DE2935888A1

DE2935888A1 - Steuer- und schalteinrichtung fuer einen traegheitsmessfuehler

Info

Publication number: DE2935888A1
Application number: DE19792935888
Authority: DE
Inventors: Arnold Ray Allen
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1978-09-05
Filing date: 1979-09-05
Publication date: 1980-03-13
Also published as: IT7950167A0; GB2029606A; JPS5547412A; IT1162388B; US4222270A; GB2029606B; FR2435699B1; FR2435699A1

Description

Patentanwälte Dip;.-Ing. Curt Wallach

Dipl.- !ng. Günther Koch

2935888 £_Dipl.-Phys. Dr.Tino Halbach

"* Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakal d Datum: 29. August 1979 Unser Zeichen: _{16 715} _ _Fk/pi Steuer- und Schalteinrichtung für einen TrMgheiteaeßfühler

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Patentanwälte Dip;.-Ing. Curt Wallach Dipl.- !ng. Günther Koch

2935888 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

_ 3- Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D -8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Dmtum: 29. August 1979 Unser Zeichen: _{16 715} _ p|</pi

Steuer- und Schalteinrichtung für einen Trägheitsmeßfühler

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuer- und Schalteinrichtung für einen Trägheitsmeßfühler vom Kraftausgleichstyp sowie insbesondere auf Kreiselbezugssysteme mit einer Anzahl von starr befestigten Uendekreisel-Meßfühlern vom Kraftausgleichs-Typ zur Meßung der Drehgeschuindigkeiten eines Luftfahrzeuges um die Hauptachsen dieses Luftfahrzeuges sowie mit einem System zur Berechnung von Luftfahrzeug-Stabilisierungs- und Fluglagendaten aus diesen Reßwerten der Orehgeschuindigkaiten. Ein typisches Kreiselbezugssystem mit starr befestigten Kreiseln ist in der Deutschen Offenlegungsschrift 29 20 194 gezeigt.

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Starr befestigte Kreisel-Trägheitsbezugseinrichtungen Pur Luftfahrzeuge und Raumfahrzeuge sind in der Technik der Luftfahrzeug-Kreiselsteuersysteme gut bekannt, l/i el β auf dieser Technik beruhende Uendekreiselanordnungen und Steuersysteme wurden ausführlich in der Literatur beschrieben· Allgemein schließen derartige Systeme eine Vielzahl von Orehgeschuindigkeitsmeßfühlern ein, die starr mit dem Fahrzeug verbunden sind, um die Uinkelgeschuindigkeit des Luftfahrzeuges um die Hauptachsen zu messen· Entsprechende Meßwerte werden zusammen mit Neuwerten der Fahrzeugbeschleunigung und des Steuerkurses einem Digitalrechner zugeführt, um Ausgangsdaten zu liefern, die zur Stabilisierung, Steuerung, Navigation oder Lenkung des Luftfahrzeuges verwendet werden können· Ueil die Kreisel starr mit der Luftfahrzeugzelle verbunden sind, sind die Drehgeschwindigkeitsmeßfühler vorzugsweise vom Kraft- oder Drehmoment-Ausgleichstyp, d.h. der Kreisel wird im wesentlichen mit seinem Halterungsgehäuse dadurch ausgerichtet gehalten, daß das Kreiselabgriffsignal dem Drehmomenterzeuger des Kreisels in einer derartigen Ueiae zugeführt wird, daß der Wert des Abgriff signals im wesentlichen auf 0 g-ehalten wird. Der hierbei für den Drehmomenterzeuger erforderliche Strom ist ein Maß der von dem Wendekreisel gemessenen Drehgeschwindigkeit. Typische zwei Freiheitsgrade (unter Ausschluß der Drehachse gezählt) aufweisende Drehgeschwindigkeitsmeßfühler sind in den US-Patentschriften 3 529 477 sowie ... (US-Patentanmeldung S/N 818 486 vom 25. DuIi 1979) beschrieben. Es ist verständlich, dal die sich SOhUiIUtJ)₁J]If.*«ftda Ausgangsignal des Drehgeschwindigkeits- oder Ueddekreissl-Neßfühlers mit den Bedingungen und Anforderungen von zur Verfügung stehenden Digitalrechnertechniken kompatibel sein muß.

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Es wurden bekannte Anrodnungen dazu verwendet, die Drehmoment-Rückführungssignale eines mit Kraftausgleich betriebenen Meßfühlers in ein Format umzuwandeln, das mit Digitalenrechnertechniken kompatibel ist, wi· beispielsweise unter Verwendung einer Spannungs-/ Frequenz-Konvertertechnik oder einer Impulsbreitenmodulation et echnik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer- und Schalteinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfacherem Aufbau eine Erhöhung der Genauigkeit dar Auagangasighale ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergaben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Steuer- und Schalteinrichtung liefert Präzisionsetröme an einen Drehmomenterzeuger des Kreisele, wobei gleichzeitig eine entsprechende und hierzu proportionale Präzisions-Impulszählung erzeugt wird, die den Luftfahrzeug-Drehgeschwindigkeiten entspricht und die zur digitalen Berechnung der Stabilisierungs- und Fluglagendaten verwendet werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuer- und Schalteinrichtung weiterhin verbesserte Umschalteinrichtungen für Drehgeschwindigkeitsbereiche auf«

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Bei der erfindungsgemäQen Steuer- und Schalteinrichtung wird eine Impulsbreitenmodulationstechnik verwendet. Die Verwendung der Impulsbreitenmodulation für die Drehmoment-Rückführungssteuerung eines TrägheitsmeGfühlers ist zuar bereits allgemein aus der US-Patentschrift 4 062 004 bekannt. Die Gesamtfunktion dieser bekannten Einrichtung ist ähnlich der der erfindungsgemäßen Einrichtung, d.h. es wird eine Impulszählung entsprechend dem Rückführungsstrom abgeleitet, der dem Drehmomenterzeuger des Trägheitsmeßfühlers zugeführt uird, wobei diese Impulszählung dem gemessenen Trägheitsparameter entspricht und weiterhin werden bei dieser bekannten Einrichtung ; niedrigen und höhen Trägheitskräften entsprechende Betriebsarten verwendet. Die Technik zur Erzielung dieser Gesamtfunktion ist jedoch sehr unterschiedlich weil die bei der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendete Technik nicht nur zu einer genaueren digitalen Meßung des gemessenen Parameters führt, sondern die erzielte Präzisionsmeßung auch in wirtschaftlicherer Ueise hinsichtlich des elektronischen Aufbaus, der Zuverlässigkeit und der Kosten erzielt wird. Bei der bekannten Einrichtung werden die Quantisierungsimpulse in Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung gezählt, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die impulsbreitenmodulierte Rechteckschwingung positive oder negative Rückführungsströme für den Drehmomenterzeuger des Trägheitsmeßfühlers erzeugt. Dies bedeutet, daß der Zähler während der ersten Halbperiode der Sägezahnfrequenz nach dem Vergleichen des Kreiselsignals mit dem Sägezahnsignal in Rückwärtsrichtung oder negativer Richtung zählt, während er in positiver oder Vorwärtsrichtung während der zweiten Halbperiode vor diesem Vergleich zählt· Ein Nachteil der Verwendung dieser Technik besteht darin, daß ein

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Vorwärts-Rückwärts-Zähler erforderlich ist, der gröGer und aufwendiger ist, als ein einfacher l/oruärtszähler und der weiterhin kompliziertere Logikschaltungen erfordert.

Ueiterhin berücksichtigt die bekannte Einrichtung nicht die Auswirkungen von endlichen Anstiegs- und Abfallzeiten oder eines Überschwingens des Stromes, der dem Drehmomenterzeuger zugeführt wird oder der zur Steuerung des Zählers verwndet wird. Entsprechend gibt der Ausgang des Zählers nicht unbedingt genau das dem Kreisel tatsächlich zugeführte Drehmoment sowie die resultierende Drehgeschwindigkeitsmeßung wieder· Die Feststellung der Betriebsarten für hohe und niedrige Trägheitskräfte und die Umschaltung beruhen bei der bekannten Einrichtung auf dem Zustand des Ausganges eines taktgesteuerten Vergleiches, der auf das Kreiselfehlersignal unter Berücksichtigung von Auftastimpulsen für hohe und niedrige Drehgeschwindigkeiten anspricht· Ueil die Bestimmung der hohen und niedrigen Trägheitskräfte bei jeder Sägezahnschuingungsperiode durchgeführt wird, ist weiterhin eine Hysterese oder eine Zeitverzögerung in den Schaltungen erforderlich, die durch einen Impulsverzögerungszähler erzielt wird. Schließlich kann der dem Drehmomenterzeuger des Kreisels in der hohen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsart zugeführte Strom nicht genau sein, weil er Unsicherheiten einschließt, die sich aus den Null-Verschiebungs-Spannungen eines im eingeschalteten Zustand befindlichen Schaltelementes ergeben.

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Οίβ erfindungsgemäße Steuer- und Schalteinrichtung stellt eine wesentliche Verbesserung hinsichtlich der Analog-/ Digital-Konvertereinrichtung vom Impulsbreitmodulationstyp dar und sie ist insbesondere bei starr befestigten Trägheitskreisel-Bezugssystemen brauchbar, die iine Vielzahl von mit Kraftausgleich arbeitenden Uendekreisel-Meßfühlern dazu verwenden, Luftfahrzeug-Zellendrehge— schuindigkeiten um die Hauptachsen des Luftfahrzeuges zu messen, weil die den Drehmomenterzeugern der Kreisel zugeführten Rückführungsströme genau proportional zu den gemessenen Drehgeschuindigkeiten der Luftfahrzeugzelle gehalten uerden und ueil eine präzise Digitalzählung, die proportional zu diesen Drehgeschuindigkeiten ist, erzeugt uird·

Bei der erfindungsgemäßen Steuer- und Schalteinrichtung uird eine digitale Zähltechnik zur Lieferung einer Präzisions-Digitalzählung verwendet, die proportional zu dem dem Drehmomenterzeuger zugeführten Strom ist· Diese Zählung uird dadurch erzeugt, daß eine Hochfrequenz taktimpulezelle zur Quantisierung einer eine niedrigere Frequenz aufweisende η Reckteck*Oieip§«n verwendet uird, die proportional zur Amplitude des entsprechenden Kreiselfehlarsignals impulsbreitenmoduliert wurde, uobei die Rechteckschuingung die Größe der den Nullzustand bewirkenden Rückführungsströme bestimmt, die der Wicklung des Drehmomenterzeugers des Kreisels zugeführt werden. Ein lediglich in einer Richtung zählender Digitalzähler uird synchron durch die gleiche Rechteckschuingung freigegeben und ueil er die gleiche Hochfrequenztaktimpulsquelle als Zähler-Taktfrequenz veruendet, stellt der Zählerausgang verglichen mit einer Bezugszählung

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die gewünschte Digitalzahl dar, die den dem Drehmoment· erzeuger zugeführten Strömen entspricht und die damit der gemessenen Drehgeschwindigkeit entspricht.

