DE3129313C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

In vielen hochentwickelten Flugzeugen, wie beispielsweise Hubschraubern, wird eine Vielfalt von hydraulischen und elek­ tromechanischen Stellantrieben für verschiedene Zwecke in den Anlagen benutzt, die die Steuerflächen positionieren, um da­ durch das Flugzeug zu manövrieren. So ist es bei Hubschrau­ bern üblich, einen Trimmstellantrieb zu benutzen, der die Po­ sition einer federarretierten Trimmvorrichtung des mechanischen Systems positioniert, das mit dem Steuer­ element des Piloten verbunden ist, beispielsweise mit den Pedalen, die den Heckrotorblatteinstellwinkel steuern, um in der Gier- oder Hochachse zu manövrieren, dem Steuer­ knüppel für die periodische Blattverstellung, der den Haupt­ rotorblatteinstellwinkel steuert, um in der Nick- und Roll­ achse zu manövrieren, oder dem Hebel für die kollektive Blattverstellung, der den Auftrieb steuert. Solche Stell­ antriebe arbeiten in Abhängigkeit von einem Positionsbe­ fehlssignal, d. h. einer Positionsführungsgröße, und ver­ stellen die Trimmposition, bis ein Positionsdetektor fest­ stellt, daß die Trimmposition gleich der durch den ange­ legten Positionsbefehl verlangten ist. Wenn sich ständig ändernde Positionsbefehle angelegt werden, wird der Stell­ antrieb selbstverständlich fortwährend die Trimmposition verstellen, um zu versuchen, Schritt zu halten. Jeder Stell­ antrieb, ob hydraulisch oder elektromechanisch, hat jedoch eine gewisse Eigenverstellgeschwindigkeit, die von der Ge­ samtverstärkung des Regelkreises und den Kenndaten des Stellantriebs abhängig ist.

Zur Feststellung von Fehlern in dem Stellantrieb ist es be­ kannt, eine elektrische Annäherung des Stellantriebsregel­ kreises zu schaffen (im folgenden als Modell bezeichnet), dieselben Positionsbefehle an das Modell anzulegen, die an den Stellantriebsregelkreis angelegt werden, und die durch den Stellantrieb erzielte Trimmposition mit einer Position zu vergleichen, die durch das Modell als diejenige festge­ legt ist, die der Stellantrieb erzielen sollte. Abweichun­ gen in den beiden Positionen zeigen in einfacher Theorie einen Stellantriebsregelkreisausfall an. Das Problem bei dieser einfachen Theorie besteht darin, daß sämtliche Stell­ antriebe nicht nur eine Eigennacheilung haben (d. h. die Zeit, zu der der Stellantrieb eine gewisse Trimmposition erreicht, ist gegenüber der Zeit verzögert, zu der ein Be­ fehl für diese Position an ihn angelegt wird), sondern auch verschiedene Änderungen in diesen Nacheilungen aufweisen. Ein hydraulischer Stellantriebskreis kann beispielsweise Änderungen in der Nacheilung aufgrund des Hydraulikdruckes, der Temperatur od. dgl. haben. Darüber hinaus werden zwei Stellantriebe niemals genau gleich sein. Eine starke Bela­ stung von hydraulischen Stellantrieben kann deren Anspre­ chen verlangsamen. Elektromechanische Stellantriebe sind sehr belastungsabhängig, und jede Veränderung in ihrer Be­ lastung führt zur Veränderung der Ansprechgeschwindigkeit.

Wenn der besondere Stellantrieb ein Stellantrieb ist, der eine elastische Trimmposition einstellt, kann außerdem der Pilot die Trimmposition übersteuern, indem er eine Kraft auf sein Steuerelement (z. B. einen Steuerknüppel, einen Ver­ stellhebel oder Pedale) ausübt, und tatsächlich die Bela­ stung des Stellantriebs bis zu dem Punkt vergrößern, wo dieser vollständig hängenbleibt, so daß er niemals die vorgesehene Trimmposition erreicht.

Um zu versuchen, diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist eine Anordnmung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgegebenen Art geschaffen wor­ den, (US-PS 42 06 891), die eine Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzung des Po­ sitionsbefehlssignals, d. h. der Positionsführungsgröße, vornimmt, das sowohl an den Stellantrieb als auch an das Modell ange­ legt wird. Der Änderungsgeschwindigkeitsgrenzwert wird so gewählt, daß die Geschwindigkeit, mit der sich befohlene Positionen ändern können, auf eine Geschwindigkeit begrenzt werden, die unter sämtlichen vernünftigen Umständen, welche bei einem bestimmten Typ von Stellantrieb auftreten können, unter der Mindestansprechgeschwindigkeit (maximale Nachei­ lung) liegt. In der Theorie sollte der Stellantrieb deshalb immer in der Lage sein, dem änderungsgeschwindigkeitsbe­ grenzten Eingangsbefehl zu folgen, weshalb das Modell ledig­ lich diesen Befehl mit einem geeigneten Skalenfaktor zu integrieren braucht, um genau festzustellen, wo die Trimm­ position liegen sollte. Dadurch wird jedoch die Ansprech­ geschwindigkeit des Stellantriebsregelkreises selbst stark begrenzt, wodurch die Flugzeugleistungsfähigkeit ver­ schlechtert wird. Andererseits, wenn der Eingangsbefehl weniger stark änderungsgeschwindigkeitsbegrenzt wird, wer­ den die darüber hinausgehenden tatsächlich zulässigen Nach­ eilungen falsche Fehleranzeigen (Anzeigen von unechten Feh­ lern) verursachen. Das wiederum verringert das Vertrauen des Piloten in das System und erfordert von dem Piloten Arbeit, um festzustellen, daß nur unechte Fehler vorliegen.

Im Falle von Trimmstellantrieben übt der Pilot immer dann, wenn er sein Steuerelement bewegt, Kräfte auf die Trimm­ position aus, die sich an dem Stellantrieb äußern. Zum Ver­ melden von unechten Fehlern in solchen Fällen wird die Feh­ lererkennung während des Ausübens der Kraft durch den Pilo­ ten blockiert. In diesem Fall besteht jedoch die Gefahr, daß ein echter Stellantriebsfehler auftritt, daß der Pilot den fehlerhaften Stellantrieb übersteuert und daß der Feh­ ler genau zu der Zeit unbeachtet bleibt, zu der er abgefühlt werden sollte.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß sie Ausfälle während einer Pilotübersteuerung nicht verdeckt, die Erzeugung von unechten Fehleranzeigen nicht fördert, die Stellantriebs­ leistungsfähigkeit nicht verschlechtert und zur Verwendung bei einer großen Vielfalt von Stellantrieben geeignet ist. Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung wird die Position, die durch einen Flug­ zeugstellantriebsregelkreis auf ein Positionsbefehlssignal hin erzielt wird, mit dem Positionsanzeigesignal eines Stell­ antriebsregelkreismodells verglichen, dem dasselbe Posi­ tionsbefehlssignal zugeführt wird, wobei in dem Modell eine veränderliche Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzung in Abhän­ gigkeit von dem Grad erfolgt, mit dem der Stellantrieb dem Modell vor- oder nacheilt, und weiter in Abhängigkeit davon, ob Einwirkungen durch den Piloten den Stellantrieb über einen Schwellenwert hinaus belasten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung enthält das Modell einen Rückführungskreis, der eine integrale Verstärkung des veränderlich änderungsgeschwindigkeitsbegrenzten Rückfüh­ rungsfehlers hat.

