JP2000515355A - 物理量の制御方法、およびこの方法を実施するための装置 - Google Patents

物理量の制御方法、およびこの方法を実施するための装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、物理量の実際の値(実際値)を所定の値(目標値)に次のステップにより制御する方法に関する:a)目標値と実際値の差(制御偏差)、およびその符号(制御符号)を時間的間隔をおいて反復して検出し、b)制御偏差を各測定との時間的関連において少なくとも1つの電気信号に変換し、該電気信号の持続時間(制御偏差持続時間)は少なくとも目標値の領域において制御偏差の絶対値に比例し、かつ大きさは制御符号の関数であり、c)該少なくとも1つの電気信号によって、制御偏差持続時間の間、アナログ電気蓄積装置の電荷を制御し、d)該蓄積装置の電荷の大きさに依存して物理量を直接または間接的に制御し、当該物理量がその目標値の領域に留まるようにする。この制御方法は部分的にアナログ構成素子と部分的にデジタル構成素子に基づき、整流または制御のためにマイクロプロセッサを使用する電動機に対して、簡単な構造の速度制御器を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の名称] 物理量の制御方法、およびこの方法を実施するための装置 本発明は、物理量、例えば電動機の回転数を制御するための方法、およびこの ような方法を実施するための装置に関する。 DE4441372A1から、実用的であると証明されたこの種の方法および 相応する装置が公知である。しかしこの公知の方法を種々異なる電動機形式に適 用することは困難である。なぜならそれぞれプログラム変更が必要だからである 。 本発明の課題は、この種の新たな方法、およびこのような方法を実施するため の装置を提供することである。 本発明によればこの課題は、物理量の実際の値(以下、「実際値」とする)を 所定の値(以下、「目標値」とする)に次のステップによって制御する方法によ って解決される: a)目標値と実際値の差(以下、「制御偏差」とする)、およびその符号(以下 、「制御符号」とする)を時間的間隔をおいて反復して検出し、 b)制御偏差を各測定との時間的関連において少なくとも1つの電気信号に変換 し、該電気信号の持続時間(以下、「制御偏差持続時間」とする)は少なくとも 目標値の領域において制御偏差の絶対値に比例し、かつ大きさは制御符号の関数 であり、 c)該少なくとも1つの電気信号によって、制御偏差持続時間の間、アナログ電 気蓄積装置の電荷を制御し、 d)該蓄積装置の電荷の大きさに依存して物理量を直接または間接的に制御し、 当該物理量がその目標値の領域に留まるようにする。これによって正確で高速の 制御が僅かなコストによって得られる。この制御はとりわけ、制御の一部を安価 なマイクロプロセッサにより実行でき、別の部分を簡単なアナログ構成素子によ って実現できるという利点を有する。これによって全体で非常にコストが低くな り、制御の速度と精度は非常に高く、アナログ部分の変更によって非常に簡単に 種々異なる制御タスクに適合できるのである。 本発明のさらなる展開形態では、ステップb)において制御偏差の電気信号へ の変換をマイクロプロセッサで行い、この信号をマイクロプロセッサの少なくと も1つの出力端子で2進信号または3進信号として出力し、この信号をそこで制 御偏差持続時間内で測定中または測定後に形成する。このためにはデータ幅の狭 い、例えば4ビットの安価なマイクロプロセッサが適し、このマイクロプロセッ サを電子整流型電動機(ECM)において整流制御のために使用することもでき る。 本発明の別の展開形態では、ステップc)においてアナログ蓄積装置として用 いられるコンデンサの充電または放電が抵抗装置を介して行われ、この抵抗装置 を介して電気信号が存在する場合には制御偏差持続時間中に電流がコンデンサへ 、またはコンデンサから流れる。このような構成は非常に簡単かつ安価に実現で き、容易に種々異なる適用事例に適合することができる。 本発明のさらに別の有利な展開形態では、ステップd)において蓄積装置の電 荷の大きさが、PWM変調器(パルス幅変調式)のデューティ比によって制御さ れ、この調整器の出力信号が制御すべき物理量を直接または間接的に制御する。 択一的に、蓄積装置の電荷の大きさが信号、例えば直流電圧信号を直接制御する こともできる(例えばインピーダンス変換器を介して)。 本発明の改善実施形態で、制御偏差をその検出と同時に少なくとも1つの電気 信号に変換すると制御の経過が高速になる。 さらに他の可能性として、制御偏差をその検出に続いて少なくとも1つの電気 信号に変換する。この場合は、制御偏差を電気信号への変換前に所定の係数によ り乗算することができ、制御偏差検出の頻度を高めることができる。 本発明の詳細およびさらなる有利な展開形態は以下の説明、図面および決して 本発明の限定として理解すべきでない実施例、並びにその他従属請求項に示され ている。 図1は、回転数制御のためのデジタル/アナログ動作する制御装置を有する本 発明の装置の第1実施例の部分回路図である。 図2は、図1で使用される4ビット長のデータ語を示す。 図3は、図1の部分図である。 図4は、図1および図3を説明するための概略図である。 図5は、図1および図3を説明するための概略図である。 図6は、回転数制御のための本発明の装置の主な要素を概略的に示すフローチ ャートである。 図7は、図6に制御器(S114)として示した部分の詳細なフローチャート である:この部分は2進ツリーとして構成されており、非常に高速な作動と高い 制御精度が保証される。 図8から図10は、第1の実施例による回転数制御器の作用を説明するための 概略図である。 図11は、図3の第1変形実施例である。 図12は、図3の第2変形実施例である。 図13は、PWM変調器の有利な実施形態である。 図14は、図13を説明するための概略図である。 図15は、回転数制御される例として示された2相(巻線)電子整流型電動機 と関連する本発明の実施例の概略図である。 図16は、図1から図15で用いられるNEC社のマイクロプロセッサ17P103の 端子を示す図である。 図17は、マイクロプロセッサにより整流が制御される図15の電動機を説明 するためのフローチャートである。 図18は、本発明が内燃機関の回転数制御に使用される場合を示す概略図であ る。 図19は、マイクロプロセッサ17P103で使用される出力を説明するための概略 図であり、この出力はLOWと高抵抗との間で切り替えることができる。 図20は、マイクロプロセッサにおいて、いわゆるトリステート出力を説明す るための概略図である。 図21は、4つの出力端子を有する、図19に類似のマイクロプロセッサの概 略図であり、このマイクロプロセッサは制御器においてP成分とI成分を制御す るために使用される。 図22は、図21を説明するための概略図である。 図23から図28は、図21と図22を説明するための概略図である。 図29は、本発明の一般的側面を説明するための概略図である。 図30と図31は、本発明の一般的説明のための概略図である。 図32と図33は、目標値のデジタル設定を説明するための概略図である。 図34は、本発明の別の実施例を説明するための概略図であり、この実施例で は目標値がデジタルで設定され、P成分が制御の際に考慮され、別個に調整でき る。 図35は、図34の構成で使用することのできるプログラムの主要要素を概略 的に示すフローチャートである。 図36は、図34での回転数目標値のデジタル設定を示すフローチャートであ る。 図37Aと図37Bは、制御過程の流れを示すフローチャートである。 図38は、図34に示されたマイクロプロセッサにより制御される電動機の整 流を説明するためのフローチャートである。 図39から図42は、図32から図38の作用を説明するための概略図である 。 図43は、図31の変形実施例である。 図44は、図29の変形実施例である。 図45は、図37Aの変形実施例である。 図46は、図1,3または図18の変形実施例である。 図47は、蓄積装置の構成に対する変形実施例である。 図1は、実施例に本発明の主要素子を示す。20によりマイクロプロセッサ、 例えばNEC社の17P103マイクロプロセッサが示されており、このマイクロプロセ ッサは4ビットのデータ幅を有する。本発明にはこのような簡単なマイクロプロ セッサを使用することができるという利点がある。このマイクロプロセッサはR OMを有し、このROMにはマイクロプロセッサを制御するためのプログラムが 記憶されている。このプログラムの主要部分は後でフローチャートに基づいて説 明する。図1には、電動機50の回転数に対する制御器(I制御器)が示されて いるが、この制御器は例えば同じようにして内燃機関に対する回転数制御器とし ても使用することができ(図18参照)、また物理量を制御するためのその他の 任意の制御課題に対して使用することもできる。 マイクロプロセッサ20は通常は、例えば+5Vの制御供給電圧と接続されて おり、この供給電圧はプラス線路22とマイナス線路24との間に印加される。 これらの線路の間にはポテンシオメータ26が配置されている。ポテンシオメー タのタップ28はコンパレータ30の反転(−)入力端子と接続されている。コ ンパレータの非反転(+)入力端子は抵抗32(例えば100kΩ)を介してプ ラス線路22と、コンデンサ34(例えば100nF)を介してマイナス線路2 4と、また直接(または図示しない例えば100Ωの小さな抵抗を介して)マイ クロプロセッサ20のポートB0と接続されている。ポートB0はプログラムに よって、これが内部でマイナス線路24に接続され、コンデンサ34が放電され るように制御することができる。あるいはポートB0は、これが高抵抗であり従 ってコンデンサ34が抵抗32を介して充電できるように制御することができる 。 この経過のプログラムによる時間制御を以下詳細に説明する。ポートB1とB 2も制御ポートと称され、同じように制御することができる。すなわち、B1= 0ときポートB1はマイナス線路24と接続され、B1=1のときポートB1は 高抵抗である。このことはポートB2に対しても当てはまる。 コンパレータ30の出力端子33’は抵抗36を介してプラス線路と、抵抗3 8を介してマイクロプロセッサのポートC1と接続されている。ポートC1の電 位はDIFF(差)により示されている。 コンパレータ30の出力端子30’は、コンデンサ34が放電している限り“ 低”電位を有する。すなわち、DIFF=0である。なぜならこの場合、コンパレー タ30の+入力端子はその−入力端子よりも低い電位を有するからである。 マイクロプロセッサ20の出力端子B0が高抵抗になると、コンデンサ34は 抵抗32を介して充電され、従ってこのコンデンサにおける電圧は上昇し、所定 の時点(これを“測定時点”と称することができる)で、コンパレータ30の+ 入力端子はその−入力端子よりも電位が高くなる。これによって出力端子30’ の電位は突然、正の(高い)値に跳躍する(DIFF=1)。 従って入力端子C1における信号DIFFはその電位跳躍によって“測定時点”を 指示する。出力端子B0の電位が最初は低く(コンデンサ34は放電)、次に高 抵抗に切り替えられると、これにより所定の時間間隔で信号DIFFの正の電位跳躍 が得られる。この時間間隔はポテンシオメータ26の調整に依存する。すなわち 、ポテンシオメータ26のタップ28における電位が正になればなるほど時間間 隔は長くなる。 ポテンシオメータ26は回転数に対する目標値の調整に用いる。場合によって はここでポテンシオメータの代わりに、固定抵抗40と温度依存抵抗42(例え ば負の抵抗温度係数NTC)による構成も可能である。これは図1に破線で示さ れており、回転数に対する目標値を温度に依存させることができる。このことは 例えばもちろん、ファンが比較的に低い温度では低い回転数で、比較的に高い温 度では高い回転数で回転すべき場合である。 図1に示された構成は電動機50、例えばブラシ(整流子)型電動機または電 子整流型電動機(ECM)の制御に用いる。この電動機は例えば12,24,4 8または60Vの正の直流電圧に接続されている。あるいはこの構成により内燃 機関の回転数を制御することもできる。これは例として図18に示されてる。電 動機50に並列にフリーランニング(Frei1auf)ダイオード51が接続 されている。 電動機50に供給される電流はnpnダーリントントランジスタ54により制 御され、このトランジスタにはフリーランニングダイオード56が逆並列に接続 されている。トランジスタ54のエミッタは測定抵抗58(例えば3Ω)を介し て共通のマイナス線路24と接続されている。 トランジスタ54の電流を制御するためにPWM変調器60を用いる。この調 整器については後で図13に基づいて説明する。この変調器(デューティ比制御 器)は、例えば25kHzの周波数で電流をトランジスタ54でオン/オフする 。電動機50が多くの電流を必要とする場合、電流パルス間の休止時間は短くさ れ、電動機50があまり電流を必要としない場合には、この休止時間が長くされ る。ここでパルスの周波数は実質的に変化せずに留まる。 従って電流パルスiのデューティ比TVは、パルス持続時間tpとその周期時 間Tとの比であり(図1の右)、PWM変調器60の入力端子62の電位によっ て定められる。すなわちこの電位が高いときにはTVは小さく、場合により0% である。また入力端子62の電位が低くなるとTVは大きくなり、場合により1 00%となる。この場合電流iは連続的にトランジスタ54を流れる。 電動機50の起動中(相応に高い起動電流によって)は、入力端子62の電位 は測定抵抗58の電圧によって定められる。この電圧は抵抗64を介してnpn トランジスタ66のベースに供給される。このトランジスタ(例えばタイプBC 846)は可変抵抗として作用し、そのエミッタはマイナス線路24と接続され ている。ろ波コンデンサ68(例えば10nF)がトランジスタのベースとマイ ナス線路24との間に接続されている。トランジスタ66のコレクタは2つの抵 抗70,72(例えばそれぞれ1kΩ)を介して入力端子62と接続されている 。これら抵抗の接続点74はろ波コンデンサ76(例えば100nF)を介して マイナス線路24と接続されている。素子70,72,76は共に1次の時限素 子を形成する。この時限素子は、抵抗58における電圧パルスを入力端子62に おける実質的に同形状の直流電圧に変換するためのフィルタ素子として用いる。 起動時に高電流が抵抗58を流れると、そこで相応に高い電圧が形成される。 トランジスタ66がさらに導通すると、入力端子62の電位は負の方向に引き寄 せられる。これにより電流iのディーティ比は減少し、電流は所定の最高値に制 限される。これによって電動機50の起動時の電流制限が達成される。 入力端子62は高抵抗80(例えば100kΩ)を介して接続点82と接続さ れている。比較的大きなコンデンサ84(例えば3.3μF)が接続点82とマ イナス線路24との間に接続されている。コンデンサ84における電圧ucは、 トランジスタ66が遮断されているとき入力端子62の電位を定めることがわか る。トランジスタ66は実質的に電動機の起動時にだけ電流導通状態となるので 、このトランジスタは起動後には電圧ucによって作用される回転数制御を行わ ない。しかしいずれの場合でも電流制限は回転数制御に優先される。すなわち、 トランジスタ66が導通するとき、回転数制御ではなく専らこのトランジスタが 入力端子62の電位を制御し、電流iが所定の最高値を上回らないようにする。 