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專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測(cè)量一個(gè)直流它激電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或者測(cè)量一個(gè)電磁操作的制動(dòng)器旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)速的一種方法及裝置。利用模擬量的及數(shù)字量的轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量已是公知的，其中用于傳感器的附加費(fèi)用以及在許多應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)附設(shè)導(dǎo)線(xiàn)的費(fèi)用是其不足之處。
此外從電樞電流的換向波動(dòng)中測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法也是公知的(電子學(xué)(Elektronik)雜志特刊1986，230期第55頁(yè))。這種方法的缺點(diǎn)在于必須知道換向器的片數(shù)。
在一個(gè)印刷機(jī)的情況時(shí)，速度的調(diào)節(jié)是通過(guò)裝設(shè)在該機(jī)器上的轉(zhuǎn)速傳感器以公知的方式實(shí)現(xiàn)的。對(duì)其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)并未設(shè)轉(zhuǎn)速傳感器。轉(zhuǎn)速的操縱是由電樞電壓的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。該印刷機(jī)通過(guò)電機(jī)的傳動(dòng)是憑借皮帶輪實(shí)現(xiàn)的，皮帶輪的傳動(dòng)比總是以使印刷機(jī)的可變最大轉(zhuǎn)速適應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的固定最大轉(zhuǎn)速來(lái)選擇的。然而對(duì)于印刷機(jī)轉(zhuǎn)速的最佳調(diào)節(jié)不僅需要測(cè)量印刷機(jī)的轉(zhuǎn)速，而且也要測(cè)量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，為此在公知的印刷機(jī)上應(yīng)用了另一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器。
本發(fā)明之任務(wù)則在于在一個(gè)直流它激電動(dòng)機(jī)上進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測(cè)量在不使用轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)也可實(shí)現(xiàn)。特別是根據(jù)本發(fā)明的方法在于對(duì)一個(gè)機(jī)器，尤其是一個(gè)印刷機(jī)，求得其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與通過(guò)一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)被電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的機(jī)器軸之間的傳動(dòng)比。
根據(jù)本發(fā)明的一種方法其特征在于相應(yīng)于磁場(chǎng)電流交流分量的電壓接受頻率分析。本發(fā)明的另一種方法的特征則在于相應(yīng)于電磁操縱制動(dòng)器的一個(gè)繞組中電流的交流分量的電壓被進(jìn)行頻率分析。
進(jìn)一步的構(gòu)成在于對(duì)用于轉(zhuǎn)速的頻譜分量進(jìn)行考慮，哪個(gè)處在根據(jù)通常運(yùn)行條件預(yù)給定的轉(zhuǎn)速區(qū)域的界限之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以省去一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，它的另一優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的方法還與直流它激電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式(極數(shù)，換向片數(shù))或制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的方法適用于各種傳動(dòng)系統(tǒng)，在頻率分析中本身不適用于轉(zhuǎn)速測(cè)量的頻譜線(xiàn)，例如電網(wǎng)頻率及高次諧波，將在許多該種應(yīng)用的情況下以簡(jiǎn)單的方法消除。
