DE1588149A1

DE1588149A1 - Mehrfachkanal-Servosystem

Info

Publication number: DE1588149A1
Application number: DE19671588149
Authority: DE
Inventors: Gemmell Douglas Brownlee
Original assignee: Elliott Brothers London Ltd
Current assignee: Allard Way Holdings Ltd
Priority date: 1966-03-15
Filing date: 1967-03-14
Publication date: 1970-09-17
Also published as: GB1131017A; US3433125A

Description

EIEIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED, Century Works, Lewisham,

London, S.E. 13, England

Mehrfachkanal-Servosystem

Die Erfindung bezieht sich auf Mehrfachkanal-Servosysteme und insbesondere auf Systeme mit Integralsteuerung und ihre hauptsächliche Aufgabe besteht darin, eine Quelle der TJnstabilität und der Ungenauigkeit in derartigen Systemen zu beseitigen.

Bei modernen Steuersystemen ist es häufig erwünscht, mehrfach ausgenützte Servosteuerkanale zu verwenden, um zu gewährleisten, daß dann, wenn ein Kanal oder eine Komponente in einem Kanal fehlerhaft arbeitet, die Steuerung nicht unwirksam wird, da die anderen Kanäle alle afallenden Steueraufgaben übernehmen. Bei derartigen Systemen ist es erforderlich, getrennte Steuersignaleingänge für jeden der Kanäle vorzusehen und die Mehfachausgänge

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auf einem gemeinsamen Ausgangsbauteil zu verdichten. Dies ergibternsthafte Schwierigkeiten in bezug auf die Auslegung, wenn, wie dies bei praktischen Systemen unvermeidbar ist, geringe Verschiedenheiten in den charakteristischen Eigenschaften zwischen den unterschiedlichen Kanälen vorhanden sind. Vorausgesetzt, daß die Servoschaltungen von nicht zeitabhängigen Signalen gesteuert werden, ist es möglich, die Abweichungen innerhalb konstanter und zulässiger Grenzenzu halten, wenn die konventionelle Technik angewendet wird. Wenn jedoch die Servoschaltungen Zeitintegrale oder eine zeitlich abklingende Rückkopplung einschließen,reichen ™ die Mittel der konventionellen Technik nicht mehr aus.

Ziel der Erfindung ist es, ein Mehrfachkanal-Servosystem zu schaffen, bei dem eine Abweichung der getrennten Kanäle verhindert wird, auch wenn ein Zeitintegral-Ausdruck erforderlich ist.

Vorliegende Erfindung geht von dem Gedanken aus, den Integral-

des Steuersignales eines jeden Servokanales

ausdruck/aus dem Rückkopplungssignal abzuleiten, das von dem verdichteten Ausgangsbauteil erzeugt wird.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Mehrfachkanal-Servosystem mit einer Vielzahl von getrennten ServoSteuerkanälen, deren jeder einen Eingangspfad zur Aufnahme eines Eingangssignales und eine Betätigungsvorrichtung mit einem Ausgangsbauteil zur Erzielung einer mechanischen Bewegung in Abhängigkeit von einem . im Kanal erzeugten Steuersignal besitzt und deren jeder ferner Mittel aufweist, um ein Kanalrückkopplungssignal von dem Ausgangsbauteil zum Eingangspfad rückzukoppeln, damit das Steuersignal^ unwirksam gemacht wird, wenn die erforderliche mechanische Verschiebung erzeugt worden ist, vorgeschlagen, daß das System eine Verdichtungseinrichtung erhält, die mit den Ausgangsbauteilen aller Kanäle gekoppelt ist und ein verdichtetes Ausgangsbauteil

