-
Selbsttätige Regelvorrichtung, bei der aus Sicherheitsgründen mehrere
parallele Steuerkanäle vorgesehen sind Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige
Regeleinrichtung, bei der aus Sicherheitsgründen mehrere parallele Steuerkanäle
zur Betätigung einer gemeinsamen Stelleinrichtung in Abhängigkeit von einer gemeinsamen
Führungsgröße vorgesehen sind und jeder Kanal einen Verstärker enthält, dessen Eingang
ein von der Führungsgröße abgeleitetes Signal übermittelt wird.
-
Derartige Einrichtungen können vorzugsweise für gleiche Ein-Kanal-Systeme
verwendet werden, bei denen eine größere Sicherheit erforderlich ist, als sie durch
die bloße Verdopplung der Einrichtung in einem Kanal und die Anordnung für eine
Umschaltung von einer Haupt- zu einer Nebeneinrichtung erreicht werden kann, falls
die Haupteinrichtung versagen oder nicht richtig arbeiten sollte. Das Erfordernis
eines großen Sicherheitsgrades tritt besonders bei Nachlaufreglern auf, die zur
Betätigung von Luftfahrzeugrudern, zur Betätigung der Steuerorgane von Kernreaktoren
und der hiermit verbundenen Anlage und der Betätigung einer Schiffssteuerung und
Stabiliereinrichtung sowie für andere Zwecke dienen, bei denen die menschliche Sicherheit
in hohem Ausmaß von der Zuverlässigkeit der Arbeitsweise einer Anlage abhängt. In
allen diesen Fällen ist es sehr erwünscht, es so einzurichten, daß der Ausfall oder
das falsche Arbeiten eines Kanals das System nicht außer Betrieb setzt oder falsche
Steuerbewegungen auslöst.
-
Es ist bekannt, für diesen Zweck ein übertragungssystem mit zwei oder
mehr unabhängigen parallelen Kanälen vorzusehen, die je einen gemeinsamen Ausgang
entsprechend einer gemeinsamen Abfragegröße betätigen und die je getrennt überwacht
und außer Betrieb gesetzt werden, wenn ihre Arbeitsweise zu weit von dem Bereich
vorbestimmter Bedingungen abweicht. Dies ist jedoch insofern nicht zufriedenstellend,
als es zu einem ständigen Aussetzen des Unterkanals führt, selbst wenn der Fehler
darin nur vorübergehend auftritt oder berichtigt oder durch Einstellung des betreffenden
Parallelkanals ausgeglichen werden kann.
-
Die erfindungsgemäße selbsttätige Regelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens einige Kanäle außerdem einen Vergleicher zum Erzeugen eines Signals
aufweisen, welches dem Unterschied zwischen der Ausgangsgröße des Verstärkers des
jeweiligen Kanals und einem Mittelwert für die Ausgangsgrößen der Verstärker aller
Kanäle entspricht, und daß Einrichtungen vorhanden sind, durch welche die übertragungseigenschaften
der Kanäle in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des Vergleichers so verändert werden,
daß sich ihr Unterschied in Richtung auf Null verkleinert.
-
Der Mittelwert kann der mittlere Wert (d. h. der jeweils in der Mitte
liegende Wert einer ungeraden Anzahl von Werten) oder das arithmetische Mittel der
Ausgangsgrößen aller Verstärker sein, und in jedem Falle haben alle Unterkanäle
Vergleichseinrichtungen und Einrichtungen zur Abänderung ihrer Übertragungseigenschaften.
-
Alternativ kann der Hauptwert der Wert der Ausgangsgröße eines der
Unterkanäle, nämlich des Vergleichs-Unterkanals sein, wobei nur die übrigen Unterkanäle
Vergleichseinrichtungen und Einrichtungen zum Abändern ihrer übertragungseigenschaften
haben.
-
Die Vorrichtungen zum Abändern der übertragungseigenschaften eines
Unterkanals können als Einrichtungen zum Abändern der Verstärkung des Unterkanals
bestehen. Insbesondere können in jedem Unterkanal diese Einrichtungen Mittel zum
Abändern der Verstärkung eines Vorverstärkers aufweisen, durch welche das die gemeinsame
Führungsgröße wiedergebende Signal dem Eingang eines Verstärkers übermittelt wird.
