SE465397B - Motostyrsystem - Google Patents

Description

465 397 2 mäta och/eller åstadkomma en eller flera ytterligare signaler, som representerar en eller flera styrbara motordriftparametrar; samt att mikroprocessorn är programmerbar och ansluten för att motta nämnda lägesindikeringssignaler och nämnda ytterligare signal/signaler samt för att styra strömställargruppen för att aktivera lindningarna enligt nämnda styrbara parametersignal/- signaler, samt för att kommutera lindningsaktiveringen enligt nämnda lägessignaler.

Vid den mest föredragna utföringsformen av uppfinningen används ett minimum av maskinvara för att åstadkomma maximal mångsidighet i bruk. Mångsidigheten erhålls företrädesvis med hjälp av ett lagrat program, som tillåter samma eller väsent- ligen samma maskinvara att arbeta i ett antal olika moder.

Således kan samma eller väsentligen samma maskinvara användas för hastighetsföljning, lägesföljning, kraftöverföringsmaxime- ring och/eller effektivitetsmaximering. Härtill kommer att anordningen eller systemet kan koppla om från en arbetsmod till en annan som funktion av signaler, som erhålls från en yttre källa eller som funktion av internt alstrade signaler.

Ehuru den mest föredragna utföringsformen nyttjar ett lagrat program, kan uppfinningens principer även praktiseras med hjälp av reella kretsar eller en kombination av lagrat program och reella kretsar. För underlättande av förståelsen skall uppfinningen först klargöras i form av en serie arbetsmoder, där reella kretsar används. Därefter skall den mest föredragna utföringsformen, där ett lagrat program ingår, beskrivas.

En arbetmod är hastighetsföljning. En önskad hastighet och en uppmätt hastighet jämförs, och resultatet används för styr- ning av lindningsström inom på förhand bestämda gränser. Lind- ningsströmmen uppmäts och jämförs med övre och undre tröskelvär- den. Kontrollern aktiverar lindningar, när det uppmätta värdet på strömmen uppnår den lägre tröskeln, och passiverar lindning- arna, när det uppmätta värdet på strömmen uppnår den övre trös- keln.

I en annan arbetsmod uttas den maximalt tillgängliga effekten från en källa, såsom en elektrisk solgenerator, där källans utgångsimpedans varierar med temperaturen. Kontrollern varierar intermittensfaktorn och därmed medelvärdet av den till motorn matade strömmen. Detta resulterar i att motorns hastig- het och uteffekt varierar tillsammans med motorns sken- Du 10 15 20 25 30 35' 40 46-5 597 bara íngångsimpedans för att härigenom anpassa ineffekten till motorn till det maximum,_som kan ges av källan. Speciellt jäm- för kontrollern på varandra följande värden på den uppmätta hastigheten för att avkänna en ökning eller minskning i denna, varvid den resulterande ökningen eller minskningen används för att variera pulslängden och härigenom reglera den skenbara motorimpedansen och därmed motorns uteffekt.

I ytterligare en arbetsmod maximeras effektiviteten eller verkningsgraden hos den elektromekaniska energiomvandlaren.

Det har visat sig att maximal effekt omvandlas till nyttigt arbete, när förhållandet mellan motorvridmoment och ström be- finner sig vid eller nära ett maximum, vilket svarar mot maximi- värdet på den motelektromotoriska kraften (EMK). Följaktligen kommer kontrollern att aktivera lindningarna blott när mot-EMK:en befinner sig vid eller nära ett maximum.

I ännu en arbetsmod sker lägesföljning. Ett önskat läge och ett uppmätt läge jämförs, och resultatet används för styr- ning av lindningsströmmen för att reducera lägesfelet. Åter- igen jämförs lindningsströmmen med övre och undre tröskel- värden, och lindningar aktiveras när strömmen når den undre tröskeln och passiveras när strömmen_uppnår den övre tröskeln.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar.

A Där visar fig_l ett funktionellt blockschema för en elektromekanisk energiomvandlingsanordning enligt uppfinningen, r fíg Z ett kopplingsschema för en Hall-sensor i fíg 1, fíg 3 ett kopplingsschema för en strömställare i bryggkretsen i fíg 1, fig_í ett kopplingsschema för en strömavkänningskrets i fíg 1, fig_§ ett diagram över Hall-sensorspänningar, alstrade av Hall-sensorerna i fíg 1, fig_§ ett funktionellt blockschema för en sektorenhet i fíg 1, fig_Z ett kopplingsschema för en kontroller i fíg 1, fig_§ ett funktionellt blockschema för en lägesmätningsenhet i fíg 1, fig_g ett funktionellt block- schema för en hastighet/läge-orderenhet i fíg 1, fíg 10 ett blockschema för en hastighetsmätningsenhet i fíg 1, fíg 11 ett blockschema för en strömmodulator i fíg 1 för motordrift i en hastighetsföljningsmod, fíg 12 ett blockschema för en strömmodulator i fíg-1 för motordrift i en effektöverförings- maximeringsmod, fíg 13 ett blockschema för en strömmodulator i fig 1 för motordrift i en effektivitetsmaximeringsmod, och 10 15 20 25 30 35' 40 a~f=~saavwuußvs~-=-ø~za-r~fr-rr -f- I ~ ' , - -- - v -ß - ~ 465 397 fig 14 ett funktionellt blockschema för en elektromekanisk energiomvandlingsanordning enligt uppfinningen, utrustad med en programmerad digital mikrodator.

Om nu fig 1 betraktas visas där ett elektromekanískt om- vandlingssystem 50Hßd en likströmsmotor 52, som är kopplad till en matarkälla 54 genom en bryggkrets 56. Motorn 52 kan exempel- vis vara en roterande borstlös likströmsmotor med en fyrpolig permanentmagnetrotor 58 och en stator med trefasiga Y-kopplade lindningar 60. Bryggkretsen 56 har sex parvis anordnade ström- ställare 62, ett par för var och en av de tre lindningarna 60.

Mellan varje par strömställare och varje lindning är en ström- sensor 64 inlagd.

Tre Hall-sensorer 66, närmare betedflmde H1, H2 och H3, uppmäter relativläget för rotorn och statorn. Hall-sensorerna är fästa vid statorn och är placerade omkring en magnetiserad skiva 68, som är mekaniskt kopplad (den streckade linjen 79) till rotorn 58.

Enligt fig 2 innefattar varje Hall-sensor 66 en Hall- -effektanordning 72, som är pålagd en likförspänning. Anord- ningens 72 utgång är kopplad till ingången på en förstärkare 78, vilken förspänns genom motstånd'80 och 82. Skivans 68 magnetfält B passerar genom anordningen 72 och bringar dennas utspänning att variera sinusformigt. Hall-anordningens utsignal förstärks linjärt av förstärkaren 78.

Enligt fig 3 innefattar varje strömställare en transistor 86, som har en över kollektor-emitter-övergången kopplad diod till bildande av en bana för lindningsströmmar, när transistorn 86 är frånslagen. Ett motstånd 90 och en kondensator 92 bort- filtrerar transienta strömmar. En basdrivarkrets 94 in- och urkopplar transistorn 86 och är optiskt kopplad till styrkläm- man 96 på en fotodiod 98. Effekt för basdrivarkretsen 94 er- hålls från en konventionell matarkälla (ej visad).

Enligt fig 4 innefattar strömsensorn 64 ett strömavkännan- de motstånd 100 med lågt värde, som ger ett mot lindningsström- men proportionellt spänningsfall, vilket förstärks av för- stärkaren 102. Polariteten på förstärkarens 102.utgång omkastas, när den genom motståndet 100 flytande strömmen omkastas.

- De tre Hall-sensorerna 66 är mekaniskt åtskilda 600 utmed skivans 68 periferi, vilket svarar mot en delning av 120 elektriska grader i diagrammet enligt fig 5. Den mekaniska del- KW 10 15 20 25 30 35' 40 5 465 397 ningen på 600 är ekvivalent med den elektriska delningen på 1200 till följd av de fyra magnetpolerna på skivan 68. Signal- vågformerna i fig 5 upprepas för varje 360 elektriska grader, vilket svarar mot en vridning av 180 mekaniska grader. För en åttapolig rotor skulle Hall-signalvågformerna upprepas för varje 900 mekanisk vridning.

Kommutering av strömmarna i lindningarna 60 uppträder en gång per 60 elektriska grader, vilket svarar mot en ändring av lindningsströmmen för varje 300 mekanisk vridning hos rotorn 58. Skivan 68 är så orienterad relativt rotorn 58, att kommu- teringssignaler avges närhelst en Hall-spänning passerar noll, vilket sker för varje 60 elektriska grader, varigenom sektorer på 60 elektriska grader definieras. I fallet med en fyrpolig motor kommer således hela kommuteringsproceduren att upprepas två gånger för varje varv hos rotorn 58. Såsom framgår senare detekteras slutet av en sektor på enkelt sätt genom jämförelse av Hall-utspänningen med en referenssignal på noll volt. Genom användande av en från noll skild referens kan andra rotorlägen bestämmas. De sinusformiga banorna H1 - H3 i fig 5 är tillräck- ligt linjärai.närheten av horisontalaxeln för att rotorns 58 läge skall kunna betraktas vara propörtionellt mot storleken av Hall-spänningen i detta område. Likaså, såsom senare fram- går, är det möjligt att omkoppla från en bana till en annan till erhållande av på varandra följande kvasi-linjära spän- ningar, som anger rotorläget.

