE8989400689T
Authority: DE
Inventors: Pierre Roussel
Original assignee: Jaeger SA
Current assignee: Jaeger SA
Priority date: 1988-03-15
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2009-03-14
Also published as: EP0333572A1; FR2628906B1; EP0333572B1; US4924166A; FR2628906A1; DE68902664D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich Vorrichtungen zur Steuerung von Gleichstrommotoren.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, Vorrichtungen zum Formatieren der im Ankerstrom eines Gleichstrommotors erzeugten Stromwellen, im Hinblick auf eine spätere Verwendung durch Zählung, zur Steuerung der Positionierung eines beweglichen, durch den Motor angetriebenen Teils, vorzuschlagen.
Man hat bereits im Dokument FR-A-2 585 200 vorgeschlagen, die periodische Komponente des Anker-Speisestroms eines Gleichstrommotors zu erfassen, die Anzahl der Perioden dieser periodischen Komponente zu zählen, um damit die Position des Ankers, und somit die Position eines damit verbundenen anzutreibenden Teils zu überwachen. Man weiß effektiv, daß die periodische Komponente des Anker-Speisestroms durch die periodische Kommutierung der Bürsten des Motors erzeugt wird. Die Anzahl der erzeugten Schwingungen des Anker-Speisestroms ist, ausgehend von einer bekannten Referenzposition, folglich direkt repräsentativ für die augenblickliche Position des Motors. Das im Dokument FR-A-2 585 200 vorgestellte Prinzip ist in der Theorie bestechend, denn es erlaubt eine Positionssteuerung ohne zusätzliche Sensoren wie Optische-, Hall-, oder gleichartige, klassisch verwendet zur Positionskontrolle des Motors.
Im nicht limitativen Rahmen der Anwendung im Automobilbau, kann die Zählung der Schwingungen des Ankerstroms zum Beispiel zur Überwachung der Position beweglicher Teile wie Rückspiegel, Sitze, Lenksäulen, Kontrollelemente für Klimasteuerung etc. verwendet werden.
Indessen stellt man in der Praxis fest, daß der Ankerstrom eines Gleichstrommotors starke Störwellen enthält.
In Figur 1 der Anlage wird der Ankerstrom eines Gleichstrommotors während der Anlaufphase gezeigt, und in Figur 2, in vergrößertem Maßstab, der Ankerstrom eines Gleichstrommotors im normalen Betrieb. Nach einer Anlaufphase, während derer eine Stromspitze im Ankerkreis des Motors erzeugt wird, stabilisiert sich die Stromstärke im normalen Betrieb bei gleichbleibender mechanischen Belastung auf einen praktisch konstanten Wert, wobei sich eine periodische Komponente, erzeugt durch die Kommutierung der Bürsten, dem praktisch konstanten Wert überlagert. Die Periode dieser Komponente ist mit T in Figur 1 und 2 der Anlage bezeichnet.
Man stellt bei genauer Betrachtung der Figur 1 und 2 fest, daß der Ankerstrom überdies zahlreiche zufallsbedingte Störungen (harmonische oder pulsierende) enthält. Werden diese Störungen von der Zähleinrichtung mit erfasst, führt dies zu einer falschen Berechnung der periodischen Schwingungen des Ankerstroms, und somit zu einer falschen Positionierung.
Man tendiert dazu, diese, dem Ankerstrom eines Gleichstrommotors überlagerten Störungen mit Hilfe der in Figur 3 der Anlage gezeigten Schaltung, unter Verwendung eines Tiefpaßfilters zu eliminieren, wobei das für den Ankerstrom repräsentative Signal an den Klemmen eines mit dem Anker in Serie geschalteten Shunt abgenommen, und dann gefiltert einer Triggerstufe zugeführt wird.
Gleichwohl bleibt die in Figur 3 gezeigte Schaltung sehr anfällig für Störungen mit Harmonischen und starken Strömen. Die Fehlerquote beim zählen der Schwingungen des Ankerstroms variiert zwischen 1 und 30 % je nach Zustand des Motors, und der elektromagnetischen Umgebung.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu beseitigen.-
Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, eine Phasenverriegelungsschleife in die Vorrichtung zur Formatierung der Stromwellen im Ankerstrom, erzeugt durch den Gleichstrommotor, einzufügen. Diese Phasenverriegelungsschleife erhält am Eingang ein Signal abgeleitet vom Motorankerstrom, und erzeugt am Ausgang ein Signal mit der Grundfrequenz der Wellen des Motorankerstroms.
Man hat festgestellt, daß die Verwendung einer Phasenverriegelungsschleife erlaubt, die Fehler beim Zählen der Schwingungsperioden auf ein Minimum herabzusetzen.-
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung, enthält die Vorrichtung zur Formatierung eine Tiefpaßfilter das oberhalb der Phasenverriegelungsschleife angeordnet ist.
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal der Erfindung, umfaßt die Vorrichtung zur Formatierung Einrichtungen, die geeignet sind, ein Signal proportional zur gegenelektromotorischen Kraft des Motors zu erzeugen und die Frequenz der Phasenverriegelungsschleife auf der Basis des so erhaltenen Signals zu steuern.