-
Weiterhin können die genannten Einrichtungen zum Abändern der Übertragungseigenschaften
eines Unterkanals aus Einrichtungen zur Rückführung eines vom Ausgang der Vergleichseinrichtung
abgeleiteten Signals zum Unterkanalverstärker bestehen. Insbesondere können in jedem
Unterkanal die besagten
Einrichtungen zur Rückführung eines Signals
zum Verstärker des Unterkanals aus einem Amplitudenbegrenzer bestehen, welcher zwischen
einem Ausgang der Vergleichseinrichtung und einem Eingang zum Verstärker geschaltet
ist. Die Einrichtung kann weiter aus einem Integrator bestehen, welcher zwischen
dem Ausgang der Vergleichseinrichtung und einem Eingang zum Verstärker gekoppelt
ist.
-
Bei einer Alternativform einer Regelvorrichtung gemäß der Erfindung
werden die übertragungseigenschaften der Eingangsleitungen für Steuersignale in
wenigstens einigen der Kanäle entsprechend einem Mittelwert der Führungsgröße geändert,
mit dem Bestreben, Unterschiede zwischen den in den verschiedenen Kanälen angewandten
Steuersignalen auszugleichen, und es werden die übertragungseigenschaften der Verbindungsleitungen,
die eine Rückführung in wenigstens einigen der Kanäle ermöglichen, entsprechend
einem Mittelwert für die Rückführsignale geändert, mit dem Bestreben, Unterschiede
zwischen den Rückführsignalen in den verschiedenen Kanälen auszugleichen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt F i g.1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform,
F i g. 2 eine Abänderung der in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungsform, F i
g. 3 ein Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
-
Die in F i g. 1 veranschaulichte Anlage weist drei gleiche Steuerkanäle
auf, welche mit A, B und C bezeichnet sind und von denen daher nur einer
beschrieben zu werden braucht.
-
Die Anlage betätigt eine Stelleinrichtung 1 (die beispielsweise unmittelbar
oder mittelbar mit einem Ruder eines Luftfahrzeuges verbunden ist) in Abhängigkeit
von einer bestimmten Größe, beispielsweise der Abweichung der Lage oder deren Änderungsgeschwindigkeit
im Vergleich zu einem bestimmten Bezugswert. Hierbei treten drei gleichartige, jedoch
unabhängig voneinander abgeleitete Steuersignale (welche beispielsweise von drei
gleichartigen unabhängigen Gyroskopen herrühren) an den bei 2 angedeuteten Verbindungsleitungen
auf. Das Steuersignal für den Kanal A wird dem Eingang einer Verstärkerstufe 3 zugeführt,
deren Verstärkung durch eine Gleichspannung aus der Verbindungsleitung 4 verändert
werden kann. Die Ausgangsgröße der Stufe 3 wird dem einen Eingang eines Verstärkers
5 mit konstantem Verstärkungsfaktor übermittelt. Der Ausgang dieser Stufe ist mit
einem Stellmotor 6 verbunden, während Rückführsignale, die z B. von der Lage oder
deren Änderungsgeschwindigkeit abhängen und vom Stellmotor hergeleitet werden, nach
einem anderen Eingang des Verstärkers 5 rückgeführt werden. Die soweit beschriebenen
Bestandteile bilden einen üblichen Regelkreis.
-
Die Welle des Stellmotors 6 ist über eine elektrisch zu erregende
Kupplung 7 entweder urimittelbar oder über ein Getriebe mit einem Hebelarm 8 gekuppelt,
welcher mit der Stelleinrichtung 1 in Verbindung steht. Die Kupplung 7 besteht aus
zwei Teilstücken, die unter Federbelastung zueinander stehen, so daß, solange das
übertragene Diehmoment innerhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, zwischen ihnen
keine relative Verschiebung stattfindet; wenn dieses Drehmoment jedoch ansteigt,
können sich die Teilstücke relativ zueinander bewegen. In die Einrichtung ist ein
elektrischer Schalter eingebaut und auf bekannte Art so angeordnet, daß er durch
die relative Verschiebung der beiden Teile betätigt werden kann.