Om nu fig 1 åter betraktas visas där systemet 50 inne- hålla komparatorer 106, vilka jämför Hall-spänningarna med en referenssignal, som erhålls från klämman A1 på en kontroller 108 (senare beskriven i anslutning till fig 7). Komparatorer- nas 106 utgångar kopplas genom en omkopplare 110 till ett register 112, som lagrar värdena på komparatorutspänningarna.

Varje komparatorutspänning är antingen hög (logisk.1) eller låg (logisk 0). En logisk 1 föreligger när Hall-spänningen är större än referensen, medan en logisk 0 föreligger, när Hall-spänningen är mindre än referensen. Således bildar de tre i registret 112 lagrade komparatorutsignalerna en tre-bits digitalsignal i Gray-kod, vilken, såsom visas i fig 5, en- tydigt identifierar.en av de sex kommuteringssektorerna.

Sektorenheten 114 (senare beskriven i anslutning till fig 6) omvandlar talet i registret 112 från Gray-kod till ett logiskt 10 15 20 25 30 35- 40 465 397 standardformat. En sektoridentifieringssignal uppträder vid : klämman E på sektorenheten 114, medan en sektorändringssignal uppträder vid klämman F.

Funktionen hos bryggkretsen 56 styrs genom signaler från ett läsminne (ROM) 116. ROM 116 adresseras genom sektoridenti- fieringssignalen vid klämman E, en vridmomentstyrsignal på ledningen 118 och strömordersignaler från klämman I pá ström- modulatorn 120 (senare beskriven). ROM 116 har tillräcklig lagringskapacitet för varje tillåten kombination av signaler för de sex styrklämmorna 96 på de sex omkopplarna 62.

För underlättande av beskrivningen av bryggkretsen 56 är det lämpligt att ytterligare identifiera strömställarna 62 med beteckningarna A - F och att ytterligare identifiera lind- ningarna-6O med beteckningarna A - C. Om således exempelvis strömställarna 62A och 62E är ledande, flyter ström från lind- ningen 60B in i lindningen 60A. Om rotorn 58 skall utsättas för vridmoment i den motsatta riktningen, skall strömställar- na 62B och 62D vara ledande, och ström skulle flyta frân lind- ningen 60A genom lindningen 6OB. Pulsbreddsmodulering åstad- kommes genom styrning av de tidsperioder, under vilka de olika strömställarna är i ledande tillstånd.

Kontrollern 108 ger en referenssignal vid klämman A1 för komparatorerna 106 och en sektorvalsignal vid klämman B1 för strömställaren 110 att antingen utvälja en viss komparator eller att i sekvens sampla var och en av komparatorerna.

Referenssignalen vid klämman A1 och valsignalen vid klämman B1 på kontrollern 108 kan åstadkommas genom en kretsanordning inuti kontrollern 108 eller alternativt helt enkelt kopplas genom kontrollern 108 via klämmorna A2 och B2 från en läges- mätningsenhet 122 (senare beskriven i anslutning till fig 7 och 8).

Lägesmätningsenheten 122 används för noggrann följning av rotorns.68 läge, när systemet 50 arbetar i lägesföljnings- mod. Lägesmätningsfunktionen âstadkommes genom inställning av ett värde för referenssignalen vid klämman A1, svarande mot ett värde på Hall-spänningen, som skall uppnås vid en fram- skjuten tidpunkt, och avgivande av en signal vid klämmorna 01 - BZ för val av den ifrågakommande-komparatorutsignalen.

När den logiska nivån hos signalen vid klämman D ändras, an- ger detta att rotorn 68 har uppnått det läge, som svarar mot anunnnnvgfmn-u-q-cuu- ~4--~-;1-»--a~- f=»«--- u --- -«~- -- --- - - (O) 10 15 20 25 30 35. 40 7 värdet på referenssignalen vid klämman A1.

En hastighetsmätningsenhet 124 är även anordnad för mät- ning av rotorns S8 hastighet, när systemet 50 arbetar i hastighetsföljningsmod. Hastighetsmätningsenheten 124 mäter hastigheten antingen genom räkning av sektorändringssignaler vid klämman F under ett på förhand bestämt tidsintervall eller genom räkning av klockpulser mellan sektorändringssignaler vid klämman F och bildande av det reciproka värdet av räkningen.

Den första metoden för hastighetsmätning är att föredra för högt varvtal och den andra för lågt varvtal. g En hastighets/läge-orderenhet 126 utväljer antingen läges- mätningen från klämman G på lägesmätningsenheten 122 eller hastighetsmätningen vid klämman M på hastighetsmätningsenheten 124 och kopplar den till klämman L på strömmodulatorn 120 (senare beskriven i anslutning till fíg 9). Orderenheten 126 dirigerar genom en signal vid klämman R kontrollern 108 att pålägga antingen referens- och väljarsignalerna vid klämmorna A2 och BZ eller de motsvarande signalerna vid klämmorna A1 och B1 till komparatorerna 106 och omkopplaren 110. Dessutom desig- nerar orderenheten 126 ett specifikt läges- eller hastighets- värde vid klämman K, vilket matas till strömmodulatorn 120 och tjänar som det beordrade läget eller hastigheten, som skall följas av systemet 50. Såsom senare visas i anslutning till fíg 11 jämför modulatorn 120 de beordrade och uppmätta kvantiteterna vid klämmorna K och L samt alstrar en strömorder- signal vid klämman I på basis av dessa.

Strömordersignalen vid modulatorns 120.klämma I tjänar som en partiell adress för ROM 116 och ger pulsbreddsmodule- ring av strömmarna i lindningarna 60. Pulsbreddsmoduleringen åstadkommes genom inställning av reglerbara övre och undre gränser för ett önskat medelvärde av strömmarna i lindningarna 60. En strömordersignal vid klämman I initieras, närhelst den uppmätta strömmen vid klämman J faller under den lägre gränsen, och avslutas, närhelst den uppmätta strömmen vid klämman J stiger över den högre gränsen.

Omkopplaren 128 påverkas av ROM 116 att utvälja den rätta strömsensorn 64 för åstadkommande av strömmätningen vid kläm- man J, beroende på vilka lindningar som aktiveras. När således ROM 116 kommuterar lindningsströmmarna, kommuterar det även signalerna från strömsensorerna 64. Med hänvisning till det 10 15 20 25 30 35 40 465 397 8 föregående exemplet, där ström flöt genom lindningarna 60A och 60B, men ej någon ström flöt genom lindningen 60C, säker- ställer omkopplaren 128 att klämman J kopplas antingen till strömsensorn 64A eller till strömsensorn 64B men ej till strömsensorn 64C.

Enligt fig 6 innefattar sektorenheten 114 ROM 130, för- dröjningsledníngar 132 och 134 samt komparatorer 136 och 138.

Sektorenheten 114 omvandlar Gray-kodsignalen i registret 112 till sektoridentifieringssignalen'vid klämman E och till sektorändringssignaler vid klämman P. Såsom visas i fig 6 före- kommer två sektorändringssignaler, av vilka den ena anger en sektorändring som åtföljs av en medurs vridning av rotorn 58, och den andra anger en sektorändring som åtföljs av moturs vridningl Som svar på en adress från registret 112 ger ROM 130 tre digitala ord, av vilka det första är en numerisk identifie- ring av den föreliggande sektorn, den andra är en numerisk identifiering av nästföljande sektor i det fall att rotorn 58 roterar medurs, och den tredje är en numerisk identifiering av därnäst följande sektor i det fall att rotorn 58 roterar mot- urs.

Såväl sektorenheten 114 som andra enheter i fig 1 styrs genom tids- och klocksignaler från en systemtidgivare med placering i orderenheten 126. Jämförelser utförs i följd mel- lan den föreliggande sektorn och var och en av de nästföljande sektorerna av komparatorerna 136 och 138 i beroende av klock- signaler, som avges av systemtidgivaren. Fördröjningsledningar 132 och 134 fördröjer matningen av de motsvarande sektorsig- nalerna till komparatorerna 136 och 138, så att utsignalerna från komparatorerna representerar jämförelser mellan den fönüiggnfie sektorn och de tidigare förutsagda värdena på nästa sektor. Klockpulserna uppträder många gånger under varje sektor, och många jämförelser utförs under varje sektor. Om ej någon likhet konstateras av endera komparatorn, alstras en logisk nolla vid båda utgångsklämmorna, vilket anger att någon sektorändring ej har inträffat. Om en sektorändring har upp- WY trätt med medurs vridning, kommer sektorns föreliggande värde att bli lika med det tidigare förutsagda värdet på den nästa sektorn för medurs vridning, och komparatorn 138 kommer att avge en logisk 1. Analogt kommer, om en sektorändring har upp- trätt med moturs vridning, den föreliggande sektorns värde 10 15 20 25 30 35' 40 465 597 att bli lika med det tidigare förutsagda värdet på nästföljan-.Il de sektor för moturs vridning, varför komparatorn 136 kommer att avge en logisk 1.

Enligt fig 7 har kontrollern 108 klämmor A1, B1, A2, BZ och R, vilka tidigare beskrivits i anslutning till fig 1.