Die Anordnung nach der Erfindung kann in analoger oder digi­ taler Form implementiert werden, im letzteren Fall bei­ spielsweise mit einem geeignet programmierten Digitalcomputer. Die Anordnung nach der Erfindung läßt sich leicht an eine Vielfalt von Stellantrieben verschiedener Typen und Funktio­ nen anpassen. Die Anordnung nach der Erfindung schafft ein maximales Vertrauen in den Stellantrieb mit einem Minimum an Auswirkung auf die Systemleistungsfähigkeit. Die Anord­ nung nach der Erfindung kann unter Verwendung von bekannten Einrichtungen und Techniken an Hand der folgenden ausführ­ lichen Beschreibung implementiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Stellantriebsystems, in wel­ chem die Fehlererkennungsanordnung nach der Erfindung benutzt wird,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Beispiels einer Grenzwerteinstellschaltung, die in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ver­ wendbar ist, und die

Fig. 3 und 4 ein vereinfachtes Flußdiagramm einer Computerprogrammroutine für eine Digitalausführungsform der Erfindung.

In der in Fig. 1 als Beispiel dargestellten Ausführungsform enthält ein Flugzeugsteuerungsstellantriebssystem einen Hub­ schraubertrimmstellantriebsregelkreis 10, bei dem ein durch den Piloten betätigter Steuerknüppel 12 über ein mechanisches Gestänge 13, im folgenden als mechani­ sche Verbindung 13 bezeichnet, mit einem Servomotor 14 verbunden ist, der in Abhängigkeit von einer nicht dargestellten Hydraulik­ druckquelle die mechanische Eingabe über die Verbindung 13 verstärkt, so daß eine mechanische Verbindung 15 bewegt wird, die den Einstellwinkel von Rotorblättern steuert, und zwar in Abhängigkeit von der besonderen Fluglageachse des Hubschrau­ bers, in der die zugehörige Bewegung des Steuerknüppels 12 dominiert. Bei dem Steuerknüppel 12 kann es sich beispiels­ weise um den Steuerknüppel für die periodische Blattverstel­ lung und deshalb für die periodische Längssteuerung oder die periodische Quersteuerung des Hauptrotors handeln; ande­ rerseits kann es sich bei dem dargestellten Steuerknüppel 12 um den Hebel für die periodische Blattverstellung oder um Pedale handeln, die den Einstellwinkel der Heckrotorblät­ ter steuern und dadurch das Flugzeug in bezug auf seine Gierachse ausrichten.

Gemäß der zur Veranschaulichung dienenden vereinfachten Darstellung in Fig. 1 ist die Verbindung 13 mit einem Trimmstellantrieb 16 elastisch verbunden, was zu Ver­ anschaulichungszwecken in Fig. 1 durch eine Feder 17 darge­ stellt ist. Der Stellantrieb 16 kann einen Hydraulikkolben enthalten, der durch Hydraulikdruck aus einer Quelle (nicht dargestellt) in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal positionierbar ist, das an ein Stellventil 18 immer dann angelegt wird, wenn das Ventil 18 mit der Hydraulikquelle durch ein Einschaltventil 19 verbunden ist. Durch Verstel­ len des Kolbens innerhalb des Stellantriebs 16 (entweder nach rechts oder nach links wie in Fig. 1 gezeigt) wird die Position der Verbindung 13 geändert, auf die eine neutrale Kraft durch die Feder 17 ausgeübt wird. Diese Position wird hier als Trimmposition bezeichnet. Wenn das Flugzeug mit einer Flugregelanlage betrieben wird und wenn der Pilot keine Kraft auf den Steuerknüppel 12 ausübt, wird der Trimmstellan­ trieb 16 über seine elastische Verbindung 17 die mechani­ sche Verbindung 13 auf eine Verstärkung durch den Servomotor 14 einstellen, um dadurch die Rotorsteuervorrichtungen zu positionieren. Der Pilot kann jedoch die automatische Anlage übersteuern, indem er eine geeignete Kraft ausübt, durch die die elastische Stellantriebseinwirkung auf die Verbindung 13 überwunden wird, wobei diese Kraft von dem Grad der über­ steuerung, der erforderlich ist, abhängig ist.

Die Ist- oder tatsächliche Trimmposition wird durch einen Positionsdetektor 20, bei dem es sich um ein Potentiometer oder um einen linear veränderbaren Differentialtransforma­ tor handeln kann, abgefühlt, der ein Trimmpositionssignal auf einer Leitung 21 liefert. Das Trimmpositionssignal auf der Leitung 21 wird zu einem Summierpunkt 22 zurückgeführt, der den Eingang eines Verstärkers 23 bilden kann, um von einem Positionsbefehlssignal, d. h. einer Führungsgröße, auf einer Leitung 24 subtrahiert zu werden. Der Verstärker 23 steuert das Stellventil 18 an, damit sich der Trimmstellantrieb 16 in eine gewünschte Trimmposition bewegt. Das Positionsbe­ fehlssignal auf der Leitung 24 wird durch ein Autopilot­ system erzeugt, mit oder ohne darin enthaltene Stabilitäts­ erhöhungssignale, so daß der Hubschrauberflug automatisch geregelt wird, wenn das System eingeschaltet ist, wie durch ein Signal auf einer Leitung 25, das eine bistabile Vor­ richtung 26 setzt, die ein Signal auf einer Leitung 27 lie­ fert, mit dem das Einschaltventil 19 betätigt wird. Die bis hierher gegebene Beschreibung bezieht sich auf einen typi­ schen Hubschraubertrimmstellantriebsregelkreis, der dem Giertrimmstellantrieb gleicht, welcher aus der US-PS 42 06 891 bekannt ist.

Gemäß der Erfindung liefert ein adaptives Stellantriebsmo­ dell 30 ein Modellpositionssignal auf einer Leitung 31 zur Subtraktion von dem Trimmpositionssignal auf der Leitung 21 in einem Summierpunkt 32, um ein Gleichlauffehlersignal auf einer Leitung 33 zu erzeugen. Das Gleichlauffehlersig­ nal auf der Leitung 33 kann an einen Fenstervergleicher 34 angelegt werden, um festzustellen, ob sein Absolutwert ± Schwellenwerte übersteigt, die durch Bezugsspannungen in dem Fenstervergleicher 34 geliefert werden, der dann ein Signal über eine Leitung 35 direkt und über eine Verzöge­ rungsschaltung 36 an eine UND-Schaltung 37 anlegt. Wenn das Signal auf der Leitung 35 während der gesamten Periode der Verzögerungsschaltung 36 vorhanden ist, wird das Ausgangs­ signal der Verzögerungsschaltung 36 auf der Leitung 38 an dem Eingang gleichzeitig mit dem Signal auf der Leitung 35 vorhanden sein. In diesem Fall wird die UND-Schaltung 37 ein Fehlersignal auf einer Leitung 40 erzeugen. Die Verwen­ dung der Verzögerungsschaltung 36 und der UND-Schaltung 37 gewährleistet, daß kein Fehler angezeigt wird, wenn nicht das Gleichlauffehlersignal eine gewisse Zeitspanne, bei­ spielsweise 250 ms, überdauert, wodurch die Erzeugung von unechten Fehleranzeigen als Ergebnis von Rauschen vermieden und außerdem der Bewegung des Trimmstellantriebs 16 (obgleich nicht not­ wendigerweise dessen Position) gestattet wird, sich zu sta­ bilisieren, bevor irgendwelche Fehler abgefühlt werden. Ein langsames Ansprechen aufgrund von anfänglicher Reibung od. dgl. wird deshalb keine unechten Fehler erzeugen.