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zur Erzeugung einer verdichteten Ausgangsbewegung in Abhängigkeit von den kombinierten Bewegungen aller Kanalausgangsbauteile besitzt und daß eine Einrichtung zur zeitlichen Verzögerung eines RUekkopplungsBignales (nachstehend verdichtetes Rüekkopplungs— signal genannt) die Verschiebung des konsolidierten Ausgangsbauteiles darstellt und das Signal über einen getrennten Pfad in jeden Servosteuerkanal einspeist, so daß das verdichtete Rückkopplunge signal in jedem Kanal mit dem Eingangssignal kombiniert wird und das Steuersignal erzeugt, wobei das Einführen des verdichteten RUckkopplungssignales eine Proportional-Plue-Zeitintegralcharakteristik für das Mebrfachkanal-Servosystem ergibt, derart, daß die getrennten Kanäle sich nicht voneinander trennen können.

Da im Falle vorliegender Erfindung kein Integrator in einem der Servokanäle selbst vorhanden ist, kann sich kein Signalaufbau ausbilden und damit keine Abweichung der Servokanäle auftreten· Vorzugsweise enthält der Eingangspfad eines jeden Kanales einen Verstärker oder dergl., um das Eingangssignal und das Rückkopplungssignal aus dem Auegangsbauteil zu kombinieren. Der Eingangspfad kann ferner einen weiteren Verstärker oder dergl. enthalten, dem das Eingangssignal und das Verdichtungs-Rückopplungssignal aufgegeben werden, wobei der weitere Verstärker zwischen dem Beginn des Eingangspfades und dem erst genannten Verstärker eingeschaltet wird.

Ferner kann ein weiterer Verstärker zwischen den Eingangspfad und die Betätigungsvorrichtung eingeschaltet sein, um das kombinierte Signal, das der Betätigungsvorrichtung aufgegeben wird, •zu verstärken. So kann eine Abfühleinrichtung vorgesehen sein,

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die jedem Eingangspfad zugeordnet ist, z.B. ein Geschwindigkeitskreisel.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Pig. 1 z.eigt ein Multiplex-Servosystem·mit einer Proportional-Plus-Integralbefehlsberechnung unter Anwendung der konventionellen Servotechnik,

Fig. 2 zeigt ein ähnliches System, das eineRückkopplungs-Löschung als abgeänderte Ausführungsform zur Erzielung einer Proportional-Plus-Integralsteuerung aufweist, .und

Fig. 3 ein System zur Erzeugung einer verdichteten Megral-Plus-Proportionalsteuerung gemäß der Erfindung.

Zuerst wird auf das System bezug genommen, das die konventionelle Technik verwendet und das schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, In dieser Fig. 1 sind/vier Abfühleinrichtungen 11, 12, 13 und 14 W- vorgesehen, die beispielsweise Geschwindigkeitskreisel sein können, d.h. Kreisel, die einen Freiheitsgrad besitzen. Die Abfühleinrichtungen sind in entsprechender Weise vier getrennten Servokanälen zugeordnet. Das Ausgangssignal aus der Abfühleinrichtung 11, das dem ersten Kanal zugeordnet ist, wird über eine Leitung 15 einer>Einheit 16 zugeführt. Die Einheit 16 kann ein Verstärker mit zwei Eingängen sein, dessen Ausgang auf die Summe oder Differenz zwischen den Eingängen bezogen ist. Aus Zweckmäßigkeits«·· gründen werden die Einheiten, die eine Vielzahl von Eingängen aufweisen und einen Ausgang in Abhängigkeit von beiden erzeugen, nachstehend als "Mischeinrichtungen" bezeichnet. Der Ausgang der Abfühleinrichtung 11 wird auch einem Integrator 17 zugeführt,

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.der das Abfühlsignal integriert und ein Integralsignal ———

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erzeugt, welches eine Funktion des Abfühlsignales und der Zsit ist. Der Ausgang'der Einheit 17 wird auch d.er Mischeinrichtung 16 und der Ausgang der Mischeinrichtung 16 einer weiteren Mischeinrichtung 18 aufgegeben. Der Ausgang aus der Mischeinrichtung 18 wird an einen Verstärker 19 geführt, der konventionell ausgeführt ist und der Ausgang des Verstärkers 19 wird einer Einheit 20 bestehend aus Ventil und Betätigungsvorrichtung zugeführt.