接続点82にはダイオード88のアノードが接続されており、そのカソードは 抵抗90(例えば100kΩ)を介してマイクロプロセッサ20のポートB2と 接続されている。接続点82にはダイオード92のカソードが接続されており、 そのアノードは抵抗94(例えば43kΩ)を介してプロセッサ20のポートB 1と接続されている。このポートB1はまた抵抗95(例えば3.3kΩ)を介 してプラス線路22と接続されている。 電動機50には回転数発生器96(TG)が結合されており、この回転数発生 器は出力電圧ホール“Hall”を送出する。この出力電圧の周波数は電動機50の 回転数に比例する。電動機50では電圧Hallをホール発生器の出力電圧とするこ とができ、このホール発生器はロータ位置センサとして用いる。しかしこのため には出力電圧のいずれの形式も適し、例えば周波数が回転数に比例するパルス、 正弦波電圧、矩形波電圧等でも良い。しかし頻繁にはコストの理由からホール発 生器をとくに電動機の場合は使用するので、この信号を“Hall”と称する。 図2は、マイクロプロセッサ20のデータ語100を示す。このデータ語は4 つのビット、B3,B2,B1およびB0からなり、例えば0111である。ビ ットB3は本実施例では使用しない。 ビットB0はマイクロプロセッサ20のポートB0を制御する。これが“0” であるとき、このポートはマイナス線路24と接続され、“1”であるときポー トB0は高抵抗となる。同じことがすでに説明したようにポートB1とB2に対 しても当てはまる。 図3もまた、2つのダイオード88と92を有する回路の一部を示す。図4は 、ポートB1とB2の信号を異なる動作状態において示す。ここで“1”はポー トが高抵抗であること意味し(オープンコレクタ)、“0”はポートがマイナス 線路24と接続されていることを意味する。 状態98ではB1=0、B2=1である。すなわち2つのダイオード88,9 2は阻止されており、電流がポートB1,B2からコンデンサ84へ、またはコ ンデンサ84から流れることができない。従ってコンデンサの電荷、ひいては電 圧ucは変化しない。これによってPWM変調器60のデューティ比TVも変化 せず、このことは図4に水平の矢印によって示されている。状態98は、回転数 目標値(ポテンシオメータ28の調整位置)と回転数実際値(パルスHallの時間 的間隔TH)との差に対する測定過程の少なくとも一部分で留まる状態に相応す る。この状態98をニュートラル調整位置と称することができる。なぜなら、こ の状態では電動機50に対する電流パルスiのデューティ比TVが変化しないか らである。 回転数nが過度に低ければ、すなわち目標回転数n0より低ければ、図4の欄 100によりB1=1かつB2=1に調整される。この場合ダイオード8が阻止 され、ダイオード92は導通する。これにより抵抗95と94を介して充電電流 がコンデンサ84に流れ、コンデンサの電圧ucは上昇する。これによってデュ ーティ比TVは増大し、電動機50を流れる電流iも増大する。このことは図4 に上向きの矢印によって示されている。これによって電動機50の回転数nは上 昇する。 この回転数が過度に高ければ、図4の欄102に従ってB1=0かつB2=0 がセットされる。これによってダイオード92は阻止される。なぜなら電流がプ ラス線路22から抵抗95とポートB1を介してマイナス線路24に流れ、これ によりポートB1は近似的に電位0Vとなるからである。ダイオード88は導通 する。これによりこのダイオード、抵抗90およびマイクロプロセッサ20の内 部接続を介して電流がコンデンサ84からマイナス線路24に流れ、コンデンサ 84の電圧ucは低減される。これによってデューティ比TVが減少する。従っ て電動機50を流れる電流iは小さくなる。このことは図4に下向きの矢印によ って示されている。ここでは回転数nは相応に低下する。 図3の回路によっていわゆるトリステート出力がシミュレートされる。すなわ ちプロセッサ出力端子は、状態“0”(図4の欄102)および“1”(図4の 欄100)の他に状態“高抵抗”(図4の欄98)を取ることができる。 図3の回路には、抵抗90と94によって種々異なる制御パラメータを調整で きるという利点がある。抵抗94と95は共に“電動機が過度に緩慢”に対する 制御パラメータを定め、抵抗90は“電動機が過度に高速”に対する制御パラメ ータを定める。有利には抵抗94と95の和(例えば46kΩ)は抵抗90(例 えば100kΩ)よりも小さく選択する。すなわち回転数nが過度に低いときコ ンデンサ84の電荷が急速に上昇し、これにより起動時に回転数が迅速に上昇す る。これに対し回転数nが過度の高い場合にはコンデンサ84の電荷は緩慢に低 減され、これにより電動機の始動時に回転数の振れが発生しない。 図5はこのことを示している。そこで曲線104は上記のように抵抗90と9 4の値が異なる場合に対するものであり、曲線106は抵抗90と94が同じ大 きさである場合を示す。後者の場合、目標回転数n0に達するまでに比較的長時 間かかる。すなわちシステムの減衰度が小さい。抵抗90と94を異なる大きさ にできるということは図3の構成の重要な利点である。同じように、プログラム によって命令に応じ、コンデンサ84の電荷を(実質的に)一定に保つこと(図 4の欄98)、上昇させること(欄100)、または低下させること(欄102 )ができる。以下この回路に対する変形実施例が示されており、これを説明する 。 図6は通常のフローチャートの形態で制御プログラムの基本経過を示す。ステ ップS110は、リセット後のプログラムへのジャンプであり、例えばパワーア ップリセット後の投入接続時である。ステップS112で初期化が行われる。こ こでは、プログラムに対して必要な値および状態を設定する変数および定数がロ ードされる。ステップS114は、図7に構成の示された制御器を含む。電動機 50が電子整流型電動機の場合、ステップS116は整流を行う。このような電 子整流型電動機、およびその整流のためのプログラムは後で図15から図17に 基づいて説明する。電動機50がコレクタ(ブラシ)型電動機の場合はステップ S116は省略される。 マイクロプロセッサはノイズパルスによって“ハングアップ”することがある から、すなわちそのプログラムが停止し、それ以上実行できなくなることがある から、S119には周期的リセット過程が示されている。この周期的リセット過 程は電動機50の回転によって制御され、例えば1回転ごとに行うことができる 。これについては日本特許公開公報7−194170号を参照されたい。この刊 行には電動機で周期的にリセットするための構成が示されている。これは内燃機 関でも同じように可能である。この構成または類似の形式の構成を本発明の電動 機に設けることは有利である。これにより多くの電気的ノイズパルスがある環境 での問題点が回避され、電動機が確実に所望の回転数で回転する。しかしこの可 能性はすべてのマイクロプロセッサに与えられるわけではない。 ステップS114(場合によりステップS116)はループS118の一部で ある。このループは動作時に常時実行される。このループは有利には、このルー プを通過するのに対して一定の時間、例えば20μsが必要であるように構成さ れており、従ってループ数を計数することによって時間測定が可能である。この 一定の持続時間は、個々の比較的短いプログラム部分例えばステップS152お よびS140へのNOP(ノーオペレーション)命令によって達成される(図7 )。このようにして通過したループの数を計数することによって簡単に時間測定 を行うことができる。周期的リセット過程の間は、ループS118を短時間去る ことになる。このことはフローチャートに示されている。 図7は制御器部分の構成を詳細に示す。“RGLポート”(RGL−Port )に関する記述は図2のデータ語を表し、このデータ語はマイクロプロセッサ2 0の出力端子B2,B1およびB0を制御する。例えばRGLポート=0101 はビットB0、すなわち最下位ビットが1であることを意味し、コンデンサ34 が充電される。さらにB1=0かつB2=1であり、このことは図4の欄98か らコンデンサ84は充電も放電もされない(ニュートラル調整位置)。 ステップS120(図7)で制御過程が開始する。ステップS122で信号“ Hall”、すなわち回転数発生器96の出力信号が問い合わされる。これが値“1 ”を有していれば、ステップS124で制御ビット(レジスタ)がセットされる 。これにより信号“Hall”がこの時点で“1”であることが記憶される。ステッ プS126で、マイクロプロセッサ20のポートC1の信号DIFFが問い合わされ る。この信号が値“1”を有していれば、回転数の測定が終了され、ステップS 128で新たな測定のための準備が行われる。このためにRGLビットと称する レジスタが“0”にセットされ、データ語RGLポート=0100にセットされ る。これによってコンデンサ34は放電し、コンデンサ84の電圧ucは不変に 保持される(図3の欄98によるニュートラル調整位置)。 整流が行われる限り、ステップS116で整流が検査され、場合により変更さ れる。このことは後で図15から図17に基づいて詳細に説明する。 ループS118の通過後、プログラムは新たにステップS122に達する。信 号“Hall”が変化していない限り(Hall=1)、プログラムはステップS124 ,S126を介してステップS130へ移行する。なぜならコンデンサ34の放 電によって信号DIFFは“0”になっているからである。先行するステップS12 8でレジスタRGLビットは“0”になっている。すなわちプログラムはS13 0でステップS132に分岐する。このステップS132はステップS128と 同じである。すなわち、ポートB0,B1,B2に変化は生じない。 続いてプログラムは新たにループS118を通過する。このとき(回転数発生 器96の)信号“Hall”が“1”から“0”へ変化していれば、プログラムはス テップS122でS136へ分岐する。そこでは前にS124でセットされた制 御ビットが問い合わされる。制御ビットがまだセットされていれば、ステップS 138でリセットされる。これはプログラムでHall=0を保持するためである。 続いてステップS132が新たに実行される。これはコンデンサ34を確実に放 電させ、信号DIFFを確実に“0”にするためである。 後者のことが必要であるのは、コンデンサ34が新たに充電開始される前にこ れを本当に放電されるためである。すなわち、プログラムが後で説明するステッ プS140の処理をしている間に、信号“Hall”が“1”から“0”へ変化する と、ここでは信号DIFFは“1”であり得るか、または“1”になることがある。 この問題はとりわけ、回転数目標値(ポテンシオメータ26の)が急速に高い回 転数から低い回転数へ変化したときに生じる。ステップS132でコンデンサ3 4もこの特別の場合に放電されるから、問題は生じない。 プログラムの次の通過時に相変わらずHall=0であると、制御ビットはもはや セットされず、プログラムはS144へ分岐する。そこでは信号DIFFが問い合わ される。すなわち、コンデンサ34の充電状態が問い合わされる。DIFF=0であ れば、ステップS146でレジスタRGLビットが“1”にセットされ、データ 語は図2に従い0101に調整される。これによってコンデンサ34の充電を開 始することができる。すなわち所望の回転数と実際の回転数との差の測定が開始 される。 プログラムの次に通過時(Hall=0の場合)には、プログラムは新たにステッ プS122を介してS136からS144へ移行する。この間にコンデンサ34 がDIFF=1になるまで充電されていれば、回転数の測定は終了され、プログラム はS148へ分岐する。そこではレジスタRGLビットが問い合わされる。 レジスタはステップS146から値“1”を有しており、従ってプログラムは S152へ移行する。そこにはNOP命令またはその他の“不活”(inert )命令があり、すでに説明したようにこの場合に対してループ通過に対する時間 を他の場合と同じようにするために用いる。さらにS152でデータ語RGLポ ートは図2に従い値0111を受け取る。すなわち、コンデンサ34はさらに充 電され、信号DIFFは値“1”に維持され、そして図4の欄100に従い、今度は コンデンサ84が抵抗94,95とダイオード92を介して充電され、それによ り電圧ucは上昇する。この場合、信号DIFFはHall=0の領域で“1”となった から、電動機50の回転数nが過度に低い(目標値よりも低い)ことが判明し、 電圧ucの上昇によって電動機50はPWM変調器60を介して比較的に多くの 電流を受け取り、従ってその回転数は上昇する。 電動機の回転数が過度に高ければ、信号DIFFはHall=0の間、値“0”を維持 する。ここではHall信号の変化後、すなわちHall=1になり、DIFF=0である限 り、プログラムはステップS122,S124,S126およびS130を介し てすでに説明したステップS140へ移行する。そこには同じようにNOP命令 があり(ステップS152と同じ理由から)、図2に従いデータ語RGLポート はステップS140で値0001を受け取る。すなわちコンデンサ34がさらに 充電され(B0=1)、図4の欄102に従いコンデンサ84は抵抗90とダイ オード88を介して放電する。これにより回転数はやや低減される。コンデンサ 84の放電は、Hall=1の間に値DIFF=1になるまで行われ、その後ステップS 128が実行され、コンデンサ84の放電は終了し、コンデンサ34が放電され る。またはコンデンサ84の放電は、回転数信号が再びHall=0になるまで行わ れる。その際にはS132でコンデンサ34が放電され、コンデンサ84の放電 は終了する。 ループS118の通過時にプログラムがS140を通過する限り、信号DIFFは “1”にはまだならず、続いて信号Hallが“1”から“0”に変化するから、プ ログラムはステップS122,S136,S138およびS132を通過する。 ここでは信号DIFFが“1”になることがあり、それ自体はステップS132でB 0=0によりコンデンサ34は放電する。しかしこの場合の放電は非常に短く、 DIFFは次のループ通過時に値“1”を有することができる。 この特別の場合、すなわちDIFF=1の場合、プログラムは次のループ通過時に ステップS136,S144,S148を介してステップS150へ移行する。 そこでRGLビット=1にセットされ、データ語RGLポート(図2)は010 0になる。これによりコンデンサ34は、続いて次のループでのステップS14 6で新たな充電が開始される前に、B0=0により確実に放電する。 図7の2進ツリー構造によって、I制御器の非常に簡単な構成が僅かなプログ ラムステップと、とりわけ高速のプログラム実行により得られる。またコンデン サ84の充電または放電は、所望の回転数n0と実際回転数nとの差、すなわち いわゆる制御偏差の符号および大きさに依存する。制御偏差が0である限り、コ ンデンサ34は場合により交互に、短い充電パルスを受け取り、次の制御過程で は短い放電パルスを受け取る。これによりコンデンサの電荷、およびひいては電 圧ucは結局のところ変化しない。前の説明からわかるように、信号“Hall”の 各期間TH(図1)の間に回転数は一度補正される。 図8は、回転数が過度に低い(目標値より低い)場合に対する経過を線図に示 す。列a)には信号“Hall”が示されており、列b)にはコンデンサ34の信号 u34が示されている。