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal der Erfindung, umfaßt die Vorrichtung zur Formatierung Einrichtungen, die geeignet sind, ein Signal proportional zur gegenelektromotorischen Kraft zu erzeugen, einen spannungsgesteuerten Oszillator der von dem der gegenelektromotorischen Kraft proportionalen Signal gesteuert wird, und ein Filter mit geschalteten Kapazitäten das durch den Ausgang des oberhalb der Phasenverriegelungsschleife angeordneten Oszillators gesteuert wird. Das Filter mit geschalteten Kapazitäten kann ein Tiefpaßfilter oder ein Bandfilter sein. Auf diese Weise passiert das am Eingang der Phasenverriegelungsschleife anliegende Signal ein Filter, dessen Unterbrechungsfrequenz proportional zur Drehzahl des Motors gesteuert wird, da die gegenelektromotorische Kraft proportional zu diesem Wert ist (gegenelektromotorische Kraft = k φ w, k = Konstante, φ = Fluß, w = Drehzahl des Motors). Auf diese Weise sind die Harmonischen am Eingang der Phasenverriegelungsschleife abgeschwächt, wie immer auch die Drehzahl des Motors ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Auswertung von Stromwellen, die von einem Gleichstrommotor erzeugt werden, und umfaßt eine Vorrichtung zum Formatieren, welche eine Phasenverriegelungsschleife wie vorstehend erläutert enthält, Zählvorrichtungen für die Anzahl der Oszillationen des von der Formatierungseinrichtung erzeugten Signals, und Vorrichtungen die geeignet sind, die gezählte Anzahl von Oszillationen mit einem Bezugswert zu vergleichen, um das Anhalten des Motors zu steuern.
Der Artikel von M.Birk, veröffentlicht am 14. Dezember 1984 in Elektronik Band 33, Nr.25, Seiten 71-72 (unkonventionelle Drehzahlmessung und -regelung bei Gleichstrommotoren) beschreibt die Schaltung einer Regelung für Gleichstrommotoren die eine gewisse strukturelle Ähnlichkeit mit der vorliegenden Erfindung aufweist. Die in diesem Dokument vorgeschlagene Schaltung ist in Figur 4 der Anlage gezeigt. Man erkennt auf dieser Figur 4 einen Shunt, in Serie geschaltet mit dem Anker des Gleichstrommotors. Ein Komparator K&sub1; erhält an seinen entsprechenden Eingängen jeweils die Motorspeisespannung, sowie die an den Klemmen des Shunt abgegriffene Spannung. Die vom Komparator K&sub1; ausgehende Spannung wird zu einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) geführt, welcher ein Filter mit geschalteten Kapazitäten steuert. Das von diesem Filter ausgehende Signal ist am ersten Eingang eines zweiten Komparators K&sub2; angelegt. Der zweite Eingang des Komparators K&sub2; erhält eine Referenzspannung Vref. Das vom Komparator K&sub2; ausgehende Signal wird am ersten Eingang eines Phasenvergleichskomparators angelegt. Der zweite Eingang dieses Phasenvergleichskomparators erhält eine Sollwertfrequenz. Das Ausgangssignal des Phasenvergleichskomparators dient zum steuern der Schaltung zur Regelung der Motorspeisespannung.
Man stellt indessen fest, daß das vorgenannte Dokument Elektronik die Verwendung einer Phasenverriegelungsschleife nicht vorsieht; die Zählung der Stromwellen des Ankerstroms eines Gleichstrommotors nicht vorsieht; daß ausserdem eine solche Zählung der Stromwellen des Ankerstroms im Zusammenhang mit dem Dokument Elektronik nicht von Interesse ist, da dieses Dokument Elektronik besonders die Drehzahlregelung des Motors zum Ziel hat.
Andere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung erkennbar, sowie beim Betrachten der beiliegenden Zeichnungen, welche als Beispiele und nicht limitativ gegeben sind, und auf welchen:
- die Figuren 1 und 2, wie vorstehend erwähnt, den Ankerstrom eines Gleichstrommotors zeigen,
- die Figuren 3 und 4, wie vorstehend beschrieben, den Stand der Technik zeigen,
- die Figuren 5,6 und 7 zeigen, als Blockschema, drei Varianten der Ausführung einer Vorrichtung zum Formatieren gemäß der vorliegenden Erfindung, und
- die Figuren 8, 9 und 10 die Schemas dieser drei Varianten der Ausführung im Detail zeigen.
Jede der drei Vorrichtung zum Formatieren, gezeigt in Figur 5, 6 und 7 der Anlage, umfaßt eine Phasenverriegelungsschleife 100 (im allgemeinen PLL genannt).
Man erinnert, daß eine Phasenverriegelungsschleife einen Phasenkomparator 110, ein Tiefpaßfilter 120, und einen spannungsgesteuerten Oszillator 130 umfaßt. Der Phasenkomparator 110 erhält an einem ersten Eingang 111 das zu verarbeitende Signal, und an einem zweiten Eingang 112 das vom Ausgang 132 des Oszillators 130 gelieferte Signal.
Das Ausgangs Signal des Phasenkomparators 110 ist am Eingang des Tiefpaßfilters 120 angelegt. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 120 steuert den Oszillator 130. Der Ausgang der Phasenverriegelungsschleife 100 ist vom Ausgang 132 des spannungsgesteuerten Oszillators 130 formatiert.
In den Figuren 5, 6 und 7 der Anlage, zeigt man schematisch einen Gleichstrommotor und, mit seinem Anker in Serie geschaltet, einen Shunt. Die an den Klemmen des Shunt abgegriffene Spannung ist somit direkt proportional zum Ankerstrom des Gleichstrommotors.
Die drei Vorrichtungen zum Formatieren, entsprechend der vorliegenden Erfindung, gezeigt in den Figuren 5, 6 und 7, umfassen jede ein Tiefpaßfilter 200, und eine Schaltung 300 zur Gewinnung eines repräsentativen Signals der gegenelektromotorischen Kraft (f.c.e.m.). Das Filter 200 und die Schaltung 300 sind mit ihren Eingängen an den Klemmen des Shunt angeschlossen.