Die Ventil^Plus-Betätigungsein/heit 20 kann konventionell ausgebaut sein und einen doppelt wirkenden hydraulischen Betätiger mit einem Steuerventil besitzen, -welches in einer zentralen Stellung die Einspeisung von hydraulischer Flüssigkeit zu beiden Seiten des Kolbens sperrt, so daß der Kolben in seiner eingestellten Stellung bleibt. Wenn das Ventil in einer Richtung aus der zentalen Stellung verschoben worden ist, gibt es Druckflüssigkeit an den Zylinder auf einer Seite des Kolbens und verbindet gleichzeitig den Zylinder auf der anderen Seite des Kolbens mit einem Auslaßkanal, so daß der Kolben daran gehindert wird, sich in einer Richtung ^zu bewegen, während dann, wenn das Ventil in der anderen Richtung bewegt wird, die umgekehrten Flüssigkeitsverbindungen hergestellt werfen und der Kolben sich nicht in der anderen Richtung versiiieben kann. In jedem Falle muß das Ventil in die zentrale Stellung zurückbewegt werden, um die Bewegung des Kolbens anzuhalten. Eine Verschiebung des Kolbens bewirkt eine Verschiebung eines Ausgangsbauteiles 21, das dieKolbenstange sein kann.

Ein von der Kolbenstellung abhängiges Signal wird aus einer 'konventionellen.Rückkopplungseinrichtung (nicht dargestellt),

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die mit dem Ausgangsbauteil 21 über eine Leitung 22 der Mischeinrichtung 18 zugeordnet ist, rückgekoppelt. Das Rückkopplungssignal wirkt dem Signal aus der Abfühleinrichtung und dem Integrator an der Mischeinrichtung 18 entgegen und wenn ein Kolben sich um den erforderlichen Abstand verschoben hat, der durch das kombinierte Signal aus der Abfühleinrichtung 11 und dem Integrator 17 aufgegeben wurde, gleicht das Rückkopplungssignal aus dem Betätiger das Steuersignal ab, so daß das Ventil in der Einheit 20 in die neutrale Stellung zurückgeführt wird und der w Kolben zum Stillstand kommt.

Die zweiten, dritten und vierten Servokanäle, die den Abfühleinrichtungen 12, 13, 14 zugeordnet sind, sind identisch mit dem Kanal, der der Abfühleinrichtung 11 zugeordnet ist, wobei der mechanische Ausgang des zweiten Kanal.es am Ausgangsbauteil 23| der mechanische Ausgang des dritten Kanales am Ausgangsbauteil 24 und der Ausgang des vierten Kanales am Ausgangsbauteil 25 auftritt.

Die Ausgänge der vier Ausgangsbauteile 21, 23» 24 und' 25 sind verdichtet,, d.h., daß sie zu einer Einheit kombiniert sind, die allgemein durch das Bezugszeichen 26 angedeutet und mit "mechanische Verdichtung" bezeichnet ist. Die. mechanische Verdichtung besteht üblicherweise in einer mechanischen Gelenkverbindung, die/iie vier Ausgangsbauteile 21, 23, 24 und 25 in einer solchen Weise koppelt, daß der verdichtete Ausgang, der an dem verdichteten Ausgangsbauteil 27 auftritt, den Mittelwert der Stellungen der vier Kolbenstangen 21, 23, 24 und 25 darstellt.