Kontrollern 108 innefattar en omkopplare 140, en D/A-omvandlare 142, en källa 144 (såsom en digital kodare för avgivande av en referenssignal med nollvärde) och en räknare 146 (som räk- nar modulo 3). Modulo-3-räkningen svarar mot de tre Hall- -sensorerna 66 i fig 1. Såsom visas kopplar omkopplaren 140 en referenssignal från klämman A2 till klämman A1, vilken referens- signal av komparatorerna 106 används för jämförelse med de sínusformiga sígnalvågformer, som alstras av Hall-sensorerna 66 vid vridning av skivan 68. Likaså visas att omkopplaren 140 kopplar en Hall-väljarsignal från klämman BZ till klämman B1 för påverkan av omkopplaren 110 i fig 1 att utvälja en kompara- tor 106 och dess motsvarande Hall-sensor 66. Signalerna vid klämmorna A2 och BZ erhålls från lägesmätningsenheten 122.

I omkopplarens 140 alternativa läge avges referenssig- nalen för klämman A1 av källan 144, och väljarsignalen vid klämman B1 avges av räknaren 146. Som svar på klocksignaler från systemtidgivaren avger räknaren 146 en följd av tre adresser för omkopplaren 110, så att denna bringas att i följd sampla utsignalerna från komparatorerna 106. Omkopplaren 140 drivs av den från orderenheten 126 erhållna signalen vid klämman R.

Enligt fig 8 innefattar lägesmåtningsenheten 122 en räk- nare 180, en källa 182 för ett digitalt ord representerande 1, en summerare 184, ett register 186, en omkopplare 188, ett .ROM 190 samt ett ROM 192. ROM 192 avger referenssignalen vid klämman A2 och väljarsignalen vid klämman B2 som svar på en adress från ROM 190, som anger läget på rotorn i elektriska grader. Såsom framgår av diagrammet 194, placerat nära ROM 192, är referenssignalen vid klämman A2 en stegsignal, som följer den sinusformiga signalvågformen, vilken erhålls från Hall-sensorerna 66 vid vridningen av rotorn 58.-Värdena på referenssignalen föregår uppträdandet av de motsvarande värdena på Hall-spänningen. Med andra ord kommer Systemeï att vänta tills rotorn 58 har börjat vrida sig, vilket bringar Hall-spänningen upp (eller ned)_till referenssignalens 10 15 20 25 30 35 40 10 465 397 värde. När så sker ändrar en komparator 106 tillstånd, vilket innebär att rotorn 58 har uppnått ett specifikt, känt läge.

Om diagrammet i fig 5 betraktas, framgår av detta att blott de linjära områdena av Hall-spänningarna utnyttjas. Följ- aktligen visas i diagrammet i fig 8 de stegvisa ändringarna i referenssignalerna blott under de linjära delarna av den kurva, som representerar Hall-spänningen. Enligt fig 5 utväljs en olika Hall-kurva vid varje sektors mittpunkt för att härigenom blott utnyttja linjära delar. Denna utväljning åstadkommes genom omkopplaren 110 i fíg 1 som svar på signalerna vid kläm- morna B1 och B2. Eftersom ROM 192 ger både värdet på referens- signalen vid klämman A2 och selektorsignalen vid klämman BZ, blir valet av Hall-kurvan koordinerat för samtliga värden på referenssignalen.

Räknaren 180 ger en räkning, som av omkopplaren 188 kopp- las till ROM 192 och utgör en partiell adress. Återstoden av adressen ges hastighetssignalen vid klämman M. Räkningen från räknaren 180 på ledningen 198 representerar, bortsett från en skalfaktor, läget hos rotorn 58 på ledningen 196. Om sålunda varje räkning på ledningen 198 representerar 5 grader, kommer totalt 72 räkningar att representera-360 grader. Analogt kom- mer, om varje räkning på ledningen 198 representerar 20 grader, en räkning av 18 på ledningen 198 att representera 360 grader.

När ROM 190 avger det digitala ord, som representerar 360 grader, ger det även en återställningssignal, som genom led- ningen 200 kopplas till räknarens 180 återställningsklämma för återställning av räknaren 180 till noll, Den av ROM 190 använda skalfaktorn bestäms av hastighetssignalen vid klämman M. ROM 190 innehåller olika satser av de ord, som kan upp- träda på ledningen 196, varvid en sats svarar mot var och en av flera olika valda hastigheter vid klämman M. Genom användan- de av olika skalfaktorer kommer storleken av de stegvisa ök- ningarna i referenssignalen vid klämman A2 att ökas med hög hastighet, och färre steg per sektor förekommer vid hög . hastighet. Med detta skalval kan den hastighet, med vilken komparatorerna 106 samplas, förbli väsentligen oförändrad trots stora variationer i varvtalet.

' Eftersom räknaren 180 återställs var 360 grad, är en andra räknare 202 anordnad för räkning synkront med räknaren 180 men utan periodisk återställning. Härigenom kommer 10 15 20 25 30 35 40 11 ' 46.5 397 räknarens 202 räkning att representera det föreliggande' läget på rotorn eller på en belastning, som är mekaniskt kopp- lad till rotorn via en kuggväxel.

Räknaren 180 måste vara i stånd att räkna uppåt eller nedåt, beroende på rotorns 58 rotationsriktning. För avkänning av den rätta räkningsriktningen subtraheras ett.värde lika med 1 från källan 182 från räkningen på ledningen 198 genom summe- raren 184, varvid skillnaden lagras i registret 186. Omkopp- laren 188 får således ett val mellan två insignaler, nämligen räkningen på ledningen 198 och ett tal, som är lika med ett mindre än räkningen på ledningen 198 från registret 186. Om- kopplaren 188 omställs mellan de båda insignalerna genom en omkopplarstyrledning, som aktiveras genom en bistabil vippa 204, som i sin tur omställs genom klockpulser från systemtid- givaren. Omkopplarstyrsignalen på ledningen 206 kopplas av ett register 208 till uppåt/nedåt-styrklämman på räknarna 180 och 202.

Hall-komparatorutsignalen vid klämman D på omkopplaren 110 i fig 1 kopplas till registret 208 genom omkopplaren 216 för att stroba registret att acceptera omkopplarstyrsignalen på ledningen 206. Närvaron av komparatorutsignalen på ledningen 210 anger att en lyckad jämförelse har utförts mellan Hall- -spänningen och antingen den mot räkningen på ledningen 198 svarande referenssignalen eller den mot den minskade räkningen från registret 186 svarande referenssignalen. Omställningen mellan räkningen på ledningen 198 och den minskade räkningen visas även i diagrammet 194, där värdet på_referenssignalen svänger fram och tillbaka, såsom visas genom den streckade kurvan 212. Således representerar den omkopplarstyrsignal, som föreligger på ledningen 206 när en Hall-komparatorutsignal föreligger på ledningen 210, rotationsriktningen hos rotorn 58. Vid strobning av signalen på ledningen 206 in i registret 208 bringas räknarna 180 och 202 att räkna uppåt eller räkna nedåt i överensstämmelse med rotorns 58 rotationsriktning.

För säkerställning av att räknarna 180 och 202 icke framdrivs förrän efter det att omkopplarstyrsignalen på ledningen 206 har instrobats i registret 208 och räkningens riktning har fastställts, är en fördröjningsledning 214 inlagd mellan led- ningen 210 och räknarna 180 och 202.

Beträffande de kvasi-linjära områdena i diagrammet en- 10 15 20 25 30 35 40 12 465 397 ligt fig 5 kan noteras, att vartannat av områdena har om- kastad lutning. Således svarar en positiv felsignal, som er- hålls med den ena lutningen, mot en negativ felsignal, som er- hålls med den nästföljande lutningen. För kompensering av den föregående omkastningen i polaritet är omkopplaren 216 och inverteraren 218 i fig 8 inlagda mellan klämman D och ledning- en 210. Omkopplaren 216 utväljer antingen signalen vid klämman D eller signalens komplement. Omkopplaren 216 manövreras av ROM 192 i synkronism med valet av Hall-komparatorutsignalen på ledningen 210 alltid har den rätta polanüætaiför strobning av registret 208 och för framstegning av räknarnas 180 och 202 räkning. Komparatorsignalen på led- ningen 210 strobar även ett register 220 för läsning av räkne- ställningen hos räknaren 208 innan denna framstegas till nästa räkning.

En ackvisitionskrets är även anordnad från att från början inhämta läget på rotorn 58, så att lägesföljning kan påbörjas.

Ackvisitionskretsen har ett ROM 222, en summerare 224, ett register 226 för successiv approximation samt en inverterare 228. Räknarens 180 räkneställning bringas först in i den rätta sektorn med hjälp av ROM 222, som av~summeraren 224 kopplas till förinställningsklämman på räknaren 280. Sektorsignalen på klämman E, även visad i fig 1, adresserar ROM 222 att ge den räkning, som betecknar början av denna sektor. Följaktligen börjar räknaren 180 att räkna vid början av sektorn. Denna räk- ning modifieras av summeraren 224, vilken adderar en signal från registret 226 till signalen frân.ROM 222. Successiv- -approximations-registret 226 ger digitala ord, som represen- terar en sats numeriska värden, vilka oscillerar i storlek och avtar mot ett stabilt värde. Registret 226 styrs genom en återkopplingssignal på ledningen 210, som för registret 226 anger, att värdet på dettas utgående digitala ord skall ökas eller minskas. Det logiska tillståndet (1 eller 0) hos sig- nalen på ledningen 210 är beroende av huruvida värdet på re- _ ferenssignalen är större eller mindre än värdet på Hall- -spänningen. Därför reagerar registret 226 för den logiska nivån på ledningen 210 genom att kontinuerligt framflytta det antagna läget på rotorn 58, tills den logiska nivån på led- ningen 210 ändras, vid vilken punkt registret 226 minskar det antagna läget på rotorn 58. Vid slutet av följden successiva I) 10 15 20 25 30 35" 40 13 ' 465 397 approximationer återspeglar det förinställda värdet i såväl räknaren 180 och räknaren 22 exakt rotorns 58 läge.