後者はHall信号が“1”から“0”へ変化するとき、図 7のステップS132(またはステップS150)により放電し、続いてステッ プS146で充電を開始する。図8に示された回転数は過度に低いので、時点t 1で、すなわちHall=0の間に、信号DIFF=1になる。これによってステップS 152でポートB1とB2が“1”に調整される。これにより図4の欄100に 従って、コンデンサ84は抵抗94,95およびダイオード92を介して充電さ れ、電動機50の回転数はデューティ比TVの増大によって上昇される。 Hall信号が“0”から“1”へ変化する時点t2の後、ステップS128でコ ンデンサ34は放電され、これによってDIFF=0になる。同じようにB1(図2 の説明参照)も“0”になり、このことはコンデンサ84の充電の終了を意味す る。すなわちコンデンサ84は時間t1からt2の間だけ充電される。実際の回 転数が所望の回転数に対して低ければ低いほど、図8で時点t1は左へ移動し、 コンデンサ84は比較的長く充電される。このことは図8の列g)に示されてい る。図8の列e)によれば、この場合時間全体を通じて信号B2は“1”であり 、Hall=0である限り、レジスタRGLビットは値“1”を有する。 図9は、実際回転数nが所望の回転数n0に相応する場合に対する経過を示す 。ここでもコンデンサ34の充電は、Hall信号が“1”から“0”へ変化すると きに開始され(ステップS146;時点t3)、Hall信号が“0”から“1”へ 変化するとき、すなわち時点t4で信号u34はポテンシオメータ26で調整さ れた目標値に達し、これによりDIFF=1になる。これによってプログラムはステ ップS128へ移行し、ここではコンデンサ34が放電され(B0=0により) 、コンデンサ84の電荷は結果として変化しない。 時点t4が信号Hallの“0”から“1”への変化の直前にあれば、ステップS 152でコンデンサ84は非常に短時間充電され、t4がHall変化の直後にあれ ば、コンデンサ84はステップS140で非常に短時間放電される。すなわち、 それぞれ制御ループを通過する間、例えば20μsの間である。 図9の列d),e)およびf)によれば、ここでは信号B1は常時“0”に留 まり、信号B2は常時“1”に留まり、レジスタRGLビットはt3とt4の間 では“1”に留まる。列g)によれば、コンデンサ84の電荷ucは変化しない 。 実際にはこの場合すでに説明したように、交互に非常に短いパルスが発生し、 これらパルスは交互にコンデンサ84を非常に僅かに充電および放電する。これ によってコンデンサの電荷状態は目標回転数に達した後は実質的に変化しない( 制御器のI特性)。 図10は、回転数が過度に高い(目標値より高い)とき何が生じるかを示す。 時点t5でステップS146、すなわちコンデンサ34の充電が開始する(B0 =1)。すなわち、信号Hallが“1”から“0”へ変化する場合である。S14 6によりB1=0かつB2=1である。すなわちコンデンサ84の電荷は最初変 化しない。レジスタRGLビットは時点t5で“1”になる。 時点t6で、すなわち“0”から“1”へのHall変化の際にDIFF=0であり、 レジスタRGLビットは相変わらず“1”である。すなわちステップS140で さらにB0=1が保持され、コンデンサ34はさらに充電され、B1およびB2 に対する値は時点t6で両方とも“0”にセットされる。これによりt6から図 4の欄102に従い、コンデンサ84はダイオード88と抵抗90を介して放電 し、回転数が低減される。 時点t7でu34はポテンシオメータ26で調整された目標値に達し、信号DI FF=1が形成される。その結果プログラムはステップS128へ移行し、ここで はコンデンサ34が放電され、コンデンサ84の放電が終了する。このときレジ スタRGLビットは“0”にセットされる。図10の列g)は、コンデンサ84 の電圧ucが時点t6とt7の間で低下している様子を示している。このことは わかりやすくするため誇張して示されており、同じことが図8のucの上昇にも 言える。 時点t8(Hall信号の“1”から“0”への変化時)までに信号DIFF=1が発 生しなければ、コンデンサ84がt6とt8の間で放電され、コンデンサ34が 時点t8で自動的に放電される。その後新たな測定が開始する。すなわちこの時 点からコンデンサ34は新たに充電される。このような場合は通常、所望の回転 数がポート26で比較的小さい値に調整された場合だけ発生する。電動機50は 次に比較的小さい電流を受け取り、電動機の駆動する負荷によって所望の比較的 低い回転数に達するまで制動される。 前記の制御構成は非常に正確であり、信号Hallを電動機の1回転当たりでさら に頻繁に形成すればさらに正確になる。なぜなら信号Hallの期間TH(図1およ び図1)で回転数は一回補正されるからである。実際に本発明により所望の回転 数が高精度で得られる。 図10の補足として、時点t5,t6,t8はそれぞれ電動機50の所定の角 度位置に相当することを述べておく。例えば時点t5は所定の角度位置α1=0 °mechに、時点t6は角度α2=180°mech、時点t8は角度α3=360° mech(=0°mech)に相当することができる。コンデンサ34の充電はこの場合 、所定の角度位置α1で開始し、測定は角度位置α1に対して所定の角度行程β (図10a)が経過した後に行われる。すなわちロータ位置α2で行われる。信 号DIFF=1がα1とα2の角度領域内で発生する場合には電動機が緩慢すぎであ り、α2とα3の角度領域で発生する場合には電動機が高速すぎである。この実 施例では、測定サイクルおよび制御サイクルも常に360°mech以内に終了する こととなる。すなわち、ロータの1回転内で終了する。 しかし同じ測定サイクルおよび制御サイクルをロータの1回転中にさらに頻繁 に、例えば10または100回行うこともできる。これによって制御はさらに正 確になる。重要なことは、時点t5が電動機の所定の回転位置α1に相応し、同 じように時点t6が動作中に続く回転位置α2に相応することである。ここでα 1とα2との間には所定の角度行程βがある。βが360°mechの大きさをとる とすれば、回転位置α1とα2は空間的に(時間的にではなく)一致し、制御サ イクルは2回転持続することとなる。(回転数発生器96はこの場合、変速伝動 装置を介して駆動される)。角度行程βもα2からα3の角度間隔に一致する必 要はなく、例えばα1は0°mech、α2は10°mech、α3は30°mechである ことができる。実際には、整流に対しても使用されるHall信号を頻繁に用いる。 この場合、各角度間隔は同じ大きさである。 回転数が過度に低いとき、信号DIFF=1の発生と回転位置α2との間の角度間 隔が(負の)制御偏差の大きさを表す。また回転数が過度に高いとき、回転位置 α2と信号DIFF=1の発生時の角度との角度間隔が(正の)制御偏差を表す。こ の角度間隔の間にコンデンサ84を充電または放電することによって、簡単かつ 僅かなコストで回転数nを所望の値に正確に維持できる。 図11は、いわゆるトリステートポートを有する変形実施例を示す。このポー トは多くのマイクロプロセッサで使用することができる。ここでポートBは例え ば、2つの電位+5V、0Vと高抵抗状態、いわゆるオープンコレクタとの間で 切り替えることができる。相応して、抵抗160とポートBとの間に接続された コンデンサ84の電荷は次のようにして変化させることができる。すなわち、ポ ートBの状態をプログラムによって相応に制御して変化させるのである。欠点は 、“回転数が過度に高い”と“回転数が過度に低い”に対する制御パラメータが 抵抗160により設定され、従って同じであるということである。 図12は、pnpトランジスタ162とnpnトランジスタ164を用いたト リステートポートのシミュレーションを示す。トランジスタ162のエミッタは プラス線路22と、ベースは抵抗166を介してポートB1と、コレクタは接続 点168を介してトランジスタ164のコレクタと接続されている。トランジス タ164のベースは抵抗170を介してポートB2と、エミッタはマイナス線路 24と接続されている。接続点168には抵抗172を介してコンデンサ84が 接続されている。その他の回路は図1(図11に対しても)に相応し、従って同 じ参照符号が付してある。 図12で、トランジスタ162のベースを論理値“1”、トランジスタ164 のベースを論理値“0”にすることにより2つのトランジスタ162と164が 阻止されると、コンデンサ84の電圧ucは不変となる(プラス線路22ないし はマイナス線路24と接続されなくなる)。 トランジスタ162がそのベースを諭理値“0”とされて導通されると、コン デンサ84は、抵抗172を介して充電され、電圧ucが上昇する。この際トラ ンジスタ164は阻止されていなければならない。 ポートB2が信号B2=1により高抵抗に制御されてトランジスタ162が阻 止されトランジスタ164が導通されると、トランジスタ164は抵抗95、1 70を介してベース電流を受ける。コンデンサ84は抵抗172及びトランジス タ164を介して放電され、電圧ucは対応して降下する。 当然、この種の他の回路構成も可能である。 図13は、図1の回路において有利に使用されるような、PWM変調器60の 一構成を示す。これは、例えば、25KHzで振動する三角波発振器180を本 質的部分として有し、さらに、図14bにも示されかつトランジスタ54(図1 )により電流を制御するパルス状のPWM信号184が出力側に生ずる、コンパ レータ182を有する。図示されそして数値をもって説明されるPWM変調器6 0は、プラス線路222とマイナス線路24の間に12Vの駆動電圧が印加され る。 三角波発振器180は、場合によりコンパレータ182と共にダブルコンパレ ータとして構成されたコンパレータ186(例えばLM2901)を有する。こ れらのコンパレータは、慣用の如く電圧供給のためプラス線路222及びマイナ ス線路24と接続される。コンパレータ186の出力188は結合抵抗190を 介してその非反転(+)入力端子に、また逆(負帰還結合)抵抗194を介して その反転(−)入力端子に接続される。コンデンサ198が端子196とマイナ ス線路24との間に介在する。出力188はさらに抵抗200を介してプラス線 路222と接続する。+入力端子192は、2つの同じ大きさの抵抗202、2 04を介してプラス及びマイナス各線路222、24に接続する。 このように構成された三角波発振器180は例えば25kHzの周波数で発振 し、これにより形成された三角波電圧208は、線路222および24の間の電 圧の半分に対してほぼ対称に経過し、動作電圧が12Vのとき三角波信号の下側 ピーク201の電圧は約2Vであり、上側ピーク203の電圧は約9Vである。 三角波信号208はまた電圧0V、すなわちマイナス線路24の電位に対してオ フセットを有する。このオフセットは例えば約2Vとすることができるが、これ より大きくても小さくても良い。 −入力端子196の三角波信号208はコンパレータ182の−入力端子21 0に供給される。このコンパレータの+入力端子212は図1の入力端子62に 相当し、この入力端子212には高抵抗80(図1)を介してコンデンサ84の 電圧ucが第1の調整信号として供給される。これは図1で説明したのと同じで ある。同様にしてこの+入力端子212には、部材70,72,76により形成 されたTフィルタの出力信号が供給される。この出力信号は、電動機50におけ る電流iの大きさによって定められる。すなわち、電動機50を流れる電流が大 きくなればなるほど(所定の閾値から)トランジスタ66は導通し、+入力端子 212の電位を引き下げる。このことはデューティ比TVを減少され、電動機電 流が大きくなればなるほど、デューティ比は小さくなる。 コンパレータ182の出力端子216は抵抗218を介してプラス線路222 と接続されている。この出力端子はPWM変調器60の出力端子を表し(図1参 照)、トランジスタ54(図1)を瞬時のデューティ比TVで制御し、常時オン /オフする。 三角波発生器180の作用を、図13を参照して説明する。そこには3つの電 位、すなわちコンパレータ186の−入力端子196のP1、同コンパレータの +入力端子192のP2および同コンパレータの出力端子188のP3が示され ている。 この構成の投入接続時にまず、(放電された)コンデンサ198により値P1 はマイナス線路24の電位に保持される。P3は従ってプラス線路222の値を とる。なぜならこの場合、コンパレータ186の+入力端子192の電位は−入 力端子196の電位P1より高いからである。従ってコンデンサ198は抵抗2 00と194を介して充電を開始する。このことは図14では、三角波信号19 8の上昇部分207に相応する。三角波信号は電位P1に、すなわちコンデンサ 198の電圧に相当する。値P2は、a)抵抗202,200および190の並 列回路、およびb)下側分圧器抵抗204により与えられる。 抵抗202と204は有利には同じ大きさであり、例えばそれぞれ10kΩで ある。抵抗190は例えば4.3kΩ、抵抗200は例えば2.2kΩ、抵抗1 94は例えば15kΩ、抵抗200は例えば2.2kΩであり、抵抗194、2 00、218は、例えば夫々15kΩ、2.2kΩ、33kΩである。そしてコ ンデンサ198は例えば1nFである。動作電圧が12Vの場合、線路222と 24の間の電位P2はこの場合約9Vである。 コンデンサ198を充電することによって続いてP1はP2より高くなり、こ れにより出力端子188はマイナス線路24の電位に切り替わる。すなわち電位 P3は負方向に急転する。従ってコンデンサ198は抵抗194とコンパレータ 186を介して放電を開始する。このことは図14aの三角波信号208の下降 部分209である。コンパレータの閾値P2もこれによって同じように変化する 。この閾値は、a)抵抗204と190の並列回路、およびb)分圧抵抗200 から得られる。この新たな電位P2は約2Vである。 コンデンサ204の放電によりP1がP2より低くなると、コンパレータ18 6は再び“オン”に切り替わる。すなわち出力端子の電位P3が再び高くなる。 前記の過程は周期的に繰り返され、従ってP1は再び、抵抗200,190お よび202により定められる電位P2まで上昇する。その後P3(コンパレータ 186の出力端子188)は再びマイナス線路24の電位に急転する。このこと によって例えば25kHzの三角波信号208が発生する。 コンデンサ198の充電時間は、抵抗200と194の直列回路の値によって 定められる。このコンデンサの放電時間は抵抗194によって定められる。+入 力端子192の電位P2は前記の値の場合約+9Vと+2Vの間で発振し、例え ば5.5Vの中央電圧に対してほぼ対称となる。この中央電圧は線路222と2 4の間の電圧のほぼ半分に相当する。信号208の小さな非対称性は抵抗200 によって生じる。 重要なことはPWM比(パルス幅変調比)が、電圧ucが+2V以下ののとき にすでに0%に達していることである。これにより0から2Vの電圧領域で電動 機電流iはゼロに維持される。このことが重要なのは、図示の形式の電流制限が 行われる場合である。なぜなら、測定抵抗58(図1)における信号の値が高い 場合、すなわち電動機電流iが大きい場合、抵抗72における信号(コンパレー タ182の+入力端子212に供給される)は完全にはマイナス線路24の電位 まで降下せず、やや正に留まる。