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Wenn das System nach Fig. 1 in einem Flugzeug verwendet wird, ist eine weitere Rückkopplung, die durch die gestrichelte Linie 28 angezeigt ist, aus dem verdichteten Ausgangsbauteil 27 zu den AbfUhI einrichtungen vorhanden. Im Falle eines Flugzeuges ist dies die aerodynamische Schleife des Flugzeuges. Eine kurze Betrachtung zeigt, daß die Abfühleinrichtungen dann, wenn sie eine Änderung in dei. jeweiligen Parametern anzeigen, den sie steuern sollen, die entsprechenden Servokanäle beaufschlagen, welche alle in der Weise wirken, daß das verdichtete Ausgangsbauteil 27 in einem solchen Sinne verschoben wird, daß die von den Abfühlein- ^ richtungen abgefühlte Änderung gelöscht wird. Diese Löschung geschieht über die dargestellte RUckkopplungsleitung 28.

Nimmt man an,.daß das Steuersignal, das der Abfühleinrichtung 11 in einem bestimmten Falle aufgegeben wird, einen Wert 1 hat, ist das der Mischeinrichtung 18 aufgegebene Signal 1 + —^r-—, was gleich ist.

In der Praxis ist es unvermeidbar, daß geringe Differenzen in den charakteristischen Eigenschaften der vier Servokanäle auftreten/ z.B., indem die Abfühleinrichtungen Signale sehr geringer λ Abweichung voneinander aufweisen oder daß eine der Abfühleinrichtungen eine» kleines Restsignal in der nominellen Null-Signalstellung erzeugt. Aufgrund des Vorhandenseins des Integrators in dem zugeordneten Kanal, der als der erste Kanal angenommen wird, der der Abfühleinrichtung 13 zugeordnet ist, baut sich das Restsignal _o ""'■' mit- der Zeit auf den Punkt auf, bei dem der Kanal beaufschlagt J₀ "wird, und verschiebt sein Ausgangsbauteil 21 in der'Weise, daß ei-_ω ne Korrektur des Restsignales versucht wird. Dies jedoch beein-

bung erzeugte Änderung wird effektiv über die Leitung 28 in die

flußt das verdichtete Ausgangsbauteil 27 und die^urch die Verschi« ο

ο» Abfühleinrichtungen 12, 13 und 14 zurückgespeist, die entgegenwirkende v?i,"naIe erzeugen und ihre eigenen. Kanäle beaufschlagen.

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Die Folge davon ist, daß alle Kanäle beginnen, sich zu trennen. Wenn das System nur aus zwei Kanälen besteht, würden diese in gleicher Weise in entgegengesetzten Richtungen abweichen, wobei die algebraische Summe ihrer Abweichungen Null ist.

Fig. 2 zeigt ein anderes System, das ebenfalls von der konventionellen Technik ausgeht, und bei dem vier Abfühleinrichtungen 11, 12, 13» 14 vorgesehen sind, wobei die vier Kanäle vier Ausgangsbauteile 21, 23, 24 und 25 besitzen, deren Verschiebungen in der mechanischen Verdichtungseinheit 26 verdichtet werden, ψ welche den kombinierten Ausgang an dem verdichteten Ai^gangsbauteil 27 erzeugt, ähnlich wie bei der Ausführung nach Fig. 1. Die Servokanäle sind jedoch im Falle der Anordnung nach Fig. 2 unterschiedlich. Die Abfühleinrichtung 11, die dem ersten Kanal zugeordnet ist,·ergibt ein Signal über einen Eingangepfad 29 zu einer Mischeinrichtung 30, von der ein Signal einem Verstärker 31 aufgegeben wird, der die Ventil-Plus-Betätigereinheit 32 speist. In diesem Falle jedoch ist das Rückkopplungssignal aus dem Ausgangsbauteil 21 nicht lediglich ein Stellungssignal, sondern enthält ein Löschfilter. Bas Stellungssignal aus dem Ausgangsbauteil 21 wird über ein Löschfilter 33 geführt, das ein

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" Ausgangssignal —— erzeugt. Dieses kombinierte Signal wird

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. der Mischeinrichtung 30 zugeführt und wirkt als ein Signal, das dem Signal aus der Abfühleinrichtung 11 in gewöhnlicher Weise ■ entgegenwirkt. Die Abfühleinrichtungen 12, 13 und 14 nach Fig. 2 · sind den zweiten, dritten und vierten Servokanälen zugeordnet, welche mit dem ersten, der Abfühleinrichtung 11. zugeordneten Kanal identisch sind.