Enligt fig 9 har hastighets/läge-orderenheten l20k1åmwr M, G, L, K och R, vilka även återfinns i fig 1. Orderenheten 126 innefattar omkopplare 250 och 252, en summerare 254, ett register 256, ett ROM 258, en klocka 260 och en räknare 262.

Med omkopplarna 250 och 252 i de visade lägena kopplas den vid klämman M uppmätta hastigheten direkt till klämman L, och den beordrade hastighetssignalen uppträder vid klämman K.

Den beordrade hastighetssignalen erhålls från ROM 258 på basis av ett önskat läge, till vilket rotorn 58 i fig 1 skall vridas. ROM 258 används därför i en sammansatt arbetsmod, där rotorn bringas till ett designerat läge i en tvåstegsoperation.

I det första steget drivs motorn med en hög hastighet, eller 'med en designerad hastighetsprofil, för att bringa motorn till approximativt det önskade läget. Därefter arbetar systemet i en lägesföljningsmod. Under det första steget upp- träder hastighetssignaler vid båda klämmorna L och K, varvid den beordrade hastigheten uppträder vid klämman K och den uppmätta hastigheten uppträder vid klämman L. Under det andra steget uppträder det beordrade läget"vid klämman K och det uppmätta läget uppträder vid klämman L. Omkopplaren 250 åstadkommer övergången i funktion mellan det första och det andra steget. Omkhpplaren 252 används för ersättning av två- stegsoperationen med en hastighetsföljningsarbetsmod. I hastig- hetsföljningsmoden uppträder en uppmätt hastighet vid klämnan L, medan en beordrad hastighet uppträder vid klämman K.

Beträffande tvåstegsoperationen ges hastighetsprofilen av ROM 258 som svar på en följd av adressignaler, kopplade _till minnet från räknaren 262, vilken räknar klockpulssignaler från klockan 260 under kontroll av en tidsignal vid klämman T. Den tidigare nämnda systemtidgivaren, här betecknad 264, avger tidssignalen vid klämman T för drift av klockan 260 samt tidssignalerna och klockpulssignalerna för de andra enheterna i det i fig 1 visade systemet 50. Följaktligen kommer ROM 258, när räknaren 262 framstegas, att avge en följd utgångsord, vilka inställer de hastigheter, vid vilka rotorn skall rotera vid specifika tidpunkter, varvid en enkel form av hastighets- profil visas i ett diagram 266 i närheten av ROM 258.

Räknaren 262 avger blott en partiell adress till ROM 258, 10 15 20 25 30 35 40 14 vÄ%§ää rššåzn av adressen ges av registret 256. Registret 256 lagrar skillnaden mellan det önskade slutläget och det före- liggande läget på rotorn 58. I överensstämmelse med den av registret 256 givna delen av adressen ändras hastighets- profilen från ROM 258 för relativt korta sträckor av rotor- rörelsen, där det skulle vara opraktiskt att driva upp motorn till maximal hastighet. Följaktligen utväljer den partiella adressen från registret 256 en lämplig hastighetsprofil i en sats av hastighetsprofiler för användande av relativt små differenser i läget.

Orderenhten 126 innefattar vidare en komparator 268, en referens 270 (innefattande en källa för ett digitalt ord, som representerar en lägesfelgräns), en lägeskodare 272 (för designering av ett önskat slutläge för rotorn), och en hastig- -hetskodare 274 (för designering av en önskad hastighet, vid vilken motorn skall drivaâ. I stället för kodarna 272 och 274 kan digitalord, som ges av ett yttre system, såsom en tröghetsnavígator i ett flygplan, införas i systemet vid denna punkt för designering av ett önskat läge och/eller en önskad hastighet. Kodarna 272 och 274 strobar systemtidgivaren 264 att börja tidsinställa de olika systëmöperationerna.

Summeraren 254 avger en lägesfelsignal genom subtrahe- ring av den vid klämman G uppmätta lägessignalen från det av kodaren 272 designerade önskade läget. Denna differenssignal kopplas förutom att den matas till registret 256 även till komparatorn 268, som jämför skillnaden i läge med en referens, som svarar mot en lägesfelgräns. Om skillnaden i läge är mindre än referensen (lägesfelet mindre än lägesfelgränsen), aktiverar komparatorn 268 omkopplaren 250, och det vid klämman _G uppmätta läget kopplas till klämman L, och det designerade slutläget på rotorn 58 kopplas till klämman K. övergången mel- lan det första och det andra steget i tvåstegsoperationen för att bringa rotorn 58 i ett desígnerat läge har därmed full- bordats.

Omkopplaren 252 kan påverkas av hastighetskodaren 274 så att endast den av kodaren 274 beordrade hastigheten upp- träder vid klämman K. Således tillåter orderenheten 226 systemet att arbeta antingen i en hastighetsföljníngsmod eller i tvåstegssekvensen, innefattande en hastighetsföljningsmod följd av en lägesföljningsmod. Tvåstegssekvensen ínitieras av 10 15 20 25 30 35- 40 15 -' 465 3,97 lägeskodaren 272, som alstrar en signal vid klämman R för på- verkan av omkopplaren 140 i kontrollern 108 (fig 7). Läges- kodaren 272 bringar de vid lägesmätningsenhetens 122 klämmor A2 och B2 uppträdande referenssignalerna och Hall-väljarsig- nalerna (fig 8) att uppträda vid kontrollerns 108 klämmor A1 och B1 för påverkan av komparatorerna 106, såsom tidigare be- skrivits.

Om nu fig 10 betraktas visas där hastighetsmätningsen- heten 124 innefatta två kanaler, varvid den övre kanalen an- vänds för hög hastighet och den undre kanalen för låg hastig- het.

JK-vippa 278, vilka är kopplade till de båda sektorändrings- signalerna vid klämman F. Den på ledningen 208 uppträdande Rotationshastigheten ges av en ELLER-grind 276 och en rotationsriktningen, och den på ledningen 282 uppträdande rotationshastigheten ger en fullständig beskrivning av hastig- heten. ELLER-grinden 276 ger på ledningen 284 antingen medurs- ändringssignalen eller motursändringssignalen från klämman F, varigenom signalen på ledningen 284 anger en ändring i sektor oberoende av rotationsriktningen. JK-vippan 278 ger på led- ningen 208 en logisk 1 eller en logisk 0 beroende på vilken av sektorändringsledningarna vid kläfimah F smnbefümersigi. logisk 1-tillstånd. Följaktligen anger det logiska tillståndet hos signalen på ledningen 280 rotationsriktningen. Den övre kanalen i fig 10 innefattar en grind 286, en tidgivare 288, en inverterare 290, en räknare 292, ett register 294, en källa 296 för en referenssignal, en komparator 298 samt en hastig- hetsindikator 300. vippa 302, en klocka 304, en grind 306, en inverterare 308, en räknare 310, ett register 312, ett ROM 314 samt en hastig- hetsindikator 316. De övre och undre kanalerna är genom en omkopplare 318 kopplade till ett skiftregister 320, vars ut- gång genom en subtraherare 322 är kopplad till en accelerations- indikator 324.

För mätning av högt varvtal räknar räknaren 292 sektor- Den undre kanalen innefattar en bistabil ändringssignalerna på ledningen 284, varvid en följd av sektor- ändringssignaler av grinden 286 förmedlas till räknaren 292 som svar på en tidssignal från tidgivaren 288. Driften av tidgivaren 288 startas genom en tidssignal vid klämman T från systemtidgivaren 264 (fig 9). Antalet sektorändringssignaler, som~år-räknaren 292 räknas under det på förhand bestämda tids- 10 15- 20 25 30 35 40 16 intšåäalâšåïär proportionellt mot varvtalet och är därför, bortsett från en skalfaktor lika med varvtalet. Registret 294 strobas av tidgivaren 298 via inverteraren 290 till att läsa innehållet i räknaren 292 vid slutet av räkningsintervallet.

Den i registret 294 lagrade resulterande räkningen matas till indikatorn 300 för att ge en indikering av hastigheten.

För mätning av lågt varvtal räknar.räknaren 310 från klockan 304 under det tidsintervall, som förflyter mellan konsekutiva sektorändringssignaler på ledningen 284. Klock- pulserna från klockan 304 förmedlas av grinden 306 till räk- naren 310, varvid grinden 306 aktiveras genom omställningen av den bistabila vippan 302 genom på varandra följande sektor- ändringssignaler på ledningen 284. Vid slutet av räknings- intervallet förmedlas bakkanten av pulsen från vippan 302 av inverteraren 308 för att stroba registret 312, som lagrar innehållet i räknaren 310 för adressering av ROM 314. Räkne- ställningen i registret 312 är proportionell mot intervallet mellan på varandra följande sektorändringssignaler. Eftersom varvtalet är omvänt proportionellt mot intervallet mellan på varandra följande sektorändringssignaler, ger ROM 314 utgångs- ord, som är numeriskt lika med det reciproka värdet av den till ROM 314 matade adressignalen. Utsignalen från ROM 314 matas till indikatorn 316 för indikering av hastigheten.