しかしこの小さな残留電圧は0から2Vの電圧 領域内(図14aのオフセット206)にあるから、この領域内ではPWM比は 0%に調整され、これによりこのような小さな残留電圧があっても電流制限が確 実に機能する。つまり動作時に電位P1(コンパレータ182の−入力端子)が +2V以下に降下せず、これにより2V以下にあるこのコンパレータの+入力端 子の各電位により0%のPWM信号184のディーティ比が生じる。通常動作時 には、電流制限は電動機電流の低減にだけ作用する。すなわち、入力端子212 の電位は2V以上の領域にあり、0%以上のデューティ比に相応するが、デュー ティ比は電流制限を行うことによって、比較的に小さい値にシフトされる。オフ セット領域206によってまた、トランジスタ66(図1)が大きな許容偏差を 有していて間違った電流制限の行われることが回避される。 動作時に三角波発振器180は図14aに示した三角波電圧208を形成する 。コンパレータ182の+入力端子212における電位(図14aにはucによ り示されている)に応じ、これが低ければ低いほど、コンパレータ182の出力 端子216で得られる例えば周波数25kHzの矩形パルスは短くなる。かくて この電位の高さが、パルス184デューティ比を定める。入力端子212の電位 がより正になれば、デューティ比は増大し、ひいては電動機電流iも増大する。 この信号がより負になれば、デューティ比と電動機電流iは減少する。 通常動作では、+入力端子212に高抵抗80を介して正の第1調整信号が供 給され、この調整信号はPWM信号184のデューティ比を定める。しかし電動 機50を流れる電流が所定の限界値を越えて増大すると、トランジスタ66が導 通し、これによって+入力端子212には低減された電位が発生する。すなわち この電位は負の方向にシフトされる。なぜなら電流が入力端子62からトランジ スタ66を介してマイナス線路24に流れるからである。このことによってPW Mパルス184のディーティ比TVが減少し、小さくなればなるほど電動機電流 は増大する。このようにして穏やかな電流制限が得られ、この電流制限は実質的 にアナログで動作し、付加的な電動機ノイズまたは付加的なEMV障害の原因と はならない。 図15は、電子整流型電動機230における本発明の構成を示す。この電動機 のうち232により概略的に永久磁石ロータが示されている。このロータは磁界 によってホールIC234を制御する。このホールICは図15の左側にも示さ れている。電動機230はいわゆる2相(巻線)電動機として2つの巻線236 ,238を有する。もちろん本発明は電子整流型電動機のいずれの形式にも適し 、例えば3巻線または4巻線であってもよい。巻線236,238は動作時には 交互に電流を受け取る。これについてはDE2346380C2参照のこと、そ こには2巻線2パルス信号型電動機が記載されている。(2パルスとは、ロータ 232の360°el回転中、巻線236の半回転中および巻線238の別の半回 転中に電流を受け取る、すなわち360°el当たりで2つの電流パルスを受け取 ることを意味し、これら2つの電流パルスはPWM回転数制御によって多数の個 別パルスに分割することができる。) 巻線236を流れる電流i1を制御するために、フリーランニング(Frei lauf)ダイオード242を備えたnpnダーリントントランジスタ240を 用い、巻線238を流れる電流i2を制御するために、フリーランニングダイオ ード246を備えたnpnトランジスタ244を用いる。トランジスタ240, 244のエミッタは相互に、かつ(図1から既知の)電流測定抵抗58を介して マイナス線路24と接続されている。 図15において、図1と同じまたは類似の部材には同じ参照符号が付してあり 、再度説明しない。PWM変調器60の有利な実施例は図13に詳細に示されて いる。 トランジスタ240はマイクロプロセッサ20のポートD1(図16参照)に よってANDゲート250を介して制御される。ANDゲート250の他方の入 力端子にはPWM変調器60からの出力信号184が供給される。この出力信号 184の波形は図15に概略的に示されている。ここでは例えば25kHzの矩 形パルスである。このパルスの幅はPWM変調器60の入力端子における電圧の 高さによって定められる。トランジスタ240は、PWM変調器60の出力端子 とマイクロプロセッサ20の出力端子D1の両方に諭理信号“1”が存在すると きにのみ導通制御される。 同じようにトランジスタ244はマイクロプロセッサ20のポートD0(図1 6)によりANDケート252を介して制御される。このANDゲート252の 他方の入力端子にはPWM変調器60からの出力信号184が供給される。トラ ンジスタ244も、PWM変調器60の出力端子とマイクロプロセッサ20の出 力端子A0の両方に論理信号“1”が存在するときにのみ導通制御される。 ANDゲート250の出力端子とトランジスタ240のベースとの間には抵抗 254が接続されており、同じようにトランジスタ244には抵抗256が接続 されている。 マイクロプロセッサ20の入力端子VDD(図16)にはプラス線路22の電 圧(例えば5V)が供給される。この入力端子と入力端子GNDとの間には、ノ イズパルスからマイクロプロセッサ20を保護するために小さなコンデンサ26 0が接続されている。マイクロプロセッサ20の使用しない出力端子D2,C0 ,C2およびC3は抵抗Rを介してプラス線路22と接続されている。図16参 照。 ホールIC234は電流供給のためにプラス線路22とマイナス線路24に接 続されている。その出力信号“Hall”はマイクロプロセッサ20のポートD3に 供給される。その他その出力端子はいわゆるプルアップ抵抗262を介してプラ ス線路22と接続されている。 電動機の投入接続時にいわゆるパワーアップリセットを行うためにコンデンサ 264が設けられている。このコンデンサの一方の端子はマイナス線路24と、 他方の端子は接続点266と抵抗268を介してプラス線路22と接続されてい る。接続点266はマイクロプロセッサ20の入力端子RESET/と接続され ている。電動機230の投入接続時にはコンデンサ264は放電しているから、 この入力端子は投入接続時に諭理信号“0”を受け取り、リセット過程が行われ る。引き続いて動作中にコンデンサ264は充電され、これによりこの入力端子 RESET/は諭理信号“1”を受け取る。 マイクロプロセッサ20の入力端子XINとXOUTには8MHzセラミック 発振器270がクロック発生器として接続されている。 図15の作用 ホールIC234は信号“Hall”を送出し、この信号は図7および図8から図 10のフローチャートで詳細に説明した。図17(これは図6と図7のプログラ ム部分S116を示す)によれば、ステップS272で整流が開始し、引き続い て回転数制御過程(図6のステップS114)が行われる。 ステップS274で、マイクロプロセッサ20のポートD3が論理値“0”ま たは“1”を有しているか検査される。値“0”の場合はプログラムは左のS2 76へ分岐し、そこでポートD1に論理信号“0”が形成される。すなわち、ト ランジスタ240は阻止される。一方、信号“1”がポートD0に形成され、ト ランジスタ244は導通制御され、PWM変調器60からの信号184により例 えば25000回/S、信号184のデューティ比TVによりオン/オフされる 。すなわち、電動機230が過度に速いときTVは小さくなり、電動機が過度に 緩慢なときTVが大きくなる。これをPWM制御と称することができる。なぜな らここではパルス184の幅が変化されるからである。 S274で、ポートD3の信号が論理値“1”を有していることが判明すると 、S278でポートD1は値“1”を、ポートD0は値“0”を受け取り、これ によりトランジスタ244は阻止され、トランジスタ240が導通制御される。 後者は同じようにPWM信号184によって常時、オン/オフされる。このとき デューティ比TVは回転数制御によって定められる。この回転数制御は図1と同 じであり、ここで再度説明しない。 ステップS276またはS278に続いて、プログラムは場合によりステップ S280を通過する。ここでは別の過程を電動機230で制御することができ、 ループS118(図6および図7参照)を介してS122に戻る。 整流をループS118に繰込むことにより、ループ通過に対する時間が僅かに 延長される。この時間は例えば20から30μsの間となる。ループS118は 約20μsごとに通過されるから、信号Hallの変化は遅くともこの時間後に識別 され、整流の切替が行われる。 マイクロプロセッサ20の端子およびその符号は図16に示されている。本発 明の利点は、データ幅が4ビットしかない簡単なマイクロプロセッサ20により 非常に正確な回転数制御が、所望の場合には電流制限と関連して可能であること である。構成素子の数も小さく、これらの素子を電動機230に直接収容するこ とができ、例えば本発明の電動機が駆動するのに適するファンに収容することが できる。 図18は、内燃機関290の回転数制御に対する本発明の変形実施例を示す。 本発明はとりわけディーゼル機関に適する。なぜならディーゼル機関では回転数 を上側に対して制限しなければならないからである。接続点62に付加信号ZS を供給することができ、この信号は例えば急加速の際に機関290をいわゆる発 煙限界以下に導く。すなわち、排ガスにディーゼルススが現れない。 接続点62の信号は調整駆動部292、例えばオットー機関の場合は図示のよ うに機関290の絞り弁294対する調整駆動部に供給される。またはディーゼ ル噴射ポンプに対する調整駆動部に供給される。機関290、またそのはずみ車 には通常は回転数センサ296が設けられており、この回転数センサは回転数実 際値信号298をマイクロプロセッサ20の入力端子C1に対して送出する。内 燃機関用のこの種のセンサ296は十分に公知である。信号298は、前の図面 で“Hall”により示した信号に相当する。 作用は前の実施例に相当する。すなわち、機関290が過度に緩慢なときコン デンサ84の電圧が上昇し、変長器292は機関290への燃料供給を、機関が さらに高速になるように調整する。反対に機関290が過度に高速の場合は、コ ンデンサ84は少し放電し、変長器292は燃料供給を低減し、これにより機関 290は緩りになる。 接続点62の信号はまた直接、電子制御燃料噴射部に供給し、そこで燃料をシ リンダに供給する時間の長さを制御することができる。 図19は、図12に類似の図であるが、マイクロプロセッサ20,例えばNE C17P103型での過程を説明するためのものである。ポートBはここでは内部np nトランジスタ300のコレクタに接続されており、そのエミッタはGND、す なわちマイナス線路24と接続されている。このトランジスタのベースはデジタ ル信号Aによって制御される。図19の右の表に示すように、A=1に対してト ランジスタ300は導通し、従って出力端子Bは諭理値“0”を有する。プラス 線路22から抵抗95を介して流れる電流は従って、トランジスタ300を介し てマイナス線路24へ流れれる。A=0であればトランジスタ300は非導通で ある。すなわち高抵抗である。このことは符号R∞により示されている。この場 合はポートBはプルアップ抵抗95を介して値“1”、すなわち+5Vを受け取 る。 図20は、マイクロプロセッサ20の内部構成を図11の場合で示す。すなわ ちいわゆるトリステート実施例であり、ポートB’は3つの異なる状態を取るこ とができる。 マイクロプロセッサ20(例えばPi16C57型)では、ポートB’にpnpトラ ンジスタ302とnpnトランジスタ304が配属されている。これらのトラン ジスタのコレクタは相互に、かつポートB’に接続されている。トランジスタ3 02のエミッタは正の電圧とマイクロプロセッサ20で接続されている。トラン ジスタ304のエミッタはマイナス線路24と接続されている。そのベースには 信号A”が供給される。 図20の右の表は、A’=A”=1に対してポートB’は諭理値“0”を取る ことを示している。なぜならこの場合、トランジスタ302は阻止され、トラン ジスタ304が導通するからである。同じように表は、A’=A”=0に対して ポートB’は諭理値“1”、すなわちHighを取ることを示している。なぜならこ の場合、トランジスタ302は導通し、トランジスタ304が阻止されるからで ある。さらに表は、A’=1かつA”=0に対してポートB’は高抵抗であるこ とを示している。これはR∞により示されており、トリステート“Tristate”と して示されている。すなわちこのポートの第3の状態である。 図21は、比較的多数のポートB1,B2,B3,B4を有するマイクロプロ セッサ20を示す。このマイクロプロセッサは図19と同じように内部トランジ スタ306(ポートB1)、308(ポートB2)、310(ポートB3)およ び312(ポートB4)により制御される。図19の説明はここでも当てはまる ので繰り返さない。マイクロプロセッサ17P103はここではあまり適さないことを 述べておく。なぜならこのプロセッサは3つのポートB1,B2,B3しか有し ていないからである。適する型番は例えばマイクロプロセッサPi16C57である。 しかしあるいは、別のポートの出力端子もこれが空いていれば使用することがで きる。例えばポートCの1つまたは2つの出力端子である。 トランジスタ306,308には、動作時に最後に測定された制御偏差εがデ ジタル形で供給され、トランジスタ310,312には、先行する測定サイクル で測定された制御偏差ε’が供給される。 ポートB1とB2の接続は図3と同じである。異なる点は、そこに図示された 固定抵抗90,94の代わりに図21では、固定抵抗90’、94’が可変抵抗 90”、94”に直列に設けられていることである。これは相応の制御パラメー タを適用事例に応じて調整するためであり、すでに図1と図3で説明した。 例としての値は: 抵抗95;3.3kΩ、(以下“k”とも略す) 抵抗90’と94’;10kΩ ポテンシオメータ90”と94”;各250kΩ ここで抵抗94’+94”は例えば50kΩに、抵抗90’+90”は例えば7 0kΩに調整される。 ポートB3は抵抗316(例えば3.3kΩ)を介してプラス線路22と、ま たポテンシオメータ318”と固定抵抗318’との直列回路を介してダイオー ド320のアノードと接続されている。このダイオードのカソードは接続点82 に接続されている(図1,図3または図15参照)。 同じようにポートB4はポテンシオメータ322”と固定抵抗322’を介し てダイオード324のカソードと接続されており、このダイオードのアノードは 接続点82に接続されている。 抵抗316の値は3.3kΩ、固定抵抗318’と322’の値は10kΩ、 ポテンシオメータ318”と322”の値は250kΩとすることができる。抵 抗318’+318”の値は例えば80kΩであり、抵抗322’+322”の 値は例えば60kΩである。ポテンシオメータ80の値は例えば100kΩ、コ ンデンサ84の値は3.3μFとすることができる。 図22は、デジタル/アナログ変換器の作用を概略的に示す。この変換器は入 力端子328に制御偏差εとその符号(sign)VZを受け取る。 接続点82,84は加算点であり、ここではアナログ記憶素子、すなわちコン デンサ84の電荷が制御偏差の値に応じて上昇または低減される。すなわち和が 形成される。(右側からの)戻り矢印は加算点の蓄積特性を表す。 一度、制御偏差と符号の瞬時値ε(以降“e”とも表す)が用いられる。これ らの値は外部から供給することも、またはマイクロプロセッサ20で計算するこ ともできる。