Die dem Drehmomenterzeuger des Kreisels zugeführten Präzisionaströme werden durch eine Transistorschaltung mit einen Vertikal-flOS-Leistungsschalttransistor gesteuert· Nachteilige Auswirkungen irgendwelcher Sprünge» die «ich bei· Anstieg und Abfall der Impulsbreitenmodulierten Rechteckströme ergeben, insbesondere in den positiven und negativen Extremwerten f werden durch die Verwandung von Paaren von SchutZBtrfeichsiopulssn am Beginn: ,. und am Ende der Modulator-Impulsperioden beseitigt. Die Schutzbereichsimpulse werden dazu verwendet, um in vorhersehbarer Ueise zu den Anstieg und Abfall der Drehmomenterzeugerströme zu steuern und den Zähler zu sperren, so daß alle Zählunsicherheiten zu den Schaltzeiten beseitigt werden und sichergestellt wird, daß dem Drehmomenterzeuger kein sprunghafter Drehmoment-Einschwldgetro* zugeführt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die hohen und niedrigen Trägheitskräften entsprechenden Drehmomenterzeugerbefehle von der Digitalzählung und nicht direkt von dem Kreiselabgriffsignal abgeleitet, wie dies bei bekannten Einrichtungen der Fall war· Obwohl die Erfindung im Folgenden anhand eines Systems beschrieben wird, bei dem die HeGfühler

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durch Uendekreisel gebildet sind, ist es verständlich, daß die erfindungsgemäße Steuer- und Schalteinrichtung genauso bei anderen vergleichbaren Einrichtungen beispielsweise bei TräghBitsbeschlBunigungsmeßern verwendet werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Steuer- und Schalteinrichtung für einen Zwei-Achsen-Uendekreisol mit Drehmomentausgleich, wobei aus diesem Blockschaltbild die grundlegenden Bauteile der Steuer- und Schalteinrichtung sowie die zugehörigen elektrischen Verbindungen erkennbar sind,

Fig. 2A und 2B zusammen ein ausführlicheres Schaltbild der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 3 grafische Darstellungen jeueiliger elektrischer Schwingungsformen zur Erläuterung der Betriebsweise der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4A ein ausführliches Schaltbild des End- und Lösch-Impulsgenerators nach Fig. 2A,

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Fig· 4Β und 5 grafische Darstellung von elektrischen Schuingungsformen zur Erläuterung der Betriebsweise der Steuer- und Schalteinrichtung.

Die dargestellte Ausführungsform der Steuer- und Schalteinrichtung wird zur Erzielung einer Präzisionsmeßung von Luftfahrzeug-Drehgeschuindigkeiten in hohen oder niedrigen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsarten und zur Umwandlung dieser Reßungen in Digitaldaten verwendet, die fUr digitale Fluglagen- und Steuerkursbezugseinrichtungen in Luftfahrzeugen mit starr befestigten Kreiselgeräten geeignet sind. Die Wendekreisel dieser Einrichtung können Zwei-Achsen-Kreiselgeräte mit Drehmomentrückführung und mit einer Lagerung des Rotors an einem Biegungselement sein, wie sie beispielsweise in den oben erwähnten Patentschriften beschrieben sind, die den Aufbau und die Betriebsweise typischer Wendekreisel mit mit einem Biegungselement aufgehängten Rotor zeigen. Derartige Kreiselgeräte weisen einen Kreiselrotor auf, der im Ergebnis mit Hilfe der Biegungstragelemente frei gelagert ist und der mit Hilfe einer durch einen Elektromotor angetriebenen Uelle, die in dem Gehäuse des Kreiselgerätes gelagert ist, um die Drehachse in Drehung versetzt wird. Ein universelles Kippen des Kreiselrotors um zwei zur normalen Drehachse senkrechte Achsen wird durch das Biegungstragelement erreicht.

Derartige Kreiselgeräte sind normalerweise mit einen Uinkelabstand von 90 ° aufweisenden Paaren von induktiven Abgriffen versehen, die eine Uinkelbewegung des Rotors gegenüber seiner Drehachse von zueinander senkrechte Trägheitsachsen feststellen. Zusammenwirkende im

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Quadraturabstand angeordnete Paare von in ähnlicher Weise angeordneten Drehmomenterzeugern-Uicklungen sind ebenfalls im Normalfall vorhanden· In Fig. 1 sind das Kreiselgerät und die zugehörigen Wicklungen aus l/ereinfacherungsgründen nur schematisch dargestellt uobei das Paar von Drehmomenterzeuger -Wicklungen durch jeueilige einzelne Drehmomenterzeuger-Uicklungen 34a, 34b dargestellt ist, während die beiden induktiven Abgriffe durch jeueilige einzelne Abgriffwicklungen 33a, 33b dargestellt sind. Normalerweise uird das Signal beispielsweise von der Abgriffwicklung 33a dadurch auf 0 gehalten, daß es über einen Pufferverstärker 32a ueitergeleitet und der Orehmomenterzeuger-Olcklung 34a zugeführt uird, um eine Präzessionskraft auf den Kreiselrotor 41 auszuüben, die entgegengesetzt zu der Präzession ist, die durch die Eingangs-Drehgeschuindigkeit hervorgerufen uird, so daß die Achse des Rotors 41 im uesentlichen mit dem (nicht gezeigten) Instrumenten- und Motorgehäuse ausgerichtet gehalten uird, uobei dieses Gehäuse an dem Luftfahrzeug befestigt ist. Wie dies in den oben erwähnten Patent- und Gffenlegungsschriften erläutert ist, ist der Rotor 41 biegsam an einer Antriebswelle befestigt und uird durch einen Motor im Inneren des Instrumentengehäuses angetrieben. In gleicher Weise uird das Signal von der Quatratur-Abgriffuicklung 33b dadurch zu 0 gemacht, daß es über die Kreiselrückstellschleifβ mit einam Pufferverstärker 32b der Orehmomenterzeuger-Uicklung 34b zugeführt uird· Es ist daher zu erkennen, daß der der Drehmomenterzeuger-Uicklung 34a oder 34b zugeführte Strom proportional zu der Drehgeschwindigkeit ist, mit der das Kreiselgerätegehäuse gedseht uird, wenn das Luftfahrzeug selbst eine entsprechende Drehung

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um seine jeueiligen Trägheitsachsen ausführt. Denn das Luftfahrzeug, an dem der Kreisel befestigt ist, beispielsweise eine Rollbewegung ausführt, wird der Kreiselrotor 41 dadurch im wesentlichen gegenüber seinem Gehäuse festgehalten, daß eine Präzessionskraft auf den Rotor 41 in Rollrichtung mit der gleichen Drehgeschwindigkeit ausgeübt wird, mit der das Luftfahrzeug die Rollbewegung ausführt. Entsprechend kann beispielsweise die Rollgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges genau gemessen werden, wenn die durch die jeweiligen Drehmomenterzeuger-Uicklungen 34a und 34b fließenden Ströme genau gemessen werden.

In der folgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, daß die den beiden Trägheitsachsen jeweils zugeordneten Steuersysteme in bekannter Weise gleich sind. Das Kreiselrotor-Positionsrückstellsystem mit der Schleife 1a verwendet Kippsignale, die bezüglich einer Achse von der Abgriffwicklung 33a abgeleitet werden, dazu Präzessionssignale über eine Leitung 30a an die der entsprechenden Achse zugeordnete Drehmomenterzeuger-Uicklung 34a zu liefern. In ähnlicher Ueise verwendet eine Kre-iselrotor-Rückstellschleife 1b Kippsignale, die bezüglich der Quadraturachse von der Abgriffwicklung 33b abgeleitet werden, dazu Präzessionssignale über eine Leitung 30b an die Quadraturachsen-Drehmomenterzeuger-Uicklung 34b zu liefern. Es ist zu erkennen, daß die beiden zusammenwirkenden Schleifen 1a und 1b gleich sind, so daß im Folgenden lediglich eine ausführliche Beschreibung der Schleife 1a erforderlich ist.

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In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild der Steuer- und Schalteinrichtung dargestellt und die Erläuterung dieses Blockschaltbildes dient zur Erleichterung der Beschreibung der Einzelheiten der Ausführungsform nach den Fig. 2A und 2B. Das von der Abgriffwicklung 33a gemessene Fehlersignal uird über den Pufferverstärker 32a einem Satz von Eingängen eines Demodulators 2a zugeführt. Der Demodulator 2a uird ebenso wie ein gleicher Demodulator 2b aus einer mit einem Anschluß 10a gekoppelten (nicht gezeigten) Signalquelle mit einer eine konstante Amplitude aufweisenden Rechteckschwingung gespeist, die beispielsweise eine Frequenz von 10 kHz aufweist und gleichzeitig das Erregungssignal für die Abgriffwicklungen 33a, 33b liefert. Der Kreiselantriebsmotor kann aus einer (nicht gezeigten) 400 Hz-Signalquelle gespeist werden. Das Ausgangsfehlersignal in Form eines eine veränderliche Polarität aufweisenden Gleichstromes am Ausgang des Demodulators 2a wird einem Eingang eines Verstärkers 7a über ein übliches Filter- und Signalformefnetzwerk 3a sowie einen eine veränderliche Verstärkung aufweisenden Verstärker 6a zugeführt. In gleicher Ueise wird das Ausgangsfehlersignal in Form eines eine veränderliche Polarität aufweisenden Gleichstromes am Ausgang des Demodulators 2b einem Eingang eines Verstärkers 7b über ein entsprechendes Filter- und Signalformernetzuerk sowie einen eine veränderliche Verstärkung aufweisenden Verstärker 6b zugeführt. Uenn die Achsen der Kreisel gegenüber den Luftfahrzeugachsen schräg verlaufend angeordnet sind, um die Stabilität zu vergrößern, wie dies in der oben erwähnten Deutschen Offenlegungsschrift 29 20 194 beschrieben ist, so ist es verständlich, daß die Fehlursignalausgänge der Demodulatoren 2a, 2b zunächst einem üblichen Querachsen-Kompensationsverfahren unter Einschluß von Filter-

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und Signalformernetzwerken unterworfen werden, wobei dieses Verfahren hier nicht näher erläutert wird, uiil es für das Verständnis der Steuer- und Schalteinrichtung nicht erforderlich ist. Uie es bei einer weiteren Betrachtung der Schleife 1a zu erkennen ist, wird das Ausgangssignal des Demodulators 2a schließlich einem Eingang des Verstärkers 7a zugeführt, der in üblicher Weise als Vergleicher geschaltet ist, um den ersten Eingangspegel mit dem momentanen Pegel einer periodischen oder sich wiederholenden Sägezahn-Spannungsschwingung zu vergleichen, die dem zweiten Eingang des Verstärkers 7a aus einer Signalquelle 8 zugeführt wird, die noch näher erläutert wird. Diese Sägezahn-Spannungsschwingung weist bei der dargestellten Ausführungsform eine Uiederholfrequenz von 500 Hz auf und sie wird von Zeitsteuerschaltungen geliefert, die allgemein mit 5 bezeichnet sind.