För erhållande av en indikering av accelerationen lagras på varandra följande hastighetsvärden i ett skiftregister 320.

De på varandra följande värdena matas därefter till en subtraherare 322, som bestämmer skillnaden mellan de båda hastighetsmätningarna. Skillnadssignalen från subtraheraren 322 matas därefter till indikatorn 324 för indikering av accelerationen.

För erhållande av en indikering av hastigheten på ledning- en 382 samt en indikering av acceleratiönen, både för högt och lågt varvtal, utväljer omkopplaren 318 antingen utgången på registret 294 eller utgången på ROM 314. Omkopplaren 318 drivs av komparatorn 292, vilken jämför hastighetssignalen vid registrets 294 utgång med en av källan 296 avgiven referens- signal. När utsignalen från registret 294 är större än referen- sen, inställer komparatorn 292 omkopplaren 318 i höghastighets- läget och kopplar utsignalen från registret 294 till ledningen 282. När utsignalen från registret 294 faller under referens- 10 15 20 25 30 35 40 17 värdet, omställer komparatorn 298 omkopplaren šilš hastighetsläget och kopplar utsignalen från ROM 314 till led- ningen 282.

Enligt fig 11 innefattar strömmodulatorn 120 ett ROM 350, D/A-omvandlare 352 och 354, en förstärkare 356, komparatorer 358 och 360 samt en bistabíl vippa 362. ROM 350 mottar på ledningen 364 en adress, som designerar den önskade amplituden och riktningen på strömmen för lindningarna 60 (fig 1).

Värdet på den via adressen på ledningen 364 beordrade strömmen står i relation till strömmens medelvärde. Den verkliga ström- men, såsom denna uppmäts av strömsensorerna 64 (fig 1) och kopplas till modulatorn 120 via klämman J, återges i ett dia- gram 366 i närheten av klämman J i fíg 11.

För aktivering av lindningarna genom strömställarna 62 . i bryggkretsen 56 (fig 1) avger ROM 350 på ledningen 118 en enbitssignal, som designerar riktningen hos strömmen, svarande mot ett medurs eller moturs motorvridmoment.Dessutom avger ROM 350 två digitala ord som svar på adressen på ledningen 364, varvid det ena ordet anger en övre strömgräns, som matas till D/A-omvandlaren 352, och det andra ordet anger en undre strömgräns, som matas till D/A-omvandlaren 354. De av omvand- larna 352 och 354 alstrade analoga spänningarna matas som referenssignaler till respektive komparatorer 358 och 360.

Den vid klämman J uppmätta strömmen förstärks av förstärkaren 356 och matas till komparatorerna 356 och 358. Om amplituden på den uppmätta strömmen överstiger den övre gränsen, avger komparatorn 358 en logisk 1-signal, som ställer vippan 362.

Om värdet på den uppmätta strömmen är mindre än den undre gränsen, avger komparatorn 360 en logisk 1-signal, som åter- ställer vippan 362. Vippans 362 utgång är via klämman I för- 'bunden med bryggstyrningen ROM 116 (fig 1) och uppvisar an- tingen en logisk 1 eller en logisk 0. Det ena av dessa logiska tillstånd bringar ROM 216 att initiera en strömorder, medan det andra bringar ROM 116 att avsluta en strömorder.

För exempelvis en ström med positiv riktning kommer, när strömmen uppnår den övre gränsen, en strömorder att avslutas, och när strömmen når den undre gränsen initieras en ström- order. Signalen vid klämman I visas även genom den streckade kurvan i diagrammet 366. Till följd av lindningarnas 60 in- duktans och filtrerande verkan uppträder ej några skarpa 10 15 20 25 30 3S_ 40 465 597 “S strömpulser utan i stället bildas relativt små vågor, samman- satta av exponentiellt ökande och minskande komponenter, var- vid strömmen svänger kring medelvärdet.

Såsom tidigare påpekats kan signalerna vid klämmorna K och L vara antingen läges- eller hastighetssignaler, varvid signalen vid klämman K är det önskade värdet och signalen vid klämman L det uppmätta värdet. Strömordersignalen på ledning- en 364 är ett resultat av integreringen av skillnaden mellan signalerna vid klämmorna K och L. Det digitala ord, som repre- senterar skillnaden mellan signalerna vid klämmorna K och L, är helt enkelt ett enbitsord vid denna belysande utföringsform av uppfinningen, varvid bör observeras att även flerbitsord kan användas.

Det enbitsord, som beskriver skillnaden mellan signalerna . vid klämmorna K och L, alstras av komparatorn 368. Integre- ringsoperationen börjar med summeraren 370, registret 372 och en källa 374 för ett digitalt ord med värdet 1. Registrets 372 utgång är kopplad till den ena ingången på summeraren 370.

Källans 374 utgång är kopplad till den andra ingången på sum- meraren 370. Utsignalen från komparatorn 368 tjänar som teckenbit för att beordra summerarenw37O addera,eller subtra- hera, signalen från källan 374 till innehållet i registret 372.

Vid successiv strobning av registret 372 kommer värdet på innehållet i registret 372 att stiga eller falla i överens- stämmelse med teckenbiten från komparatorn 368. Strobningen av registret 372 åstadkommes av de båda sektorändringssígnaler- na vid klämman F, vilka via en ELLER-grind 376 är kopplade till registret 372 för att åstadkomma strobning vid början av varje sektor obemænde av rotationsriktningen.

Modulatorn 120 innefattar vidare källor 378 och 380 för 'referenssignaler, komparatorer 382 och 384, en ELLER-grind ass, en källa sas för ett dlgltelt ord like med eu värde like medl en summerare 390, ett register 392 och en källa 394 (som kan I vara en kodare), vilken avger ett digitalt ord som förinstäl- ler regístret 392 på ett specifikt värde.

Utsignalen från registret 372 jämförs med en övre referens från källan 378 och med en undre referens från källan 380 med hjälp av respektive komparatorer 382 och 384. Om re- gisterutsignalen är större än den övre referensen eller mindre än den undre referensen, kommer komparatorn 382 resp kompara- 10 15 20 25 30 35 40 19 ' 465 597 torn 384 att via ELLER-grinden 386 förmedla en logisk 1-sig- nal för strobning av registret 392. Komparatorns 384 logiska nivå tjänar även som teckenbit för påverkan av summeraren 390 på samma sätt som tidigare beskrivits för summeraren 370.

För varje strobning av registret 392 ökas eller minskas dettas innehåll med 1 från källan 388 i överensstämmelse med den logiska nivån på teckenbiten från komparatorn 384. För små änd- ringar i värdet på registrets 372 innehåll förekommer således ej någon strobning av registret 392. Om emellertid registret 372 genomgår en relativt stor ändring, uppträder upprepade strobningar av registret 392 med åtföljande ökning eller minsk- ning av värdet på det i registret lagrade talet. Värdet på innehållet i registret 392 uppträder på ledningen 364 som adress till ROM 350. På detta sätt ger strömmodulatorn 120 en 'filtrering via integrering av slingfelsignalen (skillnaden mellan signalerna vid klämmorna K och L) för utförande av sluten återkopplingsstyrning.

När í drift den önskade hastigheten (eller läget) över- stiger den uppmätta hastigheten (eller läget) under ett tids- intervall, som sträcker sig genom flera sektorer, kommer re- ferenssignalerna för komparatorerna 353 och 360 att av ROM 350 höjas för att härigenom öka medelvärdet på strömmen i motorlindningarna. Analogt kommer, när värdet på signalen vid klämman K faller under värdet på signalen vid klämman L, ROM 350 att sänka värdet på referenssignalerna till komparatorerna 358 och 360 med resulterande minskning i lindningsströmmens medelvärde.

I fig 12 visas en alternativ form av strömmodulatorn 400, som kan användas i stället för modulatorn 120, när någon drift i läges- eller hastighetsföljningsmod ej önskas. Modulatorn 400 kan användas när man önskar maximera effekten från en motor, som nyttjar en kraftkälla med begränsad kapacitet, så- som en solcell. Vid vissa operationer, såsom pumpning av vat- ten, behöver själva hastigheten hos den pumpen (ej visad) drivande motorn ej hållas på ett på förhand bestämt värde, eftersom vatten kan pumpas med varierande hastigheter. Emel- lertid är produkten av motorns vridmoment och motorhastigheten bestämmande för motorns utgående effekt och den mängd vatten, som kan pumpas. Följaktligen varierar strömmodulatorn 400 såväl den skenbara impedans, som av motorn uppvisas mot käl- 10 15' 20 25 30 35 40 465 597 N lan, som varvtalet, till âstadkommande av maximal effektöver- föring från källan till motorn.