In diesem Falle bewirken auch kleinere Unterschiede in den charakteristischen Eigenschaften der vier Servokanäle eine Abweichung aufgrund der Löscheinheit 33 und der .äquivalenten Einheiten in den anderen Kanälen, wie in Verbindung mit der Aus- -

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, führungsförm nach Fig. 1 -beschrieben.

Nachstehend wird ein Mehrfachkanal-Servosystem gemäß der Erfindung in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, in der die vier Abfühl einrichtungen 11, 12, 13 und 14 den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Abfühleinrichtungen entsprechen. Die Abfühleinrichtung 11 nach Fig., 3 ist einem ersten Servosteuerkanal zugeordnet, der

von
einen Eingangspfad 34 besitzt,/welchem das Steuersignal aus der' Abfühleinriehtung 11 auf eine Mischeinrichtung 35 übertragen wird. Der Ausgang der Mischeinrichtung 35 wird einem weiteren M fell 36 des Eingangspfades aufgegeben und von dort einer weiteren Mischeinrichtung 3? angeführt. Die Mischeinrichtungen 35 und 37 können eine einzige Einheit aufweisen, der drei Eingangssignale aufgegeben werden können» .

-Ton der Mischeinrichtung 37 wird das Ausgangssignal einem Verstärker·38 zugeführt,, der von konventioneller Ausführung sein -kann,_; und dieser speist eine Ventil-Plus-Betätigereinheit 39, die ctie gleiche wie die in äen Beispielen nach den Figuren 1 und 2 heschrietene ist und ein Ausgangsbauteil 21 aufweist. Ein Stellungsrückkapplungssignal wird von einer (nicht dargestellten) { Vorrichtung abgenommen,, die dem Aus gangs baut eil 21 zugeordnet

der

ist und direkt /Mischeinrichtung 37 über eine Leitung. 40 auf gegeben j. dadurch wird dem Signal, das über die Leitung 36 aufgegeben wird, entgegengewirkt und dieses Signal gelösäht,, wenn das Ausgangsbauteil 2\ die von dem Steuersignal befohlene Bewegung ausgeführt hat»

Die zweiten»; dtitten _un(3 vierten Servokanäle, die den Abfühl— einrichtungen 12:, 13 und 14 'zugeordnet" sind* sind Jeder für sich genau gleich diem erstem Servokanal unet habest ent sprechend^ Aus-23j_r 24 und 25, deren Ausgänge in der mechanischen

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Verdichtungseinheit 26 verdichtet sind, damit ein verdichteter ■ Ausgang an dem verdichteten Ausgangsbauteil 27 wie in den früher beschriebenen Systemen erzielt wird.

Der wesentliche Unterschied in dem System nach Fig. 3 besteht darin, daß die Rückk^opplungsvorriehtung (nicht dargestellt) dem verdichteten Äugangsbauteil 27 zugeordnet ist, durch welches ein getrenntes, verdichtetes Rückkopplungssignal auf die Eingangsbahn eines jeden Servokanales übertragen wird, und das verdichtete Rüekkopplungssignal einen Ausdruck enthält, der eine Funktion ™ sowohl der Stellung des verdichteten Ausgangsbauteiles 27 als auch der Zeit ist. Unterstellt man, daß das Eingangssignal einen Wert 1 besitzt, hat das Rückkopplungssignal aus dem Ausgangsbauteil 21 zur Mischeinrichtung 37 ebenfalls einen Wert 1, während das Rückkopplungssignal aus äem verdichteten Ausgangsbauteil 27 über die Leitung 41 einer Einheit 4-2 aufgegeben, wird, die aus dem Stellungssignal das Signal - -=■—— multipliziert mit dem

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Rüekkopplungssignal aus den verdichteten Ausgang erzeugt, und der Ausgang: aus der Einheit- 42 wird in den zweiten Eingang der Mischeinrichtung 35 eingespeist.