Der Ausgang des Vergleichers oder Verstärkers 7a wird einer Impulsbreitenmodulatorschaltung 9a zugeführt, der außerdem ein Signal von einer (nicht gezeigten) Taktimpulsquelle zugeführt wird, die mit dem Anschluß 10b der Zeitsteuerschaltungen 5 verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform werden diese Taktimpulse mit einer Uiederholfrequenz von 100 kHz geliefert und sie werden zur Quantisierung der impulsbreitenmodulierten Rechteckschwingung verwendet, wie dies noch näher erläutert wird. Das Ausgangssignal der Schaltung 9a dient zu zwei Zwecken: Es wird direkt über eine Leitung 14a einem Schalterbauteil 17a zugeführt, das im Folgenden als H-Schaltar bezeichnet wird, wobei das Signal an der Leitung 14a den leitenden und nicht leitenden Zustand

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der einzelnen Schalteralemante bestimmt, die den H-Schalter 17a bilden, wie dies weiter unten ausführlicher anhand der Fig. 2B erläutert uird. Die Η-Schalter 17a und 17b ueisen geeignete Bezugseingänge 16a und 16b auf, die mit (nicht gezeigten) Gleichspannungsquellen verbunden sind, die unter der Steuerung der Signale an den Leitungen 14a und 14b eine Quelle für Drehmomenterzeuger* Ströme bilden, die den Drehmomenterzeuger-Uicklungen 34a und 34b des Kreisels zugeführt werden.

Das Ausgangssignal des Impulsbreitenmodulators 9a uird weiterhin einem Zähler und Dekodierer 21a zugeführt, dessen zweitem Eingang Zählersteuerimpulse von einer Zählersteuerung 20 der Zeitsteuerschaltung 5 zugeführt werden. Der Zähler und Dekodierer 21a zählt periodisch Quantisierungsimpulse, die dem Analog-Drehgeschuindigksitssignal der Schleife 1a entsprechen und hält -diese Daten für die Eingabe in einen üblichen (nicht gezeigten) Digitalrechner fest, der beispielsweise mit dem Ausgang des Zählers und Dekodierers 21 verbunden ist, wobei die entsprechende Steuerung durch die Rechner-Eingangsschnittstelleneinrichtung verfolgt. Es ist zu erkennen, daß der Zähler- und Dekodierer 21a dusch einen einfachen in einer Richtung zählenden Zähler gebildet sind und daß die Taktimpulse lediglich während des positiven Teils der quantisierten Rechteckschwingung gezählt werden, wie dies noch näher erläutert wird. Entsprechend wird eine Bezugszählung an einem Anschluß 22a dem Zähler und Dekodierer 21a zugeführt und diese Bezugszählung entspricht der Hälfte der Gesamtzählung, die die Sägezahn-Impulsperiode darstellt, wobei die gemessene Zählung von der Bezugszählung subtrahiert wird, um eine Zählung zu liefern, die proportional

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zur gemessenen Drehgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges ist· Alternativ wird der Dekodierteil des Zählers und Dekodierers 21a dazu verwendet, die Drehgeschwindigkeits- Bereichsbetriebtert der Einrichtung zu bestimmen·

Schutzbereichs-Impulse von einer Quelle 15 werden synchron mit der 50 Hz-Impulsperiode geliefert, um eine Präzisionssteuerung der Η-Schalter 17a und der von diesen gelieferten Ströme sowie eine entsprechende Präzisionssteuerung der Quantisierungsimpulse zu erzielen, die dem Zähler und Dekodierer 21a zugeführt werden. Uie dies noch ausführlicher beschrieben wird, werden diese Schutzbereichsimpulse zur Kompensation von Ungenauigkeiten verwendet, die sich anderenfalls aus den entliehen Anstiegs- und Abfallzeiten und möglichen Überschwinger-Eigenschaften der Drehmomenterzeuger-Ströme ergeben würden und sie werden weiterhin dazu verwendet, um sicherzustellen, daß die dem Zähler zugeführten Impulse in getreuer Weise die dem Kreisel-Drehmomenterzeuger zugeführten wirksamen Ströme darstellen. Entsprechend einem weiteren Merkmal der beschriebenen Ausführungsform ergibt die Einfügung der Schutzbereichsimpulse ein Zeitintervall, das synchron zur 500 Hz-Impulsperiode ist, während der durch die Dekodiereohaltungen des Zählers und Dekodierers 21a in Abhängigkeit vom Zählerinhalt festgestellt wird, ob die Steuersohleife von einer niedrigen Trägheitskräften oder Drehgeschwindigkeiten entsprechenden Betriebsart auf eine hohen Trägheitskräften oder Drehgeschwindigkeiten entsprechende Betriebsart oder umgekehrt schalten sollte. Dies bestimmt andererseits ob die Hoch- oder Niedrigstromquellen durch den H-Schalter 17a geschaltet werden. Dies ist in Fig. 1 schematisch

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durch eine Leitung 19a angedeutet, die den Zähler und iJekodierer 21a mit dem Η-Schalter 17a zur Zuführung des Hoch-/ Niedriq-üetriebsartenbefehls verbindet. Weiterhin steuert das Signal an der Leitung 19a die Verstärkung des Kreisel-Abgriffsignalr durch den eine veränderliche i/erstnrkung aufweisenden Werstärker 6a um sicherzustellen, daß die gesamte geschlossene Schleifenverstärkung und die Schi eifInstabilität in beiden Betriebsarten gleich bleibt.

Ls ist zu erkennen, daß die Schleife 1b mit der zugehörigen Abgrif Γ wicklung 153b und der zugehörigen ürehmomenterzeuger-Wicklunq 34b hinsichtlich des Aufbaus und der Betriebsweise sowie hinsichtlich des Zusammenwirkens mit dem Kreiselrotcr 41 praktisch identisch zur Schleife 1a, der Abgriffwicklung 33a und der Orehmomenterzeuger-Wickluna 34a ist, so dai3 keine ausführliche Beschreibung der Schleife 1b erforderlich erscheint. Beispielsweise wird der Η-Schalter 17b durch Signale an den Leitungen 14b und 19b gesteuert, wobei das Signal an der Leitung 19b bestimmt, ob ein eine niedrigen Bereich oder einem hohen Bereich zugeordnetes Ürehmomenterzeugunqssignal der IJrehmomenterzeuger-Uicklung 34b zugeführt wird. Weiterhin sammelt der Zühler und Uekodierer 21b zyklisch Zählungen, die dem Analog-Drehgeschwindigkeitssignal der Schleife 1b entsprechen, akkumuliert dieser Zahlungen für eine ürehgeschwindigkeitsbereichs-Dekodierung und führt diese Zählung dem Digitalrechner oder einer anderen Datenverarbeitungseinheit zu, in der die Zählung für eine übliche Anwendung für die Stabilisierung, Steuerung, Navigation odor Lenkung des Luftfahrzeuges veruendet wird.

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Wie dien weiter oben erwähnt wurde, ist dor niedrige Bereich die normale Retriebsart. Uie dies noch naher erläutert wird, werden die diagonal gegenüber liegenden Schalterelemente der !!-Schalter gleichzeitig und momentan in i'bereinritimmung mit den jeweiligen positiven und negativen tiereichen der impulsbreitenmodulierten Rechteckschuingung geöffnet und geschlossen, wobei die steuerung durch die Signale an dnn Leitungen 14a und 14b erfolgt. Uenn beispielsweise dan ilingangn-i irehgcschwindiqkeitssignal am Vergleich er 7a gleich (lull ir.t_f so sind die niagonal gegenüber liegenden Schalter des H-.")Chalters 17a für gleiche Zeitperioden leitend uncJ nicht leitend. Als Fulqe hiervon ist das resultierende Drehmoment, das von eier iirehmomentörzeutjer-Uickliing 3Aa auf den Kreisel ausgeübt wird dann gleich Null.

i_ine ausführliche )arstt;llung der Impulsbreitenmodulationsiirehmomentausc)! eichs-Kreisei steuerung dar t;r^Finrlnnqr>gemijfinn rinrichtunq, die beispielsweise zwischen dem Uergleicher Va um der Leitunrj 14a nach Fig. 1 liegt sowie der zugehörigen Zeitsteuerelemente b wird im Folgenden anhand der Fig. ?/\ gegeben, während eine ausführliche uarstellung der H-'ichalter und der .Stromsteuerung 17a in Fig. 2ί1 gezeigt ist. Die einrichtung nach Fig. 2Λ empfangt als einen Eingang das demodulierte Signal von der Kreiselabgriffwicklung '^'Sa und liefert ein Ausgangssignal für die Betätigung des Η-Schalters 17a nach Fig. 2h.

Zeitsteuereinrichtung für das System weist einen stabilen Oszillator 77 (Fig. 2A) auf, der eine Impuls-Folge mit einer festen Freguenz, die bei der dargestellten

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Ausf'iJhrunqsfοrm ? MHz betragt, an einen üblichen Frequenzteiler 78 liefert. Der Frenuenzteiler 78 liefert ein Ausqanqssignal in Form einer 1ΓΗ.Ι kHz-Impulsfolge, die bei U in Fig. Ti daranstellt ist und als 1OU kHz-L>ystemtakt oder als UuantilisrFrequenz dient. Das der impulsfolge C entsprechende AusgangssignaJ. des Frequenzteilers 7b uird einem weiteren Frequenzteiler 79 zugeführt, der die (Juan ti sierf requenz erneut teilt, um ein Signal mit beispielsweise 1(J(JÜ Hz zu liefern. Dieses Signal uird zur Ableitung einer Impulsbreitenmndulations-Frequenz unn beispielsweise büü Hz verwendet, die die Impulsperiode des Systems festlegt, die dies in t/erbindunq mit den Schwingungen A und Il nach Fig. '.Ί zu erkennen ist. Das 1DIj kHz-Ausgangssignal (iichwinqung C) des Frequenzteilers 7t) wird weiterhin über eine Leitung 60, noch zu beschreibenden Einrichtungen zugeführt, in denen es zur iiiirchführiing werschieriuner Zeitsteuer- und Steuerfunktionen dient.