これについては前に説明した。さらにεおよびVZに対する値を先 行する測定サイクルから、例えば直接先行する値ε’およびその符号VZ’を用 いることもできる。これらの値は先行する回転数n’で測定されたものであり、 メモリ330に中間記憶され、連続的に更新される。これの有利な構成を後で図 37に基づいて説明する。 εの符号VZは、制御偏差εが制御パラメータC0によりポジティブに考慮さ れるか、または制御パラメータC0’によりネガティブに考慮されるかを決定す る。ポジティブな考慮(VZ=+)とは、回転数nが過度に低く、図21で充電 電流が抵抗95,94”、94’を介してコンデンサ84に流れることを意味す る。従ってこれらの抵抗は制御パラメータC0を定める。負の符号(VZ=−) は、回転数nが過度に高く、図21で放電電流が抵抗90’、90”を介してコ ンデンサ84からマイナス線路24へ流れることを意味する。従って抵抗90’ 、90”は制御パラメータC0’を定める。 ε’の符号VZ’は、制御偏差のこの“古い”値が制御パラメータC1’によ りポジティブに考慮されるか、または制御パラメータC1によりネガティブに考 慮されるかを決定する。“古い”値ε’の符号VZ’が負であれば、すなわちV Z’=−であればこれは、その測定時点でその時の回転数n’が過度に高かった ことを意味する。この場合図21に従って、充電電流が抵抗318’、318” を介してコンデンサ84へ流れる。従ってこの2つの抵抗は制御パラメータC1 を定める。 古い値ε’の符号VZ’が正であれば、すなわちVZ’=+であればこのこと は、その測定時点で回転数n’が過度に低かったことを意味する。この場合図2 1に従い、放電電流が抵抗322’、322”を介してコンデンサ84からマイ ナス線路24へ流れる。抵抗322’、322”は従って制御パラメータC1’ を定める。 このような構成の大きな利点は、ポテンシオメータ94”、90”、318” および322”の簡単な調整によって制御パラメータをそれぞれの適用目的に適 合できることであり、その際にマイクロプロセッサ20のプログラムを変更する 必要はない。すなわち専用にプログラミングされたマイクロプロセッサ20によ り多数の適用事例をカバーすることができる。このときアナログ構成素子を使用 しても、デジタル制御の精度と高速性が得られる。 抵抗94’、94”は、回転数が過度に低いときのP+Iに対する制御パラメ ータを定める。また抵抗90’と90”は回転数が過度に高いときの制御パラメ ータを定める。同じように抵抗318’と318”は回転数が過度に高いときの Pに対するパラメータを定め、抵抗322’と322”は回転数が過度に低いと きのパラメータを定める。 図23は、回転数nが過度に低いが上昇しつつある場合に対する経過を説明す るためのものである。列a)では信号Hallの持続期間THが減少傾向にあること がわかる。すなわちT2はT1よりも小さい。 回転数nが過度に低いことにより、列c)には信号DIFFが生じる。この信号は 正の符号(すなわちVZ=+)を有する制御偏差εに相当する。この信号DIFFの 持続時間は減少しつつある。なぜなら、回転数が増大するからである。従って( 図面の外の左で)信号+ε0が得られ、続いて信号+ε1,+ε2,+ε3等々 が得られる。 これらの信号は直接ポートB1を制御し、これらの信号が存在する限りポート B1を高抵抗にする。従ってB1=1である限り、抵抗95,94”、94’を 介して充電電流がコンデンサ84へ流れる。 B1=1の開始と同時に、すなわち時点t10で(図23h)、高かった信号 B4が低くなる。すなわち、ε’の持続時間中に常にこの符号が正であったなら 低くなる。 信号B1の高レベルはt10からt11まで持続する。すなわち時間間隔ε1 の間持続する。しかし回転数が上昇しつつあるから、先行する値ε0は比較的に 長く、時点t12まで持続する。従って時間間隔t10からt11の間、コンデ ンサ84は抵抗95,94”および94’を介して充電され、抵抗322’、3 22”を介して放電される。これによって図23hによりこの時間間隔でコンデ ンサ84の電圧ucは上昇する。なぜならB1の影響がB4の影響を上回るから である。 時間間隔t11からt12の間、B1=0であり、B4は相変わらず0である 。従ってこのときはまだ放電電流がコンデンサ84から抵抗322’および32 2”を介してマイナス線路24へ流れる。これによって電圧ucはこの時間間隔 の間、さらに低下する。全体では図23に示されているように、電圧ucは時点 t10とt12の間で少し上昇する。すなわち(過度に低い)回転数nは制御器 によって高められる。 図23の列a)からe)についての説明は図8の相応する列に当てはまるから ここでは繰り返さない。 ポートB4(回転数が過度に低い場合はB3=0)の制御は図23に示されて いる。すなわち、制御サイクルでB4はそれぞれ時間的に先行するε、すなわち ε’の値によって制御される。これは矢印334により示されている。 図24と図25は再度、回転数が過度に低い場合を示す。図24では、回転数 nが上昇する、すなわち、これは図23の場合に相当する。図25では回転数は 、例えば電動機50(図1)または機関230(図15)の付加的な負荷により 下降する。 図24は再度、拡大した縮尺で、電圧ucが時点t10とt11の間で上昇し 、引き続いてt11とt12の間で再び下降する様子を示す。 図25は、回転数が下降する場合を示す。すなわちこの場合、ε0はε1より 短く、ε1はε2より短い。なぜなら、信号Hallの持続期間TH(図23)が増 大するからである。この場合、ε1はt13からt15まで持続するが、ε0は t13からt14までしか持続しない。従って時間間隔t13からt14の間だ け両方の信号が作用する。すなわち、t13からt14の間だけB1=1かつB 4=0である。これによりこの時間間隔の間は、抵抗95,94”、94’を介 して充電電流がコンデンサ84へ流れ、抵抗322’、322”を介して放電電 流がマイナス線路24へ流れる。このとき図25hに従い、この時間間隔で電圧 ucは小さな勾配で上昇する。 時点t14からB4=1である。すなわち、抵抗322’、322”を介する 放電電流が中断され、t14からt15では充電電流だけが抵抗95,94”、 94’を介してコンデンサ84へ流れる。これにより電圧ucは強く上昇する。 これは図24hと図25hの比較からわかる。すなわちP成分がここでは比較的 に強く作用する。 図26は、回転数nが過度に高いが降下して行く場合に対する制御過程を示す 。ここでは、信号Hallの持続期間THが大きくなっていくことがわかる。回転数 nが過度に高いことによって、列c)信号DIFFが発生する。この信号は負の符号 、すなわちVZ=−を有する制御偏差εに相当し、この信号DIFFの持続時間は減 少する。なぜなら、回転数nが所望の回転数n0に近付くからである。従って信 号−ε4が得られ、続いて信号−ε5,−ε6および−ε7等々が得られる。 これらの信号は図10で説明したようにポートB2を制御し、この信号DIFFが 存在する限りこのポートを高抵抗にする。これによってB2=0である限り、抵 抗90’、90”を介して放電電流がコンデンサ84からマイナス線路24へ流 れる。 DIFFの開始と同時に、すなわち例えば時点t20(図26h)で以前は低かっ た信号B3が高レベルになる。そしてε’の間は常に、これの符号VZ’が負で ある限り高レベルである。 信号B2の低レベルはt20からt21まで持続する。すなわち、時間間隔ε 5の間である。しかし回転数が減少するので、先行する値ε4は比較的に長く、 時点t22まで持続する。 従って時間間隔t20からt21の間にコンデンサ84は抵抗316,318 ”および318’を介して充電され、抵抗90’および90を介して放電される 。これにより、この時間間隔ではコンデンサ84の電圧ucは降下する。なぜな らB2の影響がB3の影響を上回るからである(該当する制御パラメータを設定 する前記抵抗の相応の選択により。これら抵抗の正確な値は通常は実験によって 設定され、制御すべき電動機の形式に依存する。) t21からt22の時間間隔ではB2=1である。これにより今度は充電電流 だけが抵抗316,318”、318’を介してコンデンサ84に流れ、電圧u cは図示のように再びやや上昇する(P制御)。全体としては図26に示すよう に、電圧ucは時点t20とt22の間でやや下降する。すなわち電動機50へ の電流は低減され(PWM変調器60のデューティ比TVの変化によって)、回 転数nは低下し、所望の目標値n0に近付く。 図26の説明で、列a)からe)については図10の相応する列の説明を参照 されたい。従ってここでは繰り返さない。 ポートB3の制御(回転数が過度に高く、常時B4=1)は図26に示されて いる。すなわち制御サイクルでB3は先行するεの値により制御される。これは 矢印336によって示されている。 図27と図28は再度、回転数が過度に高いときの経過を示す。図27では回 転数は低下する。すなわちこれは図26に相応する。図28では(過度に高い) 回転数がさらに上昇する。例えば電動機50がその負荷によって駆動されるから である。 図27は再度拡大した縮尺で、電圧ucが時点t20とt21の間で下降し、 続いてt21とt22の間で再びやや上昇する様子を示す。これについてはすで に説明した。 図28は回転数が上昇する場合を示す。すなわちここでは、ε4はε5より短 く、ε5はε6よりも短い等々。なぜなら信号Hallの持続期間TH(図23)が 減少して行くからである。従ってここではε5はt23からt25まで持続する が、ε4はt23からt24までしか持続しない。従って時間間隔t23からt 24の間だけ両方の信号B2=0かつB3=1であり、これによりこの時間間隔 の間だけ抵抗316,318”、318’を介して充電電流がコンデンサ84へ 流れ、抵抗90’、90”を介して放電電流がマイナス線路24へ流れる。従っ てこの時間間隔では図28hにより電圧ucは小さな勾配で低下する。 時点t24からB3=0である。すなわちダイオード320は阻止され、B3 からコンデンサ84への充電電流がなくなる。従ってt24からt25までは、 コンデンサ84からの放電電流だけが抵抗90’、90”を介してアースへ流れ る。これにより今度電圧ucは比較的に大きな勾配で低下する。これは図27h と図28hの比較からわかる。 このようなデジタル/アナログ制御器の基本原理は、PID(比例積分微分) 制御器にも拡張することができる。このような制御器の基本構成は図29に示さ れている。ここには、メモリ330で先行する測定での制御偏差に対する値ε’ を連続的に記憶し、メモリ331で先行する測定に対する制御偏差ε”を連続的 に記憶すれば、制御パラメータC2を有するD制御部が付加的に可能であること が示されている。(それぞれの制御偏差と共にメモリ330と331には符号も 記憶する。) 図29は334に差分式を示しており、このような式はデジタル制御器の基礎 となる。また336には制御パラメータC0,C1,C2の影響が示されている 。純粋なデジタル制御器では、デジタルプログラムで設定されたパラメータを取 り扱う。従ってこのパラメータを変更するのは困難であり、とりわけプログラム がROMに記憶されているマイクロプロセッサの場合は困難である。図29には 加算点が332により示されている。 図30は、制御パラメータがマイクロプロセッサ20から外部すなわち、制御 器のアナログ部分へ設定される実施例を示す。図31は、トリステート制御器出 力端子B31,B32,B33を有するマイクロプロセッサで3つの抵抗R0, R1,R2を用いて行われる制御パラメータの設定を示す。ここでは基本的にC 0が抵抗R0に、C1が抵抗R1に、C2が抵抗R2に相応する。加算点として コンデンサ84を用いる。大きな抵抗値は小さな制御増幅率を意味し、従って小 さな抵抗値は大きな制御増幅率を意味する。すでに上に述べたことを実施例で詳 細に説明する。このようにして抵抗値の選択によって種々異なる制御形式を設定 することができる。 P制御器 ここではC0=C1かつC2=0が当てはまる。すなわちこの場合、抵抗R0 とR1は同じ大きさ、例えばそれぞれ40kΩであり、抵抗R2は値∞を有する 。 I制御器 ここではC0=Iが当てはまる。すなわち例えば100kΩの抵抗R0だけを 用いる。これは図1から図17の第1の実施例で説明した場合であり、この実施 例は純粋なI制御器である。別のパラメータはC1=C2=0である。すなわち 、抵抗R1とR2はそれぞれ値∞を有する。 PI制御器 ここではC2=0である。すなわち抵抗R2は値∞を有し、C0はC1よりも 大きい。すなわち抵抗R1(例えば120kΩ)は抵抗R0(例えば100kΩ )よりも大きい。この場合については前に図21から図28に基づいて説明した 。 PD制御器 ここではC0=P+Dが当てはまる。ここから抵抗R0は例えば100kΩで ある。C1に対してはC1=(−P+2D)が当てはまり、ここから抵抗R1は 例えば85kΩである。さらにC2=D成分が当てはまり、従ってR2は例えば 120kΩである。 ID制御器 ここではC0=I+Dが当てはまり、従って例えばR0=50kΩである。C 1に対してはC1=2×C2が当てはまり、ここからR1=50kΩ、C2=D 成分、従ってR2=100kΩである。PID制御器 ここでは図29の336に示された式が当てはまる。ここから例えばR0=5 0kΩ、R1=50kΩ、R2=150kΩである。 上に述べた抵抗値は、これら抵抗の関係並びにオーダーを明確にするためのも のであり、これらの値はトリステート出力端子を有するマイクロプロセッサに対 するものである。またこれら実施例に対する例としての経験値である。 以下、本発明の制御装置をトリステート出力端子を有するマイクロプロセッサ の例で説明する。すなわちPI制御器に対する実施例を説明する。このためにフ ローチャートも、実施例の構成および機能を説明するために示されている。 上に述べたようにここではC2=0である。すなわち制御偏差に対する先行す る値ε”を記憶する必要がなく、メモリ331(図29)および図31の抵抗R 2は省略される。従ってトリステート出力端子B0とB1並びに抵抗R0(例え ば100kΩ)とR1(例えば120kΩ)だけが設けられている。マイクロプ ロセッサの第1の出力端子は図31に示されており、従ってフローチャートには B31と示してある。また第2の出力端子(図31)はB32により示されてお り、これら2つの出力端子の3要素特性、並びに先行する実施例との相違が強調 されている。 図32は、この実施例においてデジタル値の形態の回転数をマイクロプロセッ サ20の入力端子C0,C1,C2に供給する様子を示す。このためにこの実施 例では、抵抗350,352,354と3つのスイッチ356,358,360 を用いる。これらのスイッチにより、入力端子C0,C1およびC2は選択的に プラス線路22の電位、すなわち“1”、またはマイナス線路24の電位、すな わち“0”に接続される。スイッチは機械的スイッチとして示されているが、同 じように相応の信号を入力端子C0,C1およびC2に送出するために無接点型 として構成することもできる。 図33は、例えば3つすべてのスイッチの(下側)切替位置“0”が回転数n 1に相応し、(上側)切替位置111が回転数n8に相応することを示す。この ようにしてこの実施例では8つの回転数がデジタルに符号化される。さらに多数 のスイッチと入力端子を使用すれば、さらに多数の回転数の数をデジタルで設定 することができる。