-
Die Ausgangsgröße jedes der Verstärker 5 wird einem in jedem Steuerkanal
angeordneten elektrischen Mittelwertbilder 9 übermittelt, welcher ein Ausgangssignal
erzeugt, das dem in der Mitte liegenden Wert der ihm übermittelten Eingangssignale
entspricht. Der Ausgang des Mittelwertbilders 9 ist mit dem einen Eingang eines
Vergleichers 10 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers
5 verbunden ist. Der Ausgang des Vergleichers 10 ist mit dem einen Eingang eines
phasenempfindlichen Demodulators 11 verbunden, dessen Ausgangsgleichspannung über
die Leitung 4 der Verstärkerstufe 3 zugeführt wird. Die Anordnung ist so getroffen,
daß dann, wenn ein Unterschied zwischen der Ausgangsgröße des Verstärkers 5 jedes
Steuerkanals und dem jeweils in der Mitte liegenden Wert auftritt, der Verstärkungsfaktor
durch die Ausgangsspannung des Demodulators 11 so verändert wird, daß er das Bestreben
hat, diesen Unterschied auf Null herabzusetzen.
-
Der Ausgang des Vergleichers 10 steht außerdem über einen Amplitudenbegrenzer
12 unmittelbar mit dem Eingang des Verstärkers 5 in Verbindung. Diese Rückführung
trägt (zusammen mit der entsprechenden Rückführung in den anderen Kanälen) dazu
bei, der Auswirkung von Fehlern in den einzelnen übertragungsgliedern entgegenzuwirken.
Durch diese Rückführung sollen eventuelle Durchgehsignale von einem Kanal zum anderen
übertragen werden. Die Aufgabe der Amplitudenbegrenzer 12 besteht darin, eine derartige
Übertragung so zu begrenzen, daß sich die Folgen eines Durchgehens in einem Kanal
nicht katasfrophal auswirken. Die Begrenzer 12 werden dementsprechend eingestellt
und müssen so ausgebildet sein, daß sie im Falle eines Versagens nur im Sinne der
Herabsetzung der Einstellgrenzen einen Fehler verursachen können, und niemals im
Sinne der-Erhöhung der Einstellgrenze.
-
Es ist offensichtlich, daß die Rückführung zu den Verstärkerstufen
3 lediglich vorhandene Steuersignale abändern kann und daß sie keine falschen Steuersignale
einzuführen vermag. Der Sättigungsausgang der Demodulatoren 11 ist auf einen Wert
festgelegt, welcher sicherstellt, daß sich der Bereich der Verstärkungsfaktoränderung
auf denjenigen beschränkt, der erforderlich ist, um die Auswirkung normaler Unterschiede
zwischen den Unterkanälen zu unterdrücken.
-
Es ist offensichtlich, daß die gesamte Anlage normalerweise ständig
selbstprüfend arbeitet, da ein Zustand wesentlichen Gleichgewichts der Ausgangsdrehmomente
nur eingehalten werden kann, wenn alle Bestandteile innerhalb vorbestimmter Genauigkeitsgrenzen
arbeiten; wenn dieses Gleichgewicht nicht beibehalten würde, würde dies das Betätigen
des Drehmomentschalters zur Folge haben, welcher dem in Betracht kommenden Kanal
zugeordnet ist.
-
Bei der in F i g.1 gezeigten Anlage kann ein Durchgehfehler auftreten,
falls ein Versagen auftritt und die Begrenzungswirkung der Begrenzer 12 nicht wirksam
ist. Unter diesen Umständen kann es erwünscht sein, dem vorzubeugen. Für diesen
Zweck kann die abgeänderte Anordnung nach F i g. 2 verwendet werden. Die F i g.
2 zeigt nur die Eingangsleitungen 2,
die Verstärker 3 und 5 des
in F i g.1 gezeigten Systems, wobei die Teile 4, 6, 7, 8, 9 und 11 beibehalten werden.
Die Begrenzer 12 kommen in Wegfall.
-
Wie in F i g. 2 gezeigt, ist der Eingang des Kanals B abgeändert.