Die heruntergetei1 te Ausqanqsschuingung des Frequenzteilers 79 wird dem Schutzbereichsimpulsgenerator 81 (Bauteil 1! 1 nach Ficj. 1) zugeführt, um Lnd- und Löschimpulse zu erzeugen, wie dies ausführlicher anhand der Fig. 4Λ und 4H erläutert wird, uas Impulsbreitenmodulationssignal triggert zuerst die Fnd-I mpiiisgeneratorschal tung des Generators Ü1 so daß sich eine Impulsfolge mit konstanter Wiederhol frequenz und vorgegebener Impulsbreite ergibt, die einem üblichen Sägezahngenerator 83 zugeführt wird, um diese Schaltung so zu steuern, daß die Anstiegszeit dieser Schaltung beendet und eine neue Anstiegszeit gestartet wird, wie dies in Fig. 3 in Form

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der Sägezahnschuingung A dargestellt ist. Die Lnd-lmpulse der Schwingung E sind bei der dargestellten Ausführungsform 100 Nikro-Sekunden breit und treten mit einer Uiederholfrequenz von 500 Hz auf. Dies heißt mit anderen Uorten, daß der Schutzbereichs-End-Impuls zum Rücksetzen des Sägezahngenerators 63 bei jeder Impulsperiode dient.

Das Ausgangssignal des Sägezahngenerator 63 wird dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 59 nach Fig. 2A (Bauteil 7a nach Fig. 1) zugeführt. Dem nicht invertierenden Eingang dieses Werstiarkers 49 uird das Kreiselfehlersignal von dem Demodulator 2a zugeführt. Ein übertrieben dargestellter absinkender Kreiselfehler ist durch die gestrichelte Linie S in Fig. 3 angedeutet. Der Operationsverstärker 59 ist mit einem zugehörigen Uiederstandsnetzuerk üblicher Art so beschaltet, daß er als Vergleicher arbeitet. Das Ausgangssignal des Vergleichers ist daher die impulsbreitenmodulierte Schwingung B nach Fig. 3 für einen speziellen Wert des Kreiselabgriff signals S.

Uenn daher das Kreisel-Abgriff signal gleich 0 ist, so uird das Ausgangssignal des l/ergleichers (d.h. des Verstärkers 59) durch eine Rechteckschuingung gebildet, die positive und negative Perioden mit gleicher Amplitude aufueist, die schließlich gleiche positive und negative Ströme über die Η-Schalter an den Drehmomenterzeuger des Kreisels liefern, so daß sich ein resultierendes Drehmoment von 0 ergibt. Uenn das Kreisel-Abriffsignal einen maximalen positiven oder negativen Drehmomenterzeuger-Strom erfordert, so ist die Impulsbreite der entsprechenden

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positiven bzw. negativen Periode ein Maximum für die gesamte Impulsperiode, wobei jedoch diese maximale Breite durch die Schutzbereichsimpulse modifiziert wird. Aufgrund des normalen Impulsbreitenmodulations-Impulsperiodenbetriebs ergeben sich jedoch grundsätzlich Überschuinger in der Drehmomenterzeuger-Strornschwingungsformen, und zwar entweder am Beginn (vollständig negativ) oder am Ende (vollständig positiv) der Impulsperiode« Ueil sich der Digitalzähler nicht im Steuerkreis befindet, sondern lediglich ein nachgeführtes Element ist und ueil er tatsächlich den den Drehmomenterzeuger-Uicklungen zugeführten Strom mißt, ist es wesentlich, daß die Ströme an den Drehmomenterzeuger mit hoher Präzision bemessen werden, insbesondere an den positiven und negativen Impulsbreitenmodulations-Impulsperiodenenden und daß außerdem an diesen Enden der Zähler gesperrt wird, so daß er nicht während der Stromein- und Überschwingabschnitte an diesen Enden zählen kann.

Es werden Schutzbereichsimpulse erzeugt, die zur Steuerung der Η-Schalter derart dienen, daß die Drehmomenterzeuger-Stromschwingungsform in wirksamer und vorhersagbarer Weise gesteuert wird, wobei der Digitalzähler in gleicher Ueise gesteuert wird und sichergestellt wird, daß die Bereichsumschaltung zu einer vorgegebenen vorhersagbaren Zeit erfolgt, so daß alle Drehmomenterzeuger-Stromsprünge so weit wie möglich verringert werden.

Die Schutzbereichsimpulse begrenzen im Ergebnis den maximalen positiven Drehmomenterzeuger-Strom auf 90 % oder weniger der Impulsbreitenmodulations-Impulsperiode

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; as-

und sie begrenzen den maximalen negativen Drehmomenterzeuger-Strom auf 10 % oder mehr dieser Impulsperiode. Bei der hier beschriebenen Einrichtung werden lediglich positive Ströme für die Zählausuertung herangezogen, was durch die Schutzbereichstechnik aufgrund der Präaision ermöglicht wird, mit der sowohl positive als auch negative Drehmomenterzeuger-Ströme gesteuert werden. Weiterhin ermöglicht die Schutzbereichstechnik in der im Folgenden beschriebenen Ueise die Verwendung der in dem Zähler akumulierten Zählung zur Bestimmung der hohen und niedrigen Drehgeschwindigkeiten entsprechenden Bereichs-Betriebsarten des Systems.

Das Rechteck-Auagangssignal (Kurve B) des Vergleicher-Verstärkers 59 wird dem Datenanschluß D einer üblichen D-Flip-Flop-Schaltung 61 zugeführt, während die Quantisierungsschwingung C über eine Leitung 60 dem Taktanschluß C dieser Flip-Flop-Schaltung 61 zugeführt wird. Die Q und Q-Ausgangssignale der Flip-Flop-Schaltung 61 sind daher mit den Anstiegsflanken der Taktimpulse synchronisiert. Einer der Schutzbereichsimpulse, nämlich der Endimpu^s D nach Fig. 3 wird jedoch von dem Schutzbereichsimpulsgenerator 81 über eine Leitung 62 dem Rücksetzanschluß der Flip-Flop-Schaltung 61 zugeführt. Das Vorhandensein dieses Endimpulses verhindert irgendeine weitere Quantisierung der impulsbreitenmodulierten Rechteckschwingung B. Ueil die Flip-Flop-Schaltung 61 synchron durch die Endimpulse rückgesetzt wird, wird der durch den Drehmomenterzeuger des Kreisels hindurchgeleitete Strom unbedingt und in vorhersagbarer Ueise während jeder Endimpulsperiode auf einen negativen Uert gebracht und die Dauer des Endimpulses ist derart,

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daß der dem Drehmomenterzeuger zugeführte positive Strom auf 90 % oder weniger der Impulsbreitenmodulations-Impulsperiode begrenzt wird. Uiβ dies noch näher erläutert wird, werden außerdem die Zähler-Taktimpulse, die einem Zähler 84 zugeführt werden, während der Endimpuls-Periode gesperrt oder unterdrückt.

LJiθ dies aus Fig. 2A zu erkennen ist, wird das Q-Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 61 direkt einem Eingang eines NOR-Gliedes 66 zugeführt, dessen Ausgang dem O—Eingang einer Flip-Flop-Schaltung 75 zugeführt wird. Der Q-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 61 wird einem invertierendem Eingang eines UND-Gliedes 65 zugeführt, dessen zweiter invertierender Eingang die Quantisierungs-Taktimpulsfolge an der Leitung 60 empfängt· Der Schutzbereichs*Impulsgenerator Θ1, der auf das 1000 Hz-Ausgangsiignal des Frequenzteilers 79 anspricht, erzeugt weiterhin einen zweiten Schutzbereichsimpuls, der hier als Löachimpuls (Schwingung E'nach Fig. 3) bezeichnet wird und dessen Anstiegsflanke zeitlich der Abfallflanke des Endimpulses (Schwingung D) anspricht. Die Dauer des Löschimpulses E ist vorzugsweise gleich der Dauer des Endimpulses D und dient zur Begrenzung des negativen Stromes, der dem Drehmomenterzeuger zugeführt wird, auf 10 % oder mehr der Impulsbreitenmodulations-Impulsperiode· Der Löashimpuls E von dem Generator 81 wird über eine Leitung 69 einem zweiten Eingang des NOR-Gliedes 68 zugeführt· Weiterhin wird der Löaehimpuls an der Leitung 69 einem invertierendem Eingang eines NAND-Gliedes 67 zugeführt· Daher dient der Löaebimpuls schließlich zur Unterdrückung der eine endliche Dauer aufweisenden Sprunganstiegsperiode des Drehmomenterzeugerstromes und er verhindert die Zuführung von Zählimpulsen über das Verknüpfung«»-

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glied 67 und die Leitung 76 in dem Zähler 84 während des kurzen Zeitintervalls (100 Nikro-Sekunden) des Löschimpulses der Schwingung E. Entsprechend ergibt sich eine vorhersagbare Austastperiode synchron zu den Drehmomenterzeuger-Stromanstiegs- und Abfallzeiten an den Extremwerten der positiven und negativen Drehmomentbefehle· Das Vorhandensein des ausgetasteten Intervalls wird ohneueiteres am Ausgang des Zählers 84 berücksichtigt, wie dies noch näher erläutert wird, weil während der Schutzbereichs-Impulsperioden von dem Verknüpfungsglied 67 keine Impulse in den Zähler eingeleitet werden· Uiβ dies noch näher erläutert wird, werden die Anstiegs- und Abfallzeiten des Drehmomenterzeuger-Stromes, der durch den Η-Schalter 17a in die Drehmomenterzeugerwicklung 34 a fließt, unter Verwendung üblicher Konatruktionstechniken ohne weiteres gleich gemacht, so daß sich diese Effekte aufheben und ein resultierender Drehmomenterzeuger-Strom von 0 während jedes Austastintervalls auftritt.

Zum besseren besseren Verständnis der Funktionen der übrigen Teile des Signalverarbeitungsabschnittes der Schaltnng^fiach Fig· 2A sei darauf hingewiesen, daß das MOR-Gli.ed 68 mit seinem invertierendem Ausgang dazu dient, eine ODER-Verknüpfung des Impulsperiodensignals von dem Q-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 61 mit dem Löschimpuls von dem Generator 81 durchzuführen. Der Löschimpuls dient in diesem Teil der Schaltung dazu, den minimalen Uert des Tastverhältnisses der Schwingung B auf 10 % zu begrenzen. Der Ausgang des NAND-Gliedes 67 wird zur Weiterschaltung des Zählers 84 mit der Uiederholfrequenz an 100 kHz verwendet, wenn der Löschimpuls 0 ist und der Q-Auagang der Flip-Flop-Schaltung 61

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einen EINS-Pegal aufweist. Das UND-Glied 65 wird dazu verwendet, eine Torsteueriing des UND-Gliedes 67 durch das 100 kHz-Taktsignal an der Leitung 60 nur dann zu ermöglichen, wenn der Q-Attsgang der Flip-Flop-Schaltung 61 einen NULL-Pegel aufueist, ein Zustand, der per 0 finition eine« positiven Drehmomenterzeugarstrom entspricht, d.h. der Zähler 84 zählt lediglich während positiver Impulsbreitenmodulationsperioden, wobei diese Zählung mit einer Bezugszählung verglichen wird, die eine Hälfte der wirksamen Impulsbreitenmodulationsimpulsperiode darstellt, so daß sich eine Zählung proportional zu positiven und negativen Drehmomenterzeuger-Strömen ergibt.

