DE4111007A1

DE4111007A1 - Phase locked loop motor speed controller for use in digital video recorder - has control circuit with stored component for motor cycle that is subtracted from regulating voltage for variation free output

Info

Publication number: DE4111007A1
Application number: DE4111007A
Authority: DE
Inventors: Peter Mahr
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1992-10-08

Abstract

The motor speed control system has a servo circuit (1) that responds to a speed and phase command (SW). A tachogenerator (3) coupled to the motor (2) provides feedback to a circuit (7) that generates an output (Ur2) for the motor commutator control, that is free of any disturbance effects. The circuit has an operational amplifier (OP1) providing an input to a comparator (8) with an RC filter input (R1,C1). The output connects with a digital circuit (9) providing an output (Ur2) that is converted into analogue form. ADVANTAGE - Reduces noise component in regulating voltage.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Phasenregelschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einer derartigen PLL-Schaltung kann in der Praxis folgende Störung auftreten. Durch verschiedene Störeinflüsse wie z. B. Teilungsfehler des Generators, Einstreuungen des Antriebsmotors sowie andere periodische Störgrößen hat die Regelspannung der PLL-Servo schaltung einen unzumutbar großen Störanteil, auch Rippel ge nannt. Dadurch werden sowohl Gleichlaufschwankungen wie me chanische Motorschwingungen erzeugt. Eine Verbesserung der Motor/Generator-Anordnung ist dabei nur begrenzt möglich.The invention is based on a phase control circuit according to the preamble of claim 1. In such a In practice, the following fault can occur in the PLL circuit. Through various interferences such. B. division error of Generator, interference from the drive motor and others The control voltage of the PLL servo has periodic disturbances circuit an unreasonably large amount of interference, including ripple called. As a result, both synchronism fluctuations and me mechanical engine vibrations. An improvement in Motor / generator arrangement is only possible to a limited extent.

Es ist bekannt, im Weg der Regelspannung ein als Tiefpaß wir kendes Siebglied vorzusehen, das Störspannungen höherer Fre quenz unterdrückt. Ein derartiges Siebglied würde aber bei einer Motor-Servoregelung eine zu große Trägheit in der Rege lung bewirken, so daß Drehzahländerungen des Motors nicht genügend schnell ausgeregelt würden.It is known in the way of the control voltage as a low pass kendes filter element to provide the interference voltages higher Fre quence suppressed. Such a sieve would, however too much inertia in the motor servo control effect, so that engine speed changes do not would be settled sufficiently quickly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Störgröße in der Regelspannung zu verringern und dadurch die Gleichlaufei genschaft des Motors zu verbessern.The invention has for its object in the disturbance to reduce the control voltage and thereby the synchronism property of the engine.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the inven in claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird somit ein in der Regelspannung enthal tender Regelspannungsanteil mit der Periode einer Motorumdre hung gemessen, nach A/D-Wandlung in einen digitalen Speicher eingegeben und nach D/A-Wandlung von der Regelspannung sub trahiert. Bei der Erfindung wird somit die Tatsache vorteil haft ausgenutzt, daß sich die genannte Störgröße periodisch wiederholt, wobei die Periode genau der Umdrehung eines Mo tors entspricht. Deshalb ist es möglich, die periodische Störgröße in einen Speicher einzugeben und dann wiederholt zur Verringerung der Störung zu verwenden. Der Speicher lie fert dann nach D-/A-Wandlung einen analogen Regelspannungsan teil, der von der ursprünglichen, die Störgröße enthaltenden Regelspannung subtrahiert werden kann. An sich braucht die Störgröße nur einmal ermittelt und in den Speicher eingege ben zu werden. Es kann dann ohne erneute Messung der Störgrö ße der Inhalt des Speichers über einen beliebig langen Zeit raum zur Beseitigung der Störgröße in der Regelspannung ver wendet werden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung be steht darin, daß die gesamte Schaltung trägheitslos arbei tet. Bei der Beseitigung der Störgröße wird keine Zeitkon stante eingeführt, die die erforderliche Schnelligkeit in der Motorregelung beeinflussen würde. Durch das integrale Verhalten der Schaltung wird ein besonders stabiler Betrieb sichergestellt. Eine bedeutende oder wesentliche Änderung des gespeicherten Regelspannungsanteils ist jeweils nur nach einer Vielzahl von Motorumdrehungen möglich. Eine geringer Änderung des Regelspannungsspannungsanteils wird während je der Motorumdrehung ausgeführt.According to the invention, a control voltage is thus included tender control voltage component with the period of one motor revolution hung measured, after A / D conversion into a digital memory entered and after D / A conversion of the control voltage sub trahed. The fact is thus advantageous in the invention takes advantage of the fact that the disturbance variable mentioned periodically repeated, the period being exactly the rotation of a Mon tors corresponds. Therefore it is possible to use the periodic Enter the disturbance variable in a memory and then repeat to reduce interference. The store was lying then produces an analog control voltage after D / A conversion part of the original one containing the disturbance variable Control voltage can be subtracted. In itself it needs Disturbance variable determined only once and entered in the memory to become. It is then possible to measure the disturbance variable again the contents of the memory over an arbitrarily long time space for eliminating the disturbance variable in the control voltage ver be applied. A major advantage of the invention be is that the entire circuit is inertia tet. There is no time con when eliminating the disturbance variable introduced the speed required in the engine control would affect. Through the integral Behavior of the circuit becomes a particularly stable operation ensured. A significant or significant change of the stored control voltage component is only after a variety of engine revolutions possible. A minor one Change in the control voltage proportion is made during each the engine revolution.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an ei nem Ausführungsbeispiel erläutert. Darin zeigenThe invention is based on the drawing to egg NEM embodiment explained. Show in it