Das Modell 30 spricht auf die Differenz zwischen dem Posi­ tionsbefehlssignal auf der Leitung 24 und dem Modellposi­ tionssignal auf der Leitung 31 an, die durch einen Summier­ punkt 41 geliefert wird. Diese liefert ein Modellfehlersig­ nal auf einer Leitung 42, welches durch eine mit Bezug auf Fig. 2 ausführlicher beschriebene Grenzwert- oder Begrenzungseinstell­ schaltung 43 hindurchgeleitet wird, deren Ausgangssignal über eine Leitung 44 an einen integrierenden Verstärker 45 an­ gelegt wird, welcher das Modellpositionssignal auf der Lei­ tung 31 erzeugt. Der integrierende Verstärker 45 liefert auf der Leitung 31 eine Integration des Positionsfehlers analog der tatsächlichen Bewegung des Stellantriebs 16, der diese Integration über der Zeit vornimmt. Zusätzlich zu dem Modellfehlersignal auf der Leitung 42 spricht die Grenzwert­ einstellschaltung 43 auf ein Rohgrenzwertvariablen- oder Grundgrenzwert­ änderungssignal auf einer Leitung 46 an, das von einem Verstärker 47 ge­ liefert wird, der das Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 in geeigneter Weise skaliert, wie im folgenden noch näher beschrieben. Die Verwendung eines Differentialquotienten des Gleichlauffehlersignals auf der Leitung 33 hat zur Folge, daß die Stellantriebsfehlererkennung durch die Anordnung nach der Erfindung adaptiv ist, d. h. sie ist von dem Gleich­ lauffehler abhängig, der als die Differenz zwischen der tat­ sächlichen Trimmposition und der erwarteten Trimmposition (Modellposition) abgefühlt wird, die die Erzeugung der Modellpo­ sition steuert. Die Grenzwerteinstellschaltung 43 spricht außerdem auf ein Nichtpilotübersteuerungssignal auf einer Leitung 50 an, das durch einen Fenstervergleicher 51 immer dann erzeugt wird, wenn ein Positionsdifferenzsignal auf einer Leitung 52 eine vorbestimmte Größe in der einen oder anderen Richtung übersteigt, die durch geeignete Bezugs­ spannungen innerhalb des Fenstervergleichers 51 festgesetzt wird. Das Signal auf der Leitung 52 ist die von einem Sum­ mierpunkt 53 gelieferte Differenz zwischen dem Trimmposi­ tionssignal auf der Leitung 21 und einem Steuerknüppelpo­ sitionssignal auf der Leitung 54 aus einem Positionsdetek­ tor 55, der die Position der mechanischen Verbindung 13 ab­ fühlt. Die Differenz in den Signalen auf den Leitungen 21 und 54 ist deshalb eine Anzeige der Differenz zwischen der Verbindungstrimmposition und der Istverbindungsposition und gibt den Grad der Übersteuerung durch Bewegung des Steuer­ knüppels 12 durch den Piloten an, die sich äußert. Der Fen­ stervergleicher 51 kann so eingestellt werden, daß er das Nachtpilotübersteuerungssignal auf der Leitung 50 solange bildet, wie die Differenz in den Signalen auf den Leitungen 21 und 54 weniger als etwa 8,90 N an auf den Steuerknüppel 12 ausgeübter Kraft darstellt. Andererseits, wenn das Stellantriebssystem, bei dem die Erfindung benutzt werden soll, sich auf die Gierachse eines Hubschraubers bezieht, könnte das Nachtpilotübersteuerungssignal auf der Leitung 50 einfach immer dann erzeugt werden, wenn die Pedalauslöse­ schalter geschlossen sind, was anzeigt, daß der Pilot nicht versucht, die Pedale entgegen der Trimmposition zu bewegen.

Allgemein sorgt die Grenzwerteinstellschaltung 43 für eine Begrenzung der Größe des Modellfehlersignals auf der Leitung 42, bevor dieses über die Leitung 44 an den integrierenden Verstärker 45 angelegt wird. In dem allge­ meinen Fall, beispielsweise wenn der Trimmstellantrieb 16 in einer gewünschten Position ist, die mit der Modellposition über­ einstimmt, wird die Grenzwerteinstellschaltung 43 Nenn­ grenzwerte sowohl in der Plus- als auch in der Minusrichtung haben. Diese Grenzwerte können Stellantriebsbewegungsge­ schwindigkeiten von beispielsweise ±10% der vollen Steuer­ knüppelverstelleinheit pro Sekunde äquivalent sein. Diese Ge­ schwindigkeit wird gleich der Nenngeschwindigkeit des Stell­ antriebs 16 gewählt. In dem Fall von Trimmstellantrieben, die in der Lage sind, den vollen Verstellhub auszuführen, beispielsweise wenn sie durch Autopilotsignale angesteuert werden, wird die Geschwindigkeit, mit der der Stellantrieb die Verstellung ausführen kann, normalerweise so begrenzt, daß sie in dem Bereich von 10-20% der vollen Verstellbar­ keit pro Sekunde liegt. Dadurch wird jedwede Tendenz für einen schädlichen Endausschlagsbetrieb der Steuervorrichtun­ gen als Ergebnis von fehlerhaften elektrischen Positions­ befehlssignalen vermieden.

Die Grenzwerteinstellschaltung 43 ist jedoch gemäß der Er­ findung adaptiv, weil die Nenngeschwindigkeitsgrenzwerte kontinuierlich veränderlich in Abhängigkeit von der Größe des Gleichlauffehlersignals auf der Leitung 33 eingestellt werden. Wenn sich der Stellantrieb 16 mit einer Geschwindig­ keit bewegt, die größer als die des Modells ist, weil die Belastung sehr gering ist, eilt der Stellantrieb 16 somit dem Modell vor, so daß die Grenzwerte des Modellfehlersignals erhöht (gelockert) werden können, um dem Modell zu gestat­ ten, einen schnelleren Stellantrieb darzustellen und des­ halb dem Betrieb des echten Stellantriebs enger zu folgen.