Modulatorn 400 innefattar en frekvensdelare 402 (för re- duceringav klockpulsernas frekvens), en räknare 404 (för räk- ning av klockpulserna), en komparator 406, en bistabil vippa 408, en räknare 410, en källa 412 för ett digitalt ord, ett skiftregíster 414 och en komparator 416. Vippan 408 ställs och återställs i tur och ordning av räknaren 404 och kompara- torn 406 till åstadkommande av ett pulståg vid klämman I, där varje puls har en logisk nivå lika med 1, och avståndet mellan pulserna har en logisk nivå lika med 0. Längden av varje puls vid klämman I är lika med längden av en av ROM 116 (fig 1) beordrad strömpuls. En variation i längden av pulserna vid klämman I resulterar i en motsvarande variation i intermittens- faktorn för de strömpulser, som tillförs av bryggkretsen 56 (fig 1). När intermittensfaktorn är liten, flyter i medeltal relativt liten ström från källan 54. Med en högre intermittens- faktor flyter mer ström. Således kan förhållandet mellan käl- lans S4 spänning och den av denna åstadkomna medelströmmen bringas variera med en resulterande förskjutning i storleken av motorns skenbara impedans. Vidarewförekommer en motsvarande ändring i den till motorn matade effekten, nämligen produkten av källans 54 spänning gånger medelströmmen.

För att pröva huruvida motorn mottar maximal effekt, övervakar modulatorn 400 den uppmätta hastigheten vid klämman L. Signalerna vid klämmorna K, F och J utnyttjas ej av modula- torn 400. Modulatorn 400 ger en långsam variation i inter- mittensfaktorn hos signalen vid klämman I, vilken variation är långsam i jämförelse med den dynamiska svarstiden för motorn 52 och dennas belastning. En variation i intermittens- faktorn kan resultera i antingen en ökning eller en minskning i varvtalet. Om det antas att belastningen, såsom ovannämnda vattenpump, ger ett relativt konstant vridmoment gentemot rotorn över ett användbart område av motorhastigheter, kan motorhastigheten tas som mått på motorns uteffekt. Följaktligen kan modulatorn 400, genom observering av den från en långsam variation i intermittensfaktorn resulterande motorhastigheten, reglera intermittensfaktorn för att härigenom åstadkomma maxi- mal effektöverföring till motorn.

Utsignalerna från räknaren 410 och referensen 412 inne- 10 15 20 25 30 35 40 21 6 46-5 5,97 fattar ett digitalt ord med ett värde, mot vilket komparatorn 406 jämför innehållet i räknaren 404. Räknaren 404 räknar modulo NZ och återställer sig själv, vid vilken tidpunkt den avger en puls till ställingången på vippan 408. När sedan räkningen uppnår det tal, som ges av räknaren 410 och referen- sen 412, återställer komparatorn 406 vippan 408. Om räknarens 410 räkneställning och digitalordet från referensen 412 för- blir konstanta, har varje puls i signalvågformen vid klämman I konstant längd. ' En långsam variation i längden av pulserna vid klämman I åstadkommes genom divideraren 402 och räknaren 410. Om det an- tas att dividerarens 402 värde pâ N1 är åtta gånger värdet på NZ, kommer en klockpuls att av divideraren 402 matas till räknaren 411 för var åttonde utpuls från räknaren 404, och räk- naren 410 framstegar långsamt sin räkneställning. De mest signifikanta bitarna i digitalordet från räknaren 410 och referensen 412 har konstant värde och erhålls från referensen 412. De minst signifikanta bitarna erhålls från räknaren 410.

Därför förekommer en långsam variation och en relativt liten ändring i det tal, som ges av räknaren 410 och referensen 412.

Skiftregistret 414 lagrar successivamvärden på den uppmätta hastigheten vid klämman L, varvid ett sampel på den uppmätta hastigheten tas av registret 414 för varje strobning av detta genom en klockpuls från divideraren 402. Två successiva värden på den uppmätta hastigheten uttas från registret 414 och jäm- förs i komparatorn 416. Utsignalen från komparatorn kopplas till uppåt/nedåt-styrningen för räknaren 410 genom en krets, som innefattar en bistabil vippa 420, en OCH-grind 422 samt ett ROM 424. ROM 424 ger som svar på en ändring i rotorns 58 hastighet och som svar på räknarens 410 räkneriktning logiken för beordran av en ändring i räknarens 410 räkneriktning.

Funktionen hos ROM 424 i samband med de andra kretsele- menten beskrivs nedan. Ledningar 426 och 428 ger adressen till ROM 424, varvid ledningen 426 ger en partiell adress, som signalerar räknarens 410 räkneriktning. Ledningen 428 ger den återstående delen av adressen, vilken signalerar huruvida varvtalet stiger eller faller. Om varvtalet stiger, blir ett senare hastighetssampel V2 större än tidigare sampel V1. Om varvtalet faller, blir ett tidigare hastighetssampel V1 större än ett- senare sampel V2. Komparatorn 416 jämför de båda 10 15 20 25 30 35 40 22 465 597 _ hastighetssamplen och avger en logisk 1-signal på ledningenii 428 för en stigande hastighet och en logisk 0-signal för fallande hastighet. Beträffande ledningen 426 anger en logisk 1 att räknaren 410 räknar uppåt, medan en logisk 0 anger att räknaren 410 räknar nedåt. Således beskriver adressen till ROM 424 både stadiet i räkningen och stadiet i ändrande hastig- het.

ROM 424 aktiverar OCH-grinden 422 att förmedla en klock- puls från divideraren 402 till vippan 420 för strobning av denna. Strobningen omställer vippan 420 att ändra räknerikt- ningen för räknaren 410. Om exempelvis rotorhastigheten faller medan räknaren 410 räknar uppåt, dirigerar ROM 424 en strob- ning av vippan 420 för att ändra räkneriktningen, så att räk- naren 410 räknar nedåt. Om å andra sidan rotorhastigheten fal- -ler medan räknaren 410 räknar nedåt, beordrar ROM 424 en strob- ning av vippan 420 att bringa räknaren 410 räkna uppåt. Om rotorhastigheten stiger, kvarhåller ROM 424 vippans 420 till- stånd genom matning av en logisk 0-signal till OCH-grinden 422.

Räknarens 410 räkneställning kvarhålls vid eller approximativt vid det värde, som resulterar i en intermittensfaktor i puls- tåget vid klämman I, som maximerar effektöverföringen från källan 54 till motorn 52 i fig 1.

I fig 13 visas ytterligare en strömmodulator 450, som kan användas tillsammans med strömmodulatorn 120 och brygg- kretsen 56 i fig 1 i något modifierad form, när man önskar driva en motor med maximal effektivitet. Före den närmare be- skrivningen av fig 13 bör observeras att statorlindningarna på en motor kan förbindas i stjärnkoppling, varvid Y-konfígura- tionen i fig 1 är ett exempel på en stjärnkoppling. Alterna- tivt behöver lindningarna ej vara förbundna med varandra, i vilket fall två ledare uttas för varje lindning i och för separat aktivering av denna. Ett exempel på en motor med sepa- rat magnetiserade lindningar är tvåfasmotorn, där lindningarna magnetiseras med strömmar, som är 900 fasförskjutna för att härigenom alstra ett roterande magnetfält.

I fallet med motor med separat magnetiserade statorlind- ningar har det visat sig att större effektivitet i omvandling- en av elektrisk energi till mekanisk energi erhålls genom be- gränsning av strömflödet i en lindning till de tidsinterval- ler, när förhållandet mellan vridmoment och ström befinner 10 15 20 25 30 35 40 23 sig vid eller nära ett maximum. Förhållandet meLQ¿h5vr§d}7 moment och ström varierar i överensstämmelse med rotorpolernas lägen relativt statorlindningarna., Detta förhållande varierar sinusformigt med rotorns rotation, såsom även Hall-sensorut- spänningarna gör. Således kan Hall-spänningarna användas för identifiering av det tidsintervall, när vridmoment/ström-för- hållandet ligger vid eller nära maximum, för att styra aktive- ringen av lindningarna så att effektiviteten i motordríften maximeras. Strömmodulatorn 450 i fig 13 avslutar strömflödet under dessa perioder, när vridmoment/ström-förhâllandet är relativt lågt,och maximerar därmed motordriftseffektiviteten.

För belysning av kopplingen av strömmodulatorn 450 med en motor har de tre lindningarna 60 i fig 1 behållits, men de har separat förbundits med en bryggkrets genom uttagning av .två ledare för varje lindning, såsom visas vid den modifierade motorn 52A i fig 13. Genom dessa tillkommande ledare har brygg- kretsen 56 i fig 1 modifierats att bilda bryggkretsen 56A i fig 13, där ytterligare grenar med strömställare 62 är anord- nade. En sats på fyra strömställare används nu för varje lind- ning 60. Matarkällan 54 är kopplad till var och en av ström- ställarna 62 under följande av förbindningarna i fig 1. ROM 116 i fig 1 är modifierad till bildande av ROM 116A i fig 13 genom anordnande av ytterligare lagring och utgångsledningar för styrning av de ytterligare strömställarna i bryggkretsen 56A.

Vid strömmodulatorn 120 i fig 11 hade en enda utgângskläm- ma I anordnats för beordran av strömmen till bryggkretsen 56 i fig 1, eftersom en enda ström flyter genom motorns S2 lind- ningar. I fallet med motorn 52A i fig 13, där flera strömmar kan flyta samtidigt, är emellertid strömmodulatorn 120 i fig 11 modifierad i överensstämmelse med strömmodulatorn 120A i fig 13 till åstadkommande av ytterligare utgångsstyrledning- ar. I fig 13 visas blott en del av strömmodulatorn 120A, eftersom återstoden är identiskt lika den för strömmodulatorn 120 i fig 11. Således är i stället för den enda vippan 362 i fig 11 tre vippor 362 anordnade i modulatorn 120A i fig 13.