Auf diese leise wird der weitere Vorteil erzielt, daß alle Servokanäle etwa das gleiche Rü'ckköpplungssignal aufnehmen, z.B. da die Rückkopplung nicht über eine ÄbfiiMLeinrichtung erfolgt, und obgleich Änderungen in ieni einzelnen Stellungen der Aus gangs bauteile 21 f 23, 24 UBi 25 _f welche dien unterschiedlichen Kanälen zugeordnet sini_f aufgrund: geringer Unterschiede in ien charakteristischen Mjfgerasehaftem eier einzelnen Kanäle vorhanden s4nd_r kann das verdichtete Ausgangsbauteil 27 nmr eine £age einnehnren. Damit beeinflussen Ungleichheiten zwischen ü&ß Unterftanaleingängen nur die entsprechenden. UiiterkanalsMisgäKge direM; proportional der Un-* gleichhieit uni nicht als eime· Sesßhwira^igkeitsabweichung« Das System gemäß: der Erfinimg feanm eiitspreefeenii "der St£©mtectaik für Servo schaltungen au-fgcetetEt seam« .·..■?■;

Claims

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Patentansprüche:

■ · · ■

L. , Mehrfachkanal-Servosystem mit einer Vielzahl von getrennten Servosteuerkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Servo— steuerkanal einen Eingangspfad zur Aufnahme eines Eingangesigna-1 es und eine Betätigungsvorrichtung mit einem Ausgangsbauteil zur Erzielung einer mechanischen Bewegung in Abhängigkeit von einem im Kanal erzeugten Steuersignal besitzt, daß jeder Kanal Mittel aufweist, um ein Kanalrückkopplungssignal von dem Ausgangsbauteil zum Eingangspfad rückzukoppeln, damit das Steuersignal unwirksam gemacht wird, wenn die erforderliche mechanische Verschiebung erzeugt worden ist, daß das System eine Verdichtungseinrichtung aufweist, die mit den Ausgangsbauteilen aller Kanäle gekoppelt ist und ein verdichtetes Ausgangsbauteil zur Erzeugung einer verdichteten Ausgangsbewegung in Abhängigkeit von den kombinierten Bewegungen aller Kanalausgangsbauteile besitzt, und daß eine Einrichtung zur zeitlichen Verzögerung eines Rückkopplungssignales (verdichtetes Ruckkopplungssignal) die Verschiebung des verdichteten Ausgangsbauteiles darstellt und das Signal über einen getrennten Pfad in jeden Servosteuerkanal einspeist, so "| . daß das verdichtete Rückkopplungssignal in jedem Kanal mit dem ' Eingangssignal kombiniert wird und das Steuersignal erzeugt, wo-• bei das Einführen des verdichteten Rückkopplungssignales eine proportionale Plus-Zeitintegralcharakteristik für das Mehrfachkanal-Servosystem ergibt, derart, daß die getrennten Kanäle sich ·;nicht voneinander trennen können. .

?. Servosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die .--■-■ Kombination, des. phasenverzögerten, verdichteten Rückkopplungssignales mit dem Eingangssignal und die Kombination des Steuer- - signales .-in.it. dem Kanalriiekkopplunsrs signal mit Hilfe einer Mischeinrichtung erzielt werden.

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3. Servosystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kombinationen in getrennten Mischeinrichtungen erzielt werden.

4. Servosystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch*- gekennzeiehnet, daß jeder Steuerkanal einen Verstärker zur Verstärkung des Steuersignales aufweist.·

5. Servosystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal in jeden Kanal von einer Abfühleinrichtung aBgeleitet wird, die ein einem Plugzeugflugparameter entsprechendes Signal erzeugt.

6. Servosystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühleinrichtung ein öeschwindigkeitskreisel ist.

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