DETERMINATION OF THE NUMBER OF REVOLUTIONS OF ELECTRICAL MACHINES

Abstract: 1. A device for producing a signal which corresponds to the actual rate of rotation of an electrical machine, with a pulse generator (4) coupled to the machine (3) to produce a pulse sequence having a pulse repetition frequency proportional to the rate of rotation of the machine, characterized by the following features : (a) means for the production of a signal (i) proportional to the electrical moment of the machine, (b) a correcting circuit which serves to superimpose on the signal (i), proportional to the electrical moment, a correcting signal proportional to the load moment (Le which acts upon the machine, (c) an integrator (51) which produces the rate of rotation actual value (n) by integrating the output signal of the correcting circuit with a time constant (Te ) proportional to the time constant (Te ) of the machine, and (d) a comparator circuit (53-56; 58, 59) which obtains the correcting signal by forming the difference between the pulse repetition frequency and the actual rate of rotation and integrating the difference signal.

Description: Drehzahlerfassung bei elektrischën Maschinen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung Zur Drehzahlerfassung bei elektrischen Maschinen unter Verwendung eines mit der Maschine gekoppelten Pulsgebers. Aus Kosten- und Wartungagründen versucht man heute in zunehmendem Masse bei Antrieben ohne Tachometermaschine zur Erfassung der Drehzahl für die Regelung auszukommen und den oft ohnehin - z. B, bei Wegregelungen für Werkzeugmaschinen - vorhandenen Pulsgeber mit zur Drehzahlerfassung heranzuziehen. Eine bekannte Anordnung besteht darin, dass mit einem Frequenzspannungswandler die Pulsfrequenz des Gebers in eine entsprechende Spannung umgesetzt wird, die dann als Drehzahlistwert dient. Um auch niedrige Drehzahlen erfassen zu können, muss man hierbei mit einer relativ hohen Glättung arbeiten, die jedoch dann voll in die Zeitkon- stanteyn des Regelkreises eingeht und hierdurch die Regeldynamik beeinträchtigt. Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, die Zeit zwischen dem Auftreten der Pulse des Pulsgebers mit Hilfe eines Frequenzgenerators und eines durch die Pulse gesteuerten Zählers zu erfassen. Bei diesem Verfahren ist nachteilig, dass die Zeit zwischen dem Eintreffen zweier Impulse des Pulsgebers voll in die Summe der kleinen Zeit konstantender Regelungen eingeht, was vor allem bei sehr kleinen Drehzahlen sehr störend ist - umgekehrt bekommt man bei sehr grossen Drehzahlen Probleme mit der Messgenauig- kein. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die Messzeit zwischen den Pulsen dem Kehrwert der Drehzahl proportional ist und dass daher die Drehzahl aus der Zeit erst durch eine Division ermittelt werden muss. Die Drehzahl Null ist damit nicht beherrschbar. -Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, im Rahmen einer Antriebsregelung mit Hilfe des Pulsgebers ein weitgehend glattes drehzahlproportionales Signal zu ge winden, durch das jedoch keine Zeitkonstanten in den Regelkreis eingebracht werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäB dadurch gelöst, dass ein dem elektrischen Moment der Maschine proportionales Signal durch ein der integrierten Differenz zwischen Istfrequenz des Pulsgebers und einer Sollfrequenz proportionales Signal korrigierbar ist, dass das re'sultierende Signal mit einer der Zeitkonstante der Maschine proportionalen Zeitkonstante integrierbar ist und als Drehzahlistwert dient und dass das der Sollfrequenz proportionale Signal aus dem errechneten Drehzahlistwert und dem Differenzsignal gebildet ist. Auf diese Weise lässt sich aus dem dem Drehmoment proportionalen Signal ein weitgehend glattes Signal für den' Drehzahlistwert mittels eines Störbeobachters errechnen; der Pulsgeber dient nur dazu, den Beobachter zu korrigieren, z. B. bei Laststössen. Die statische Genauigkeit der Drehzahlerfassung ist bei einer digitalen Lösung (Fig. 1) nur durch die Drift der Umsetzung in die Sollfrequenz be stimmt und bei einer analogen Lösung (Fig. 2) durch die Genauigkeit der Erzeugung einer der Frequenz des Pulsgebers proportionalen Spannungszeitfläche und die Drift des dahinterliegenden Integrators gegeben. Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen tachometerlosen Drehzahlregelkreis bei einer Gleichatrommaschine mit Pulsgenerator und Last beobachter und Fig. 2 eine vereinfachte analoge Lösung. Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird ein der gewünschten Solldrehzahl n und eine der Istdrehzahl t'nproportionale w Spannung einem Drehzahlregler 1 zugeführt, der hieraus die Führungsgrösse für einen Stromregelkreis 2 bildet, der seinerseits über den nichtgezeigten Stromrichter den erforderlichen Ankerstrom i der Gleichstrommaschine 3 bestimmt. Auf die Maschine 3 möge dabei das Lastmoment L einwirken. Mit der Maschine 3 ist ein elektronischer Pulsgeber 4 mechanisch gekuppelt, an dessen Ausgang eine Pulsfolge mit einer der Drehzahl n der Maschine 3 proportionalen Frequenz erscheint. Es gilt nun in diesem System, dass die zeitliche Änderung der Drehzahl der Maschine 3 der Summe aus elektrischem Moment und Lastmoment proportional ist. Betrachtet man z. B. den Leerlauffall, so ist die Dreh- zahl n dem zeitlichen Integral des elektrischen Moments proportional; d. h. bei einer Gleichatrommaschine - bei konstantem magrietischem Fluss - dem Ankerstrom i. Integriert man daher den Ankerstrom i in einem Integrator 51 mit einer Zeitkonstante Tte die der Zeitkonstante Te der" Maschine 3 entspricht, so folgt der errechnete Drehzahlwert nam Ausgang des Integrators 51 in gleicher Weise dem Strom i wie die Drehzahl n am Ausgang der Maschine 3. Dieses Signal 2 ist ein glattes Signal und kann sehr gut zur Drehzahlreglung benutzt werden. Wie vorher erwähnt, würde jedoch ein derartiges Signal den Einfluss von Lastatörungen ausser Betracht lassen. Es wird daher zusätzlich ein dem Lastmoment L proportionales Signal erzeugt und als Korrekturwert für das elektrische Moment benutzt. Hierzu wird in einem Differenzzähler 53 ein der Differenz zwischen Frequenz des Pulsgebers 4 und Sollfrequenz eines Spannungsfrequenzumsetzers 52 pro portionales Signal erzeugt und über einen Digital-Analog Umsetzer 54 und einem Integrator 56 als ein dem errechneten Lastenmoment¯t proportionales Signal dem dem elek trischen Moment proportionalen Signal als Korrekturwert zugeführt und gemeinsam mit diesem integriert. Der errechnete Wert An am Ausgang des Integrators 51 berücksichtigt dann elektrisches Moment und Lastmoment. Die proportionalen Rückführungen 55 und 57 gewährleisten die Stabilität der Rechenschaltung. Die Gesamtanordnung zur Drehzahlbildung ist mit 5 bezeichnet und strichpunktiert umrandet. Die Proportionalverstärkungen 55 und 57 des Beobachters können in die Eingänge der Integrierer verlagert werden. Die durch Teilungsfehler des Pulsgebers bedingte subharmonische Welligkeit kann durch ein hinter dem Differenzzähler 53 eingebauten Filter unterdrückt werden. Wird der Beobachter hierdurch zu langsam (Lastverhalten3, so kann man die Störwelligkeit durch einen mit dem Beobachter ver knüpften nachgeführten Oszillator ausblenden. Zusätzlich kann das dem errechneten Lastmoment L proportionale Signal auch in den Stromregelkreis 2 eingeführt werden. Bei einem starren Antrieb kann man dadurch den Drehzahlintegrator von der Lastkompensation völlig entlasten. Man gewinnt dabei einen Faktor 2 in der Regeldynamik. Der Drehzahlintegrator muss dann nur noch für die stationäre Genauigkeit sorgen. Bei einem elastischen Antrieb kann man das mechanische System durch Aufschalten des Wellenmomentes auf den Stromregelkreis wesentlich besser bedämpfen, d. h. schneller machen. Durch das Aufschalten des Wellenmomentes kann man auch künstlich die Drehfeder des mechanischen Systems so beeinflussen, dass die mechanische Eigenfrequenz in einen Frequenzbereich gerät, in dem sie vom Drehzahlregler gefasst werden kann. Fig. 2 zeigt eine etwas vereinfachte analoge Ausführung. Hier wird durch die Pulse des Pulsgebers 4 eine monostabile Kippstufe 59 angestossen, die Spannungszeitfläche am Ausgang dieser Kippstufe wird mit dem errechneten Drehzahlistwert hn in einem Integrator 58 verglichen und die Differenz ebenfalls für die Korrektur integriert. 4 Patentansprüche 2 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Einrichtung zur Drehzahlerfassung bei einer elektrischen Maschine unter Verwendung eines mit der Maschine gekuppelten Pulsgebers, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein dem elektrischen Moment (i) der Maschine (3) proportionales Signal durch ein der integrierten Differenz zwischen Ist frequenz des Pulsgebers (4) und einer Sollfrequenz proportionales Signal (L) korrigierbar ist, dass das resultierende Signal mit einer der Zeitkonstante (Te) der Maschine < 3) proportionalen Zeitkonstante (te) integrierbar ist und als Drehzahlistwert (4) dient und dass das der Sollfrequenz proportionale Signal aus dem errechneten ¯Drehzahlistwert gebildet ist. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h 9 e k e n n z e i c h n e t , dass das Korrektursignal (t) durch ein der Differenz proportionales Signal ergänzt ist. 3. Einrichtung na'ch Anspruch l, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das der Sollfrequenz pr9- portionale Signal am Eingang eines Spannungsfrequenzum- setzers (52) liegt, dessen Ausgang zusammen mit dem Ausgang des Pulsgebers < 4) an einem Differenzzähler (53) angeschlossen ist, der seinerseits über einen Digital Analogwandler (54) und einen Integrator (56) das Korrektursignal erzeugt. 4. Einrichtung nach Anspruch 19 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine der Sollfrequenz proportionale Spannung mit der Spannungszeitfläche einer durch die Pulse des Pulsgebers (4) angestossenen Kippstufe (59) vergleichbar ist,

Inventors: RUBRUCK, MANFRED, TRONDLE, HANS-PETER, DR., Tröndle, Hans-Peter, Dr.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: G01P3
IPC codes: H02P7, H02P29, G01P3