DE2534745B2

DE2534745B2 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE FORMATION OF AN ACTUAL SPEED VALUE FROM THE VOLTAGES INDUCED IN THE STAND DEVELOPMENTS OF A SPEED-CONTROLLED ELECTRONIC MOTOR

Info

Publication number: DE2534745B2
Application number: DE19752534745
Authority: DE
Inventors: Hans DipL-Phys.; Grünleitner Hans Ing.(grad.); 8500 Nürnberg Kühnlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-08-04
Filing date: 1975-08-04
Publication date: 1977-06-02
Also published as: JPS5939999B2; DE2534745A1; DE2534745C3; JPS5219211A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines Drehzahl-Istwertes aus den in den Ständerwicklungen eines drehzahlgeregelten Elektronikmotors induzierten Spannungen, dessen elektronischer Kommutator über eine an magnetfeldempfindliehe Elemente angeschlossene und impulsförmige Ausgangssignale liefernde Auswahlschaltung gesteuert ist und bei dem die magnetfeldempfindlichen Elemente räumlich in der Mitte zwischen den Achsen von zwei Ständerwicklungen angeordnet sind.The invention relates to a circuit arrangement for forming an actual speed value from the in the stator windings of a speed-controlled electronic motor induced voltages, its electronic Commutator via a pulse-shaped element connected to magnetic field-sensitive elements Output signals delivering selection circuit is controlled and in which the magnetic field sensitive elements are arranged spatially in the middle between the axes of two stator windings.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der »Siemens-Zeitschrift« 1971, Seiten 206 bis 208 bekannt. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung werden mit Hilfe von Auskoppeldioden die in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen ausgekoppelt und dem Drehzahlregler als Istwert zugeführt. Soll die Drehzahl in einem großen Bereich geregelt werden, so kann mit der bekannten Schaltungsanordnung vor allem bei niederen Drehzahlen nicht mehr die gewünschte Genauigkeit erreicht werden. <>·,Such a circuit arrangement is known from the "Siemens-Zeitschrift" 1971, pages 206 to 208. at of this known circuit arrangement with the help of decoupling diodes in the stator windings induced voltages and fed to the speed controller as an actual value. Should the speed can be controlled in a large area, so can with the known circuit arrangement especially in The desired accuracy can no longer be achieved at low speeds. <> ·,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines Drehzahl-Istwertes anzugeben, mit der eine genaue Drehzahlregelung auch bei einem großen Stellbereich der Drehzahl möglich ist. .The invention is based on the object of a circuit arrangement for generating an actual speed value specify with which an exact speed control even with a large setting range of the speed is possible. .

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung durch einen mit dem Eingang des Drehzahlreglers verbundenen Digital-Analog-Wandler, dem über eine Auswerteschaltung digitale Impulse zugeführt sind, welche von letzterer durch Auswerten der positiven und/oder negativen Flanken von mitteis Spannungskomparatoren aus den in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen erzeugten Impulsen und der impulsförmigen Ausgangssignale der Auswahlschaltung gebildet sind.The solution to the task at hand succeeds in one Circuit arrangement of the type described above according to the invention by a with the input of the Speed controller connected digital-to-analog converter, to which digital pulses via an evaluation circuit are supplied, which of the latter by evaluating the positive and / or negative edges of middle Voltage comparators from the pulses generated from the voltages induced in the stator windings and the pulse-shaped output signals of the selection circuit are formed.

Dadurch, daß von der Auswerteschaltung sowohl die von den induzierten Spannungen als auch von den magnetfeldempfindlichen Elementen abgeleiteten Impulse ausgewertet werden, steht für die Bildung des Drehzahl-Istwertes die doppelte Anzahl von Impulsen zur Verfügung. Hierdurch wird die Regelungsdynamik wesentlich verbessert. Die durch die AuswerteschaJtung erfolgende Umwandlung in digitale Impulse führt zu einer Verbesserung der Regelgenauigkeit. Die digitalen Impulse hängen nicht mehr von der Amplitude der von den magnetfeldempfindlichen Elementen gelieferten Steuersignale und auch nicht von der Amplitude der induzierten Spannungen ab.The fact that from the evaluation circuit both the induced voltages and the Magnetic field-sensitive elements derived pulses are evaluated, stands for the formation of the Actual speed value has twice the number of pulses available. This increases the control dynamics much improved. The through the evaluation circuit the conversion into digital pulses leads to an improvement in the control accuracy. The digital Pulses no longer depend on the amplitude of the elements supplied by the magnetic field sensitive elements Control signals and also not on the amplitude of the induced voltages.