Nach der ersten Ausführungsvariante, gezeigt in Figur 5 der Anlage, sind die Wellen des Ankerstroms, nach Filterung im Tiefpaßfilter 200, am Eingang der Phasenverriegelungsschleife 100 angelegt, genauer am Eingang 111 des Phasenkomparators 110, während der Oszillator 130 an seinem zusatzlichen Eingang 131 vom Ausgangssignal der Schaltung 300 gesteuert wird. Somit ist die zentrale Frequenz der Phasenverriegelungsschleife 100 sehr nahe der Grundwelligkeit des Ankerstroms. Diese Anordnung verhindert ein Anhängen der Phasenverriegelungsschleife 100 an eine Harmonische.
Nach der zweiten Ausführungsvariante, gezeigt in Figur 6 der Anlage, passieren die Wellen des Ankerstroms, nach Filterung im Tiefpaßfilter 200, ein Filter mit geschalteten Kapazitäten 400, bevor sie am Eingang 111 der Phasenverriegelungsschleife 100 angelegt werden. Das Filter mit geschalteten Kapazitäten 400, wird von einem spannungsgesteuerten Oszillator 500 gesteuert, der wiederum von einem Signal der Schaltung 300 zur Gewinnung eines Signals der gegenelektromotorischen Kraft, gesteuert wird.
Der Spannungsgesteuerte Oszillator 130 der Phasenverriegelungsschleife 100, bleibt gesteuert von einem von der Schaltung 300 ausgehenden Signal.
Das Filter mit geschalteten Kapazitäten 400, kann ein Tiefpaßfilter oder Bandfilter sein. Dieses Filter mit geschalteten Kapazitäten 400, bei welchem die Unterbrechungsfrequenz vom VCO 500 proportional zur Frequenz der Grundwelligkeit des Ankerstroms gesteuert ist, erlaubt eine Abschwächung der Harmonischen des am Eingang 111 der Phasenverriegelungsschleife 100 angelegten Signals.
Im Rahmen der dritten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, gezeigt in Figur 7, passieren die vom Tiefpaßfilter 200 ausgehenden Stromwellen ebenfalls ein Filter mit geschalteten Kapazitäten 400 bevor sie dem Eingang 111 der Phasenverriegelungsschleife 100 zugeführt werden. Ebenso ist das Filter mit geschalteten Kapazitäten 400 gesteuert von einem VCO 500, welcher wiederum am Eingang, von einem Ausgangssignal der Schaltung 300 zur Gewinnung eines der gegenelektromotorischen Kraft entsprechenden Signals, gesteuert wird. Jedoch wird, im Rahmen dieser dritten Ausführungsvariante, der VCO 130 der Phasenverriegelungsschleife 100 nicht nicht mehr vom Ausgangssignal der Schaltung 300 gesteuert, sondern von einer polarisierten Spannung Vpol, definiert zum Zentrieren der Frequenz der Phasenverriegelungsschleife 100 auf die erwartete zentrale Frequenz der Stromwellen des Ankerstroms und zum Öffnen des Durchlassbandes der Phasenverriegelungsschleife 100.
In den drei Ausführungsmöglichkeiten, gezeigt in Figur 5, 6 und 7, entspricht der Ausgang der Einrichtung zur Formatierung dem Ausgang der Phasenverriegelungsschleife 100, das heißt dem Ausgang 132 des VCO 130. Tatsächlich entspricht das am Ausgang 132 der Phasenverriegelungsschleife 100 erhaltene Signal einem logischen Signal, deckungsgleich mit der von den Motorbürsten im Ankerstrom des Gleichstrommotors erzeugten periodischen Komponente.
Man wird nun die in Figur 8 der Anlage gezeigte Ausführungsart, welche der ersten in Figur 5 gezeigten Ausführungsvariante entspricht, im Detail beschreiben.
Die in Figur 8 gezeigte Vorrichtung zum Formatieren, enthält am Eingang eine Schutzzelle, welche einen Widerstand R 202 und eine Zener Diode D 203 umfaßt. Die Spannung Vshunt, abgegriffen an den Klemmen des mit dem Motoranker in Serie geschalteten Shunt, ist einem ersten Anschluß des Widerstands R202 zugeführt. Die Zener Diode D 203 verbindet den zweiten Anschluß des Widerstands R 202 mit der Masse. Zusätzlich liegt der zweite Anschluß des Widerstands R 202 am Tiefpaßfilter 200 und an der Schaltung 300.
Die Schutzzelle R 202-D203 verhindert das Auftreten einer Überspannung in den Schaltungen 200 und 300.
Die Schaltung 200 umfaßt, zwischen dem Ausgang der Schutzzelle R 202-D203 und der Phasenverriegelungsschleife 100 in Serie geschaltet: eine Subtraktionsstufe 210, ein Tiefpaßfilter, eine Verstärkerstufe 230, eine Tiefpaßstufe 240, eine Verstärkerstufe 250, eine Hochpaßstufe 260, und eine Folgeverstärkerstufe 270.
Die Schaltung 300 umfaßt, zwischen dem Ausgang der Schutzzelle R 202-D203 und der Phasenverriegelungsschleife 100 in Serie geschaltet: ein Tiefpaßfilter 310, eine Folgeverstärkerstufe 320, eine Verstärkerstufe 330, eine Subtraktionsstufe 340, eine Umkehrstufe 350 und eine Spannungs- Stromwandlerstufe 360.