スイッチ356等は通常はコンピュータでは普通のDIPス イッチとすることができる。または例えばトランジスタとすることもでき、また は入力端子C0,C1,C2に相応の論理信号をデジタル制御により印加するこ ともできる。 図34は、2巻線電動機230の制御および整流のための所属の回路を示す。 (もちろん任意の他の電動機を使用することもできる。しかし説明は2巻線電動 機の場合が非常に簡単である。)この回路の他の部分は図15と同じである。従 って同じ部材または同じ作用の部材については再度説明はしないので、図15を 参照されたい。 このことは例えばPWM変調器60(図13o予備図14参照)、電流制限器 (抵抗58と以降の部材)、およびマイクロプロセッサ20’の出力端子D0と D1を介した電動機230の整流制御に対しても当てはまる。このマイクロプロ セッサは2つのトリステート出力端子B31とB32を有する。出力端子B31 は抵抗R0(図31参照)を介して接続点82と接続されており、出力端子B3 2は抵抗R1を介して接続点82と接続されている。すでに述べたようにR0は 値100kΩ、R1は値120kΩを有することができ、これらの値は動作時に 電圧ucの発生する3.3μFのコンデンサ84に関連する。この電圧はPWM 変調器60のデューティ比を、電動機230に対する電流制限がアクティブでな いときに制御する。(電流制限がアクティブのときは、この電流制限がすでに詳 しく述べたようにディーティ比を制御する。) 図32と図33で説明したように、回転数はデジタルでスイッチ356,35 8および360を介して設定される。すなわちマイクロプロセッサ20’で、入 力端子C0,C1,C2での各信号組み合わせに回転数に対する所定の数値が配 属される。通常は半周期期間T/2の形態で、例えば50回転/sの2極電動機 の場合は10msの半周期期間の形態で配属され、これが信号Hallの半周期期間 T/2(図26A参照)と比較される。この半周期期間は回転数nの実際値に対 する尺度である。図33に示されているように、ここでは8つの異なる回転数に 対する数値が設定される。従ってこれは、目標回転数と実際回転数との差がアナ ログ回路によって検出される前の実施例に対する変形である。もちろんあるいは 、T/2に対して各任意の値をマイクロプロセッサ20’で使用することができ 、これにより各所望の回転数を制御できる。この場合この値に対して相応のメモ リを設けなければならない。 図35はプログラムの基本格成を示す。ステップS370でプログラムがスタ ートする。ステップS372で初期化が行われる。ステップS374は制御器を 含み、この制御器は多数のプログラムステップからなる。これについては以下、 図37Aと図37Bに基づいて説明する。ステップS376で場合により(電子 整流型電動機の場合)整流が行われる。ステップS374とS376はループS 378の一部である。このループは動作時に連続的に通過する。コレクタ型電動 機の場合はS376は省略される。 図36は回転数目標値の調整を示す。ここではステップS382でデジタル信 号が入力ポートC0,C1,C2で動作レジスタW−REGにロードされ、ステ ップS384でこの情報が定数00000111とAND結合によって結合され る。これにより後半の3つのビットだけが関連する。すなわちこの数がステップ S386でプログラムカウンタに加算され、最後の3ビットが発生する。プログ ラムカウンタ(マイクロプロセッサ20’の)はステップS388で、次の8つ のアドレスの1つにジャンプし、そこに記憶されている回転数n0に対する目標 値を動作レジスタW−REGに引き渡す。ステップS390ではこの情報がメイ ンプログラムに目標値として引き渡される。次に電子整流型電動機ではステップ S376が続き、整流が行われる。そして制御器はループS378を連続的に通 過する。 このループS378の連続的通過により比較的長いループ通過時間が生じるの で、図36のフローチャートの右側部分を−サブプログラムの形態で−Hall信号 が変化したら呼び出すことも考えられる。このようにすれば比較的に短いループ 通過時間が通常の場合に対して得られる。ただしHall信号が変化した場合のルー プは別である。後で説明するように、ループ通過の持続時間は時間測定に用いる 。この場合、場合によってループの1つが比較的に少し長い時間を有していても 、ループの大部分が正確に設定された持続時間を有していれば大した問題ではな い。 図37Aと図37Bは、図35と図36のプログラムステップS374の経過 を示す。すなわち回転数制御のデジタル部分である。 回転数制御はステップS400で開始する。回転数制御はループS378(図 35と図36)の一部である。このループは動作時に常時通過し、1回の通過に 対して例えば30μsが必要である。3000回転/sである2極電動機の場合 は、2つの整流時点間の間隔T/2は10ms=10,000μsである。すな わち2つの整流時点間でループS378は300回以上繰返し通過される。 この通過回数が計数され、回転数の実際値、すなわち実際持続時間を表す。こ れをデジタルで設定された目標持続時間と比較する。これの調整は図36で説明 した。 各ループ通過の際にステップS402,404および406で、信号Hallが変 化したか否かが検査される。例えばステップS402と404でHall=0であり 、前のホール信号Hall-Altも同じように0であれば、Hall信号は変化していない 。しかしHall=0でHall-Alt=1であれば、信号が変化しており、従ってステッ プS408でHall-Altが消去される。すなわち“0”にセットされ、新たなHall 値がレジスタHall-Altに記憶される。 ステップS402と406でHall=1でありHall-Alt=1であれば、Hall信号 は変化していない。しかしHall=1であり、Hall-Alt=0であれば、Hall信号は 変化しており、従ってステップS410でレジスタHall-Altが“1”にセットさ れる。このようにして、Hall信号の変化が新たに続く場合でも変化を確実に識別 することができる。 各Hall変化の際にプログラムはステップS412へ移行し、そこで2つのポー トB31とB32がトリステートにセットされる。すなわち高抵抗にされる。こ の状態を説明した図20と所属の説明を参照。2つのポートB31とB32はこ の場合高抵抗であるから、図34では抵抗R0とR1を介して電流は流れない。 すなわちコンデンサ84の電荷、ひいては電動機の電流は変化しない。これを制 御器のニュートラル位置と称することもできる。このトリステートへの切替は、 ポートB31とB32がまだアクティブであるか、またはすでにトリステートに 切り替えられているかに依存しないで行われる。 S414では、先行するループS378の通過の際に検出された制御偏差、す なわち値RGL-DIFF(Hall信号の変化の前に達した)が古い値としてレジスタRGL- DIFF-Altにシフトされる。この信号は前記の実施例で説明した信号ε’の機能を 有する。すなわち制御偏差の古い値である。 S416で目標値(例えばスイッチ356,358,360を介してデジタル で設定されており、従って数値として存在する)および実際値計数状態(後で説 明する)から、制御偏差RGL-DIFFが検出される。この制御偏差はすでに説明した ように、回転数nが過度に低いとき正の符号+VZを有し、nが過度に高いとき マイナス符号−VZを有する。この符号はS418で信号RGL-DIFFに対するキャ リーフラグから求められる。 S418でキャリーフラグがセットされると、すなわち“1”になると、この ことは繰越が行われたことを意味し、ステップS420でVZが同じようにセッ トされる。このことは信号がRGL-DIFFが負であることを意味する。ステップS4 18での結果がゼロであると、レジスタVZはステップS422で消去され(V Z=0)、このことはRGL-DIFFが正であることを意味する。 ステップS420とS422の前に(先行する回転数測定の)古い信号VZを レジスタVZ−Sにシフトしなければならない。このことはステップS424と S426で行われる。これにより古い制御偏差RGL-DIFF-Altの符号(ステップS 414参照)が同様に記憶される。この符号は以降、トリステートポートB32 の制御に必要である(ステップS456参照)。 ステップS428で、新たな制御偏差RGL-DIFF(ステップS416で達した) が変数PI成分“PI-ANTEIL”に変換される。この変数は、前の実施例の古い値 ε’に相応する。 ステップS432で実際値カウンタが消去される。なぜならこのカウンタの結 果はステップS416で評価されたからである。そして次のループS378の通 過の際に新たな測定がこのカウンタで開始される。 ステップS434でこの場合(Hall信号の変化)に対する制御過程の実行が終 了し、図35に従い今度はループS378を新たに通過する前にS376、すな わち整流制御の検査が続く。S376は、電子整流型電動機が使用されている場 合だけ必要である。図1に示したようなコレクタ型電動機はこのステップは省略 される。 制御器部分の新たな実行通過はステップS400で開始する。この場合、ステ ップS402,404,406でHall信号の変化が識別されなければ、プログラ ムはステップS436に達する。ここでは実際値カウンタ(マイクロプロセッサ 20’内の)がループS378の各通過ごとに1だけ高められる。すなわちこの カウンタの内容は、Hall信号が変化するとき、実際の回転数の半分の持続期間に 対する時間T/2に相当する。すなわちステップS436で、ループS378( 一定の持続時間を有する)の数を計数することにより値T/2の実際値(図39 参照)が検出される。 ステップS438では、変数PI-ANTEIL(S428参照)から、すなわち制御 偏差の瞬時値から値1が減算される。ステップS440では、ステップS438 により変数PI-ANTEILがゼロになったか否かが問い合わされる。ゼロになってい なければプログラムはステップS442を介してステップS444またはステッ プS446へ移行する。ステップS442では、符号VZが問い合わされる。ス テップS444では、ポートB31がハイに切り替えられる。すなわちコンデン サ84が抵抗R0を介して充電される(回転数が過度に低い)。ステップS44 6では、ポートB31がローに切り替えられる。コンデンサ84が抵抗R0を介 して放電される(回転数が過度に高い)。変数PI-ANTEILがゼロにならない限り 、コンデンサ84は抵抗R0を介して、信号VZ(ステップS420,422参 照)に依存して充電または放電される。このことはここでは、前の実施例とは異 なり、常にHall信号の変化に続いて行われる。すなわち、前の実施例では360 °elのロータ回転ごとに1回だけ制御過程が行われるが、この実施例では360 °elのロータ回転ごとに2回制御される。従って制御器は比較的に高速であり正 確である。 比喩的に言えば、S416で検出された制御偏差RGL-DIFFはHall信号の各変化 後に直接ポートB31で“反映”される。このことは、測定された回転数変化に 対して直ちにかつ効果的に応答することを意味する。これは、RGL-DIFFの測定に 対してこの実施例では180°elが必要なだけであり、前の実施例のように36 0°elは必要ないからである。 S440でHall信号が変化する前に変数PI-ANTEILがゼロになれば、S448 でポートB31がトリステートにセットされる。すなわち高抵抗になる。これに よりコンデンサ84の電荷はこの時点からポートB31により制御されなくなる 。このことは例えば、電動機230が正確に所望の回転数で回転する場合に当て はまる。なぜならこの場合、ステップS416で検出された変数PI-ANTEIL=0で あるので、この場合はコンデンサ84の電荷は全く変化されないからである。 S448の通過後、ポートB31は少なくとも次のHall信号の変化まで高抵抗 に留まる。ステップS450では変数PI-ANTEILが再び1にセットされる。これ によりこの変数は次のループS378の通過の際にS438で再び0にされる( 値255にはならない。これはこの場合0に続く次の値ということである。) S452で変数NUR-P-Anteil(「P成分のみ」S430参照)、すなわち制御 偏差の古い値(ε’)から同じようにループS378の各通過の際に値1が減算 される。その後この値が正であれば(これはS454で検査される)、S456 で変数NUR-P-Anteilの符号が検査される。S456で答えがNOであれば、S45 8でポートB32がLOWに切り替えられる。(S444との相違に注意。ここで はポートB31が同じような場合にHIGHに切り替えられる。すなわち、S458 でε’の符号VZ’が反転評価される。これについては図22で詳しく説明した 。反転はここに述べたようにソフトウェアにより行われる。) ステップS456での答えがYESであれば、S460でポートB32はHighに 切り替えられる。これも類似のステップS446と反対である。図23から図2 8に基づいてすでに説明したように、ポートB31とB32のこの制御により、 制御器のPI特性が得られる。 変数NUR-P-AnteilがステップS454で値0を有していれば、S462でポー トB32が高抵抗になる。すなわちニュートラル位置へ切り替えられる。これに よりこのポートはコンデンサ84の電荷にもはや影響を与えなくなり、続いてS 450と同じように同じ理由から、ステップS464で変数NUR-P-Anteilが再び 値1だけ高められる。 ステップS458,S460またはS464に続いて制御部分は終了し、プロ グラムはステップS436へ、次に新たな整流制御へ移行し、続いて新たにルー プS378を通過する。 変数NUR-P-AnteilもHall信号の変化に続いて直接ポートB32に“反映”され る。 整流プログラム(図38)はステップS470でスタートする。ステップS4 72ではHall信号が問い合わされる。Hall=0の場合、ステップS474でマイ クロプロセッサ20’の出力端子D1(図34)が1に、出力端子D0が0にさ れる。すなわち巻線236は電流i1を受け取る。この電流は周波数が例えば2 5kHzの短いパルスの形態であり、そのデューティ比はPWM変調器60によ って定められる。 ステップS472でHall=1であれば、ステップS475でD1=0かつD0 =1となる。すなわち巻線238は電流i2を受け取る。この電流も同じように 前記のパルスの形態である。信号D0とD1はそれぞれ、プログラムによって切 り替えられるまで記憶される。このことは前の実施例に対しても当てはまる。ス テップS480で整流プログラムは終了し、さらにループS378へ移行する。 図35と図36参照。 図39は、回転数nが過度に低いが、制御過程によって上昇していく場合を示 す。a)には信号Hallが360°elのロータ回転中において時間縮尺で示されて いる。b)には実際値カウンタ(マイクロプロセッサ20’内の)の計数状態が 示されている。このカウンタは数値的にループS378の数を、0°elと180 °elの間、および180°elと360°elの間で計数する。SWは回転数に対す る数値的目標値(Sollwert)、IWは実際値(Istwert)カウンタの計数状態で ある。490には拡大した形態で、曲線IWが小さな階段の形態を有することが 示されている。なぜならそれそれステップS436で値IWが1だけ高められる からである。 0°el、180°el、360°el等々で値RGL-DIFF(制御偏差)が測定される (ステップS416)。