Nath einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schaltungsaufwand dadurch reduziert werden, daß bei einer geradzahligen Anzahl von Ständerwicklungen nur an die Hälfte der Ständerwicklungen jeweils cm Spannungskomparator angeschlossen ist und die von den Spannungskomparatoren erzeugten Impulse sowohl direkt als auch über eine Inverterstufe der Auswerteschaltung zugeführt sind. Bei einer geradzahligen Anzahl von Ständerwicklungen ist die eine Hälfte der Ständerwicklungen gegenüber der anderen Hälfte der Ständerwicklungen jeweils um 180° elektrisch versetzt. Somii genügt es, den mittels eines Spannungskomparators aus der in der einen Ständerwicklung induzierten Spannung erzeugten Impuls mittels einer Inverterstufe in seiner Polarität umzukehren.According to one embodiment of the invention, the circuit complexity can be reduced in that at an even number of stator windings only to half of the stator windings each cm Voltage comparator is connected and the pulses generated by the voltage comparators both are fed directly as well as via an inverter stage to the evaluation circuit. With an even number The number of stator windings is one half of the stator windings compared to the other half of the stator windings electrically offset by 180 °. Somii it is sufficient to use a voltage comparator from the voltage induced in a stator winding by means of a pulse generated Invert the polarity of the inverter stage.

Als Spannungskomparatoren eignen sich vorteilhafterweise Operationsverstärker, die mit ihrem invertierenden und nichtinvertierenden Eingang an das sternpunktseitige und das kommutaiorseitige Wicklungsende jeweils einer Ständerwicklung angeschlossen sind. Mittels dieser Operationsverstärker lassen sich in einfacher Weise aus den sinusförmigen induzierten Spannungen rechteckförmige Impulse bilden, die dann von der Auswerteschaltung weiter verarbeitet werden können. Die Auswerteschaltung selbst besteht zweckniäßieerweise aus Differenziergliedern. Durch diese Differenzierglieder werden die Flanken der an der Auswerteschaltung anstehenden Impulse ausgewertet. Durch diese Flankenauswertung wird der nachfolgend gebildete Drehzahl-Istwert vollkommen unabhängig von der Amplitude der einzelnen Steuersignale.As voltage comparators are advantageously operational amplifiers with their inverting and non-inverting input to the star point side and the commutator side winding end are each connected to a stator winding. These operational amplifiers can be used in simply form square-wave pulses from the sinusoidal induced voltages, which then can be processed further by the evaluation circuit. The evaluation circuit itself expediently exists from differentiators. Through these differentiators, the flanks of the Evaluation circuit pending pulses evaluated. This edge evaluation results in the following The actual speed value generated is completely independent of the amplitude of the individual control signals.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben.The subject matter of the invention is based on an exemplary embodiment shown in the drawing described in more detail below.

Mit 1 ist der Permanentmagnetläufer eines Elektronikmotors bezeichnet. Die Ständerwicklungen 2 bis 5 dieses Elektronikmotors sind mit ihrem einen Wicklungsende in Stern geschaltet und mit ihrem anderen Wicklungsende an einen elektronischen Kommutator 6 angeschlossen. In der Mitte zwischen den Achsen von zwei Ständerwicklungen 2 und 5 bzw. 4 und 5 sind als magnetfeldempfindliche Elemente zwei Hallgenerato-1 with the permanent magnet rotor of an electronic motor is referred to. The stator windings 2 to 5 of this electronic motor are star-connected with one end of their winding and with their other end Winding end connected to an electronic commutator 6. In the middle between the axes of two stator windings 2 and 5 or 4 and 5 are two Hall generators as magnetic field-sensitive elements