Wenn das Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 null ist, wird im allgemeinen die Grenzwerteinstellschaltung 43 die Nenngrenzwerte haben. Wenn das Modell dem Stellantrieb 16 exakt folgt, d. h. mit ihm in Gleichlauf ist, und zwar auf sich ständig ändernde Positionsbefehlssignale auf der Lei­ tung 24 hin, wird das Modellfehlersignal auf der Leitung 42 (das aufgrund der Veränderung in dem Eingangsbefehl endlich sein wird) durch die Schaltung 43 deshalb intakt hindurch­ gehen, sofern es nicht positiver als der positive Nenngrenz­ wert oder negativer als der negative Nenngrenzwert ist. Wenn aber, was üblicherweise der Fall ist, das Modell und der Stellantrieb 16 nicht völlig im Gleichlauf sind, wird ein endliches Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 vorhan­ den sein. Wenn dieses Signal positiv ist und das Positions­ befehlssignal eine positivere Position verlangt, so zeigt das an, daß der Stellantrieb 16 unter extrem geringer Bela­ stung und deshalb mit einer Geschwindigkeit arbeitet, die größer als die Nenngeschwindigkeit des Modells ist. Die Grenzwerteinstellschaltung 43 wird deshalb für das Modell­ fehlersignal Grenzwerte bilden, die höher als die Nenngrenz­ werte sind. In dem Fall von zunehmend positiven Befehlen wird das Modellfehlersignal immer positiv sein, weshalb die positive Seite der Grenzwerteinstellschaltung wirksam sein wird. Andererseits, wenn das Gleichlauffehlersignal 33 in einem solchen Fall negativ ist, so würde das eine stärkere Belastung des Stellantriebs 16 anzeigen, aufgrund der dieser mit einer Geschwindigkeit arbeitet, die kleiner als die Mo­ dellgeschwindigkeit ist, und dieses negative Signal wird bewirken, daß die Grenzwerteinstellschaltung 43 die durch sie hindurchgeleiteten positiven Modellfehlersignale stärker begrenzt (d. h. diesen einen niedrigeren Grenzwert gibt). In Abhängigkeit von der Richtung des Positionsbefehls selbst (für eine zunehmende Position oder eine abnehmende Position im Vergleich zu der gegenwärtigen Position des Trimmstell­ antriebs 16 und des Modells) werden somit positive Gleichlauf­ fehler eine größere Stellantriebsgeschwindigkeit anzeigen und einen höheren Grenzwert verursachen, wohingegen negative Gleichlauffehler eine niedrigere Stellantriebsgeschwindig­ keit anzeigen und einen niedrigeren Änderungsgeschwindig­ keitsgrenzwert in dem Modell verursachen. Wenn aber die Positionsbefehle zunehmend negativ sind, dann zeigen nega­ tive Gleichlauffehler an, daß der Stellantrieb 16 mit einer größeren Geschwindigkeit (geringeren Belastung) arbeitet und deshalb dem Modell voreilt, und verursachen eine Erhö­ hung in der zulässigen Änderungsgeschwindigkeit innerhalb des Modells.

Eine als Beispiel herangezogene Schaltung, die an sich nicht Teil der Erfindung ist, zum Implementieren der Grenzwert­ einstellschaltung der Anordnung nach der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Dort wird das Modellfehlersignal auf der Leitung 42 durch einen Trennverstärker 60 hindurchgelei­ tet, der zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung als nichtinvertierender Verstärker angenommen wird. Der Ausgang des Verstärkers 60 ist mit der Grenzwerteinstellschaltung verbunden, so daß er das änderungsgeschwindigkeitsbegrenzte Fehlersignal auf der Leitung 44 liefert. Es wird zuerst der Fall betrachtet, in welchem das Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 null ist, so daß nur die Nenngrenzwerte ge­ bildet werden. Der positive Nenngrenzwert wird durch eine Z-Diode 61 in Reihe mit einer unilateralen Impedanz in Form einer Diode 62 gebildet, die mit einem Bezugspotential in einem Punkt 63 verbunden ist. Wenn das Gleichlauffehlersig­ nal auf der Leitung 33 null ist, befindet sich der Bezugs­ punkt 63 auf dem Massepotential null. Die Z-Diode ist so gewählt, daß sie in Sperrichtung einen Spannungsabfall hat, der den gewünschten Nenngrenzwert darstellt, den die Span­ nung an der Signalleitung 44 haben wird, wenn sie eine Po­ sitionsänderungsgeschwindigkeit von etwa 10% der vollen Ver­ stellbarkeit (authority) pro Sekunde darstellt. Wenn der Bezugspunkt 63 auf Masse- oder Nullpotential ist, wird daher die Signal­ leitung 44 den positiven Nenngrenzwert führen. Ebenso wer­ den Signale in der negativen Richtung mit einem geeigneten negativen Nenngrenzwert durch eine Z-Diode 65 geliefert, die die gleiche Diode wie die Z-Diode 61 sein kann, aber entgegengesetzt gepolt in Reihe mit einer unilateralen Im­ pedanz in Form einer Diode 66 an einen Bezugspunkt 67 ange­ schlossen ist. Ebenso befindet sich, wenn kein Gleichlauf­ fehlersignal auf der Leitung 33 vorhanden ist, der Bezugs­ punkt 67 auf Null- oder Massepotential, so daß das ände­ rungsgeschwindigkeitsbegrenzte Fehlersignal auf der Lei­ tung 44 auf einen Wert begrenzt wird, der gleich einer Stellantriebsverstellgeschwindigkeit in der Größenordnung von -10% der vollen Verstellbarkeit pro Sekunde ist.

Der veränderliche Grenzwert wird erhalten, indem die Po­ tentiale der Bezugspunkte 63, 67 eingestellt werden. Diese Punkte werden in Abhängigkeit von dem Grundgrenzwertände­ rungssignal auf der Leitung 46 eingestellt, welches genau eine skalierte Funktion des Gleichlauffehlersignals auf der Leitung 33 in Fig. 1 ist. Für den Augenblick sei angenommen, daß das Gleichlauffehlersignal zu einer Zeit positiv ist, zu der der Stellantrieb 16 in zunehmend positive Positionen verstellt wird. Gemäß obiger Beschreibung wird, wenn die Positionsbefehlssignale auf der Leitung 24 (Fig. 1) zuneh­ mend positive Positionen verlangen, das Modellfehlersignal auf der Leitung 42 positiv sein. Das Grundgrenzwertverände­ rungssignal auf der Leitung 46 ist von dem Gleichlauffehler­ signal abhängig und wird unter der Annahme, daß keine weite­ ren Inversionen erfolgen, positiv sein, da der Stellantrieb dem Modell voreilt (bei einer geringen Belastung), weshalb der Nenngrenzwert vergrößert werden sollte, wofür es er­ forderlich ist, das Potential an dem Bezugspunkt 63 zu ver­ größern. Das Grundgrenzwertveränderungssignal auf der Lei­ tung 46 wird durch einen invertierenden Verstärker 72 hin­ durchgeleitet, so daß eine negative Version desselben auf einer Leitung 73 erscheint, die an den negativen Eingang eines Rückkopplungsverstärkers 74 angelegt wird, was zur Folge hat, daß dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 75 positiver als das Massepotential wird. Das positive Signal wird über einen Rückkopplungswiderstand 76 rückgekoppelt, der so gewählt werden kann, daß er den gleichen Wert wie ein Eingangswiderstand 77 hat, so daß die Verstärkung eins beträgt. Wenn jedoch das Signal auf der Leitung 75 die Sperrspannung der Z-Diode 78 übersteigt, wird die Spannung auf der Leitung 75 auf diese Spannung festgeklemmt. Die Schwellenspannung der Z-Diode 78 kann gleich demjenigen Bruchteil der Schwellenspannung der Z-Diode 61 genommen werden, um den die zulässige Voreilung in dem veränderli­ chen Grenzwert in einer positiven Richtung erwünscht ist, im Vergleich zu dem Nenngrenzwert. Wenn beispielsweise ein Nenngrenzwert von 10% der Verstellbarkeit pro Sekunde und ein Entwurfsziel angenommen werden, das diesem Nenngrenzwert gestattet, 15% der Verstellbarkeit pro Sekunde zu erreichen so kann die Z-Diode 61 eine Durchbruchspannung haben, die doppelt so groß ist wie die der Z-Diode 78. Wenn dieser Schwellenwert erreicht wird, werden zwei weitere Z-Dioden 79, 80 in Reihe mit der Z-Diode 78 in Durchlaßrichtung be­ trieben, weshalb sie und/oder ein Schalter 81 leiten werden. Die Rückkopplung wird so auf die Spannung begrenzt, die durch die Z-Diode 78 festgesetzt wird, und steuert daher das Ausmaß, um das das Potential an dem Bezugspunkt 63 er­ höht werden kann, was außerdem zur Folge hat, daß die Span­ nung an der Leitung 44 in einem entsprechenden Ausmaß er­ höht wird, bevor die Z-Diode 61 in Sperrichtung betrieben wird. In Abhängigkeit von der Größe des Grundgrenzwertver­ änderungssignals auf der Leitung 46 kann der Bezugspunkt 63 in seinem Potential erhöht werden, und zwar in jedem Ausmaß bis zu dem Durchbruchpotential der Z-Diode 78, von welchem an es nicht weiter ansteigen kann. Das ergibt eine positive Zunahme des Grenzwerts, durch die die Voreilung des Stell­ antriebs 16 gegenüber dem Modell berücksichtigt wird, wenn so­ wohl das Gleichlauffehlersignal als auch das Modellfehler­ signal positiv sind (und ein zunehmendes Positionsbefehls­ signal auf der Leitung 24 in Fig. 1 anzeigen).