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Motorregelschaltung, Fig. 1 is a block diagram of the motor control circuit according to the invention,

Fig. 2 die in Fig. 1 eingefügte Schaltung, Fig. 2, inserted in Fig. 1 circuit,

Fig. 3 eine detaillierte Schaltung für den Speicher in Fig. 2, Fig. 3 is a detailed circuit for the memory in Fig. 2,

Fig. 4 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3, Fig. 4 curves to illustrate the operation of the circuit of Fig. 3,

Fig. 5 den Verlauf der Regelspannung mit der Störgröße, Fig. 5 shows the course of the control voltage to the disturbance,

Fig. 6 den Übergang der Regelspannung vom Zustand mit Störgröße in Zustand ohne Störgröße und Fig. 6 shows the transition of the control voltage from the state with disturbance variable to the state without disturbance variable and

Fig. 7 den zeitlichen Aufbau des subtraktiv hinzugefügten Regelspannungsanteils. Fig. 7 shows the temporal structure of the subtractively added control voltage component.

In Fig. 1 ist an den ersten Eingang a der als Phasenver gleich wirkenden Servoschaltung 1 der Sollwert SW für die Drehzahl und die Phase des zu regelnden Motors 2 angelegt. Aus der Motorumdrehung wird in dem mit dem Motor 2 gekoppel ten Tachogenerator 3 die Ist-Impulsspannung FG erzeugt. Die se gelangt über den Verstärker 4 auf den zweiten Eingang b der Servoschaltung 1 und außerdem zur Kommutierung auf die Kommutierungs- und Endstufe 5. Durch Phasenvergleich des Sollwertes SW mit dem Ist-Wert FG entsteht am Ausgang E der Servoschaltung 1 die Regelspannung Ur1. Diese wird üblicher weise als Regelspannung dem Eingang A der Stufe 5 zugeführt, wie durch die gestrichelte Linie 6 angedeutet ist.In Fig. 1, the setpoint SW for the speed and the phase of the motor to be controlled 2 is applied to the first input a of the servo circuit 1, which acts as a phase ver. The actual pulse voltage FG is generated from the engine revolution in the tachometer generator 3 which is coupled to the engine 2 . This passes through the amplifier 4 to the second input b of the servo circuit 1 and also for commutation to the commutation and output stage 5 . By phase comparison of the target value SW with the actual value FG occurs at the output E of the servo circuit 1, the control voltage Ur first This is usually supplied as control voltage to input A of stage 5 , as indicated by dashed line 6 .

Diese Verbindung 6 ist jetzt aufgetrennt. Zwischen dem Aus gang E der Servoschaltung 1 und dem Eingang A der Stufe 5 ist die Schaltung 7 eingefügt. Die Schaltung 7 bewirkt, daß in der Regelspannung Ur1 eine Störgröße mit der Periode der Motorumdrehung beseitigt wird. Dadurch entsteht am Eingang A eine Regelspannung Ur2, die von der Servoschaltung 1 alle notwendigen Anteile für die Regelung des Motors 2 auf Soll werte von Drehzahl und Phase beinhaltet, jedoch von der Stör größe mit der Periode der Motorumdrehung befreit ist.This connection 6 is now disconnected. Between the output E from the servo circuit 1 and the input A of stage 5 , the circuit 7 is inserted. The circuit 7 has the effect that a disturbance variable with the period of the engine revolution is eliminated in the control voltage Ur 1 . This creates a control voltage Ur 2 at input A, which contains all necessary components for the control of the motor 2 to the desired values of speed and phase from the servo circuit 1 , but is free from the disturbance variable with the period of the motor revolution.