Im Folgenden wird anhand der Fig. 4A und 4B der Aufbau und die Betriebsweise des Schutzbereichs-Impulsgenerators 81 näher erläutert. Die Q_n- und Q „-Ausgänge des Frequenzteilers 79, der ein üblicher Dekadenzähler sein kann, werden als Eingänge dem Impulsgenerator 81 zugeführt. Der Q „»Eingang an einer Leitung 280 wird dem Takteingang C einer Flip-Flop-Schaltung 277 zugeführt, während dem Dateneingang D dieser Flip-Flop-Schaltung ein Signal mit einer Frequenz von 500 Hz über eine Leitung 281 von dem Q-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 277 zugeführt wird. Ein UND-Glied 276 verwendet die Q_g-Eingangssignale von einer Leitung 275 sowie den Q-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 277, während einem UND-Glied 283 das Q„-Signal an der Leitung 280 und das Q-Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 277 zugeführt werden. Weil die Flip-Flop-Schaltung 277 aufgrund ihres Aufbaus als durch zwei teilendes Element arbeitet, werden

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die 100 Hz-Qq- und Q_g-Eingänge in die gewünschten 500 Hz-Impulse für den Oekadenzähler BO über die Leitung 282 umgewandelt und der Lösch- sowie der Endimpuls weisen die gewünschte Uiederholfrequenz von 500 Hz und Phasenbeziehung gemäO Fig. 4B auf. Die Schaltung nach Fig. 4A spricht gemäß Fig. 4B auf die 1000 kHz- und 500 Hz-Eingangssignale an, um einen Impuls mit einer Dauer von 0,1 Millisekunden am Beginn jeder Periode von zwei Millisekunden zu liefern. Die Schaltung liefert weiterhin den Endimpuls, der ebenfalls eine Dauer von 0,1 Millisekunden aufweist und der die Periode von zwei Millisekunden beendet.

Der Zähler 84 akkumuliert alle 100 kHz-Taktimpulse, die von dem Verknüpfungsglied 67 weitergeleitet werden, wenn der Löschimpuls an der Leitung 69 gleich Null ist, und zwar für eine vorgegebene Anzahl von Periodendauern, beispielsweise fünf Periodendauern. Zu die··« Zutfek wird der Dekadenzähler BO verwendet, der durch das Ausgangssignal des Impulsgenerators 81 angesteuert wird, wobei dieses Signal bei der dargestellten Ausführungsform eine Impulsfolge mit einer Uiederholfrequenz von 500 Hz ist. Der Zähler 80 kann ein durch 10 teilender Zähler sein, so daß er ein Ausgangssignal von 50 Hz am Ausgang Q_n sowie eine um 1BO ° phasenverschobene 50 Hz-Impulsfolge am Anschluß Q₅ liefert. Die Q_n- und Qg-Ausgänge des Dekadenzählers 80 sind mit Eingängen eines ODER-l/erknüpfungsgliedes B2 verbunden, so daß sich eine Zeitsteuerung gemäß Fig. 5 ergibt (es ist zu beachten, daß die Zeitmaßstäbe der Fig. 4B und 5 stark voneinander verschieden sind). Ein UND-l/erknüpfungsglied 82a liefert

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alle zehn Millisekunden Rücksetzimpulse an den Zähler und die Ausgänge des Zählers sind über eine Verbindungsmatrix Θ5 mit entsprechenden Eingängen eines üblichen Registers 88 verbunden, dessen Inhalt in geeigneter Ueise herausverschoben wird, wenn ein entsprechender Befehl von der Rechner-Schnittstelleneinrichtung in üblicher Weise geliefert wird. Die Q₃- bia Q_g-Ausgänge des Zählers 84 sind über ein Mehrleiterkabel 89 nit entsprechenden Eingängen einer Bereichsauawahl-Verknüpfungsgliedmatrix 99 verbunden, die getrennte Abschnitte 99a und 99b aufweist, wobei die Uerknüpfungsgliedmatrix-Ausgänge alle fünf Perioden mit Hilfe des Ausgangssignal des l/erknüpfungsgliedes 83a an der Leitung 87 abgetastet werden. Daher akkumuliert der Zähler 84 zyklisch Taktimpulse, die in fünf aufeinanderfolgenden Arbeitsperioden de· Systeme auftreten. Am Ende jeder fünffachen System-Periodenzeit werden die Ausgänge des Zählers 84 in üblicher Ueise an das legister 88 weitergeleitet und der Zähler 84 wird durch den Rücksetzimpuls an seinem R-Eingang von dem Verknüpfungsglied 83a zurückgesetzt« Gleichzeitig wird der Ausgang des Verknüpfungegliedes 83a an der Leitung 87 dem Takteingang C einer üblichen D-Flip-Flop-Schaltung 122 für die Bereichaauswahlsteuerung zugeführt.

Die Bereichsausfall-Verknüpfungsgliedmatrix 99 dient zur Lieferung von hohen und niedrigen Drehgeschwindigkeiten entsprechenden Bereichs-Betriebsertensignalen an das Register 88 sowie zur Lieferung von Steuersignalen en die Bereichseuswehl-Flip-Flop-Schaltung 122* Der Dekodierungs-Logikabschnitt 99a und die Flip-Flop-Schaltung 122 bestimmen wann ein Wechsel des H-Schelter-Strom-

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bereichs von dem niedrigen auf den hohen Strombereich erforderlich ilt* Otr niedrige Bareich iet der Normalzustand und wird verwendet, wenn die von dem Kreiselmeßfühler gemessenen Drehgeschuindigkeiten beispielsweise zwischen + 10 Grad pro Sekunde liegen* Dem hohen Bereich entsprechende Drehmomenterzeugerströme können Drehgeschuindigkeiten von beispielsweise bis zu + 80 Grad pro Sekunde zulassen· Es ist verständlich, daß die ausgewählten Betriebsbereiche maßstäblich verändert werden können, ue eine Anpeesuno. an die speziellen Eigenschaften der Kreiselmeßfühler, des Luftfahrzeugstyp usw. zu ermöglichen.

Es ist zu erkennet», daß die Flip-Flop-Schaltung synchron durch die Schwingungsform G nach Fig. 3 (dem Ausgang des Verknüpfungsgliedes 83a nach Fig. 5) alle zehn FlilliSekunden taktgesteuert wird, um den geeigneten Bereich auszuwählen. Diese Zeitsteuerung ermöglicht es, daß die richtigen Drehmomenterzeugerströme fließen, weil der Stfoiquellenbereiöh lediglich während der ausgetasteten Anstiegszeit des Drehmomentstromes geändert wird. Auf diese Ueise werden keine unerwünschten nicht eichbare oder sprungartige Ströme während des Überganges von einem Strombereich zum anderen in die Drehmomenterzeuger-Schaltung eingeleitet.

Der Η-Schalter 17a gemäß Fig. 2B arbeitet mit dem Teil der Einrichtung nach Fig. 2A zusammen, wie dies allgemein in Fig. 1 gezeigt ist. Es ist verständlich, daß der Η-Schalter 17b in gleicher Ueise arbeitet.

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In Fig· 2Β sind zwei brückenartige Schaltungen 177, 17Θ gezeigt, die in Serie an Verbindungspunkten 200 und zwischen Bezugsstromquellen und Erde eingeschaltet sind, um beispielsweise den gesamten Η-Schalter 17a zu bilden· Im normalen, dem niedrigen Bereich entsprechenden Betrieb wird das + V-Signal an eine« Anschluß 150 über eine Diode 151 und einen Widerstand 152 einem Anschluß 169 der brückenförmigen Schaltung 177 zugeführt« In der dem hohen Bereich entsprechenden Betriebsart wird das dem hohen Bereich entsprechende Signal von einem Anschluß 123b nach Fig. 2A über einen Widerstand 156 der Basis eines Transistrors

154 zugeführt, so daß ein Strom von dem 4·+ V-Anschluß

155 zusätzlich durch den Transistor 154 und den Widerstand 153 dem Anschluß 169 zugeführt wird· Die +V und ++V-Signale werden von üblichen (nicht gezeigten) Leistungsversorgungen geliefert. Die aktiven Halbleiterelemente 168, 170, 183, 190 sind übliche N-Kanalleistungs-noS-Feldeffekttransistoren vom Anreicherungstyp wie sie beispielsweise unter der Typenbezeichnung V/PIT—21 von der Firma Siliconix vertrieben werden. Derartige Halbleiterelemente, die auch als U-PIOS-FeIdeffekttransistoren bezeichnet werden, werden in vielen Fällen als Schalter verwendet, bei denen eine hohe Eingangsimpedtnx und sehr kurze Schaltzeiten eruünscht sind. Die Feldeffekttransistoren 168 und 190 ergeben im durchgeschalteten Zustand einen geschlossenen Kreis von der Spannungsquelle +V oder ++V nach oben durch die Drehmomenterzeuger-Uicklung 34a zum zum Verbindungspunkt 200. Wenn die Feldeffekttransistoren 170 und 183 durchgeschaltet sind, ergibt sich ein

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geschlossener Kreis von der Spannungsquelle +\J oder ++V nach unten durch die Drehmomenterzeuger-Uicklung 34a zum Verbindungspunkt 200«

Der Q-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 75 (Fig. 2A) ist über einen Pufferverstärker 160 mit der Gitterelektrode des Feldeffekttransistors 180 verbunden, uährend der gleiche Q-Ausgang über einen Pufferverstärker 162 mit der Gitterelektrode des diagonal gegenüberliegend angeordneten Feldeffekttransistors 190 verbunden ist. 0er U-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 75 ist in ähnlicher Ueise über einen Pufferverstärker 161 mit der Gitterelektrode des Feldeffekttransistors 170 souie über einen Pufferverstärker 163 mit der Gitterelektrode des diagonal gegenüberliegenden Feldeffekttransistors 183 verbunden um die vorstehend beschriebene Steuerung der Drehmomenterzeuger-Uicklung 34a zu erzielen· Ein längs der Anschlüsse 173, 174 angeschaltetes Diodennetzwerk 175 ist eine übliche Behrfachdiodenschaltung uie sie beim Schalten von Strömen in beiden Richtungen zwischen verschiedenen Pfaden verwendet wird, wie dies beim Betrieb eines induktiven Elementes erforderlich ist, beispielsweise beim Schalten des Stromes zu oder von den entsprechenden Ankerwicklungen eines Induktionsmotors oder Generators.