そしてこれらに対しε1,ε2、ε3等々の値が得られ る。これらの値は正であると仮定される。なぜなら回転数が過度に低いからであ る。 ポートB31(図39c)はロータ位置0°elまではトリステート(図39: TS)である。次に0°elで時間ε1の間に“1”に移行する。このことはステ ップS438,S442およびS444により行われる。ε1の経過後(=PI-A NTEIL)ポートはステップS448で再びTSに切り替えられる。 ポートB32(図39d)もロータ位置0°elまで同じようにTSであり、次 に持続時間RGL-DIFF-Altの間(ステップS430)“0”へ移行する。この持続 時間はここではε0により示されている。ε0の経過後、ポートB32はステッ プS462により再びTSにセットされる。 矢印492が示すように、εの“古い”値は常に、後続の制御サイクルで反転 された符号によりポートB32の制御に対して使用される。これはステップS4 30の結果である。 図40は、コンデンサ84の電圧ucの相応の経過を誇張して示す。B31が “1”であり、同時にB32が“0”である限り、すなわち持続時間ε1の間、 電圧ucは上昇する。ε1の経過後、B31はTSになり、B32だけが相変わ らず“0”である。その結果ε0の経過まで電圧ucは再びやや低下する。この 経過は明らかに、正確に図24hに相当する。相違は、図24では360°elの ロータ回転中に1回しか制御過程が行われないのに対し、図39では2回制御過 程が行われることである。このためこの制御器は比較的に高速かつ正確に動作す る。しかし作用原理は同じである。 図41は、回転数nが過度に高いが、しかし制御によって低下していく場合を 示す。図41aは実質的に図39aに相応する。すなわち図示は時間に依存して おり、角度には依存していない。従って角度は括弧付きで示されている。 図41bには再度、実際値カウンタ(マイクロプロセッサ20’内の)の計数 状態IWが示されている。この計数状態は490の拡大部分によれば階段形状を 有する。ロータ位置0°elのときに値RGL-DIFF(制御偏差)が得られる。この値 はそこでは負であると仮定されており、−ε5により示されている。同じように 180°elでは−ε6、360°elでは−ε7等々である。制御過程によりこの 値は減少する。このことは強調して図示されている。というのは原理をわかりや すくするためである。 0°elから始まってポートB31はLOWに切り替えられる。すなわちε5の持 続時間の間、LOWである。このことはステップS440,S442およびS44 6により行われる。ε5の経過後、ポートB31は再びステップS448でTS に切り替えられる。 同じように0°elから始まってポートB32(図4d)は“1”に切り替えら れる。すなわちRGL-DIFF-Alt(前の制御偏差)の持続中は“1”である(ステッ プS430)。これはここではε4により示されている。このことはステップS 452,S456およびS460で行われる。ε4の経過後、B32はステップ S462で再びTSに切り替えられる。 矢印498は、ポートB32に対して常に、先行するε値が符号を逆転して使 用されることを示す。このことはステップS430で行われる。 図42は、0°elから始まる電圧ucの経過を、図41に対して拡大した時間 スケールで示す。ε5の持続時間の間、B31=0かつB32=1である。その 結果この電圧は低下する。ε5の経過後、B31=TSとなり、B32だけがHI GH(“1”)に、ε4の経過まで留まる。そしてこの残留時間の間、電圧ucは 再びやや上昇する。このことは図27に相当する。 図34で抵抗R1が値∞を有している限り、制御器(Regler,RGL)は同じよう に動作するが、やや不完全である。多くの場合、このような簡単な実施例で十分 であり、相応するプログラムステップS454からS464を省略(またはジャ ンプ)することができる。 これまで説明した実施例および図面の数からわかるように本発明の制御原理を 変形することができ、多種多様に変形発展形態が可能である。例えば温度を制御 すべき場合、温度値の反復サンプリング(例えば1msごとに)を行い、引き続 いて制御することが必要である。これが電動機であれば、回転数の制御にために 同じことが可能である。しかし回転数の制御に対しては、電動機が所定の回転位 置にあるときに相応の信号(例えば前に説明したようなHall信号)を形成し、そ の瞬時の回転数値を検出すると一般的に格段に有利である。なぜなら、制御偏差 とその符号の検出がとくに簡単になるからである。 多くの場合、制御パラメータ(P,I,D)を共に変化すると有利であり得る 。例えばこのような回転数制御器を他の電動機形式に適合すべき場合、制御パラ メータの値は変化するが、通常はそれらの相互関係は変化させない。なぜなら、 これらパラメータは多くの電動機において非常に似ているからである。 図43は、共通の抵抗Rg(例えばポテンシオメータ0〜45kΩ)を用いて このような変更を容易に行うことができる様子を示す。このような場合、抵抗R 0,R1,R2を変化させる必要はなく、制御器を別の電動機に適合するために ポテンシオメータRgだけを新たに調整すればよい。 図44は、同じ原理を制御器の入力端子で示す。ここで増幅器494では全体 増幅率を変化させることができる。図44はまた、496で加算点332に対す る成分y(k−1)がどのように形成されるかを示す。 図45は図37の一部を、その変形実施例として示す。ここではフローチャー トを補充することによって増幅係数F(図44のCgに相当)を実現することが できる。このために、ステップS416で検出されたパラメータRGL-DIFF(制御 偏差)がステップS427で係数Fと乗算され、例えば2倍にされる。これによ りパラメータRGL-DIFF’が得られる。そしてこれがステップS428でPI-ANTEI L(PI成分)εとして使用される。同じようにステップS415でこのパラメ ータはRGL-DIFF’-Alt(前の制御偏差’)として記憶され、このパラメータはス テップS430でP-Anteil(P成分)として、すなわちε’として使用される。 このようにして例えば比較的に大きな制御器増幅率が得られ、引き続き図43の ポテンシオメータRgにより微調整が行われ、その際にプログラムを変更する必 要はない。 図43に示された変形実施例は、同じように図1,3,11,12,18,2 1および34でも可能である。 図45に類似の変形は図1から図28では不可能である。なぜならそこではコ ンデンサ84の電荷の変化過程が制御偏差DIFFの検出と同時に進行するからであ る。これに対して図32から図42の実施例では、コンデンサ84の電荷が変化 される前にまず制御偏差RGL-DIFFが検出される(ステップS416)。従ってこ こではコンデンサ84の電荷の変化に対する値(RGL-DIFF×係数F;S427) を使用することができる。係数Fは場合により、この制御特性を変更するために 外側から電動機に入力することができる。 図46は、図1,図3,図18に対する変形実施例を示す。図3の回路では、 コンデンサ84の電圧ucが上昇するときに充電電流が抵抗94により減少する 。同じようにコンデンサ84の電圧ucが減少するときに放電電流が抵抗90に より減少する。このことによって非線形性が発生するが、この非線形性は通常の 適用では許容することができる。なぜなら動作時にはコンデンサ84は目標電圧 u0cに充電され、この目標電圧は目標回転数n0に相応し、この目標電圧の領 域ではこの電流と値u0cを中心とした小さな変動との依存性は非常に小さいか らである。 しかしここですべての問題点を回避しようとすれば、図46に従いコンデンサ 84の充電電流に対する定電流源500を使用する。この定電流源は、B1=B 2=1であるときに投入接続され、B1=0かつB2=1であるときに遮断され る。 同じようにコンデンサ84の放電電流に対しては定電流源502を使用するこ とができる。この定電流源は、B1=B2=0のときに投入接続され、B2=1 かつB1=0のときに遮断される。図4のテーブル参照。この場合、コンデンサ 84には定電流源500を介して単位時間当たりで一定の電荷量が供給され、同 じように定電流源502によりコンデンサ84からは単位時間当たりで一定の電 荷量が取り出される。このことは電圧ucの大きさには依存しない。この構成は 多くの場合で有利である。 図47は、記憶装置に対する変形実施例を示し、この記憶装置は加算入力端子 506を有する積分器(Integrator)504の形態となっている。接続点82( 図31;図34)は演算増幅器508の加算入力端子506に接続されている。 この演算増幅器の出力端子510はコンデンサ512(値Cを有する)を介して 加算入力端子506と接続されている。この加算入力端子はコンパレータ508 の反転(−)入力端子である。非反転(+)入力端子514は抵抗516を介し てマイナス線路24と、抵抗518を介してプラス線路22と接続されている。 2つの抵抗516,518は同じ大きさとすることができる。 抵抗R0,R1,R2に対する典型的な値は前にすでに述べた。抵抗516と 518は、例えばそれぞれ500kΩとすることができる。すなわち、プラス線 路22とマイナス線路24との間の電圧が5Vの場合、+入力端子には+2.5 Vが印加され、積分器504は両方向で積分する。コンデンサ512は例えば1 00nFとすることができる。 マイクロプロセッサ20’のポートB31がプラス線路22の正の電位にある とき、この回路は時定数R0Cで出力端子510の出力信号uaを積分する。こ のことはポートB31,B32,B33すべてのポートに対して当てはまる。す なわち、積分はこれら3つのポートの電位に依存しており、係数R0,R1,R 2により重み付けされる。このことによりこの回路は蓄積ないし記憶装置(Spei cheranordnung)として動作する。これは図34のコンデンサ84に似ている。 この場合コンデンサ512の電圧は上昇する。 コンデンサ512の電圧が上昇するとき、出力端子510の電圧uaは低下す るから、電圧uaの経過は図34の電圧ucの経過とは反対である。 ポートB31,B32,B33の1つが0Vになれば、コンデンサ512の電 圧は積分過程によって低下する。すなわちこの場合、出力電圧uaは上昇する。 この理由から、図13では出力電圧uaをコンパレータ182の−入力端子に 供給しなければならないが、三角波電圧208は+入力端子に供給される。これ は図47に示されている。このときPWM変調器60は、図13で説明したのと 同じように動作する。 図47の回路はコンデンサ84を有する回路よりもさらに正確である。なぜな ら、説明した積分過程はコンデンサ512の電圧に依存しないで経過するからで ある。コストは実質的に同じである。なぜなら、演算増幅器は非常に安価だから である。 もちろん多種多様の変形および改善が、本発明の枠を逸脱すること無しに可能 である。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成9年12月11日(1997.12.11) 【補正内容】 明細書 [発明の名称] 物理量の制御方法、およびこの方法を実施するための装置 本発明は、物理量、例えば電動機の回転数を制御するための方法、およびこの ような方法を実施するための装置に関する。 DE4441372A1から、実用的であると証明されたこの種の方法および 相応する装置が公知である。しかしこの公知の方法を種々異なる電動機形式に適 用することは困難である。なぜならそれぞれプログラム変更が必要だからである 。さらに公知の構成では、制御が比較的粗いステップで計算機を介して行われる 。計算機はデジタル値PIを設定し、このデジタル値によって負荷に電流の流れ る持続時間が制御される。電動機がより高速に回転すべき場合にはこの電流がよ り長時間流れ、電動機がより緩慢に回転すべき場合にはこの電流がより短時間流 れる。このような制御器によっては高精度の制御過程の達成は不可能である。 さらにDE−A2526044から、蓄積コンデンサに対するドリフト補償回 路が公知である。これをサンプル・アンド・ホールド回路とも称する。ここでは 所定の時点で、蓄積コンデンサの電圧がデジタル基準値としてレジスタに記憶さ れる。引き続き蓄積コンデンサの電圧が常時監視される。このことは、この電圧 を連続的にデジタル化し、(レジスタ内の)デジタル基準値と比較することによ って行われる。基準値に対して差が生じれば、蓄積コンデンサが一定の持続時間 の間、充電または放電される。ここでは蓄積コンデンサの(アナログ)電圧が前 記の基準値を中心にして(上下に)往復変動することがある。 本発明の課題は、この種の新たな方法、およびこのような方法を実施するため の装置を提供することである。 本発明によればこの課題は、物理量の実際の値(以下、「実際値」とする)を 所定の値(以下、「目標値」とする)に次のステップによって制御する方法によ って解決される: a)目標値と実際値の差(以下、「制御偏差」とする)、およびその符号(以下 、「制御符号」とする)を時間的間隔をおいて反復して検出し、 b)制御偏差を各測定との時間的関連において少なくとも1つの電気信号に変換 し、該電気信号の持続時間(以下、「制御偏差持続時間」とする)は少なくとも 目標値の領域において制御偏差の絶対値に比例し、かつ大きさは制御符号の関数 であり、 c)該少なくとも1つの電気信号によって、制御偏差持続時間の間、アナログ電 気蓄積装置の電荷を制御し、 d)該蓄積装置の電荷の大きさに依存して物理量を直接または間接的に制御し、 当該物理量がその目標値の領域に留まるようにする。 12. 物理量を所望の値(以下、目標値と称する)に制御する方法において 、以下のステップ: a)物理量の制御偏差(ε)、すなわち実際の値の目標値からの差の大きさと方 向を検出すること、 b)当該情報を所定の計算規則に従って反復サイクルで2進または3進電気信号 (図37:B31,B32;図7:RGL-Port)に変換すること、 c)該電気信号によって、アナログ蓄積装置への電流、ないしはアナログ蓄積装 置からの電流を制御し、これにより外部の影響が制御すべき物理量に作用すると き、アナログ蓄積装置の電荷状態を相応に変化させること 、 d)アナログ蓄積装置の充電状態によって、該充電状態によって制御可能な調整 素子を介して、蓄積装置の値とは等しくない 物理量を直接または間接的に、当該 物理量が所望の目標値の領域に維持されるよう制御すること、 を含むことを特徴とする制御方法。 26. マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ(以下、一般的に「 マイクロプロセッサ」(20,20’)と称する)を有し、 該マイクロプロセッサに、所定の制御偏差(ε)をその大きさおよび符号に従 って少なくとも1つの電気信号に、少なくとも1つの出力端子(B1,B2;B 31,B32)で変換するためのプログラムが配属されており、 前記電気信号の持続時間は制御偏差の絶対値に比例し、そのレベルは符号に依 存する孤立的電気値(例えば、ハイまたはロー)を有する、請求項1から25ま でのいずれか1項以上記載の方法を実施するための装置。 37. マイクロプロセッサ(20;20’)を有し、該マイクロプロセッサ の出力信号(B1,B2)は蓄積装置(84;504)の電荷の変化を制御する 、請求項1から25までのいずれか1項以上記載の方法を実施するための電動機 。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラッペネッカー、ヘルマン ドイツ連邦共和国、D―78147 フェーレ ンバッハ、クランケンハオスシュトラーセ 26