另外進(jìn)一步的構(gòu)成在于對(duì)該交流電壓進(jìn)行一種付里葉轉(zhuǎn)換，并且將在預(yù)定轉(zhuǎn)速區(qū)域界限中頻譜線(xiàn)的頻率作為轉(zhuǎn)速輸出。由此就得到一特別的優(yōu)點(diǎn)，由于使用了快速付里葉變換(FFT)，對(duì)此可以從市場(chǎng)得到合適的信號(hào)處理器。為了確定何時(shí)電動(dòng)機(jī)達(dá)到給定轉(zhuǎn)速，要頻繁地進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量。該任務(wù)將由另一構(gòu)成來(lái)解決將該交流電壓傳到一個(gè)具有陡沿的帶通濾波器，在它的輸出端上接有一個(gè)比較器;電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在給定區(qū)域中變化;并且將與帶通濾波器的邊界頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速作為在比較器輸出電壓變化時(shí)間點(diǎn)起作用的轉(zhuǎn)速輸出。
在一種方法中要校核電動(dòng)機(jī)及通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與該電動(dòng)機(jī)連接的機(jī)器軸之間的傳動(dòng)比，則本發(fā)明另外的構(gòu)成具有用本身公知的方法測(cè)量軸的轉(zhuǎn)速;由測(cè)得的軸轉(zhuǎn)速及給定傳動(dòng)比區(qū)域求得給定轉(zhuǎn)速區(qū)域，以及軸的轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相互建立聯(lián)系。
一種用于實(shí)施校核傳動(dòng)比方法的裝置，其特征在于一直流它激電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)裝置與機(jī)器的一個(gè)軸相連接;在該軸上裝有一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器;設(shè)置直流它激電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)裝置及產(chǎn)生磁場(chǎng)電流的裝置;在磁場(chǎng)電流回路內(nèi)接有一個(gè)電流/電壓轉(zhuǎn)換器，它的輸出經(jīng)過(guò)頻率分析裝置與一個(gè)微計(jì)算機(jī)相連接;并且速度傳感器的輸出信號(hào)輸入到該微計(jì)算機(jī)。通常這種機(jī)器設(shè)置了一個(gè)皮帶輪，在皮帶輪變換時(shí)能自動(dòng)地求得傳動(dòng)比并且輸入到控制該機(jī)器的系統(tǒng)上。根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)特別有利的構(gòu)型在于傳動(dòng)裝置是一皮帶輪。
根據(jù)本發(fā)明裝置的另一個(gè)構(gòu)型在于用于頻率分析的裝置是由一個(gè)具有陡沿的帶通濾波器、一個(gè)整流電路及一個(gè)比較器組成的，以及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置可由微計(jì)算機(jī)控制。
本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中借助于多個(gè)圖描述，并且在該說(shuō)明書(shū)的下述部分加以說(shuō)明。其附圖為

圖1在一個(gè)給定轉(zhuǎn)速上一個(gè)直流它激電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)電流交流分量的頻譜圖;
圖2第一個(gè)實(shí)施例;
圖3在第一實(shí)施例中出現(xiàn)的信號(hào)隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖;
圖4第二個(gè)實(shí)施例;及圖5在實(shí)施例中應(yīng)用的微計(jì)算機(jī)的程序流程圖。
在各圖中用相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
圖1示出一個(gè)直流它激電機(jī)在轉(zhuǎn)速為20.4/S或1224/min時(shí)的磁場(chǎng)電流頻譜的例子。相應(yīng)地該頻譜在該頻率時(shí)得到顯示線(xiàn)L1。相對(duì)于頻率50Hz及100Hz的線(xiàn)L2，L3是由從交流電網(wǎng)電壓獲得的直流電流的剩余波動(dòng)引起的。由于在50Hz及100Hz處的存在是與當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的，故它與其它的線(xiàn)、尤其是與該轉(zhuǎn)速處的線(xiàn)L1是不同的。
在圖2的布置中具有一個(gè)帶有電樞1及磁場(chǎng)繞組2的直流它激電動(dòng)機(jī)。該電樞1連接在一個(gè)可調(diào)節(jié)的直流電壓源3上，而磁場(chǎng)2通過(guò)一個(gè)整流裝置4從交流電網(wǎng)上獲得直流電壓。在該直流它激電動(dòng)機(jī)的軸上設(shè)置了一個(gè)皮帶輪5，它與皮帶6及另一皮帶輪7在一起表示一個(gè)傳動(dòng)裝置，借助于該傳動(dòng)裝置，該直流它激電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)僅是示意表示的機(jī)器8。在該機(jī)器的驅(qū)動(dòng)軸上還具有一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器10。