Analogt har antalet D/A-omvandlare och antalet komparatorer och förstärkare ökats. Således förekommer tre satser kompara- torer 358 och 360, tre satser omvandlare 352 och 354 samt tre förstärkare 356. Omkopplaren 128 i fig 1 har utelämnats vid 10 15 20 25 30 35 40 465 3 7 24 9 utföringsformen enligt fig 13, eftersom signalerna från samt- liga tre strömsensorer 64 nu erfordras samtidigt för drift av de tre satserna komparatorer 358 och 360 för jämförelse av amplituderna på respektive lindningsströmmar med de övre och undre strömgränser, som ges av de tre satserna omvandlare 352 _och 354. Dessutom har ROM 350 i fig 11 modifierats att bilda ROM 350A i fig 13 genom komplettering med ytterligare lagring och utgångsledningar för ackommodering av de ytterligare sat- serna omvandlare 352 och 354. Den på ledningen 364 förekomman- de strömordersignalen, som adresserar ROM 350A i fig 13, är samma strömordersignal på ledningen 364, som adresserar ROM 350 i fig 11.

Den ytterligare strömmodulatorkretsen 450 i fig 13 är in- kopplad mellan strömmodulatorns 12OA utgångsklämmor och brygg- kretsens 56A ingångsklämmor. Genom jämförelse med krets- arrangemanget i fig 1 och 11, där signalen vid klämman I från den enda vippan 362 kopplas direkt som adressignal till ROM 116, ombesörjer kretsen enligt fig 13 att utsignalerna från vipporna 362 i modulatorn 120A genom OCH-grindar 452 i modu- latorn 450 och via respektive klämmor I1, IZ och I3 som adressignaler kopplas till ROM 116A."De andra adressignalerna till ROM 116A är vridmoments- och sektorsignalerna, såsom be- skrivits i fig 1. Således följer arrangemanget av kopplingar i fig 13 det i fig 1 visade med undantag av att tre ström- orderledningar är anordnade i fig 13 i stället för den enda strömorderledningen i fig 1, varvid varje strömorderledning passerar via en OCH-grind 452 i den ytterligare modulator- kretsen 450. Såsom nu skall beskrivas spärrar OCH-grindarna 452 passagen för strömordersignalerna från vipporna 362 under de tidsintervaller, när förhållandet mellan vridmoment och ström är allt för lågt för att maximera effektiviteten hos motorn 52A.

Strömmoduleringskretsen 450 innefattar vidare detektorer 455, 456 och 457, räknare 459, 460 och 461, bistabila vippor 463, 464 och 465, en sats tre komparatorer 468, ett om tre komparatorer 467, en sats om ROM 470, ett register 472, en räk- vippa 476. Detektorerna 455-457 avkodar sektorsignalen vid klämman E i fig 1 och detekterar nare 474 samt en bistabil den första, den tredje och den femte sektorn, svarande mot noll, 120 och 240 elektriska grader. 10 15 20 30 351 40 zs 465 397- Som svar på en lämplig signal vid klämman E strobarudetek-ll torerna 455-457 motsvarande räknare 459-461 att räkna klock- pulser, varvid räkneställningen i varje räknare representerar den i varje sektor förflutna tiden. Räkneställningarna i räk- narna 459-461 matas till satsen komparatorer 467-468 för jäm- förelse med ett par av digitala ord från ROM 470, vilka ord designerar de start- och stopptider, under vilka ström effektivt kan matas till motorlindningarna under de av respek- tive par Hall-spänningar definierade sektorerna. Komparatorer- na 467-468 är kopplade till ställ- resp återställningsklämmor- na på vipporna 463-465, vilka avger utgångspulser, som designe- rar de intervaller, under vilka ström matas till de motsvaran- de motorlindningarna. Utsignalerna från vipporna 463-465 aktiverar var sin av OCH-grindarna 452 för förmedling av strömordersignalerna till ROM 116A.

Diagrammen 478 i fig 13 visar en sinusformig variation i förhållandet mellan vridmoment och ström som funktion av tiden eller, ekvivalent, som funktion av rotorrotationen. Såsom tidigare påpekats varierar både Hall-spänningarna och vrid- moment/ström-förhållandet på sinusformigt sätt. Följaktligen är även var och en av kurvorna i diagrammen 478 betecknade med den motsvarande Hall-spänningen. Digitalsignalerna vid klämmorna I1-I3, vilka beordrar matningen av ström till respek- tive motorlindningar, visas även i diagrammen 478, varvid sig- nalerna identifieras genom beteckningarna I1-I3. Diagrammen 478 visar att signalerna I1-13 startar efter nollpassagen hos den motsvarande sinuskurvan och upphör före nästa noll- passage. De av ROM 470 till komparatorerna 467-468 matade start- och stoppsignalerna svarar mot fram- och bakkanterna av strömordersignalerna Il-I3, såsom visas i diagrammen 478.

Start- och stopptiderna för strömordersignalerna beror av rotorns varvtal. Om exempelvis varaktigheten av en ström- ordersignal skulle vara lika med 200 av den sinusformiga kurvan för vridmoment/ström-förhållandet, måste den verkliga varaktigheten av strömordersignalen vara större än 200 vid låga hastigheter och mindre än 200 vid höga hastigheter.

Följaktligen lagrar ROM 470 ord, som designerar start- och stopptiderna för olika varvtal.

En av registret 472 avgiven signal adresserar ROM 470 för val av start- och stoppord, som svarar mot de olika 10 15 20 25 30 35' 40 26 465 597 , varvtalen. Den av registret 472 avgivna adressignalen erhålls med hjälp av vippan 476 och räknaren 454, som uppmäter varak- tigheten av en sektor. Vippan 476 omställs genom endera av sektorändringssignalerna, vilka är kopplade till vippan 476 från klämman F via en ELLER-grind 480. Räknaren 474 strobas av vippan 467 att börja räkna klockpulser, varvid räkningen upphör vid nästa omställning av vippan 476. Likaså kommer vip- pan 476, när räknaren 474 stoppar räkningen, att stroba re- gistret 472 att utläsa räkneställningen i räknaren 474. Utsig- nalen från registret 472 matas som adressen till ROM 470 och svarar därför mot sektorns varaktighet, vilken är proportio- nell mot det reciproka värdet av rotorhastigheten. Således ut- väljer ROM 470 de lämpliga start- och stopporden i överens- stämmelse med rotorns rotationshastighet.

I fig 14 visas en motor 52 med tre faslindningar 60 an- slutna till en bryggkrets 56, som innefattar effekttransis- torer och basdrivare. Varje arm i motorlindningen innehåller ett strömavkännande motstånd 100, som avger en mot lindnings- strömmen proportionell spänning. De mot lindningsströmmen proportionella spänningarna förstärks i frisvävande ström- sensorer 102, och den ena spänningenßutväljs genom den bi- laterala omkopplaren 128. Motorn är utrustad med lägessensorer, som innefattar tre Hall-anordningar 72 och proportionella för- stärkare 78. Utsignalerna från dessa förstärkare har den i _ fig 5 visade formen. Den multiplexade strömsignalen från den bilaterala omkopplaren 128 förstärks av förstärkaren 356 och jämförs tillsammans med lägessignalerna från förstärkarna 78 med analoga spänningsnivåer från D/A-omvandlarna 142 och 352 i komparatorerna 358 och 106. Resultatet av dessa jämförelser blir en sats om fem digitala signaler, vilka kopplas till en mikrodator 500, vilken exempelvis kan vara en R6500/1, tillverkad av Rockwell International. Dessa signaler indike- rar motorns tillstånd till mikrodatorn.

Utsignalerna från mikrodatorn styr bryggkretsen 56 och D/A-omvandlarna 142 och 352. Porten C på mikrodatorn för- binder mikrodatorn med en asynkron kommunikationsanordning, som kan vara en Rockwell 6522. Genom denna anordning kan mikrodatorn motta order utifrån och sända tillståndsinforma- tion till källan för orderna. Det inses att i frånvaro av ett lagrat program kommer detta system icke att fungera. Det in- 10 15 20 25 30 35 40 27 465 597 ses även att systemets arbetsmoder blott begränsas av mikro- datorns förmåga att detektera motorns tillstånd och att in- koppla effekt i lindningarna som svar på externa order eller internt alstrade order. Således är den i fig 14 visade mest föredragna utföringsformen av uppfinningen i stånd till samt- liga av de tidigare beskrivna belysande arbetsmoderna och dess- utom många andra.

För belysning av hur det i fig 14 visade systemet funktio- nerar i en arbetsmod skall först tre hjälpfunktioner beskrivas.

Dessa är kommutering, pulsbreddsmodulering och hastighetsmät- ning.