Die Stufe 320 umfaßt einen Operationsverstärker OP 321.
Das Tiefpaßfilter 310 umfaßt einen Widerstand R 311 und eine Kapazität C 312. Der Widerstand R 311 ist mit dem gemeinsamen Punkt des Widerstands R 202 und der Zener Diode D 203 einerseits, und dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP 321 andererseits, verbunden. Die Kapazität C 321 ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP 321 und der Masse der Schaltung verbunden.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 321 ist direkt auf den Ausgang desselben zurückgeschleift. Somit erzeugt die Folgeverstärkerstufe 320 an ihrem Ausgang ein repräsentatives Signal des mittleren Ankerstroms.
Die Stufe 210 umfaßt einen Operationsverstärker OP 211. Der invertierende Eingang desselben ist über einen Verbindungswiderstand R 212 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP 321 verbunden.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 211 ist über einen Widerstand R 213 auf seinen Ausgang geschleift. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 211 ist einerseits über den Widerstand R 214 mit dem gemeinsamen Punkt des Widerstands R 202 und der Diode D 203, und andererseits über den Widerstand R 215 mit der Masse der Schaltung verbunden.
Die Subtraktionsstufe 210 dient dazu, den gebildeten Mittelwert der Komponente des Ankerstroms, ausgehend von der Folgeverstärkerstufe 320, von dem an den Klemmen des Shunt abgegriffenen Signal zu subtrahieren. Somit stellt das von der Subtraktionsstufe 210 ausgehende Signal die periodischen Komponenten des Ankerstroms dar.
Das Tiefpaßfilter 220 umfaßt einen Widerstand R 221 und eine Kapazität C 222.
Die Verstärkerstufe 230 umfaßt einen Operationsverstärker OP 231 und zwei Widerstände R 232, R 233.
Der Widerstand R 221 verbindet den Ausgang des Operationsverstärkers OP 211 mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP 231.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 231 ist über den Widerstand R 232 mit der Masse der Schaltung verbunden. Zusätzlich ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 231 über den Widerstand R 233 auf den Ausgang zurückgeschleift.
Das Tiefpaßfilter 240 umfaßt einen Widerstand R241 und eine Kapazität C 242. Die Verstärkerstufe 250 umfaßt einen Operationsverstärker OP 251, einen Widerstand R 252 und einen variablen Widerstand R 253. Der Widerstand R 241 verbindet den Ausgang des Operationsverstärkers OP 231 mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP 251. Die Kapazität C 242 ist zwischen den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP 251 und die Masse der Schaltung gelegt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 251 ist über den Widerstand R 252 mit der Masse der Schaltung verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 251 ist über den variablen Widerstand R 253 auf seinen Ausgang zurückgeschleift.
Das Hochpaßfilter 260 umfaßt eine Kapazität C 261 und einen Widerstand R 262.
Die Verstärkerstufe 270 umfaßt einen Operationsverstärker OP 271.
Die Kapazität C 261 liegt zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers OP 251 und dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP 271.
Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 271 ist über den Widerstand R 262 mit der Masse der Schaltung verbunden.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 271 ist direkt auf den Ausgang desselben zurückgeschleift.
Die Verstärkerstufe 330 umfaßt einen Operationsverstärker OP 331. Dessen nicht invertierender Eingang ist einerseits über einen Widerstand R 332 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP 321, und anderseits über einen Widerstand R 333, mit der Masse der Schaltung verbunden.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 331 ist über einen Widerstand R 334 mit der Masse der Schaltung verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 331 ist außerdem über einen regelbaren Widerstand R 335 mit seinem Ausgang verbunden.
Die Subtraktionsstufe 340 hat zum Ziel, von der Motorspeisespannung ein Signal zu subtrahieren, welches das Produkt aus dem mittleren Ankerstrom mal der Summe der Widerstände des Shunt und des inneren Widerstands des Gleichstrommotors darstellt.
Die Subtraktionsstufe 340 umfaßt einen Operationsverstärker OP 341. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP 341 erhält ein, an die Speisespannung des Gleichstrommotors gekoppeltes, Signal.
Dieser nicht invertierende Eingang des OP 341 ist über einen Widerstand R 342 mit der Masse der Schaltung verbunden. Der nicht invertierende Eingang des OP 341 ist außerdem mit dem ersten Anschluß eines Widerstands R 343 verbunden.Der zweite Anschluß des Widerstands R 343 ist über eine Zelle, welche parallel geschaltet einen Widerstand R 344 und eine Zener Diode D 346 enthält, mit der Masse der Schaltung verbunden. Zusätzlich ist der zweite Anschluß des Widerstands R 343 über einen Widerstand R 345 mit der Speisespannung Ualim des Motors verbunden.
Der invertierende Eingang des OP 341 ist mit dem Ausgang des OP 331 über einen Widerstand R 347 verbunden. Der invertierende Eingang des OP 341 ist zusätzlich auf seinen Ausgang über einen Widerstand R 348 zurückgeschleift.
Die Umkehrstufe 350 umfaßt einen Transistor PNP T 351. Die Basis des Transistors T 351 ist mit dem Ausgang des OP 341 über einen Widerstand R 352 verbunden. Die Basis des Transistors T 351 ist über einen Widerstand R 353 mit einem positiven Anschluß der Speisespannung +Vcc verbunden. Der Emitter des T 351 ist mit diesem Anschluß +Vcc über einen Widerstand R354 verbunden. Der Kollektor des T 351 ist über ein Potentiometer P 355 mit der Masse der Schaltung verbunden. Die Spannungs-Stromwandlerstufe 360 umfaßt einen Operationsverstärker OP 361 und einen Transistor NPN T 362.