磁場(chǎng)電流借助于一個(gè)電流傳感器11來(lái)測(cè)量，例如它是根據(jù)霍耳元件原理工作的并且輸出一個(gè)與磁場(chǎng)電流成正比的電壓。該電壓本身僅是其交流分量對(duì)實(shí)施本發(fā)明的方法有用處，然而該交流分量總是不會(huì)被帶通濾波器12濾去的。該帶通濾波器12具有相當(dāng)陡的過(guò)濾區(qū)側(cè)沿。這個(gè)帶通濾波器12側(cè)沿中的一個(gè)處在相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)一個(gè)轉(zhuǎn)速的那個(gè)頻率上，在該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)測(cè)量機(jī)器的轉(zhuǎn)速，并由此求出傳動(dòng)比。
在帶通濾波器12的輸出端連接有一個(gè)整流電路13及一個(gè)比較器14。比較器14的輸出端與微計(jì)算機(jī)15的一個(gè)輸入端相連接，由轉(zhuǎn)速傳感器10產(chǎn)生的脈沖也送到該微計(jì)算機(jī)15。
在圖2的結(jié)構(gòu)中該傳動(dòng)比是由皮帶輪5、7的大小給出的，它因機(jī)器的不同而異，因?yàn)橐笫褂∷C(jī)的可變最大印刷數(shù)(Druckzahl)適應(yīng)于固定的最大電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。例如在一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的機(jī)器上，在皮帶輪7直徑為142mm時(shí)印刷數(shù)為11000，而在它的直徑為155mm時(shí)印刷數(shù)為12000。
根據(jù)圖2結(jié)構(gòu)的功能將借助于圖3中的曲線(xiàn)圖作以下解釋。速度或傳動(dòng)比的取得在這時(shí)能從為此設(shè)置的試運(yùn)行，例如首次將機(jī)器投入運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔中具有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速時(shí)，也可以在正常的運(yùn)行中得出速度或傳動(dòng)比。
在微計(jì)算機(jī)15的控制下直流它激電動(dòng)機(jī)的電樞利用這樣的電壓供電即使其轉(zhuǎn)速落在相應(yīng)于圖3a的一個(gè)預(yù)給定的區(qū)域上。在此情況下電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)膎mot-u上升到nmot-o，而機(jī)器轉(zhuǎn)速?gòu)膎mot-u上升到nmot-o。機(jī)器轉(zhuǎn)速將借助轉(zhuǎn)速傳感器10產(chǎn)生的脈沖確定出來(lái)。微計(jì)算機(jī)15的輸入端16僅是在該轉(zhuǎn)速區(qū)域上有效。
該轉(zhuǎn)速區(qū)域是這樣選擇的一方面要可能將所有的出現(xiàn)的傳動(dòng)比包括在內(nèi)，另一方面對(duì)頻譜線(xiàn)的檢測(cè)要具有唯一性。如果譬如由17處傳送到比較器上的比較電壓的值是這樣的即在根據(jù)圖1的頻譜的情況下能檢測(cè)出線(xiàn)L1，L2，L3來(lái)，因而該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速區(qū)域就位于例如從nmot-u＝16/S到nmot-u＝24/S上。當(dāng)該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速連續(xù)地通過(guò)該轉(zhuǎn)速區(qū)域時(shí)，線(xiàn)L1僅出現(xiàn)在相應(yīng)的頻譜區(qū)域中。
帶通濾波器12現(xiàn)在這樣調(diào)整即它的低端的側(cè)沿(前沿)位于在確定或校驗(yàn)傳動(dòng)比應(yīng)使用的那個(gè)頻率上。該轉(zhuǎn)速nmot-ist在tm時(shí)達(dá)到，它在圖3b中用一個(gè)躍變信號(hào)來(lái)表示。在該時(shí)間點(diǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)速nmot-ist的值被讀入到微計(jì)算機(jī)中。利用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)除，就可以確定傳動(dòng)比ü，在該時(shí)間點(diǎn)上該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相當(dāng)于帶通濾波器12的低端邊界頻率，及讀入的轉(zhuǎn)速值nma-ist也是如此。該值可經(jīng)過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)18，送到例如一個(gè)用于該機(jī)器的前置控制系統(tǒng)上，在轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過(guò)帶通濾波器12的高端邊界頻率，以致使上述整流器電路的輸出電壓重新下降。