Es sei nun jedoch angenommen, daß das Grundgrenzwertände­ rungssignal auf der Leitung 46 negativ ist. Das wird sich aus einem negativen Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 (Fig. 1) ergeben, was anzeigt, daß der Stellantrieb 16 dem Modell nacheilt (d. h. eine Geschwindigkeit hat, die niedriger ist als die Nenngeschwindigkeit des Mo­ dells). In diesem Fall wird das negative Grundgrenzwertän­ derungssignal auf der Leitung 46 wieder durch den Verstär­ ker 72 invertiert, damit sich ein positives Signal auf der Leitung 73 ergibt. Das wird zu einem negativen Signal auf der Leitung 75 führen, welches gleich dem Grundgrenzwertän­ derungssignal auf der Leitung 46 ist, wodurch der Bezugs­ punkt 63 negativer angesteuert wird, so daß niedrigere Span­ nungen an der Leitung 44 die Z-Diode 61 zum Leiten bringen. Wenn das Signal auf der Leitung 75 ausreichend negativ wird, wird jedoch das Sperrpotential für die Z-Diode 79 über­ schritten (wobei angenommen ist, daß dieses gleich dem Po­ tential der Z-Diode 78 ist) und unter der Annahme, daß das Nichtpilotübersteuerungssignal auf der Leitung 50 vorhanden ist, werden das Vorwärtsleiten über die Diode 78, das Rück­ wärtsleiten über die Diode 79 und das Leiten über den Schal­ ter 81 einen Grenzwert in der Spannung an dem Widerstand 76 hervorrufen und dadurch das Ausgangssignal auf der Leitung 75 auf einem gewünschten Wert festklemmen, welcher eine Spannung ist, die in dem hier beschriebenen Beispiel gleich -5% der vollen Verstellbarkeit pro Sekunde ist. Die Schaltungs­ anordnung 72-81 wird nun das Erhöhen oder Verringern des positiven Nenngrenzwertes um bis zu einem gewünschten Bruch­ teil desselben, wie beispielsweise der Hälfte in dem hier beschriebenen Beispiel, gestatten.

Es werde der Fall betrachtet, in welchem der Pilot in einem Ausmaß, das über den Schwellenwert hinausgeht, auf den Steuerknüppel 12 drückt, was bedeutet, daß der Pilot das Trimm­ system übersteuert. Das wird, wie oben mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, zur Folge haben, daß das Nichtpilotübersteue­ rungssignal auf der Leitung 50 verschwindet, so daß der Schalter 81 nun geöffnet wird. In diesem Fall wird der Stellantrieb 16 unveränderlich dazu tendieren, dem Modell nachzueilen, was bedeutet, daß der Gleichlauffehler auf der Leitung 33 (für zunehmende Positionsbefehle auf der Leitung 24) negativ sein wird. Das bedeutet, daß das Grundgrenzwert­ änderungssignal auf der Leitung 46 negativ sein wird, was ein positives Eingangssignal auf der Leitung 73 an dem Ver­ stärker 74 und somit ein negatives Signal auf der Leitung 75 zur Folge hat. In diesem Fall ist aber der Schalter 81 offen, so daß das Rückwärtsleitungspotential von beiden Dioden 79 und 80 akkumulativ überwunden werden muß (d. h. die Summe ihrer Rückwärtsleitungsspannungen), bevor die Dioden 78-80 den Widerstand 76 kurzschließen können. Unter der Annahme, daß die Z-Diode 80 so gewählt worden ist, daß sie dasselbe Durchbruchpotential wie die Z-Dioden 78, 79 hat (die Hälfte des Durchbruchpotentials der Z-Diode 61), kann das Signal auf der Leitung 75 so negativ wie das Durch­ bruchpotential der Z-Diode 61 werden, so daß jedes positive Signal (nahe 0 V) den Durchbruch der Z-Diode 61 verursachen kann; das hat die vollständige Begrenzung des änderungsge­ schwindigkeitsbegrenzten Fehlersignals auf der Leitung 44 auf null Volt zur Folge. Wenn das Gleichlauffehlersignal groß genug ist, wenn der Pilot das System übersteuert, kann somit das änderungsgeschwindigkeitsbegrenzte Fehlersignal auf der Leitung 44 auf einem niedrigen Wert von null gehal­ ten werden, so daß das Ausgangssignal des integrierenden Verstärkers 45 in gewissem Sinn konstant bleiben wird, und jede Bewegung des Stellantriebs 16 wird deshalb in der Lage sein, das Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 zu ver­ ringern. Das bedeutet, daß das Modell statisch gehalten werden kann, um dem Stellantrieb 16 zu gestatten, während der Übersteuerung durch den Piloten Schritt zu halten. Im nor­ malen Fall braucht der Pilot den Stellantrieb 16 nicht voll­ ständig zu übersteuern, weshalb der Nenngrenzwert je nach Bedarf auf irgendeinen kleinen, von null verschiedenen Wert verringert werden kann.

Es sei der Fall betrachtet, in welchem der Befehl und das Grundgrenzwertänderungssignal auf der Leitung 46 jeweils negativ sind. Das ist genau das Gegenteil des Falles, in welchem sowohl der Befehl als auch das Grundgrenzwertände­ rungssignal positiv sind: d. h., es zeigt an, daß der Stell­ antrieb 16 dem Modell aufgrund geringer Belastung an dem Stellantrieb 16 im Vergleich zum Nennwert voreilt. In diesem Fall bewirkt ein negatives Grundgrenzwertänderungssignal auf der Leitung 46 ein positives Signal auf der Leitung 73 an dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 90, so daß ein negatives Signal über die Verstärkerausgangsleitung 91 abgegeben wird. Das negative Signal wird eine Größe haben, die in Beziehung zu dem Grundgrenzwertänderungssignal steht, sofern es nicht den gewünschten negativen veränderlichen Grenzwert übersteigt. Wenn der Bezugspunkt 67 weiter ins Negative gesteuert wird, so bedeutet das, daß die änderungs­ geschwindigkeitsbegrenzten Fehlersignale auf der Leitung 44 negativer sein werden, bevor es zum Rückwärtsleiten der Z-Diode 65 kommt. Unter der Annahme einer Z-Diode 92, die eine Rückwärtsleitungsspannung hat, welche halb so groß ist wie die der Z-Diode 65 (z. B. gleich den 5% an Verstellbarkeit pro Sekunde), so wird, wenn das Signal auf der Leitung 91 diesen Schwellenwert übersteigt, die Z-Diode 92 leiten, und die Z-Diode 93 zusammen mit einer Z-Diode 94 und/oder einem Schalter 95 werden ebenfalls leiten, wodurch die Rückkopp­ lungsspannung an einem Widerstand 96 auf diejenige begrenzt wird, die bewirkt, daß der Inverter 90 ein negatives Signal liefert, das dem Ansteigen des negativen Grenzwerts um die Hälfte des negativen Nenngrenzwerts (in dem hier beschrie­ benen Beispiel) äquivalent ist. Ebenso, wenn das Modellfeh­ lersignal auf der Leitung 42 negativ ist, was zunehmend negative Positionsbefehle anzeigt, und wenn das Grundgrenz­ wertänderungssignal auf der Leitung 46 positiv ist, so be­ deutet das, daß der Stellantrieb dem Modell in seiner nega­ tiven Bewegung nacheilt, so daß das Modell (in der negati­ ven Richtung) verringert werden sollte. Ein positives Grundgrenzwertänderungssignal auf der Leitung 46 wird des­ halb ein negatives Signal an dem Eingang des Verstärkers 90 bewirken, was zu einem positiven Signal auf der Verstärker­ ausgangsleitung 91 führt.