ren 7 und 8 angeordnet Diese Hallgeneratoren sind mit ihren Hallspannungsanschlüssen an einen Halispannungsverstärker 9 angeschlossen. Der Ausgang des Hallspannungsverstärkers 9 ist an eine Auswahlschaltung 10 geführt, weiche den elektronischen Kommutator 6 steuert. Über den elektronischen Kommutator 6 werden die Ständerwicklungen 2 bis 5 mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle U verbunden. Der Sternpunkt der Ständerwicklungen 2 bis 5 ist über eine Reglerstufe 11 mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle U verbunden. Die Reglerstufe 11 wird durch einen Drehzahlregler 12 gesteuert.Ren 7 and 8 arranged. These Hall generators are connected to a Hali voltage amplifier 9 with their Hall voltage connections. The output of the Hall voltage amplifier 9 is fed to a selection circuit 10, which controls the electronic commutator 6. The stator windings 2 to 5 are connected to the negative pole of a DC voltage source U via the electronic commutator 6. The star point of the stator windings 2 to 5 is connected to the positive pole of the DC voltage source U via a regulator stage 11. The regulator stage 11 is controlled by a speed regulator 12.

Als Spannungskomparatoren sind zwei Operationsverstärker 13 und 14 mit ihren invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen an den Sternpunkt der Ständerwicklungen 2 bis 5 und an das kommutatorseitige Wicklungsende der Ständerwicklung 2 bzw. 4 angeschlossen. Mit ihren Ausgängen sind die Operationsverstärker 13 und 14 einerseits direkt und andererseits über eine Inverterstufe 16 an eine Auswerteschaltung 15 angeschlossen. Die Auswerteschaltung 15 ist weiterhin mit dem Ausgang der Auswahlschaltung 10 verbunden. Der Ausgang der Auswerteschaltung 15 führt zu dem Eingang eines Digital-Analog-Wandlers 17, dessen Ausgang an eine dem Drehzahlregler 12 vorgeschaltete Vergleichsstufe 18 geführt ist. In der Vergleichsstufe 18 wird der Soll-Istwert-Vergleich für den Drehzahlregler durchgeführt. Daher wird der Vergleichsstufe 18 neben dem vom Digital-Analog-Wandler !7 kommenden Drehzahl-Istwert U\ noch ein Drehzahl-Sollwert L6 zugeführt.As voltage comparators, two operational amplifiers 13 and 14 with their inverting and non-inverting inputs are connected to the star point of the stator windings 2 to 5 and to the end of the stator winding 2 and 4 on the commutator side. The outputs of the operational amplifiers 13 and 14 are connected directly to an evaluation circuit 15 on the one hand and via an inverter stage 16 on the other hand. The evaluation circuit 15 is also connected to the output of the selection circuit 10. The output of the evaluation circuit 15 leads to the input of a digital-to-analog converter 17, the output of which is passed to a comparison stage 18 connected upstream of the speed controller 12. In comparison stage 18, the setpoint / actual value comparison for the speed controller is carried out. Therefore, in addition to the actual speed value U \ coming from the digital-to-analog converter! 7, a speed setpoint value L6 is also fed to the comparison stage 18.

Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Durch die Operationsverstärker 13 und 14 werden die in den Ständerwicklungen 3 und 4 induzierten sinusförmigen Spannungen in rechteckförmige Signale umgewandelt. Bei jedem Nulldurchgang der sinusförmig induzierten Spannungen wechselt die Polarität der Ausgangssignale der Operationsverstärker 13 und 14. Durch die Inverterstufe 16 wird ein weiterer Polaritätswecnsel der Ausgangssignale der Operationsverstärker 13 und 14 vorgenommen. Somit stehen insgesamt vier durch die in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen erzeugten Signale für die Auswerteschaltung 15 zur Verfügung. Die Auswerteschaltung 15 erhält weitere vier Signale von der Auswahlschaltung 10. Infolge der räumlichen Anordnung der Hallgeneratoren 7 und 8 in ίο der Mitte zwischen den Achser von zwei Ständerwicklungen sind die Signale der Auswahlschaltung 10 um 45° gegenüber den von den induzierten Spannungen abgeleiteten Signalen verschoben. Die Auswerteschaltung 15 erhält somit pro Umdrehung des Permanently magnetläufers 1 acht Signale. Mittels in der Auswerteschaltung 15 enthaltenen Differenziergliedern werden die anstehenden Rechtecksignale in nadeiförmige Impulse umgewandelt Diese digitalen Impulse werden in dem Digital-Analog-Wandler wieder in ein analoges Signal umgesetzt, welches dann der Vergleichsstufe 18 als Drehzahl-Istwert lh zugeführt istThe circuit arrangement works as follows: The operational amplifiers 13 and 14 convert the sinusoidal voltages induced in the stator windings 3 and 4 into square-wave signals. At each zero crossing of the sinusoidally induced voltages, the polarity of the output signals of the operational amplifiers 13 and 14 changes. The inverter stage 16 changes the polarity of the output signals of the operational amplifiers 13 and 14. Thus, a total of four signals generated by the voltages induced in the stator windings are available for the evaluation circuit 15. The evaluation circuit 15 receives four more signals from the selection circuit 10. As a result of the spatial arrangement of the Hall generators 7 and 8 in the middle between the axles of two stator windings, the signals of the selection circuit 10 are shifted by 45 ° compared to the signals derived from the induced voltages. The evaluation circuit 15 thus receives eight signals per revolution of the permanently magnet rotor 1. By means of differentiators contained in the evaluation circuit 15, the pending square-wave signals are converted into needle-shaped pulses. These digital pulses are converted back into an analog signal in the digital-to-analog converter, which is then fed to the comparison stage 18 as the actual speed value lh

Durch Ausnutzen der von den Hallgeneratoren 7 und 8 abgegebenen Steuersignale und der in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen für die Gewinnung eines Drehzahl-Istwertes wird auch bei einem großen Stellbereich für die Drehzahl noch eine ausreichende Genauigkeit erzielt, da für die Bildung des Drehzahl-Istwertes die doppelte Anzahl von Impulsen zur Verfügung steht. Durch die Umwandlung in digitale Impulse wird die Beeinflussung des Drehzahl-Istwertes durch Amplitudenschwankungen der Steuersignale ausgeschaltet. Dies trägt ebenfalls zu einer Verbesserung der Genauigkeit der Drehzahlregelung bei. Die Verdoppelung der Impulszahl führt außerdem zu einer Verbesserung der Regeldynamik, da pro Umdrehung des Permanentmagnetläufers 1 mehr Impulse zur Verfügung stehen.By using the control signals emitted by the Hall generators 7 and 8 and those in the stator windings induced voltages for obtaining an actual speed value is also used for a large Adjustment range for the speed still achieves sufficient accuracy, since for the formation of the actual speed value twice the number of pulses is available. By converting to digital Impulse is the influence of the actual speed value through fluctuations in the amplitude of the control signals switched off. This also helps improve the accuracy of the speed control. the Doubling the number of pulses also leads to an improvement in the control dynamics, since it is per revolution of the permanent magnet rotor 1 more pulses are available.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for generating an actual speed value from the s in the stator windings of a speed-controlled electronic motor induced voltages, its electronic commutator Via a pulse-shaped output signal connected to magnetic field-sensitive elements supplying selection circuit is controlled, and at ι ο which the magnetic field sensitive elements spatially in the middle between the axes of two Stator windings are arranged, characterized by a with the input of the Speed controller (12) connected to the digital-to-analog converter (17), which is connected via an output circuit (15) digital impulses are supplied, which from the latter by evaluating the positive and / or negative edges of voltage comparators (13, 14) and pulses generated from the voltages induced in the stator windings (3, 4) the pulse-shaped output signals of the selection circuit (10) are formed.

2. Circuit arrangement according to claim!, Characterized characterized in that with an even number of stator windings (2 to 5) only half the stator windings (3 and 4) each have a voltage comparator (13 or 14) connected and the pulses generated by the voltage comparators (13 and 14) both directly and via an inverter stage (16) of the evaluation circuit (15) are supplied.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage comparators (13, 14) operational amplifiers are provided with their inverting and non-inverting Input to the star point side and the commutator side winding end each one Stator winding (3, 4) are connected.

4. Circuit arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the value circuit (15) consists of differentiators.