在圖4的結(jié)構(gòu)中頻譜的分析是借助于一個(gè)信號(hào)處理器21來(lái)實(shí)現(xiàn)的，磁場(chǎng)電流的交流分量是通過(guò)一個(gè)高通濾波器19及一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器20輸入到信號(hào)處理器21中的。該信號(hào)處理器21是為了實(shí)現(xiàn)快速付里葉變換(FFT)用本身公知的方法編程的。對(duì)于型號(hào)為T(mén)MS320(得克薩斯儀器公司產(chǎn))用于FFT的信號(hào)處理器編程的詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參見(jiàn)“靈活的FFT處理器解決實(shí)時(shí)任務(wù)“R.Küng著電子學(xué)(Elektronik)雜志86.10.17.21期第101頁(yè)至110頁(yè)。由處理器20得到的結(jié)果輸送到微計(jì)算機(jī)15。在這里不需要如圖2布置時(shí)的預(yù)定轉(zhuǎn)速區(qū)域的連續(xù)通過(guò)。而只需要在轉(zhuǎn)速處在預(yù)定區(qū)域中時(shí)，通過(guò)頻譜線(xiàn)L1及轉(zhuǎn)速傳感器10的輸出端脈沖即求得速度比。
圖5表示一個(gè)程序的流程圖，利用該程序來(lái)校驗(yàn)是否傳動(dòng)比ü-ist相當(dāng)于預(yù)定的傳動(dòng)比ü-soll，對(duì)此在23處程序開(kāi)始后給定機(jī)器的轉(zhuǎn)速給定值nma-soll及給定傳動(dòng)比ü-soll(程序部分24)。然后在25處讀入機(jī)器的實(shí)際轉(zhuǎn)速nma-ist并在26處與機(jī)器的給定轉(zhuǎn)速nma-soll相比較。只要該兩種轉(zhuǎn)速不一致，就重復(fù)由程序步驟25及26組成的循環(huán)。一旦當(dāng)該兩種轉(zhuǎn)速相一致時(shí)，就在27處執(zhí)行頻率測(cè)量，為此頻譜線(xiàn)L1相應(yīng)的頻率(見(jiàn)圖1)從信號(hào)處理器21(圖4)輸出，存入到微計(jì)算機(jī)中。
在程序部分28，然后由這些求得的值及預(yù)給定的值計(jì)算出傳動(dòng)比ü-ist。該值在29處用于和給定值ü-soll相比較。在它們相一致時(shí)則在30處通報(bào)傳動(dòng)比正確，而在它們不一致時(shí)則在31處發(fā)出錯(cuò)誤通報(bào)。
在一些應(yīng)用中，尤其是僅具有一種或兩種印刷產(chǎn)品的印刷機(jī)，其負(fù)載相對(duì)轉(zhuǎn)角的瞬時(shí)曲線(xiàn)是非常不均勻的。因此如果施加了一個(gè)特別弱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)，將出現(xiàn)傳動(dòng)中的較強(qiáng)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。由此使電機(jī)轉(zhuǎn)速的確定變難了。相應(yīng)于不同轉(zhuǎn)速的動(dòng)力，要求足夠快速性的求值。
如果為了跟上轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，在該實(shí)施例中求值電路的工作速度，也即微計(jì)算機(jī)15的工作速度太低時(shí)，則需進(jìn)行多路測(cè)量及緊接著的求平均值。
對(duì)于用于測(cè)量電磁操縱制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)部件的裝置，該裝置的電路結(jié)構(gòu)與測(cè)量直流它激電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速裝置的電路結(jié)構(gòu)(如上述的第1和第2實(shí)施例)相同，其區(qū)別在于接受頻率分析的電壓不是取自電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)繞組而是取自電磁操縱制動(dòng)器的一個(gè)繞組。
本發(fā)明并非受該實(shí)施例的限制，也可由專(zhuān)業(yè)人員以其它的方式實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)本身為求值設(shè)置的頻譜線(xiàn)過(guò)弱或受到干擾時(shí)，可以在微計(jì)算機(jī)中通過(guò)相應(yīng)的程序查尋其它的頻譜線(xiàn)并求出其值。其它的實(shí)施例形式通過(guò)另外的信號(hào)濾波方法或電路也是可能的。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)量直流它激電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，其特征在于相應(yīng)于磁場(chǎng)電流的交流分量的電壓接受頻率分析。