Dieses steuert den Bezugspunkt 67 weiter ins Positive, so daß die änderungsgeschwindigkeitsbegrenzten Fehlersignale auf der Leitung 44 mit einem kleineren negativen Wert be­ züglich des positiven Bezugspunktes 67 den Rückwärtslei­ tungsschwellenwert der Z-Diode 65 übersteigen werden. Wenn die Signalleitung 91 ausreichend positiv wird, um den Rückwärtsleitungsschwellenwert der Z-Diode 93 zu über­ steigen, werden die Z-Diode 92, die Z-Diode 93 zusammen mit der Z-Diode 94 und/oder dem Schalter 95 leiten und die Rückkopplungsspannung auf diejenige begrenzen, die eine Spannung an der Leitung 91 ergibt, welche gleich dem Rück­ wärtsleitungsschwellenwert der Z-Diode 93 ist, wie bei­ spielsweise eine Geschwindigkeit von -5% Verstellung pro Sekunde in dem hier beschriebenen Beispiel. Wenn aber der Schalter 95 durch das Nichtvorhandensein des Nichtpilotüber­ steuerungssignals auf der Leitung 50 geöffnet ist, dann ist das doppelte der Sperrspannung erforderlich, um beide Z-Dio­ den 93, 94 in Reihe zu betreiben, bevor die Spannung an der Leitung 91 begrenzt wird. Wenn diese beiden Z-Dioden einen Rückwärtsleitungsschwellenwert haben, der halb so groß ist wie der der Z-Diode 65, so bedeutet das, daß der Bezugspunkt 67 in gleichem Maße wie der Rückwärtsleitungsschwellenwert der Z-Diode 65 positiv werden kann, so daß negative Signale selbst geringster Größe zum Leiten der Z-Diode 65 führen. Mit einer Pilotübersteuerung kann daher die Größe des Grund­ grenzwertänderungssignals auf der Leitung 46 bis zu dem Punkt der totalen Begrenzung des änderungsgeschwindigkeits­ begrenzten Fehlersignals auf der Leitung 44 benutzt werden, so daß der integrierende Verstärker 45 (Fig. 1) kein Ein­ gangssignal haben und das Modell stillstehen und warten wird, bis der Stellantrieb 16 zu ihm aufschließt, wie oben be­ schrieben, wenn der Pilot den Stellantrieb 16 durch die Steuerknüppelbewegung zum Stillstand oder beinahe zum Still­ stand gebracht hat.

Die adaptive Stellantriebsfehlererkennungsanordnung, die in Fig. 1 dargestellt ist und die Grenzwerteinstellschaltung von Fig. 2 enthält, kann bei Bedarf digital implementiert werden.

Eine digitale Ausführungsform der adaptiven Stellantriebs­ fehlererkennungsanordnung nach der Erfindung kann gemäß den Computerprogrammroutinen implementiert werden, die in ver­ einfachter Form in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind. In Fig. 3 wird eine Stellantriebsfunktionsfähigkeitsroutine über einen Eingangspunkt 100 erreicht, und ein erster Test stellt fest, ob das Trimmsystem (d. h. das System, das den Stellantrieb 16 von Fig. 1 betätigt und steuert) ausgefal­ len ist. Wenn das der Fall ist, lautet das Ergebnis eines Tests 101 JA, und die Stellantriebsfunktionsfähigkeitsrou­ tine wird über einen Rückkehrpunkt 102 umgangen, der den Computer anweisen wird, mit anderen Programmroutinen fort­ zufahren, die sich nicht auf die Stellantriebsfunktionsfä­ higkeit beziehen. Wenn das Trimmsystem aber nicht ausgefal­ len ist, wird ein negatives Ergebnis des Tests 101 zu einem Test 103 führen, in welchem festgestellt wird, ob das Trimm­ system eingeschaltet ist. Wenn es nicht eingeschaltet ist, wird in einem Schritt 104 ein Modellpositionswert (äquiva­ lent dem Ausgangssignal des Modells auf der Leitung 31 in Fig. 1) gleich dem Positionsbefehl (dem Eingangssignal auf der Leitung 24 in Fig. 1) gesetzt. In einem Schritt 105 wird ein positiver Grenzwert gleich dem Nenngrenzwert ge­ setzt (wie beispielsweise gleich einem Nennstellantriebs­ änderungsgeschwindigkeitsgrenzwert von +10% der vollen Stellantriebsverstellung pro Sekunde), und in einem Schritt 106 wird ein negativer Grenzwert gleich dem Kehrwert des positiven Grenzwerts gesetzt. Die Schritte 104-106 bewir­ ken dadurch, daß die Stellantriebsfunktionsfähigkeitsrou­ tine ständig mit den Nennänderungsgeschwindigkeitsgrenzwer­ ten und einer akkumulierten Modellposition gleich dem gegen­ wärtigen Positionsbefehl initialisiert wird. Wenn das Trinm­ system eingeschaltet wird, wird das Modell daher mit dem­ selben Eingangssignal wie der Stellantrieb und mit den Nenn­ grenzwerten beginnen.

Nachdem das Trimmsystem eingeschaltet worden ist, so wird, vorausgesetzt, daß das System nicht ausfällt, wie im fol­ genden beschrieben, jeder Durchlauf durch das Computerpro­ gramm (beispielsweise einmal pro 50 ms in einem Hauptcompu­ terzyklus) den Eingangspunkt 100 erreichen, der Test 101 wird negativ sein und der Test 103 wird positiv sein, so daß die Stellantriebsfunktionsfähigkeitsroutine tatsächlich ausgeführt wird.

In Fig. 3 wird in einem Test 107 festgestellt, ob der Abso­ lutwert der Differenz zwischen der Steuerknüppelposition und der Trimmposition größer als 8,90 N (2 lbs) ist; wenn das der Fall ist, wird in einem Schritt 108 ein Pilotüber­ steuerungszeichen gesetzt. Das ist der Funktion des Summier­ punkts 53 und des Fenstervergleichers 51 in Fig. 1 äquiva­ lent. Dann liefert ein Schritt 109 den Gleichlauffehlerwert als Differenz zwischen der Trimmposition und der Modellpo­ sition, äquivalent dem Summierpunkt 32 in Fig. 1. In einem Schritt 110 wird die Grund- oder Rohgrenzwertvariable als der Gleichlauffehler mal einem Verstärkungsfaktor festge­ setzt, was dem Verstärker 47 in Fig. 1 äquivalent ist. Dann wird in einem Schritt 110 a ein Modellfehlerwert erzeugt, der gleich der Differenz zwischen dem Positionsbefehl und der Modellposition ist, was dem Summierpunkt 41 in Fig. 1 äquivalent ist.