Der Schleifer des Potentiometers P 355 ist mit dem nicht invertierenden Eingang des OP 361 verbunden. Der Ausgang des OP 361 liegt an der Basis des Transistors T 362. Der Emitter des T 362 ist mit dem invertierenden Eingang des OP 361 verbunden. Zusätzlich ist der Emitter des T 362 über den Widerstand R 363 mit der Masse der Schaltung verbunden. Der Kollektor des T 362 ist über einen Widerstand R 364 mit dem positiven Anschluß +Vcc der Speisespannung verbunden.
Das Signal, daß die durch die Kommutierung der Bürsten verursachten Stromwellen im Anker eines Gleichstrommotors darstellt, durch das Tiefpaßfilter 200 gefiltert, und dazu bestimmt ist am Eingang der Phasenverriegelungsschleife 100 angelegt zu werden, steht am Ausgang des OP 271 zur Verfügung.
Außerdem steht das,der gegenelektromotorischen Kraft entsprechende Signal, bestimmt zur Steuerung des VCO der Phasenverriegelungsschleife 100, am Kollektor des Transistors T 362 zur Verfügung.
Nach der in Figur 8 der Anlage gezeigten Ausführungsart, ist die Phasenverriegelungsschleife 100 aus einem integrierten Schaltkreis Typ LM 565 gebildet.
Der Eingang 111 der Phasenverriegelungsschleife 100, gezeigt in Figur 5, 6 und 7, entspricht dem Anschluß 2 des Schaltkreises LM 565. Dieser Anschluß 2 ist, unter zwischenschaltung eines Zweiges, umfassend einen Widerstand R 140 und eine Kapazität C 141, mit dem Ausgang des OP 271 verbunden. Der gesteuerte Eingang des VCO 130, Referenz 131 in den Figuren 5,6 und 7, integriert in der Phasenverriegelungsschleife 100, entspricht dem Anschluß 8 des Schaltkreises LM 565. Diese Klemme 8 ist über den Widerstand R 365 mit dem Kollektor des Transistors T 362 verbunden. Man vermerkt außerdem, wie in Figur 8 der Anlage gezeigt, daß der, die Phasenverriegelungsschleife 100 bildende Schaltkreis LM 565, seinen Anschluß 1 mit einer positiven Speisequelle +Vcc, seinen Eingangsanschluß 2 über einen Widerstand R 143 mit der Masse der Schaltung, seinen Anschluß 3 über einen Widerstand R144 mit der Masse der Schaltung, seinen Anschluß 7 über eine Kapazität C 145 mit einem positiven Anschluß +Vcc der Speisung, seinen Anschluß 9 über eine Kapazität C 146 mit einer positiven Speisequelle +Vcc, und seinen Anschluß 10 direkt mit derselben positiven Versorgungsquelle +Vcc, verbunden hat.
Der Ausgang der Formatierungseinrichtung ist an den, mit einander verbundenen Ausgängen, des LM 565 abgegriffen.
Man wird nun die der vorliegenden Erfindung entsprechende zweite Ausführungsmethode, gezeigt in Figur 9 der Anlage, beschreiben.
Die in Figur 9 der Anlage gezeigte Formatierungseinrichtung enthält eine Eingangsschutzzelle R 202-D 203, ein Tiefpaßfilter 200, einen Schaltkreis 300 zur Gewinnung der gegenelektromotorischen Kraft, und eine Phasenverriegelungsschleife 100 identisch mit der vorgehend beschriebenen und in Figur 8 gezeigten Ausführungsmethode. Aus diesem Grund werden seine Elemente nachfolgend nicht nochmals neu beschrieben.
Indessen werden bei der zweiten Ausführungsmethode, gezeigt in Figur 9, die durch den Schaltkreis 200 gefilterten Stromwellen nicht mehr direkt an den Eingang der Phasenverriegelungsschleife 100 angelegt, sondern passieren das Filter mit schaltbaren Kapazitäten 400 bevor sie an die Phasenverriegelungsschleife 100 gelangen.
Wie zuvor unter Bezugnahme auf Figur 6 aufgezeigt, ist das Filter mit geschalteten Kapazitäten 400 selbst von einem VCO 500 gesteuert.
Das Filter mit geschalteten Kapazitäten 400 kann aus einem integrierten Schaltkreis TSG 8550 gebildet werden, während der zugehörige VCO 500 aus einem integrierten Schaltkreis Typ AD 537 gebildet ist.
Der gesteuerte Eingang des VCO AD 537 entspricht dem Anschluß 5 desselben. Dieser Anschluß ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP 341 über eine Widerstandsstufe 370 verbunden. Diese Stufe umfaßt 3 Widerstände R 371, R 372 und R 373. Die Widerstände R 372 und R 373 sind zwischen Ausgang des OP 341 und der Masse in Reihe geschaltet. Der Widerstand R 341 liegt zwischen dem gemeinsamen Punkt der Widerstände R 372-R 373 und dem Anschluß 5 des Schaltkreises VCO 500.
Der Ausgang des VCO AD 537 entspricht dem Anschluß 14 desselben. Der gesteuerte Eingang des Filters mit geschalteten Kapazitäten TSG 8550 entspricht dem Anschluß 7 dieses Schaltkreises. Durch diese Tatsache ist der Anschluß 14 des VCO AD 537 mit dem Anschluß 7 des Filters mit geschalteten Kapazitäten TSG 8550 verbunden.