Fig. 2 zeigt die Schaltung 7 zwischen dem Ausgang E und dem Eingang A. Die Regelspannung Ur1 mit der Störgröße gelangt über den Widerstand R2 auf dem "+"-Eingang des Operationsver stärkers OP1, der am Eingang A die Regelspannung Ur2 ohne Störgröße liefert. Der Ausgang von OP1 ist einmal direkt mit dem "+"-Eingang des Komparators 8 und außerdem über das RC-Glied R1, C1 mit dem "-"-Eingang des Komparators 8 verbunden. Am "-"-Eingang des Komparators 8 steht die von der Störgröße befreite Regelspannung. Dieses ist der ideale Mittelwert oh ne Störgröße, der aber für die Regelung des Motors 2 wegen der eingefügten Zeitkonstante zu träge wäre. Der Komparator 8 ermittelt nur, ob die Spannung am "+"-Eingang unterhalb oder oberhalb der Spannung am "-"-Eingang liegt. Am Ausgang K entsteht entsprechend eine Spannung mit dem Wert "1" oder "0". Fig. 2 shows the circuit 7 between the output E and the input A. The control voltage Ur 1 with the disturbance comes through the resistor R 2 on the "+" input of the operational amplifier OP 1 , the control voltage Ur 2 at the input A. delivers without disturbance. The output of OP 1 is directly connected to the "+" input of the comparator 8 and also via the RC element R 1 , C 1 to the "-" input of the comparator 8 . At the "-" input of the comparator 8 is the control voltage freed from the disturbance variable. This is the ideal mean value without a disturbance variable, which would be too sluggish for the control of the motor 2 because of the inserted time constant. The comparator 8 only determines whether the voltage at the "+" input is below or above the voltage at the "-" input. Accordingly, a voltage with the value "1" or "0" arises at the output K.

Diese Spannung gelangt auf die digitale Schaltung 9. Bei jeder Motorumdrehung wird in der Schaltung 9 der gespei cherte Wert um 1 erhöht oder erniedrigt. Dies erfolgt so lan ge, bis eine Abweichung zwischen den beiden Eingängen des Komparators 8 ausgeglichen ist. Am Ausgang D der Schaltung 9 entsteht ein analoger Regelspannungsanteil -Ura, der nur die Störgröße mit der Periode der Motorumdrehung darstellt, also nicht die eigentliche Nutzregelspannung für die Regelung des Motors 2 beinhaltet. Dieser Regelspannungsanteil -Ura wird über den Kondensator C2 und den Widerstand R3 dem "+"-Ein gang von OP1 zugeführt und beseitigt dort den an sich in UR1 enthaltenen entsprechenden Regelspannungsanteil. Der Konden sator C2 dient dazu, jeglichen Gleichspannungsanteil in -Ura zu unterdrücken. Das ist vorteilhaft, da die genannte Stör größe nur ein Wechselspannungsanteil sein kann.This voltage reaches the digital circuit 9 . With each engine revolution in the circuit 9, the stored value is increased or decreased by 1. This takes so long until a deviation between the two inputs of the comparator 8 is compensated. At the output D of the circuit 9 there is an analog control voltage component -Ura, which only represents the disturbance variable with the period of the engine revolution, ie does not contain the actual useful control voltage for the control of the engine 2 . This control voltage component -Ura is supplied via capacitor C 2 and resistor R 3 to the "+" input of OP 1 and eliminates the corresponding control voltage component contained in UR 1 . The capacitor C 2 serves to suppress any DC component in -Ura. This is advantageous because the said interference size can only be an AC voltage component.

Fig. 3 zeigt die zwischen den Ausgängen K und D in Fig. wirk same Schaltung 9, die aus dem binären Signal am Ausgang K den negativen analogen Regelspannungsanteil -Ura erzeugt. Fig. 3 shows the circuit 9 acting between the outputs K and D in FIG. 9 , which generates the negative analog control voltage component -Ura from the binary signal at the output K.