In der Digitalausführung, die in den Fig. 3 und 4 darge­ stellt ist, wird ein einzelner variabler Grenzwert geschaf­ fen, um zu dem Nenngrenzwert addiert oder von diesem sub­ trahiert zu werden, äquivalent dem ersten Quadranten (d. h. den positiven Grenzwerten, die gegenüber positiven Modell­ fehlern wirksam sind, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt), der die Funktion des Verstärkers 74 und der diesem zugeord­ neten Schaltungsanordnung in Fig. 2 erfüllt. Das wird in der Digitalausführung erreicht, indem festgestellt wird, ob der Modellfehler negativ ist, und, wenn er es ist, das Vor­ zeichen der Grundgrenzwertänderung oder Grundgrenzwertvari­ ablen umgekehrt wird. Das ergibt die Grundgrenzwertvariable, die nicht verändert wird, wenn der Modellfehler positiv ist, und die, wenn der Modellfehler negativ ist, dieselbe Vor­ zeichenbeziehung zu ihm haben wird, wie wenn der Modellfeh­ ler positiv wäre. Die Grundgrenzwertvariable kann daher be­ nutzt werden, um die variablen Grenzwerte (wie in Fig. 2) zu erzeugen, als ob der Modellfehler positiv wäre, und kann dann wieder umgewandelt werden, so daß sich eine Begrenzung im vierten Quadranten ergibt, wenn der Modellfehler negativ ist. Zu diesem Zweck wird in einem Test 111 in Fig. 3 fest­ gestellt, ob der Modellfehler kleiner als null ist. Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 112 das Vorzeichen der Grund­ grenzwertvariablen umgekehrt. Dann wird der grundlegende variable Grenzwert (nur davon abhängig, ob der Gleichlauf­ fehler anzeigt, daß der Stellantrieb dem Modell voreilt oder nacheilt) gebildet, beginnend mit einem Test 113, in welchem festgestellt wird, ob die Grundgrenzwertvariable größer als +5% pro Sekunde ist. Wenn das der Fall ist, lie­ fert ein Schritt 114 eine Grenzwertvariable, die gleich einer Stellantriebsänderungsgeschwindigkeit von +5% der vol­ len Verstellung pro Sekunde ist. Wenn aber der Test 113 negativ ist, dann wird in einem Test 115 festgestellt, ob die Grundgrenzwertvariable negativer als eine Stellan­ triebsänderungsgeschwindigkeit von -5% der vollen Stellan­ triebsverstellung pro Sekunde ist. Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 116 eine Grenzwertvariable erzeugt, die gleich einer Stellantriebsänderungsgeschwindigkeit von -5% der vollen Verstellung pro Sekunde ist. Wenn aber beide Tests 113 und 115 negativ sind, erzeugt ein Schritt 117 eine Grenzwertvariable, die gleich der Grundgrenzwertvariablen ist.

In Fig. 3 besteht die nächste Funktion darin, festzustellen, ob eine zusätzliche Begrenzung in der Nacheilrichtung er­ wünscht ist oder nicht, weil der Pilot das Trimmsystem übersteuert. In einem Test 118 wird das Pilotübersteuerungs­ zeichen geprüft, das in dem oben erwähnten Schritt 108 gesetzt worden sein kann. Wenn es gesetzt ist, wird die Grundgrenz­ wertvariable in einem Test 119 überprüft, um festzustellen, ob sie in der Voreilrichtung liegt (d. h. in der in Fig. 3 ausgeführten Einquadrantengrenzwerterzeugung größer als null ist). Wenn dem so ist, wird ein Übersteuerungsgrenzwert in einem Schritt 120 erzeugt, der gleich null ist. Das berück­ sichtigt den Fall, in welchem, obgleich der Pilot übersteu­ ert, der Stellantrieb 16 gegenüber dem Modell noch voreilt, so daß eine zusätzliche Modellnacheilung nicht erforderlich ist, um die Stellantriebsverlangsamung in Abhängigkeit von Kräften zu berücksichtigen, die durch den Piloten auf die Vorrichtung ausgeübt werden. Wenn keine Pilotübersteuerung vorliegt, wird ein negatives Ergebnis des Tests 118 bewir­ ken, daß in dem Schritt 120 ein Übersteuerungsgrenzwert von null festgesetzt wird. Wenn der Test 119 negativ ist, dann wird in einem Test 121 festgestellt, ob die Grundgrenzwert­ variable eine Nacheilung anzeigt, die größer als 5% der vol­ len Stellantriebsverstellung ist. Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 122 ein Übersteuerungsgrenzwertsignal erzeugt, das gleich einer Nacheilung von 5% der Stellantriebsverstel­ lung pro Sekunde ist. Wenn dem aber nicht so ist, wird der Übersteuerungsgrenzwert in einem Schritt 123 so erzeugt, daß er gleich der Grundgrenzwertvariablen ist. Der endgültige Grenzwert für eine Einquadrantenbegrenzungsschaltung wird in Fig. 3 in einem Schritt 124 erzeugt, der einen positiven Grenzwert als Summe des Nenngrenzwerts, der Grenzwertvari­ ablen, die in einem der Schritte 114, 116, 117 geliefert wird, und des Übersteuerungsgrenzwerts erzeugt, der in einem der Schritte 120, 122 oder 123 geliefert wird. Diese Schritte erzeugen deshalb eine Grenzwertvariable, die eine gewisse Funktion des Gleichlauffehlers ist, solange das Gesamter­ gebnis nicht größer als 5% der Stellantriebsverstellung pro Sekunde ist, plus einem zusätzlichen Übersteuerungsgrenz­ wert nur in der Nacheilrichtung, wenn der Pilot dieses Sy­ stem übersteuert, wobei der zusätzliche Übersteuerungs­ grenzwert mit 5% der Verstellung in der Nacheilrichtung zugelassen wird. Bei großen Gleichlauffehlern kann aber ein Maximum von 5% Voreilung oder 5% Nacheilung auftreten, wenn es zu keiner Übersteuerung kommt, in welchem Fall ein Maximum von 10% Nacheilung auftreten kann. Der gesamte Nenngrenzwert kann also beseitigt werden, was zur Folge hat, daß das Signal fest auf null in dem Fall einer großen Nacheilung begrenzt wird, wenn der Pilot das System über­ steuert.

Das Stellantriebsfunktionsfähigkeitsprogramm geht vom unte­ ren Ende in Fig. 3 über einen Übergangspunkt 125 zu dem obe­ ren Ende in Fig. 4. Dort wird eine zusätzliche Überprüfung des Gesamtwertes des Einquadrantenbegrenzers ausgeführt, um zu gewährleisten, daß er zwischen null und 15% liegt. In einem Test 126 wird festgestellt, ob der positive Grenzwert eine Stellantriebsänderungsgeschwindigkeit von 15% der vol­ len Verstellung pro Sekunde übersteigt. Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 127 der positive Grenzwert auf eine Änderungsgeschwindigkeit von 15% pro Sekunde begrenzt. Wenn aber der Test 126 negativ ist, wird in einem Test 128 fest­ gestellt, ob der positive Grenzwert gleich irgendeiner ne­ gativen Stellantriebsänderungsgeschwindigkeit ist. Wenn dem so ist, wird der positive Grenzwert gleich null gesetzt (was als eine Änderungsgeschwindigkeit von 0% an Verstellung pro Sekunde angegeben ist), und zwar in einem Schritt 129. Der Einquadrantenbegrenzer wird dann in einem Schritt 130 in einen Zweiquadrantenbegrenzer umgewandelt, indem ein nega­ tiver Grenzwert gleich dem Negativen des positiven Grenz­ werts gesetzt wird.