Der Eingang des Filters mit geschalteten Kapazitäten entspricht dem Anschluß 13 desselben. Durch diese Tatsache ist der Anschluß 13 des Filters mit geschalteten Kapazitäten TSG 8550 mit dem Ausgang des Filters 200, das heißt mit dem Ausgang des OP 271 verbunden.
Schlußendlich ist der Ausgang des Filters mit geschalteten Kapazitäten durch den Anschluß 11 dieses Schaltkreises gebildet. Durch diese Tatsache ist der Anschluß 11 des Filters mit geschalteten Kapazitäten TSG 8550 über den in Serie liegenden Zweig R 140-C 141 mit dem Eingangsanschluß 2 der Phasenverriegelungsschleife 100 verbunden.
Man stellt außerdem fest, das vorzugsweise der, aus dem Schaltkreis AD 537 bestehende und das Filter mit gesteuerten Kapazitäten 400 steuernde VCO 500, seinen Anschluß 1 mit der Masse der Schaltung, seine miteinander verbundenen Anschlüsse 3 und 4 über einen einstellbaren Widerstand R 501 mit der Masse der Schaltung, seinen gesteuerten Eingang 5 über eine Kapazität C 502 mit der Masse der Schaltung, seinen Anschluß 8 mit der Masse der Schaltung, seine Anschlüsse 9 und 10 untereinander mit einem Potentiometer R 503, seine Anschlüsse 11 und 12 durch eine Kapazität C 504 miteinander, seinen Anschluß 13 einerseits mit dem Schleifer des Potentiometers R 503 und andererseits über einen Widerstand 505 mit seinen Anschluß 14, verbunden hat.
Desgleichen hat das, aus dem Schaltkreis TSG 8550 bestehende Filter 400, seine Anschlüsse 1 und 2 gemeinsam mit einer positiven Speisequelle +Vcc, seine Anschlüsse 3 und 5 gemeinsam mit der Masse der Schaltung, seinen Anschluß 4 über eine Kapazität mit der Masse der Schaltung und über einen Widerstand R 402 mit seinem Anschluß 14, seinen Anschluß 6 über einen Widerstand R 403 mit seinem Anschluß 12 und denselben über eine Kapazität C 404 mit der Masse der Schaltung, seinen Anschluß 8 über einen Widerstand R 405 mit der Masse der Schaltung, seinen Anschluß 9 über einen Widerstand R 406 mit der Masse der Schaltung, seinen Anschluß 10 über einen Widerstand R 407 einerseits mit der Masse der Schaltung und andererseits über einen einstellbaren Widerstand mit dem Anschluß 11, seinen Anschluß 15 einerseits über einen Widerstand R 409 mit seinem Anschluß 14 und andererseits über einen Widerstand R 410 mit der Masse der Schaltung, verbunden.
Die Widerstände R 409 und R 410 bestimmen den Verstärkungsfaktor einer, im Schaltkreis TSG 8550 integrierten, Verstärkerstufe. Die Zelle R 402-C 401 dient als Tiefpaßfilter des von der integrierten Verstärkerstufe ausgehenden Signals. Die Zelle R 403-C 404 dient als zweite Tiefpaßfilterstufe des Signals. Die Widerstände R 406, R 407 und R 408 bestimmen die Verstärkung der Ausgangsverstärkerstufe des Schaltkreises TSG 8550.
Man wird nun die der vorliegenden Erfindung entsprechende dritte Ausführungsmethode, gezeigt in Figur 10 der Anlage, beschreiben.
Wie vorstehend unter Bezug auf die Figur 7 ausgeführt, umfaßt diese dritte Ausführungsmethode der vorliegenden Erfindung, einen das Tiefpaßfilter bildenden Schaltkreis 200, einen Schaltkreis 300 zur Gewinnung eines der gegenelektromotorischen Kraft entsprechenden Signals, eine Phasenverriegelungsschleife 100, ein Filter mit geschalteten Kapazitäten 400, und einen dieses Filter steuernden VCO 500. Die Vorrichtung umfaßt zusätzlich eine aus einem Widerstand R 202 und einer Zener Diode D 203 bestehende Schutzzelle, identisch mit den in Figur 8 und 9 gezeigten Ausführungsmethoden.
Die Phasenverriegelungsschleife 100, das Filter mit geschalteten Kapazitäten 400 und der gesteuerte VCO 500, können aus Schaltkreisen der Typen LM 565, TSG 8550 und AD 537, identisch mit den bereits in Figur 9 beschriebenen Anordnungen, gebildet werden.
Der Filterschaltkreis 200 kann eine Tiefpaßstufe 220, eine Verstärkerstufe 230, eine Hochpaßstufe 260, eine Verstärkerstufe 250, und eine Tiefpaßstufe 240, vergleichbar mit den Anordnungen im Tiefpaßfilter 200 gezeigt in Figur 8 und bereits vorgehend beschrieben, umfassen. Man stellt jedoch fest, daß sich das in Figur 10 gezeigte Tiefpaßfilter 200 von dem in Figur 8 gezeigten Tiefpaßfilter 200 durch Wegfall der Eingangssubtraktionsstufe 210, Wegfall der Folgeverstärkerstufe 270 am Ausgang, und Umkehrung der Tiefpaßstufe 240 und Hochpaßstufe 260, unterscheidet.
Der Schaltkreis zur Gewinnung eines der gegenelektromotorischen Kraft entsprechenden Signals umfaßt in Kaskade geschaltet: eine Eingangstiefpaßstufe 310 identisch zur Stufe 310 gezeigt in Figur 8, eine Verstärkerstufe 380, eine Anpassungsstufe 390, und eine Subtraktionsstufe 340 identisch zur der in Figur 8 gezeigten Stufe 340.