2.用于測(cè)量電磁操縱制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)部件的方法，其特征在于相應(yīng)電磁操縱制動(dòng)器一個(gè)繞組中電流的交流分量的電壓接受頻率分析。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于對(duì)用于轉(zhuǎn)速的頻譜線(xiàn)進(jìn)行確定哪個(gè)位于根據(jù)通常的運(yùn)行條件預(yù)給定的轉(zhuǎn)速區(qū)域的界限之內(nèi)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于將該交流電壓進(jìn)行快速付里葉轉(zhuǎn)換(FFT)，并且將在預(yù)給定轉(zhuǎn)速區(qū)域界限內(nèi)頻譜線(xiàn)的頻率作為轉(zhuǎn)速輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求中1至3的方法，其特征在于將該交流電壓輸送給一個(gè)具有陡沿的帶通濾波器，它的輸出端與一個(gè)比較器相連接;使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在給定區(qū)域內(nèi)變化;并且將相應(yīng)于帶通濾波器邊界頻率的轉(zhuǎn)速作為在比較器輸出電壓變化的時(shí)間點(diǎn)上起作用的轉(zhuǎn)速被輸出。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一個(gè)權(quán)利要求的方法，利用該方法校核電動(dòng)機(jī)與通過(guò)一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)相連接的機(jī)器軸之間的傳動(dòng)比，其特征在于利用本身公知的方法測(cè)量該軸的轉(zhuǎn)速;從測(cè)量軸轉(zhuǎn)速及傳動(dòng)比的一個(gè)給定區(qū)域求得給定轉(zhuǎn)速區(qū)域;并且將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與軸的轉(zhuǎn)速相互建立聯(lián)系。
7.用于實(shí)施權(quán)利要求6的方法的裝置，其特征在于一個(gè)直流它激電動(dòng)機(jī)(1、2)通過(guò)一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(5、6、7)與一個(gè)機(jī)器(8)的軸(9)相連接;在該軸(9)上裝有一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器;設(shè)置了一個(gè)直流它激電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置(3)及一個(gè)產(chǎn)生磁場(chǎng)電流的裝置(4);在磁場(chǎng)電流回路中接有一個(gè)電流/電壓轉(zhuǎn)換器(11)，它的輸出經(jīng)由一個(gè)頻率分析裝置(12至14，21)與一個(gè)微計(jì)算機(jī)(16)相連接;以及轉(zhuǎn)速傳感器(10)的輸出信號(hào)傳送到該微計(jì)算機(jī)(15)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)皮帶輪機(jī)構(gòu)(5、6、7)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8中的一個(gè)權(quán)利要求的裝置，其特征在于頻率分析裝置是一個(gè)信號(hào)處理器(21)，它是為實(shí)施快速付里葉變換而設(shè)置的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8中的一個(gè)權(quán)利要求的裝置，其特征在于頻率分析裝置是由一個(gè)具有陡沿的帶通濾波器(12)，一個(gè)整流器電路(13)及一個(gè)比較器(14)組成的;以及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置(3)由微計(jì)算機(jī)(15)控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一個(gè)權(quán)利要求的裝置，其特征在于在一個(gè)不適用于求值的頻譜線(xiàn)的情況下，另一個(gè)頻譜線(xiàn)，最好是一個(gè)高次諧波的頻譜線(xiàn)被求出。
全文摘要
在測(cè)量一個(gè)直流他激電動(dòng)機(jī)或一個(gè)電磁操縱制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)速的方法中，將相應(yīng)于磁場(chǎng)電流或繞組電流的交流分量的電壓進(jìn)行頻率分析，其中最好對(duì)用于轉(zhuǎn)速的頻譜線(xiàn)進(jìn)行判斷確定哪個(gè)位于根據(jù)通常運(yùn)行條件設(shè)定的轉(zhuǎn)速區(qū)域的限界之內(nèi)。其中對(duì)該交流電壓進(jìn)行付里葉變換或輸送到具有陡沿的帶通濾波器上，在它的輸出端接有一個(gè)比較器。
文檔編號(hào)G01R23/16GK1036268SQ89101780
公開(kāi)日1989年10月11日 申請(qǐng)日期1989年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月31日
發(fā)明者米夏埃爾·克呂格爾 申請(qǐng)人:海德堡印刷機(jī)械股份公司