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 物理量の実際の値(以下、「実際値」と称する)を所定の値(以下、「 目標値」と称する)に制御する方法において、下記のステップ: a)目標値と実際値との差(以下、「制御偏差」と称する)、およびその符号( 以下、「制御符号」と称する)を時間間隔をおいて反復して検出すること、 b)制御偏差を各測定中または各測定後に少なくとも1つの電気信号に変換し、 該電気信号の持続時間(以下、「制御偏差持続時間」と称する)は少なくとも 目標値の領域において制御偏差の絶対値に比例し、かつ前記電気信号の大きさは 制御符号の関数であること、 c)該少なくとも1つの電気信号により、制御偏差持続時間の間、アナログ電気 蓄積装置の電荷を制御すること、 d)蓄積装置の電荷の大きさに依存して、物理量を直接または間接的に制御し、 当該物理量を目標値の領域に保持すること、 を含むことを特徴とする制御方法。 2. 前記ステップb)にて、制御偏差の電気信号への反復的変換をマイクロ プロセッサ(20;20’)で行い、当該信号をマイクロプロセッサの少なくと も1つの出力端子で2進または3進信号として出力し、そこで当該信号を測定中 または測定後に、制御偏差持続時間中または該制御偏差持続時間に比例する持続 時間の間、形成する、請求項1記載の方法。 3. 前記ステップc)にて、アナログ蓄積装置として用いるコンデンサの充 電または放電を、抵抗装置を介して行い、 該抵抗装置を介して、前記電気信号が存在する場合、制御偏差持続時間中また は該制御偏差持続時間に比例する持続時間の間、電流がコンデンサへまたはコン デンサから流れる、請求項1記載の方法。 4. 前記ステップd)にて、蓄積装置の電荷の大きさによってPWM変調器 のデューティ比(TV)を制御し、該PWM変調器の出力信号は制御すべき物理 量を直接または間接的に制御する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方 法。 5. 前記ステップa)およびb)にて、全体または大部分をデジタルで実施 する、請求項1から4までのいずれか1項以上記載の方法。 6. 前記ステップc)にて、全体または大部分をアナログで実施する、請求 項1から5までのいずれか1項以上記載の方法。 7. 制御偏差(DIFF)を検出と同時に少なくとも1つの電気信号に変換する 、請求項1から6までのいずれか1項以上記載の方法。 8. 制御偏差(RGL-DIFF;RGL-DIFF’)を検出に続いて少なくとも1つの電 気信号に変換する、請求項1から6までのいずれか1項以上記載の方法。 9. 制御偏差を、少なくとも1つの電気信号に変換する前に所定の係数(C g;F)と乗算する(図43から図45)、請求項8記載の方法。 10. 制御偏差と制御符号をそれぞれ、瞬時値に先行する測定から有効値( 図37A:RGL-DIFF-Alt;VZ−S)として中間記憶し、瞬時の制御偏差(RGL-D IFF)に加えて付加的に、少なくとも1つの電気付加信号(図39:B32)に 変換し、 該電気付加信号の持続時間は少なくとも目標値の領域では、中間記憶された制 御偏差(RGL-DIFF-Alt)の絶対値に比例し、その大きさは中間記憶された制御符 号(VZ−S)の関数であり、 アナログ電気蓄積装置の電荷を当該少なくとも1つの電気付加信号(図39: B32)によって付加的に制御する、請求項1から9までのいずれか1項以上記 載の方法。 11. 中間記憶された制御符号(VZ−S)を、瞬時の制御偏差(RGL-DIFF )の符号(VZ)に対して反転して考慮する(図37B、ステップS456,S 458,S460)、請求項10記載の方法。 12. 物理量を所望の値(以下、目標値と称する)に制御する方法において 、以下のステップ: a)物理量の制御偏差(ε)、すなわち実際の値の目標値からの差の大きさと方 向を検出すること、 b)当該情報を所定の計算規則に従って反復サイクルで2進または3進電気信号 (図37:B31,B32;図7:RGL-Port)に変換すること、 c)該電気信号によって、アナログ蓄積装置への電流、ないしはアナログ蓄積装 置からの電流を制御すること、 d)アナログ蓄積装置の充電状態によって物理量を直接または間接的に、当該物 理量が所望の目標値の領域に維持されるよう制御すること、 を含むことを特徴とする制御方法。 13. アナログ蓄積装置からのないしはアナログ蓄積装置への、該電気信号 により制御される前記電流は所定の大きさの抵抗を介して流れる、請求項12記 載の方法。 14. 動作時に回転する部分(以下、ロータと称する)と動作時に回転しな い部分(以下、ステータと称する)とを有する電動機の回転数制御方法において 、以下のステップ: a)ロータがステータに対して所定の第1の角度位置(図10:α1)にあると き、第1の蓄積装置(34)の電荷を時間に依存して変化させることを開始する こと、 b)第1の蓄積装置(34)の電荷(u34)が所定の値(「目標値」と称する )にほぼ達する測定時点(図8:t1;図10:t7)を検出すること、 c)前記測定時点(図8:t1)が第2の時点(図8:t2)よりも前にある場 合、該測定時点と該第2の時点との問の時間間隔中(図8:t1〜t2)に、第 2の蓄積装置(84)の電荷を所定の方向に時間に依存して変化させること、 ここで前記第2の時点とは、ロータが動作時に前記第1の角度位置(図10: α1)に対して相対的に所定の角度行程(図10:β)だけ進んだ時点であり、 d)前記測定時点(図10:t7)が時間的に第2の時点(図10:t6)より も後にあれば、それらの時間間隔中(図10:t6〜t7)に第2の蓄積装置( 84)の電荷を前記所定の方向とは反対の方向に変化させること、 e)第2の蓄積装置(84)の電荷の大きさに依存して、電動機に単位時間当た りに供給されるエネルギーを制御すること(図1;図15)、 を含むことを特徴とする制御方法。 15. 電動機に供給されるエネルギーはパルス状の電流(i)であり、 該電流を、第2の蓄積装置(84)の電荷の大きさに依存したデューティ比( TV)の変化によってパルス幅変調(PWM)により制御する、請求項14記載 の方法。 16. 第1の角度位置(図10:α1)を、N極からS極への移行、または 反対方向の移行の際に発生する電位の変化によって設定し、 当該電位は、電動機に設けられたホールセンサ(図15:234)の出力信号 の電位である、請求項14または15記載の方法。 17. 前記所定の角度値(図10:β)を、ホールセンサ(234)の出力 電圧が前記第1の角度位置(α1)に続く実質的に一定である領域によって定め る、請求項16記載の方法。 18. 電動機の電流を制御するためにPWM変調器(60)を使用し、 該PWM変調器は、その入力端子に供給される制御電圧に依存して、その出力 信号のデューティ比を変化させることができ、 0%のデューティ比に対する制御電圧はゼロとは異なるが、比較的に高いデュ ーティ比に対して必要な制御電圧と同じ符号を有する、請求項15から17まで のいずれか1項記載の方法。 19. 前記測定時点(図8:t1)が第2の時点(図8:t2)よりも前に ある場合、第2の蓄積装置(84)の電荷の変化を所定の方向で時間に依存する 率で行い、 当該時間依存率の絶対値は、測定時点(図10:t7)が第2の時点(図10 :t6)よりも後にある場合の電荷変化に対する時間依存率の絶対値よりも大き い、請求項1から18までのいずれか1項以上記載の方法。 20. 第1の蓄積装置(34)の充電および放電をマイクロプロセッサ(2 0)を介して制御する、請求項1から19までのいずれか1項以上記載の方法。 21. マイクロプロセッサ(20)に対して設けられたフローチャートは、 第1および第2の蓄積装置(34;84)の充電または放電に対して2進ツリー 構造を有する、請求項20記載の方法。 22. 第1および第2の蓄積装置(34;84)の充電および放電を制御す るためのプログラムは、持続時間の短い反復ループ(図6:S118)の形態を 有し、 該ループは、ループを通過する瞬時の経路に関係なく実質的に同じ持続時間を 有する、請求項20または21記載の方法。 23. ループの経過中に、第1の蓄積装置(34)の充電状態に対する問い 合わせ(図7:S126,S144)を行い、 当該問い合わせにより充電状態に応じて、プログラムループ(図6:S118 )の異なる部分を通過するようにする、請求項20から22までのいずれか1項 以上記載の方法。 24. 少なくとも1つの電気信号の持続時間は制御偏差(ε)の絶対値に比 例し、 該電気信号を実質的に制御偏差の検出に並行して形成する(図1から図28) 、請求項1から23までのいずれか1項以上記載の方法。 25. 制御すべき変数の実際値を検出し、 目標値との比較により、制御偏差(ε)の大きさと符号を検出し、 前記制御偏差(ε)の絶対値に持続時間が比例する少なくとも1つの電気信号 を、後続の実際値検出と並行して形成する(図34〜45)、請求項1から23 までのいずれか1項以上記載の方法。 26. マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ(以下、一般的に「 マイクロプロセッサ」(20,20’)と称する)を有し、 該マイクロプロセッサに、所定の制御偏差(ε)をその大きさおよび符号に従 って少なくとも1つの電気信号に、少なくとも1つの出力端子(B1,B2;B 31,B32)で変換するためのプログラムが配属されており、 前記電気信号の持続時間は絶対値に比例し、そのレベルは符号に依存する孤立 的電気値(例えば、ハイまたはロー)を有する、請求項1から25までのいずれ か1項以上記載の方法を実施するための装置。 27. 少なくとも1つの出力端子はインピーダンス、特にオーム抵抗(図4 3:R,R1,R2)を介して蓄積装置(84;504)に接続されている、請 求項26記載の装置。 28. 複数の出力端子(図31および図43:B31,B32,B33)が 設けられており、該出力端子にはそれぞれ別個のインピーダンスが、特にオーム 抵抗(R0,R1,R2)の形態で、該蓄積装置(84;504)との接続のた めに配属されている、請求項27記載の装置。 29. オーム抵抗(図21:90”、94”、318”、322”)は少な くとも部分的に調整可能に構成されている、請求項27または28記載の装置。 30. 複数の出力端子(図43:B31,B32.B33)に接続された抵 抗(R0,R1,R2)は互いにまとめられて接続され、共通の抵抗(図43: Rg)を介して該蓄積装置(84;504)と接続されている、請求項26から 29までのいずれか1項以上記載の装置。 31. 前記共通の抵抗(図43:Rg)は、複数の制御パラメータを共に調 整できるように調整可能に構成されている、請求項30記載の装置。 32. 該マイクロプロセッサ(20;20’)は2つの出力端子(図3:B 1,B2)を有し、 該出力端子はプログラムによってローと高抵抗との間で切り替えることができ 、 2つの該出力端子はダイオード(図3:88,92)とインピーダンス(図3 :90,94)との直列回路を介して蓄積装置(84;504)と接続されてお り、 該ダイオード(88、92)は反対方向の極性で接続されており、 出力端子の1つはインピーダンス(95)を介して電圧源と接続されている、 請求項26から31までのいずれか1項以上記載の装置。 33. 前記インピーダンス(90,94)は、該蓄積装置(84;504) の充電および放電に対して異なる時定数が得られるように異なる大きさに構成さ れている、請求項32記載の装置。 34. 該蓄積装置は積分器(504)として構成されている、請求項26か ら33までのいずれか1項以上記載の装置。 35. 該積分器(504)は演算増幅器(508)を有し、該演算増幅器の 出力端子(510)と入力端子(506)との間にはキャパシタ(512)が配 置されている、請求項34記載の装置。 36. インピーダンスは定電流素子(図46:500,502)として構成 されている、請求項26または27記載の装置。 37. マイクロプロセッサ(20;20’)を有し、該マイクロプロセッサ の出力信号(B1,B2)は第2の蓄積装置(84;504)の電荷の変化を制 御する、請求項1から25までのいずれか1項以上記載の方法を実施するための 電動機。 38.マイクロプロセッサ(20,20’)は2つの出力端子(B1,B2) を有し、該出力端子の各々は論理値“1”と“0”との間で切り替えることがで きる、請求項37記載の電動機。 39. 各出力端子(B1,B2)に抵抗とダイオード(94,92ないしは 90,88)との直列回路がそれぞれ接続されており、 該2つの直列回路は第2の蓄積装置(84;504)に導かれ、2つのダイオ ード(88,92)の流通方向は互いに反対方向である、請求項38記載の電動 機。 40. 抵抗(90,94)は異なる大きさである、請求項39記載の電動機 。 41. さらに、回転数を制御するための装置を有し、当該装置では、電動機 の回転数が過度に低いときに第2の蓄積装置(84;504)の電荷変化に割り 当てられる抵抗(94)が、他方の抵抗(90)よりも小さい、請求項40記載 の電動機。 42. 第2の蓄積装置はコンデンサ(84)として構成されており、 該コンデンサ(84)における電圧は、特に調整可能な高抵抗(80)を介 してPWM変調器(60)の入力端子(62)に供給可能であり、 該入力端子は、電動機電流(i,i1,i2)に依存して可変の抵抗(72, 70,66)を介して所定電位と接続されており、 該PWM変調器(60)の入力端子(62)から電流が前記可変抵抗(66, 70,72)を介して前記電位に流れるとき、PWM変調器(60)のデューテ ィ比(TV)は縮小される、請求項37〜41までのいずれか1項以上記載の電 動機。 43. PWM変調器(60)は三角波発生器(180)とコンパレータ(1 82)を有し、 該コンパレータの一方の入力端子(210)には三角波発生器(180)から の三角波電圧(208)が供給され、他方の入力端子(212)には入力信号が 第2の蓄積装置(84;504)および/または電動機電流(i)を制限するた めの装置から供給される、請求項37から42までのいずれか1項以上記載の電 動機。 44. 三角波発生器(180)の三角波信号(208)は、ゼロとは異なる 最小値とゼロとは異なる最大値との間で発振する、請求項43記載の電動機。 45. 三角波発生器(180)はコンパレータ(186)を有し、このコン パレータの出力端子(188)は負帰還結合(194)を介して反転(−)入力 端子(196)と接続されており、正帰還結合(190)を介して非反転(+) 入力端子(192)と接続されており、 該反転(−)入力端子(196)には蓄積コンデンサ(198)が配属されて いる、請求項43または44記載の電動機。 46. 電動機電流(i)に対する電流測定装置(58)とPWM変調器(6 0)の入力端子との間に少なくとも1つのフィルタ(70,72,76)が設け られている、請求項43から45までのいずれか1項以上記載の電動機。 47. 前記フィルタはT型フィルタ(70,72,76)として構成されて いる、請求項46記載の電動機。
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