Die Verstärkerstufe 380 umfaßt einen Operationsverstärker OP 381. Der nicht invertierende Eingang des OP 381 ist mit dem Ausgang der Tiefpaßstufe 310 verbunden. Der invertierende Eingang des OP 381 ist einerseits über den Widerstand R 383 mit der Masse, und andererseits über den Widerstand R 382 mit seinem Ausgang verbunden. Die Anpassungsstufe 390 umfaßt drei Widerstände R 391, R 392 und R 393.
Die Widerstände R 391 und R 393 sind zwischen Ausgang des OP 381 und der Masse in Serie geschaltet. Der Widerstand R 392 verbindet den gemeinsamen Punkt der Widerstände R 391 und R 393 mit dem invertierenden Eingang des OP 341.
Der Ausgang des OP 341 gelangt über die Anpassungsstufe 370 an den Anschluß 5 des steuernden Schaltkreises VCO AD 537. Der Anschluß 14 des Schaltkreises VCO AD 537 gelangt an den gesteuerten Eingang 7 des Filters mit geschalteten Kapazitäten TSG 8550. Dieses erhält an seinen Eingangsanschluß 13 das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 200, genauer, der Ausgangsstufe 240 des letzteren. Die, vom Filter mit geschalteten Kapazitäten 400 gefilterten, Stromwellen stehen am Ausgangsanschluß 11 des letzteren zur Verfügung. Dieser Ausgangsanschluß 11 ist mit dem Eingangsanschluß der Phasenverriegelungsschleife 100 (Anschluß 2 des Schaltkreises LM 565) durch den Serienzweig R 140-C141 verbunden.
Man stellt fest, das im Vergleich zu Figur 8 und 9, die Umkehrstufe 350 und die Spannungs-Stromwandlerstufe 360 entfallen.
Die Phasenverriegelungsschleife ist folglich nicht mehr von einem zur gegenelektromotorischen Kraft des Motors proportionalen Signal, sondern von einem, über einen Widerstand R 147 an seinen Eingang 131 (Anschluß 8 des Schaltkreises LM 565) angelegten Referenzpotential Vpol gesteuert.
Das Potential Vpol und der Widerstand R 147 sind ausgelegt um die Frequenz der Phasenverriegelungsschleife 100 auf die zentrale Frequenz der Stromwellen des Ankerstroms zu zentrieren.
Wie bereits vorher erwähnt, kann die bereits beschriebene Vorrichtung zur Formatierung von Stromwellen des Ankerstroms, in eine Vorrichtung zur Auswertung, welche Vorrichtungen zur Zählung der Schwingungen des von einer Formatierungsvorrichtung ausgehenden Signals (Ausgang 132 des VCO 130 in Figur 5, 6 und 7, Ausgänge 4 und 5 des Schaltkreises LM 565 nach Figur 8, 9 und 10) und Vorrichtungen zum Vergleich der gezählten Schwingungen mit einem Bezugswert zur Stillstandskontrolle des Motors umfaßt, integriert werden.
Die Vorrichtungen zur Zählung und die Vorrichtungen zum Vergleich, können mit den im vorerwähnten Patentanspruch FR-A-2 585 200 beschriebenen Anordnungen identisch sein.
Aus diesem Grund werden die Vorrichtungen zur Zählung und die Vorrichtungen zum Vergleich im folgenden nicht mehr im Detail beschrieben.
Man stellt indessen fest, das der Stillstand des Motors nicht augenblicklich erfolgt, das heißt, der Motor dreht sich, nach dem Stoppbefehl, welcher der Unterbrechung der Speisespannung entspricht, durch Schwungmasse weiter. Aus diesem Grund ist es notwendig, den Stoppbefehl des Motors entsprechend der Anzahl der während der Auslaufphase erhaltenen Schwingungen vorzuverlegen. Die Anzahl der während der Auslaufphase erzeugten Schwingungen ist im allgemeinen fest, und kann durch Versuche vorausbestimmt werden.