.Das Steuersignal kann man im allgemeinen in zwei Komponenten unterteilen, nämlich
in eine Kurzzeitkomponente (die beispielsweise bewirkt, daß das Luftfahrzeugruder
auf eine solche Weise betätigt wird, daß eine unerwünschte Schwingungsbewegung unterdrückt
wird) und in eine Dauerkomponente (welche beispielsweise sicherstellt, daß die Ruder
derart betätigt werden, daß das Luftfahrzeug einem gewünschten Flugweg folgt). So
wird im Kanal B ein Signal, welches das Zeitintegral der Dauerkomponente des Steuersignals
darstellt, dem Eingang des Verstärkers 5 zusätzlich zu den anderen Signalen zugeführt.
Dieses zusätzliche Signal wird dadurch erzielt, daß die Kurzzeit- und Dauerkomponenten
für diesen Kanal getrennt über die Verbindungsleitungen 2 B (a) und
2 B (b) zugeführt werden. Diese Verbindungsleitungen führen an die Eingänge
einer Surnmiereinrichtung 19. Die Summe dieser Komponenten, welche am Ausgang der
Summiereinrichtung 19 auftritt, wird dem Eingang des Vorverstärkers 3 zugeführt.
Die Dauerkomponente wird dem Eingang eines Integrators 18 übermittelt, dessen Ausgang
dem Verstärker 5 zugeführt wird. Somit werden alle Bezugswertfehler in diesem Kanal
durch den Integrator 18 unwirksam gemacht.
-
Das System ist im Vergleich zu demjenigen gemäß F i g.1 noch in bezug
auf zwei weitere Punkte abgeändert. Erstens werden die Ausgänge der Verstärker 5
in den Kanälen A und B den Eingängen einer Vergleichseinrichtung 14
übermittelt und ihr Unterschied über einen Integrator 16 dem Eingang des Verstärkers
5 des Kanals A mit solchen Vorzeichen übertragen, daß der Unterschied beseitigt
wird. Somit wird jeder Dauerunterschied zwischen den Kanälen A und
B, welcher infolge von Bezugswertfehlern auftritt, durch den Integrator 16
unwirksam gemacht. Zweitens werden die Ausgänge der Kanäle C und B einer Vergleichseinrichtung
15 übermittelt und ihr Unterschied durch einen Integrator 17 integriert und dem
Eingang des Verstärkers 5 des Kanals C in einem solchen Sinne übermittelt, daß jeglicher
Unterschied beseitigt wird.
-
Es soll nunmehr die Anlage gemäß F i g. 3 beschrieben werden. In F
i g. 3 sind denjenigen Bestandteilen, welche den Bestandteilen von F i g.1 im wesentlichen
gleich sind, die gleichen Bezugszeichen gegeben, während Bestandteile, die diesen
nur in gewisser Hinsicht ähnlich sind, durch mit einem Strich versehene Bezugszeichen
angedeutet sind, z. B. »9'«.
-
Bei dieser Anlage werden die Ausgangsgrößen der Verstärker 3 den Mittelwertbildern
9' sowie gleichzeitig den Vergleichseinrichtungen 10' übermittelt, denen auch die
Ausgangsgrößen des Mittelwertbilders 9' zugeführt werden. Die Ausgangsgrößen der
Vergleichseinrichtungen steuern den Verstärkungsfaktor der Verstärker 3 auf die
gleiche Weise, wie in Verbindung mit F i g.1 beschrieben. Die Rückführsignale werden
über Summiereinrichtungen 20 in die Steuerkanäle eingeführt. Dies kann über eine
Steuereinrichtung 21 geschehen. Die Unterschiede zwischen den Kanälen der in F i
g. 3 veranschaulichten Ausführungsform können mit Hilfe der Einrichtungen, welche
entweder in F i g.1 oder 2 dargestellt sind, ausgeglichen werden. Bei allen Ausführungsformen
können die Mittelwertbilder 9, 9' auch durch Durchsclmittswertbilder, die das arithmetische
Mittel bilden, ersetzt werden.
-
Ein Kanal, beispielsweise der Kanal B in F i g.1, kann auch als Hauptkanal
verwendet werden. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 3 in diesem Kanal wird
hierbei unveränderlich gehalten, und der Ausgang von seinem Verstärker 5 wird nach
den Eingängen der Vergleicher 10 für die anderen Kanäle übermittelt an Stelle der
Ausgänge von den Mittelwertbildem 9, die somit nicht benötigt werden.