In der unteren brückenförmigen Schaltung 178 sind zwei Feldeffekttransistoren 202 und 203 ebenfalls beispielsweise vom Typ l/MP-21 angeordnet, die als Stromregler dienen. >Der Feldeffekttrantieter 202 ist «i» einem dem hohen Bereich zugeordneten Widerstand 206 in Reihe

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geschaltet und mit Erde verbünden während der Feldeffekttransistor 203 mit einen de· niedrigen Bereich zugeordneten Widerstand 207 in Reihe geschaltet und mit Erde verbunden ist. Die Schalter 209, 252 und 210, 254 sind üblichem analoge Stronachaltalanenta und sie werden durch die Hoch-ZlMiedrig-Bereichsausgänge der Flip-Flop-Schaltung 122 gesteuert. Die Schalter 209, 252 und 210, 254 sind mit einer in geschlossener Schleife betriebenen Strom· regelschleife 260 verbunden, die eine mit einen Anschluß 240 verbundene Präzisionsspannungsquelle und einen Operationsverstärker 249 einschließt.

Die Steuereinrichtung nach Fig. 2b erfüllt die Forderungen die bei einem starr befestigten Trägheitssystem mit Uendekreiseln mit Biegungselementen gestellt werden, bei denen eine präziae und atablle Dieheonentetieueer-Stromsteuerung erforderlich ist, so daß sehr kritische Forderungen hinsichtlich der l/orspannströme und Stromamplituden beim Schalten des Stromes gestellt werden. Diese Forderungen werden teilweise durch die Verwendung üblicher, einen Vertikalkanal aufweisender Feldeffekttransistor-Schaltelemente erfüllt« Weiterhin sind zwei verschiedene Strompegelbereiche erforderlich, und zwar in Abhängigkeit von, ob das System in der einem hohen oder einem niedrigen Bereich entsprechenden Betriebsart arbeitet.

Im Folgenden wird der Aufbau der Bereichsauswahlma ftiX 99 im unteren Teil der Fig. 2A ausführlicher beschrieben. Wie dies weiter oben erläutert wurde, wird ein erster

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Eingang an die Bereichsaueuahl-Flip-Flop-Schaltung über die Leitung 87 geliefert, während der zweite Eingang in der Matrix 99 erzeugt wird· Die jeueiligen Eingänge dieser Matrix 99 sind mit den Q₃-bi8 Qg-Anschlüseen des Zählers 84 verbunden. Im oberen Abschnitt 99a der Matrix sind die Q₇-, Q₈- und Q_g-Anschlüäse ait invertierenden Eingängen eines NOR-Gliedes 1QO verbunden. Die Q₅- und Qg-Anschlüsse aind mit invertierenden Eingängen eines NAND-Gliedes 101 verbunden. Die Qg- und Qg-Anschlüsse sind mit Eingängen eines NAND-Gliedes 104 verbunden. Ueiterhin sind die Qc~r Qc~ und Q~-Anschlüsse mit den Eingängen eines NOR-Gliedes 105 verbunden. Die Ausgänge der Verknüpfungsglieder 100 und 101 sind mit den Eingängen eines NAND-Gliedes 102 verbunden, dessen invertierender Ausgang mit einem invertierenden Eingangsanschluß eines Verknüpfungsgliedes 103 verbunden ist· Die Ausgänge der Verknüpfungsglieder 104, 105, die alle an invertierenden Anschlüssen auftreten, sind mit den Eingängen eines ODER-Gliedes 106 verbunden, dessen Ausgang ebenfalls mit «ins« It)t»rti»tfclt4·« Eingang des Verknüpfungsgliedes 103 verbunden ist. Der dritte invertierende Eingang des Verknüpfungsgliedes 103, das als NAND-Glied dient, wird von dem dem niedrigen Bereich zugeordneten Q-Ausgang der Bereichsauswahl-Flip-Flop-Schaltung 122 abgenommen. Der Ausgang des NAND-Gliedes 103 wird einem Eingang eines NAND-Gliedes 107 zugeführt, dessen Ausgang den Pegel am Dateneingang D der Bereichsauswahl-Flip-Flop-Scheltung 122 steuert. Die andere Eingangsleitung des NAND-Gliedes 107 wird durch den Abschnitt 99b der Matrix 99 im unteren Teil der Fig. 2A gesteuert. Der Matrixabschnitt 99a dient dazu, festzustellen, wenn ein Wechsel des Strombereiches auf den höheren Bereich erforderlich ist, während der Matrix-Abschnitt 99b dazu dient, die Betriebsweise auf den

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niedrigen Bereich zurückzuschalten«

Im Natrixabschnitt 99b dienen die Zählerauegangssignale Q₅ und Qg als Eingangssignale für ein NAND-Glied 109· Die Anschlüsse Q₅ und Q~ dienen weiterhin als Eingangssignale fUr ein Exklueiv-ODER-Glied 100· Die Anschlüsse Qj und Q₈ sind mit nicht invertierenden Eingängen eines Verknüpfungsgliedes 111 verbunden, während der Anschluß Qg mit einem invertierenden Eingang dieses Verknüpfungsgliedes verbunden ist. Obuohl das Verknüpfungsglied 111 einen invertierenden Ausgang aufweist, dient es allgemein als NAND-Verknüpfungsglied. Der invertierende Ausgang das Verknüpfungsgliedes 109 ist mit einem invertierenden Eingang eines NOR-Gliedes 108 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang eines NOR-Gliedes 120 verbunden ist und dessen beiden anderen invertierenden Eingänge Q-- bzw· Q.-Signale empfangen. Der zweite Eingang des NOR-Gliedes 120 ist mit dam Ausgang des Verknüpfungsgliedes 110 verbunden. Die Eingänge eines letzten ODER-Gliedes 121 werden von den invertierenden Ausgängen des NOR-Gliedes 120 und des NAND-Gliedes 111 abgeleitet.

Die Betriebsweise der Bereichsbestimmung- und Schaltlogik oder Matrix 99 nach Fig· 2A wird am besten anhand von speziellen Beispielen verständlich. Die dies weiter oben erläutert wurde, werden lediglich Quantisierungeimpulse gezählt, die einen positiven Drehmomenterzeuger-Strom entsprechen. Weiterhin ist, wie dies waiter oben erläutert wurde, die maximale Zeit, über die der Zähler durch die 0,01 Millisekunden Taktimpulse targesteuert uird, gleich 1,8 Plilli β «künden oder 180 Itnule· pro Periodendauer. Ueil der Zähler eine Zählung über fünf

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Periodendauern akkumuliert, ist die maximale positive Zählung gleich 900. Daher stellt, weil ein 50 ^-Tastverhältnis eine gemessene Drehgeschwindigkeit von 0 darstellt, eine Zählung von 450 in gleicher Ueise die Drehgeschwindigkeit von 0 dar, während eine Zählung von 900 eine maximale positive Drehgeschwindigkeit darstellt und eine Zählung von 0 eine maximale negative Drehgeschwindigkeit darstellt· Unter Festlegung des Kriteriums, daß eine Zählung von 900 Impulsen einer maxiwalen niedrigen 'Drehgeschwindigkeit von + 10 Grad pro Sekunde entspricht, während eine Zählung von 0 Impulsen der maximalen niedrigen Drehgeschwindigkeit von - 10 Grad pro Sekunde entspricht ist zu erkennen, daß die Umschaltung auf den hohen Bereich bei einer Zählung etwas kleiner als 900 und etwas größer als 0 erfolgen sollte· Aus dem Vorstehenden ist zu erkennen, daß eine Zählung von 810 bis 900 einer Drehgeschwindigkeit von + 8 bis + 10 Grad pro Sekunde entspricht, während eine Zählung von 90 bis 0 einer Drehgeschwindigkeit von

- 8 bis - 10 Grad pro Sekunde entspricht. Daher ist

es wünschenswert, auf den Bereich hoher Drehgeachwindigkeiten für die flachste 10 Millisekunden-Periode umzuschalten, wenn ein Zählbereich von 810 bis 900 oder von 90 bis 0 dekodiert wird. In ähnlicher Ueise kann ein Kriterium zur Umschaltung von einer hohen Betriebsart auf eine niedrige Betriebsart festgelegt werden· Unter der Annahme, daß der Bereich hoher Drehgeschwiadigkeiten bei +/- 80 Grad pro Sekunde liegt, würde eine Zählung von 416 bis 487 am Ende der 1Q-I*lillisekunden* Zählperiode einer Drehgeschwindigkeit von ungefähr

- 6 bis + 6 Grad pro Sekunde entsprechen. Eine bevorzugte gerätemäßige Ausführung der Defcodierlogik

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zur Durchführung des Umschaltens vom hohen auf den niedrigen Bereich ist in den unteren Teil der Fig. 2A dargestellt· Die binäre Zählung Q₃ bis Qg, die in dem Zähler 84 über die Zeitperiode von 10 flillisekunden akkumuliert wurde, wird über die entsprechend bezifferten .Eingangsanschlüsse an die Dekedieflegifc schaltung oder Matrix 99 angelegt, deren oberer Ab« schnitt 99a bei Erfüllung seiner Logikbedingungen den Bereich hoher Dreh§eacliwiRdi|keiteH faatiej* ulNttnd der untere Abschnitt 99b bei Erfüllung seiner Logikbedingungen die niedrigen Drehgeschuindigkeiten entsprechende Betriebsart festlegt·

Die Dekodier-l/erknüpfungsglieder 100, 101 und 102 bestimmen negative hohe Werte, während die Verknüpfungsglieder 104, 105 und 106 positive hohe Werte feststellen. Es seien die folgenden drei Fälle von Zählungen von dem Zähler 84 betrachtet, die den Verknüpfungsgliedern 100 und 101 zugeführt werden:

Q₉Q₈Q₇Q₆QgQ₄Q₃Q₂Q₁Q₀ (niedrigst bewertete Bits)

Fall 1 00001XXXXX

Fall 2 00010XXXXX (X-Zustände sind ohne Be

deutung) Fall 3 00000 X XXXX

Die Ausgänge der Verknüpfungsglieder 100 und 101 weisen einen hohen Pegel auf, so daß ein D-Pegel an das Verknüpfungsglied 103 geliefert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dezimal-4"quivalente des Falls 1 von