Indessen kann eine solche Steuerung durch Vorwegnahme Anlaß zu einem Fehler, entsprechend plus- minus einer Schwingung, beim Positionieren geben. Dieser Fehler ist für sich allein vernachlässigbar. Er ist es nicht mehr im Falle einer Kummulierung. Um diesen Nachteil zu vermeiden kann es hilfreich sein, eine Anzahl während der Auslaufphase des Motors tatsächlich erzeugter Schwingungen zu zählen, um die tatsächliche Position des Motors zu kennen. Es ist nun notwendig zu berücksichtigen, daß, während der Auslaufphase des Motors, derselbe als Generator arbeitet. Während dieser Auslaufphase muß der in Figur 8, 9 und 10 gezeigte Schaltkreis 300 zur Gewinnung eines der gegenelektromotorischen Kraft entsprechenden Signals ( welcher insbesondere eine Subtraktionsstufe 340 umfaßt, die zum Ziel hat von der Versorgungsspannung des Motors ein Signal zu subtrahieren das dem Produkt aus mittlerem Ankerstrom mal der Summe der Widerstände des Shunt und des inneren Widerstands des Gleichstrommotors entspricht) durch einen Hilfsschaltkreis zur Gewinnung eines der gegenelektromotorischen Kraft entsprechenden Signals, ersetzt werden, welcher ein Signal proportional zum Produkt aus mittlerem Ankerstrom mal Summe der Widerstände des Shunt und des inneren Widerstands des Gleichstrommotors erzeugt. In anderen Worten, der Schaltkreis 300 zur Gewinnung eines der gegenelektromotorischen Kraft entsprechenden Signals ist von der Erzeugung eines Signals proportional zu U -(R + r)i auf die Erzeugung eines Signals proportional zu (R + r)i umgeschaltet, wobei U der Speisespannung des Motors, R dem Widerstand des Shunt, r dem inneren Widerstand des Gleichstrommotors, und i dem mittleren Ankerstrom im Moment des gültigen Stoppbefehls entspricht.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die besonders vorgestellten Ausführungsmethoden limitiert, sondern erstreckt sich auf alle sinngemäße Varianten. Besonders der Bezug auf die Schaltkreise LM 565, AD 537, und TSG 8550 soll nicht als limitativ betrachtet werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Formatieren von Stromwellen im Ankerstrom eines Gleichstrommotors, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie eine Phasenverriegelungsschleife (100) umfaßt, die am Eingang (111) ein Signal erhält, das von dem Motorankerstrom abgeleitet wird, und am Ausgang (132) ein Signal mit der Grundfrequenz der Wellen des Motorankerstroms erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie ein Tiefpaßfilter (200) umfaßt, das oberhalb der Phasenverriegelungsschleife (100) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie Vorrichtungen (300) umfaßt, die geeignet sind, ein Signal proportional zur gegenelektromotorischen Kraft des Motors zu erzeugen und die Frequenz der Phasenverriegelungsschleife (100) auf der Basis des so erhaltenen Signals zu steuern.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet, durch die Tatsache, daß sie Vorrichtungen (300), die geeignet sind, ein Signal proportional zur gegenelektromotorischen Kraft des Motors zu erzeugen, einen spannungsgesteuerten Oszillator (500), der von dem der gegenelektromotorischen Kraft proportionalen Signal gesteuert wird, und ein Filter (400) mit geschalteten Kapazitäten umfaßt, das durch den Ausgang des Oszillators (500) gesteuert wird, der oberhalb der Phasenverriegelungsschleife (100) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet, durch die Tatsache, daß ein Tiefpaßfilter (200), das oberhalb der Phasenverriegelungsschleife (100) angeordnet ist, eine Mehrzahl von Verstärkerstufen (210, 230, 250) und Tiefpaßfilterstufen (220, 240) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß eine Hochpaßfilterstufe (260) mit dem Tiefpaßfilter (200) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie Vorrichtungen (300) umfaßt, die geeignet sind, ein Signal proportional zur gegenelektromotorischen Kraft des Motors zu erzeugen, und die eine Subtraktionsstufe (340) umfassen, die geeignet sind, ein Signal proportional zum Motorankerstrom von der Versorgungsspannung des Motors (Valim) abzuziehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie umfaßt:

- einen in Reihe mit dem Motoranker verbundenen Nebenschluß,

- ein Tiefpaßfilter (200), dessen Eingang mit den Anschlüssen des Nebenschlusses verbunden sind,

- Vorrichtungen (300), die geeignet sind, ein Signal proportional zur gegenelektromotorischen Kraft des Motors zu erzeugen, und ebenfalls mit den Anschlüssen des Nebenschlusses verbunden sind,

- eine Phasenverriegelungsschleife (100), deren Haupteingang (111) mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters verbunden ist, deren Steuerungseingang (131) mit dem Ausgang der Vorrichtungen (300) verbunden ist, die ein Signal proportional zur gegenelektromotorischen Kraft erzeugen, und deren Ausgang den Ausgang der Vorrichtung bildet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie umfaßt:

- einen in Reihe mit dem Motoranker verbundenen Nebenschluß,

- einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO-500), dessen Steuerungseingang mit dem Ausgang der Vorrichtungen (300) verbunden ist, die ein Signal proportional zur elektromotorischen Kraft erzeugen,

- ein Filter mit geschalteten Kapazitäten (400), dessen Haupteingang mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters verbunden ist, während sein Steuerungseingang mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO-500) verbunden ist, und

- eine Phasenverriegelungsschleife (100), deren Haupteingang (111) mit dem Ausgang des Filters mit geschalteten Kapazitäten (400) verbunden ist, deren Steuerungseingang (131) mit dem Ausgang der Vorrichtungen (300) verbunden ist, die ein Signal proportional zur gegenelektromotorischen Kraft erzeugen, und deren Ausgang den Ausgang der Vorrichtung bildet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie umfaßt:

- einen in Reihe mit dem Motoranker verbundenen Nebenschluß,

- eine Phasenverriegelungsschleife (100), deren Haupteingang (111) mit dem Ausgang des Filters mit geschalteten Kapazitäten (400) verbunden ist, deren Steuerungseingang (131) mit einem vorgegebenen Polarisierungspotential verbunden ist, und deren Ausgang den Ausgang der Vorrichtung bildet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 9 und 10, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß das Filter mit geschalteten Kapazitäten (400) ein Tiefpaßfilter ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 9 und 10, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß das Filter mit geschalteten Kapazitäten (400) ein Bandpaßfilter ist.

13. Vorrichtung zum Auswerten der Stromwellen, die von einem Gleichstrommotor erzeugt werden, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie umfaßt:

- eine Vorrichtung zum Formatieren mit einer Phasenverriegelungsschleife (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

- Zählvorrichtungen für die Anzahl der Oszillationen des von der Formatierungsvorrichtung erzeugten Signals, und

- Vorrichtungen, die geeignet sind, die gezählte Anzahl von Oszillationen mit einem Bezugswert zu vergleichen, um das Anhalten des Motors zu steuern.