Enligt H1, H2 och H3 sex 600 sektorer genom sina nollpassager. En en- fig 5 definierar de tre Hall-spänningarna tydig identifiering av varje sektor skapas i systemet enligt fig 14 vid komparatorernas 106 utsignaler, när D/A-omvand- laren 142 har sin utgång inställd på nollpassagenivå. För kommutering av motorn inställer mikrodatorn ett värde på porten B lika med nollpassagen och undersöker tillståndet hos insig- naler vid porten A. De tre insignalerna till porten A från komparatorerna 106 är en Gray-kod-representation av ett av sex sektortal. Med användande av detta tal som ingång till en tabell med sex värden kommer det rätta tillståndet för bryggan 56 att utväljas och uppträda vid porten D. När den sektortalet indikerande Gray-koden ändras, utväljs ett annat värde i tabel- len, och bryggans 56 tillstånd ändras. Således kommer motorn att kommuteras som funktion av det relativa rotor/stator-läget, såsom detta indikeras av Hall-anordningarna, Styrning av lindningsströmmen kan åstadkommas genom en pulsbreddsmoduleringsteknik, som nyttjar den genom den bi- laterala omkopplaren 128 åstadkomna multiplexade strömmen.

Valet av den rätta strömsensorn 102 utförs genom utsignaler från mikrodatorns port A, vilka signaler erhålls på samma sätt som de signaler, som styr bryggans 56 tillstånd, dvs från en uppslagningstabell, som adresseras av sektortalet. Således kommer den analoga strömsignal, som representerar den verkliga lindningsströmmen genom bryggan, att uppträda vid förstärkar- ens 356 utgång. Denna signal jämförs med D/A-omvandlarens 352 analoga nivå i komparatorerna 358. Dessa båda komparatorer driver mikrodatorns avbrottsledningar, av vilka den ena är känslig för ett FRÅN-tillstånd, som övergår till TILL, och 10 15 20 25 30 35 465 397 28 den andra känslig för ett TILL-tillstånd, som övergår till FRÅN. Den önskade övre strömnívån utväljs av mikrodatorn och levereras tiLlD/A-omvandlaren 352 genom porten B. Samtidigt aktiveras bryggan 56 genom porten D. Strömmen i motorn kommer då att öka. När en signal från komparatorn 358 anger att den övre gränsen har uppnåtts, passiverar mikrodatorn bryggan och ersätter värdet i D/A-omvandlaren 352 med den önskade lägre strömnivån. Strömmen i motorn kommer nu att minska tills en signal från komparatorerna 358 anger att den undre gränsen har nåtts. Datorn ersätter värdet i D/A-omvandlaren 352 med den önskade övre strömnivån och aktiverar återigen bryggan 56. Således fixeras en medelnivå för motorströmmen. Denna nivå kan av mikrodatorn regleras vid godtycklig tidpunkt i beroende av interna eller externa order genom variering av den övre och den undre strömgränsen.

Signalerna från Hall-anordningarna 72 kan även användas för mätning av motorns rotationshastighet, dvs varvtal. Exempel- vis kan frekvensen av Hall-spänningens nollpassager räknas under på förhand bestämda tidsintervaller. Alternativt skulle klockpulserna kunna räknas mellan successiva Hall-spännings-noll- passager. Den förra metoden är mest användbar vid höga hastig- heter och den senare metoden vid låga hastigheter. Båda metoderna utnyttjar mikrodatorns interna klocka.

Av den ovanstående beskrivningen inses av fackmannen att ett stort antal energiomvandlingsarbetsmoder blir möjliga med den beskrivna och visade enkla maskinvaran, när denna används tillsammans med ett lagrat program. Dessa och andra arbets- moder skulle kunna kombineras med beräknings- eller kommunika- tionsfunktioner för att härigenom uppnå en i hög grad flexibel elektromekanísk energiomvandling till låga kostnader. I detta sammanhang är uttrycket elektromekanísk energiomvandling av- sett att omfatta både alstring och användning av elektrisk effekt.

Uppfinníngen är ej begränsad till de här beskrivna olika arbetsmoderna och energiomvandlingsfunktionerna, utan olika modifikationer är möjliga inom uppfinningens ram. *

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 m 46.5 :(97 Patentkrav

1. Motorstyrsystem, vilket innefattar en borstfri elekt- risk maskin (52), som har ett fältelement och ett lindat element - statorelement resp. rotorelement - vilka är rörliga relativt varandra, varvid det lindade elementet har ett flertal aktiverbara lindningar (60); en lägessensor för avkänning av det relativa läget hos fältelementet och det lindade elementet med avseende på varandra och för åstadkommande av en sektorsig- nal, som anger den sektor, i vilken en fältpol är belägen, jämte en sektorändringssignal, när en fältpol förflyttar sig från en sektor till en annan; samt en mikrodator (500) och en strömställargrupp (62), som innefattar ett flertal strömstäl- laranordningar av halvledartyp, vilka är anslutna för att selektivt aktivera lindningarna (60) för styrning av ström- flödet genom desamma, av att det vidare innefattar organ (128), för att mäta och/eller åstad- komma en eller flera ytterligare signaler, som representerar en eller flera styrbara motordriftparametrar; samt att mikro- processorn (500) är programmerbar och ansluten för att motta k ä n n e t e c k n a t nämnda lägesindikeringssignaler och nämnda ytterligare signal/signaler samt för att styra strömställargruppen (62) för att aktivera lindningarna (60) enligt nämnda styrbara para- metersignal/signaler, samt för att kommutera lindningsak- tiveringen enligt nämnda lägessignaler.

2. Motorstyrsystem enligt kravet 1, k ä n n e t e c k- n a t av att det innefattar organ för initialt erhålla rotorns (58) läge, organ (122) för att mäta rotorläget samt styrorgan, som innefattar en strömmodulator (120) för att jämföra det uppmätta rotorläget med ett beordrat rotorläge och för att åstadkomma en strömordersignal för aktivering av lindningar, när lindningsströmmarna är under ett första värde, samt för att avaktivera lindningarna, när lindningsströmmarna överstiger ett andra värde, jämte en logisk grupp (62) för att styra strömställarkretsen (128) i enlighet med nämnda sektor- och strömordersignaler för att bibehålla det verkliga motor- läget approximativt lika med det beordrade rotorläget.

3. Motorstyrsystem enligt kravet 2, k ä n n e t e c k- n a t av att nämnda organ (122) för mätning av rotorläget [O L5 25 465 597 s” innefattar organ för att förutsäga ett kommande rotorläge; samt organ (120) för att jämföra det aktuella rotorläget med nämnda kommande rotorläge samt för att åstadkomma en signal, när det aktuella rotorläget når det förutsagda kommande rotorläget.

4. Motorstyrsystem enligt kravet 2 eller 3, k ä n n e- t e c k n a t kvasilinjära spänningar, vilka alstras av Hall-anordningar. av att det aktuella rotorläget är angivet genom

5. Motorstyrsystem enligt kravet 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a t gradera det förutsagda rotorläget, så att lägestillskotten vid av att det vidare innefattar organ för att låga hastigheter är relativt små och vid höga hastigheter relativt stora.

6. Motorstyrsystem enligt kravet 1, k ä n n e t e c k - n a t av att de ytterligare organen är strömavkänningsorgan (64) för att avkänna strömflödet till enblindning, som aktiveras, och att mikroprocessorn (500) är programmerbar för att beräkna ett högt värde och ett lågt värde för strömflöde genom nämnda lindningar (60) samt för att tillkoppla en av strömställaranordningarna i strömställargruppen (62), när nämnda avkända strömflöde är under nämnda värde samt för att frånkoppla strömställaranordningen vid "till"-tillståndet, när nämnda avkända strömflöde är under det låga värdet.

7. Styrsystem enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att de ytterligare organen är organ (124) för mätning av rotorhastigheten; och att nämnda styrorgan innefattar en strömmodulator (120) för att jämföra den uppmätta rotorhas- tigheten med en beordrad rotorhastighet samt för att åstadkomma en strömordersignal för aktivering av lindningar (60), när lindningsströmmarna är under ett första värde, samt för att avaktivera lindningarna, när lindningsströmmarna överstiger ett andra värde, och att en logisk grupp är anordnad att styra strömställarkretsen i enlighet med nämnda sektor- och ström- ordersignaler för att bibehålla den uppmätta rotorhastigheten approximativt lika med den beordrade rotorhastigheten.

8. Motorstyrsystem enligt kravet 7, k ä n n e t e c k- n a d av att nämnda organ (124) för mätning av rotorhas- tighet, innefattar organ för räkning av sektorändringssignaler.

9. Motorstyrsystem enligt kravet 7, k ä n n e t e c k- n a t av att nämnda organ för mätning av rotorhastighet 10 15 20 465 '397 31 L innefattar organ för räkning av klockpulser, som uppträder mellan sektorändringssignaler.

10. Motorstyrsystem enligt kravet 1, k ä n n e t e c k- n a t av att nämnda ytterligare organ innefattar ett effekt- mätningsorgan för åstadkommand av en signal, som indikerar den effekt, som motorn levererar; samt att ett styrorgan är an- slutet till nämnda sensorer (66), nämnda strömställarkrets (128) och nämnda effektmätningsorgan och innefattar en ström- modulator (140) för att åstadkomma en strömordersignal med variabel pulskvot samt en logisk grupp (64) för att styra strömställarkretsen för att maximera den av motorn (52) leve- rerade effekten.

11. Motorstyrsystem enligt de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar organ för att åstadkomma en vridmomentordersignal för att styra rotor- rotationsriktningen.

12. Motorstyrsystem enligt kraven 1-11, t e c k n a t av att den programmerbara mikroprocessorn (500) är programmerbar för att arbeta i åtminstone två olika aktiva k ä n n e - moder.