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32 bis 63 ttttttfcR ~und zwar in Abhängigkeit van den Zuständen der fünf niedrigst beuerteten Bits, uährend sie für den Fall 3 von 0 bis 31 für den Fall 2 von 64 bis 95 .reichen· Alle diese Dezimalzählungen liegen im festgelegten einer hohen Drehgeschwindigkeit entsprechenden Betriebsbereich von 0 bis 95. Beispielsweise entspricht eine Zählung von 95 einer Drehgeschwindigkeit von - 7,89 Grad pro Sekunde. Daher dekidieren die Verknüpfungsglieder 100, 101 und 102 lediglich den Fall, bei dem eine Drehgeschwindigkeit von - 7,89 bis - 10 Grad pro Sekunde festgestellt wird·

Uenn dieser Bereich dekodiert uird, weist der Ausgang des l/erknüpf ungsgliedes 103 einen hohen Pegel, auf, so daß ein hoher Pegel an einem Eingang des NAND-Gliedes 107 hervorgetufen uird· Uenn der andere Eingang des Verknüpfungsgliedes 107 ebenfalls einen hohen Pegel aufweist (wie dies noch beschrieben uird) so nimmt der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 107 einen niedrigen Pegel an, so daß ein niedriger Pegel am D-Eingang der Bereicheausuahl-Flip-Flop-Schaltung 122 hervorgerufen wird· Am Ende der Zählperiode von einer Millisekunde uird dem D-Anschluß der Flip-Flop-Schaltung 122 ein Taktimpuls zugeführt, so daß diese Schaltung rückgesetzt uird und ^lA h»b*t Ptfidl ft« fl^AniehluG und damit an der Leitung 123b hervorgerufen uird, wodurch die dem hohen Bereich zugeordneten Schalter 252 und der Präzisionsstromqualle nach Fig. 2B durchgeschaltet uerden, so daG ein hoher Strom, der bei der dargestellten Ausführungeform dem achtfachen niedrigen oder normalen Strom entspricht, dem Drehmomenterzeuger des Kreisels zugeführt uird. Bei zurückgesetzter Flip-Flop-Schaltung

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weist der Q-Anschluß der Schaltung einen niedrigen Pegel auf und dieser Zustand wird als dritter Eingang dem Verknüpfungsglied 103 zugeführt, so daß dessen Ausgang einen hohen Pegel annimmt und die Flip-Flop-Schaltung 122 im rückgesetzten Zustand v/erriegelt. Daher ist, sobald hohe Drehmomantbedingungen dekodiert werden, das System in diesem Zustand verriegelt. Der hohe Pegel am ^-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 122 bringt weiterhin das Zählregister 88 über die Leitung 90 in die hohe Betriebsart.

In ähnlicher Ueise dekodieren die Verknüpfungsglieder 104, 105 und 106 eine Zählung, die einer hohen positiven Drehgeschwindigkeit entspricht (wenn sich das System in der niedrigen Betriebsart befindet). Beispielsweise sei eine vorgegebene Binärzählung von dem Zähler 84 in folgender Ueise betrachtet:

Q₉Q₈Q₇Q₆Q₅Q₄Q₃Q₂Q₁Q₀
110 0 10 0 0 0 0

Diese Zählung stellt + 7,78 Grad pro Sekunde dar. Bei dieser Zählung rufen die Verknüpfungsglieder 104 und 105 jeweils einen Eingangspegel von Q an dem Verknüpfungsglied 106 hervor. Weiterhin ruft irgend eine Zählung in dem Bereich von 800 bis 900 Eingangspegel von 0 an dem Verknüpfungsglied 106 hervor. Derartige Eingangspegel von 0 an das Verknüpfungsglied 106

t " SViL JMSFECTED 030011/0930

führen zu einem Pegel von Q am Eingang des Verknüpfungsgliedes 103, zu einem hohen Pegel am Eingang des Verknüpfungsgliedes 107, zu einem Pegel von 0 am Anschluß 0 der Flip-Flop-Schaltung 122 und zu einem hohen Pegel
an der Leitung 123b_y so daß ebenfalls ein Umschaltbefehl auf den hohen Bereich gegeben uird.

Im Folgenden uird der Dekodier-Logikabschnitt 99b betrachtet und die Bedingungen erläutert, die erforderlich sind, damit das System in den normalen niedrigen Drehgeschuindigkeiten entsprechenden Betriebszustand zurückgeführt wird.

Bei Verfolgung der Logik-Verknüpfungsglieder von hinten
nach tarne ist zu erkennen, daß es zum Setzen der Flip-Flop-Schaltung 122 erforderlich ist, daß ein hoher Ausgangsiegel von dem Verknüpfungsglied 107 geliefert uird· Daher muß der untere Eingang des Verknüpfungsgliedes 107 einen O-Pegel aufueisen und die Binärzählungen, die einen vorgegebenen ,niedrigen Drehgeschuindigkeiten entsprechenden Bereich entsprechen, uährend sich das System in der hohen Drehgeschuindigkeiten entsprechenden Betriebsart befindet, erfordern eine Dekpdierlogik, die diesen Pegel von 0 an
den unteren Eingang des Verknüpfungsgliedea 107 liefert· Der vorgegebene, niedrigen Drehgeschuindigkeiten entsprechende Bereich .nicht in d.·* BatritltlVrt für höh· Drehgeschuindigkeiten von +/- 80 Grad/tat» von-i bis ♦ 6, S
Grad pro Sekunde· Es seinen die folgenden Fälle betrachtet, die diesen Bereich abdecken:

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2935838

1

Q

₉Q

8*

7^Q

6*

5^Q

4^Q

3^Q

2^Q1

^Qo

Zählung

) Grad/Sekunde

2

O

1

O

X

(X=O oder 1

+ 5,

Fall

3

O

1

O

1

X

480-487

- 6.

Fall

O

1

O

X

416-447

- 0.

Fall

448-479

»33 -

,04 ·

,35 -

■ + 6,

- - O₁

- + 5.

,50

,53

.16

Ea sei darauf hingewiesen, daß der Umachaltbereich von hohen auf niedrige Bereiche die Zählungen 416 bis 487 einschließt, was - 6 Grad pro Sekunde bis + 6,5 pro Sekunde in der hohen Betriebsart mit +/- 60 Grad pro Sekunde entspricht. Das Verknüpfungsglied 111, das auf die Signale Q₇, Q_Q und Qg anspricht, liefert fUr alle diese drei Fäll· einen Pegel von 0 an das Verknüpfungsglied 121, was erforderlich ist, um einen Pegel von 0 am unteren Eingang des Verknüpfungsgliedes 107 zu liefern, wenn der Zählzustand den vorstehend angegebenen Werten entspricht· Damit der andere Eingang des Verknüpfungsglied·· •inen Pegel von 0 aufweist, ist ein hoher Pegel an einem Eingang des NOR-Gliedes 120 erforderlich· Im vorstehenden Fall 1 ist zu erkennen, daß die Ausgänge Qc und Qc einen hohen Pegel aufweisen, während die Ausgänge Q^ und Q₃ beide einen niedrigen Pegel aufweisen· Daher ist in diesem Fall der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 109 auf einem niedrigen Pegel und der Ausgajff des Verknüpfungsgliedes 108 weist einen hohen Pegel auf, was zu dem erforderlichen niedrigen Pegel am Eingang des Verknüpfungagliades 107 führt, so daß eine Umschaltung in die niedrigen Drehgeschwindigkeiten entsprechende Betriebsart erfolgt, wobei durch die Wirkung der Flip-Flop-Schaltung 122 der Drehmomenterzeuger-Strom auf den niedrigen Uert eingestellt wird. Mail #·» Ausgang JJ der Flip-Flop-Schaltung nunmehr einen niedrigen Pegel aufweist, wird das

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Zählregister 88 in gleicher Ueiee auf die Betriebsart für niedrige Drehgeachwindigkeiten umgeschaltet· Cs sei bemerkt, daß für die Fälle 2 und 3 die Ausgänge Qg und Qc abwechselnd einen niedrigen und einen hohen Pegel aufweisen, so daß sich über das Exklusiv-0DER-Verknüpfungsglied 110 der notwendige hohe Pegel am unteren Eingang des Verknüpfungsfcliedes 120 ergibt, so daß sich ein Umschalten auf den niedrigen Bereich unabhängig von den Zuständen der Ausgänge Q₃ und Q. ergibt.

Die Betriebsweise der Schaltungen nach Fig· 2B kann wie folgt zusammengefaßt werden: Die Ausgänge der Flip-Flop-Schaltung 75 nach Fig. 2A sind durch die Schwingungsform B nach Fig· 3 dargestellt und durch die End- und Lösch-Irapulse der Schwingungen 0 und E begrenzt· Es sei eine Eingangsdrehgeschwindigkeit von 0 angenommen, d.h. das Abgriffsignal des Kreisels ist gleich 0. Die Q- und tj-Anschlüsse der Flip-Flop-Schaltung 75 sind für gleiche Zeitperioden der Periode von zwei Flillisekunden auf einem hohen Pegel« Uenn der Anschluß Q einen fct**h £·|·1 ttiflMlst, Bind die Sehalter

168 und 190 liltend, so daß ein Streepf·«* *«· Punkt

169 nach oben durch die Orehmomenterzeuger-Uicklung 34a zu den Verbindungspunkten 200 und 201 und über den Schalter 203 (der nunmehr leitend ist, weil der niedrige Bereich wirksam ist) sowie über den Widerstand 207 nach Erde gebildet wird. Der Schalter 203 wird in einem geschlossenen Kreis gesteuert· Die Schalter 210 und 254, die leitend sind, bilden eine geschlossene Spannungsschleife zwischen der an dem

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^293588β

Uiderstand 207 gemessenen Spannung und der Präzisions-Bezugsspannungsquelle 240 und dem leitenden Schalter aus· Die Differenz zwischen der gemessenen Spannung und der Bezugsspannung, die durch den Operationsverstärker 249 bestimmt uird_y legt die Gitterelektrodenspannung des Schalters 203 derart fest, daß er lediglich einen derartigen Strom leitet, damit das Produkt dieses Stromes mit dem Uiderstandsuert des Widerstandes 207 gleich der Präzisionsbezugsspannung wird. Dies heißt mit anderen Uorten, daß die Rückführungsschleifβ das Fließen eines Präzisionsstromes durch die Drehmomenterzeuger-Uicklung hervorruft. Die Betriebsweise für Drehgeschuindigkeiten, die von 0 Grad pro Sekunde abweichen, ist ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Ein-Aus-Zeiten der Flip-Flop-Schaltung 75 mit den positiven und negativen Richtungen den resultierenden Strom bestimmen, der durch die Drehmomenterzeuger-Uicklung fließt. In gleicher Ueise öffnet die Flip-Flop-Schaltung 122 für Drehgeschuindigkeiten im Hohen Bereich die dem niedrigen Bereich zugeordneten Schalter 210 und 254 während die Schalter 209 und 252 leitend gemacht werden, so daß dann über den Operationsverstärker 249 und den Stromregelschalter 202 der hohe Drehmomentstrom geregelt wird, der in diesem Fall durch den dem hohen Bereich zugeordneten Uiderstand 206 gemessen wird.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach

Dipi.-'ng. Günther Koch

2 9 3 5 8 8 β Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 29. August 1979

Unser Zeichen: 16 715 - Fk/Fl

Patentansprüche

1. Steuer- und Schalteinrichtung für einen TrägheitsmeGfühler vom Kraftausgleichs-Typ, bei dem der einem Drehmomenterzeuger des Meßfühlers zugeführte Strom, der erforderlich ist, um ein eine auf dem Pießfühler einwirkende Trägheitskraft anzeigendes Signal von einem Abgriff des Meßfühlers zu 0 zumachen, proportional zu dieser Trägheitskraft ist, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Steuer- und Schalteinrichtung Zeitsteuersignalgeneratoreinrichtungen (5) zur Lieferung einer Anzahl von zeitlich aufeinander bezogenen Signalfrequenzen, Impulsbreitenmodulatoreinrichtungen (7a, 9a,), die auf eine erste der Zeitsteuersignalfrequenzen und auf das Meßfühler-Abgriff signal ansprechen und im wesentlichen Rechteckform aufweisende Rechteckimpulse liefern, die positive und negative Impulsdauern aufweisen, die proportional zu dem Abgriffsignal sind, wobei die Impulsperiode der Periode der ersten Signalfrequenz entspricht, auf die Rechteckimpulse ansprechende Einrichtungen (17a) zur Lieferung entsprechender Ströme an den Drehmomenterzeuger (34a) des Meß-

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fühlers in einer derartigen Richtung, daß das Abgriffsignal des Meßfühlers zu O wird, auf eine eine wesentlich höhere Frequenz als die erste Zeitsteuersignalfrequenz aufweisende zweite Zeitsteuersignalfrequenz ansprechende Einrichtungen (9a, 1Ob) zur Quantisierung um zumindestens einer dar periodischen Sianali»pulsdauern entsprechend der zweiten Frequenz, Schutzbereichs-Impulsgeneratoreinrichtungen (15), die auf das erste Zeitsteuersignal ansprechen und mit den Impulsbreitenmodulatoreinrichtungen (7a, 9a) gekoppelt sind, und die maximalen und minimalen Dauern der Rechteckimpulse auf vorgegebene Teile der Impulsperiode begrenzen, so daß die maximale und minimale Impulsdauer der Impulse begrenzt wird, die von den die Drehmomenterzeuger des CIeQfühlers speisenden Einrichtungen (17a) geliefert werden, und Zählereinrichtungen (21a) aufweist, die auf das quantisierte Impulsdauersignal ansprechen, das von den Schutzbereichs-Impulsgeneratoreinrichtungen (15) begrenzt ist und die eine Zählung während der wirksamen Impulsdauer der genannten einen Signalimpulsdauer liefern.

2. Steuer- und Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitsmeßfühler (41) in starken und schwachen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsarten betreibbar ist und mit den Stromversorgungseinrichtungen (178) gekoppelte Einrichtungen (122, 260) zur Änderung des Bereichs der Strompegel, die den Drehmomenterzeugereinrichtungen (342) zugeführt werden, in Übereinstimmung mit den starken und schwachen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsarten sowie Einrichtungen (99) aufweist, die

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■«■ 3 -

auf den Ausgang (89) der Zähleinrichtungen ansprechen und die starken und schwachen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsarten festlegen sowie entsprechend die den Strompegel ändernden Einrichtungen (122, 260) steuern.

3. Steuer- und Schalteinrichtung für einen Trägheitsmeßfühler vom Kraftausgleichstyp, der in hohen und niedrigen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsarten betreibbar ist und bei dem der einem Drehmomenterzeuger des Trägheitsmeßfühlers zugeführte Strom, der erforderlich ist, um ein eine auf den Trägheitsmeßfühler wirkende Trägheitskraft ansprechendes Abgriffsignal des Trägheitsmeßfühlers zu 0 zumachen, proportional zu dieser Trägheitskraft ist, gekennzeichnet durch Zeitsteuergeneratoreinrichtungen (5) zur Erzeugung einer Anzahl von zeitlich aufeinander bezogenen Zeitsteuersignalfrequenzen, Impulsbreitenmodulatoreinrichtungen (7a, 9a), die auf eine erste der Zeitsteuersignalfrequenz und auf das Meßfühler-Abgriffsignal ansprechen und im wesentlichen Rechteckformat aufweisende Rechtecksignalimpulse liefern, die positive und negative Impulsdauerabschnitte proportional zu dem Abgriffsignal mit einer Impulsperiode aufweisen, die der ersten Zeitsteuersignalfrequenz entspricht, und auf die Rechteckimpulse ansprechende Stromversorgungseinrichtungen (172) zur Lieferung entsprechender Ströme an den Drehmomenterzeuger (34a) des Trägheitsmeßfühlers in einer derartigen Richtung, daß das Abgriffssignal des Trägheitsmeßfühlers zu 0 gemacht wird, auf eine eine wesentlich höhere Frequenz als die erste Zeitsteuersignalfrequenz aufweisende

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zueite Zeitsteuersignalfrequenz ansprechende Einrichtungen (9a_f 1Ob) zur Quantisierung von zumindestens einer der periodischen Signalimpulsdauerabschnitte entsprechend der zweiten Frequenz, auf die Quantisiereinrichtungen (9a, 10b) ansprechende Zähleinrichtungen (21a) zur Lieferung einer hierzu proportionalen Ausgangszählung, die proportional zu dem dem Drehmomenterzeuger zugeführten Strom ist, mit den Stromversorgungseinrichtungen (17a) gekoppelte Einrichtungen (178) zur Änderung des Bereiches von den Drehmomenterzeugereinrichtungen (34a) zugeführten Strompegeln in Übereinstimmung mit den hohen und niedrigen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsarten, und Einrichtungen (99, 122), die auf den Zählerausgang ansprechen und die hohen und niedrigen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsarten festlegen souie die Strompegel-Änderungseinrichtungen (178) entsprechend ansteuern.

4. Steuer- und Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Impulsbreitenmodulatoreinrichtungen (7a, 9a) Sägezahnsignalgeneratoreinrichtungen (63) einschließen, daß die Schutzbereichs-Impulsgeneratoreinrichtungen (15) auf die Zeitsteuersignalgeneratoreinrichtungen (5) ansprechende Einrichtungen (81) zur Lieferung eines ersten Schutzbereichsimpulses mit einer Uiederholfrequenz, die der ersten Zeitsteuersignalfrequenz entspricht, und mit einer Impulsbreite, die einen kleinen Bruchteil der Impulsperiode darstellt, und Einrichtungen (61, 63) einschließen, die auf den ersten Schutzbereichsimpuls ansprechen, um das Sägezahnsignal der Sägezahnsignalgeneratorein-

030011/0930 ^#/#

richtungen (63) zu beenden und einzuleiten, so daß die maximale Dauer des einen Rechteckimpulses begrenzt wird, der den Stromversorgungseinrichtungen (17a) zugeführt wird.

5. Steuer- und Schalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzbereichs-Impulsgeneratoreinrichtungen (81) weiterhin auf die Zeitsteuersignalgeneratoreinrichtungen (5) ansprechende Einrichtungen (80) zur Lieferung eines zweiten Schutzbereichsimpulses mit einer Impulsuiederholfrequenz, die der ersten Zeitsteuersignalfrequenz entspricht, und mit einer Impulsbreite, die einen kleinen Bruchteil der Impulsperiode darstellt, und Einrichtungen (68) einschließen, die auf den zweiten Schutzbereichsimpuls ansprechen und die maximale Dauer des anderen der Rechteckimpulse begrenzen, der den Stromversorgungseinrichtungen (17a) zugeführt wird«

6. Steuer- und Schalteinrichtung nach Anspruch 5, g β kennzeichnet durch Logikschalteinrichtungen (65, 67), die auf die ersten und zweiten Schutzbereichsimpulse ansprechen und die Quantisierungsimpulse an die Zähleinrichtungen (84) liefern.

7. Steuer- und Schalteinrichtung nach Anspruch 6, g e kennzeichnet durch Zählersteuereinrichtungen (80, 83, 83a), die auf die ersten und zweiten Schutzbereichsimpulse ansprechen und den Zähler (84) nach einer vorgegebenen Anzahl von Impulsperioden zurücksetzen, so daß die in dem Zähler (84) accumulierte

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— D —

Quantisierungsimpulszählung proportional zu den mittleren Strömen ist, die dem Drehmomenterzeuger (34a) Über die vorgegebene Anzahl von Impulsperioden zugeführt werden.

8. Steuer- und Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite des ersten Schutzbereichsimpulses im wesentlichen 1Q % der Impulsperiodendauer entspricht.

9. Steuer- und Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite jedes der ersten und zweiten Schutzbreichsimpulse im wesentlichen 10 % der Impulsperiodendauer entspricht.

10. Steuer- und Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreitenmodulatoreinrichtungen (7a, 9a) weiterhin Synchronisiereinrichtungen (78, 61) einschließen, die auf die Quantisierungsimpulsfrequenz ansprechen, um die Einleitung der Rechteckimpulse mit den Quantisierungsimpulsen zu synchronisieren·

11. Steuer- und Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Bestimmung der hohen und niedrigen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsarten Decodierein-

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richtungen (99), die auf den Zählerausgang (89) ansprechen, um vorgegebene Zählbereiche festzustellen, die vorgegebenen Meßbereichen des Trägheitsmeßfühlers (41) in Jeder der Betriebsarten entsprechen, und Logigschaltungseinrichtungen (122) einschließen, die auf Zählungen außerhalb der Zählbereiche ansprechen, um von einer Betriebsart in die andere und umgekehrt umzuschal ten.

12, Steuer- und Schalteinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltungseinrichtungen (99) Synchronisiereinrichtungen (90) einschließen, die auf die Schutzbereichsimpulse ansprechen und die Betriebsartumschaltung mit den in ihrer Dauer begrenzten Rechteckimpulsen synchronisieren.

13. Steuer- und Schalteinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Decodiereinrichtungen (99) erste Decodierlogikeinrichtungen (99a) aur Feststellung einer Zählung außerhalb des ersten Zählbereiches in der niedrigen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsart und zur Zuführung eines Logiksignals an die Logikeinrichtungen zur Festlegung der hohen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsart sowie die zweite Decodierlogikeinrichtungen (99b) einschließen, die eine Zählung unterhalb eines zweiten Zählbereiches in der hohen Trägheitskräften entsprechenden Betriebsart feststellen und ein Logiksignal· an die Logikeinrichtungen (122) zur Rückumschaltung auf die niedrigen Trägheitskräften entsprechende Betriebsart 14. «farn·

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