Im folgenden wird die Wirkungsweise beschrieben. Die Schal tung 9 enthält einen RAM-Speicher 10 mit angeschlossenem Adreßzähler 11. Der Zählumfang und damit auch die RAM-Größe entspricht der Anzahl der Impulse FG pro Motorumdrehung. Die Wortbreite des RAM beträgt 6 Bit, kann aber je nach Anwen dung variert werden. Der Clockeingang des Adresszählers 11 wird von den FG-Impulsen des Motors 2 getriggert, so daß die ser synchron mit jeder Motorumdrehung umläuft. Außerdem sind vorgesehen ein Vor/Rück-Zähler 12 und ein entkoppelnder 3 State Buffer 13, der mit den Datenleitungen des RAM-Spei chers 10 verbunden ist. Dabei kann der Zähler 12 einerseits mit dem Inhalt des RAM 10 geladen und andererseits der Zäh lerstand in das RAM 10 übertragen werden. Der D/A-Wandler 14 stellt das Datenwort des RAM als Regelspannungsanteil -Ura an der Klemme D zur Verfügung. Der dargestellte Digitalteil mit Ausnahme des D/A-Wandlers 14 kann auch durch einen Mikro computer realisiert werden. The mode of operation is described below. The scarf device 9 contains a RAM memory 10 with an attached address counter 11th The number of counts and thus also the RAM size corresponds to the number of pulses FG per engine revolution. The word length of the RAM is 6 bits, but can be varied depending on the application. The clock input of the address counter 11 is triggered by the FG pulses of the motor 2 , so that the water rotates synchronously with each motor revolution. In addition, an up / down counter 12 and a decoupling 3 state buffer 13 are provided , which is connected to the data lines of the RAM memory 10 . The counter 12 can be loaded on the one hand with the content of the RAM 10 and on the other hand the count can be transferred to the RAM 10 . The D / A converter 14 provides the data word of the RAM as a control voltage component -Ura at the D terminal. The digital part shown with the exception of the D / A converter 14 can also be realized by a micro computer.

Es sei zunächst angenommen, daß die Servoschaltung 1 den Mo tor 2 auf Nenndrehzahl gebracht hat und am Ausgang E ein Servosignal mit der genannten Störgröße anliegt. Dieses Servosignal mit Störgröße ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Periode der Motorumdrehung mit PU bezeichnet ist. Dieses Signal wird mittels OP1 an den Regeleingang A für den Motor 2 weitergeleitet. Mit dem Eintreffen eines FG-Impulses T wird der Adresszähler 11 ein RAM-Wort adressieren, so daß mit geeigneten Impulsen L gemäß Fig. 4 der Inhalt dieser RAM-Zellen in den Zähler 12 kopiert wird. Danach wird auf diesen Zähler 12 ein Takt C gemäß Fig. 4 gegeben. Abhängig von dem 1 Bitwert K wird der Zähler 12 dabei um ein Schritt dekrementiert oder inkrementiert. Diese Veränderung, d. h. Addition oder Subtraktion um 1, wird mit dem Schreibpuls W in den noch gleich adressierten RAM 10 zurückgespeichert, um den aktuellen Wert für die nächste Motorumdrehung wieder be reitstellen zu können. Der D/A-Wandler 14, der parallel die ses Wort bekommt, liefert am Ausgang D den analogen Regel spannungsanteil -Ura für OP1 Ein weiterer FG-Impuls akti viert nun das nächste RAM-Wort, wodurch der gleiche Zyklus noch einmal durchlaufen wird. Bei einem 60-poligen Generator 3 wird dieser Vorgang also alle 60 der Motorumdrehung einen neuen Korrekturwert erzeugen. Nach genau 60 Impulsen wird wieder die anfangs beschriebene RAM-Zelle angewählt. Ein wei teres mal wird, abhängig von der Abweichung des Servosignals bezüglich des Referenzsignals, der Spannungswert des D/A-Wand lers 14 mit einem weiteren Schritt dem Idealwert angenähert. Somit wird schrittweise für jeweils 60 des Motors ein eige ner Spannungswert optimiert. Betrachtet man eine Umdrehung des Motors 2, so entsteht am Ausgang D ein analoges Span nungsprofil mit 60 Einzelwerten, das sinngemäß dem Verlauf der Störgröße gemäß Fig. 5 entspricht.It is initially assumed that the servo circuit 1 has brought the motor 2 to the nominal speed and that a servo signal with the mentioned disturbance variable is present at the output E. This servo signal with disturbance variable is shown in FIG. 5, the period of the motor revolution being denoted by PU. This signal is forwarded to control input A for motor 2 by means of OP 1 . When an FG pulse T arrives, the address counter 11 will address a RAM word, so that the content of these RAM cells is copied into the counter 12 with suitable pulses L according to FIG . A clock C according to FIG. 4 is then given to this counter 12 . Depending on the 1 bit value K, the counter 12 is decremented or incremented by one step. This change, ie addition or subtraction by 1, is stored back with the write pulse W in the RAM 10 , which is still addressed in the same way, in order to be able to provide the current value for the next engine revolution. The D / A converter 14 , which receives this word in parallel, provides the analog control voltage component -Ura for OP 1 at output D. Another FG pulse now activates the next RAM word, which means that the same cycle is run through again . With a 60-pole generator 3 , this process will therefore generate a new correction value every 60 motor revolutions. After exactly 60 pulses, the RAM cell described above is selected again. A further time, depending on the deviation of the servo signal with respect to the reference signal, the voltage value of the D / A converter 14 is approximated to the ideal value in a further step. In this way, a separate voltage value is gradually optimized for every 60 of the motor. If one considers one revolution of the motor 2 , an analog voltage profile with 60 individual values arises at the output D, which corresponds to the course of the disturbance variable according to FIG. 5.

Fig. 6, 7 zeigen den Optimierungsvorgang bis zum Erreichen der optimalen Restwelligkeit. Fig. 6 zeigt die Regelspannung Ur2. Diese hat zunächst noch die starke Störgröße entspre chend Fig. 5, die nach einer Vielzahl von Motorumdrehungen abklingt. Die dann verbleibende Spannung ist von der Störgrö ße mit der Periode der Motorumdrehung befreit und enthält nur noch die Anteile, die für die Motorregelung notwendig sind. Fig. 7 zeigt entsprechend den Anstieg des Regelspan nungsanteils -Ura, die im Operationsverstärker OP1 den Abbau der Störgröße gemäß Fig. 6 bewirkt. Fig. 6, 7 show the optimization process until reaching the optimum ripple. Fig. 6 shows the control voltage Ur. 2 This initially has the strong disturbance accordingly Fig. 5, which subsides after a large number of engine revolutions. The remaining voltage is then released from the disturbance variable with the period of the motor revolution and only contains the parts that are necessary for the motor control. Fig. 7 shows accordingly the increase in the control voltage component -Ura, which causes the reduction of the disturbance variable according to FIG. 6 in the operational amplifier OP 1 .

Mit einem Mikrocomputer von Typ R6500 von Rockwell können in Fig. 3 der Adresszähler 11, der RAM 10, die Pulssteuerung 15, der Vor/Rück-Zähler 12 und der 3 State Buffer 13 reali siert werden, so daß nur noch der Analogteil gemäß Fig. 2 und der D/A-Wandler 14 erforderlich sind. Bei einem prak tisch erprobten Ausführungsbeispiel konnte eine Verbesserung der Störgröße um etwa den Faktor 20 erreicht werden.With a microcomputer of type R 6500 from Rockwell in Fig. 3, the address counter 11 , the RAM 10 , the pulse controller 15 , the up / down counter 12 and the 3 state buffer 13 can be realized, so that only the analog part according to Fig. 2 and the D / A converter 14 are required. In a practically tested embodiment, an improvement in the disturbance variable by about a factor of 20 could be achieved.

Claims

1. phase control circuit for a motor in a recorder, in which a tachogenerator voltage derived from the motor ( 2 ) (FG) and a setpoint voltage (SW) are applied to a phase comparison stage ( 1 ), from the output (E) of which a control voltage (Ur ) is applied to a control terminal (A) of the control circuit ( 5 ) for the motor ( 2 ), characterized in that a control voltage component (Ura) containing the control voltage (Ur 1 ) is measured with the period of one motor revolution, according to A / D Conversion into a digital memory ( 9 ) and after D / A conversion ( 14 ) from the control voltage (Ur 1 ) is subtracted.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the control voltage (Ur 1 ) is applied directly and once via an RC filter element (R 1 , C 1 ) to the inputs of a comparator ( 8 ) and the control voltage component (Ura) is derived from the output (K) of this comparator ( 8 ).

3. Circuit according to claim 2, characterized in that the comparator ( 8 ) acts as an A / D converter with a 1 bit output word.

4. A circuit according to claim 2, characterized in that the output (E) of the phase comparison stage ( 1 ) is connected to the input of an operational amplifier (OP 1 ), the output of which is connected to the motor control input (A) and to the comparator ( 8 ) and to whose input the analog control voltage component (Ura) leading de output (D) of the memory ( 9 ) is connected.

5. A circuit according to claim 1, characterized in that the stored control voltage component (Ura) over a longer period unchanged without a new measurement the memory is read.

6. A circuit according to claim 1, characterized in that in the way of the memory ( 9 ) removed analog control voltage component (Ura) before its subtraction from the original control voltage (Ur 1 ) is a DC component suppressing capacitor (C 2 ).