An diesem Punkt ist nun die Stellantriebsfunktionsfähig­ keitsroutine von Fig. 3 und 4 bereit, die Grenzwerte einzu­ setzen. In Fig. 4 wird in einem Test 131 festgestellt, ob der Modellfehler den positiven Grenzwert übersteigt (welches der zusammengesetzte variable Grenzwert ist, der in Fig. 3 erzeugt wird). Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 132 der Modellfehler gleich dem positiven Grenzwert gesetzt. Wenn nicht, wird in einem Test 133 festgestellt, ob der Mo­ dellfehler negativer als der negative Grenzwert ist. Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 134 der Modellfehler gleich dem negativen Grenzwert gesetzt. Wenn aber der Test 133 negativ ist, wird ein Modellfehler so gelassen, wie er ist, da er den geeigneten Grenzwert (entweder positiv oder negativ, je nachdem, ob der Modellfehler entweder positiv oder negativ ist) nicht übersteigt. Die Schritte 132 und 134 sind der Wirkung der Z-Dioden 61 bzw. 65 in Fig. 2 äquivalent, während die tatsächlichen Werte dieser Grenz­ werte, die in Fig. 3 festgesetzt werden, dem Verändern des Potentials der Bezugspunkte 63, 67 beim Verändern des Grenz­ werts vom Nennwert aus äquivalent sind.

Nachdem der begrenzte Modellfehlerwert erzeugt worden ist (welcher in Fig. 4 einfach der Modellfehlerwert ist, nach­ dem die Tests 131 und 133 erreicht worden sind und die Schritte 132 und 134 erreicht worden sein können, je nach dem Wert), wird die Funktion des integrierenden Verstärkers 45 in Fig. 1 ausgeführt. Der Schritt 135 liefert ein Modell­ positionsinkrement, welches der begrenzte Modellfehler mal einem geeigneten Verstärkungsfaktor ist, äquivalent dem des integrierenden Verstärkers 45 ln Fig. 1. In dem Schritt 136 wird dieses Inkrement zu dem vorher akkumulierten Wert der Modellposition addiert, und zwar nach der bekannten Methode der stückweisen Integration. Selbstverständlich können die Werte Konstanten haben, die so festgesetzt sind, daß die Inkremente eine zeitliche Integrationsbeziehung zur Echt­ zeit haben, so daß das Modell auf eine Weise nachgeführt wird, die der Vorschubgeschwindigkeit des Stellantriebs 16 (Fig. 1) entspricht.

In Fig. 4 bestehen die nächsten Funktionen darin, festzu­ stellen, ob der Stellantrieb einen Fehler aufweist oder nicht. In einem Test 137 wird festgestellt, ob der Absolut­ wert des Gleichlauffehlers (der durch Benutzung der Modell­ position ermittelt wird, die in dem vorherigen Zyklus im Schritt 109 in Fig. 3 geliefert wird) einen gewissen Schwellenwert übersteigt, wie beispielsweise 10% der vollen Verstellung (im Gegensatz zu den Änderungsgeschwindigkeiten, die oben beim Begrenzen benutzt werden). In diesem Test wird die übliche Vereinbarung benutzt, daß die Verstellung eines Steuerknüppels mit ±50% angenommen wird, je nach der Richtung, wobei die volle Verstellung von -50% über null bis +50% geht. Der Test 137 wird daher positiv sein, wenn der Gleichlauffehler 10% der vollen Verstellung in der einen oder anderen Richtung übersteigt. Das ist der Funk­ tion des Fenstervergleichers 34 (Fig. 1) äquivalent. Ein positives Ergebnis des Tests 137 wird zur Folge haben, daß in einem Schritt 138 ein Durchlaufzähler inkrementiert wird, und in einem Test 139 wird festgestellt, ob der Durchlauf­ zähler einen Zählerstand von 5 erreicht hat oder nicht. Das ist der Verwendung der Verzögerungsschaltung 36 und der UND-Schaltung 37 in Fig. 1 äquivalent. Mit anderen Worten, wenn der Fehler über fünf Zyklen anhält (was etwa 250 ms äquivalent ist), wird von ihm angenommen, daß er nicht als Ergebnis von Signalrauschen oder als Ergebnis eines sprung­ haften Stellantriebsbetriebes, wenn der Stellantrieb die statische Reibung beim Anfahren überwindet, od. dgl., er­ zeugt worden ist. Ein positives Ergebnis des Tests 139 wird bewirken, daß eine Codegruppe gesetzt und in einem nicht­ flüchtigen Speicher in den Schritten 140 und 141 gespeichert wird, was dem Abgeben eines Fehlersignals auf der Leitung 40 äquivalent ist. In einem Schritt 142 wird das Zeichen, das angibt, daß das Trimmsystem eingeschaltet ist, und das in dem Test 103 abgefragt wird, rückgesetzt. In einem Schritt 143 wird das Trimmsystemausfallzeichen gesetzt, das der Funk­ tion des Flipflops 26 in Fig. 1 äquivalent ist. In einem Schritt 144 wird dann der Durchlaufzähler rückgesetzt, was auch immer dann erfolgt, wenn der Gleichlauffehler nicht übermäßig groß ist, was durch ein negatives Ergebnis des Schrittes 137 ermittelt wird, und weitere Teile des Com­ puterprogramms können über einen Rückkehrpunkt 145 erreicht werden. Immer dann, wenn der Test 139 negativ ist, was an­ zeigt, daß weniger als fünf Zyklen mit einem übermäßigen Fehler vorlagen, werden die Schritte 140-144 umgangen, und andere Teile des Programms werden über den Rückkehr­ punkt 145 erreicht.

In der als Beispiel beschriebenen Digitalausführungsform von Fig. 3 ist es, wie bei jedem digital ausgebildeten Rück­ führungssystem, notwendig, einen oder einen anderen Wert zu benutzen, der in einem vorangehenden Zyklus erzeugt worden ist, um etwa in einem gegenwärtigen Zyklus festzu­ stellen. Ein neuer Gleichlauffehlerwert wird, wie oben be­ reits kurz erwähnt, in dem Schritt 109 erzeugt, und ein neuer Modellfehler wird in dem Schritt 110 erzeugt, der je­ doch die Verwendung einer zuvor in dem Schritt 110 a be­ stimmten Modellposition erfordert. Andererseits, wenn der Modellfehler erst nach dem Schritt 136 in Fig. 4 ermittelt wird, so könnte für ihn eine auf den neuesten Stand ge­ brachte Modellposition benutzt werden, die in diesem Zyklus erzeugt wird. Aber in diesem Fall würde das Vorzeichen des Modellfehlers, das in dem Test 111 überprüft wird, das Vor­ zeichen des zuvor ermittelten Modellfehlers sein. In dem hier beschrieben Beispiel wird bei dem Gleichlauffehlertest in dem Schritt 137 von Fig. 4 ein Gleichlauffehler benutzt, der in dem Schritt 109 erzeugt worden ist, welcher die vor­ herige Modellposition ebenfalls enthält. Das ist jedoch un­ kritisch, insbesondere wenn ein Durchlaufzähler bei dem Fehler benutzt wird.

Es gibt verschiedene weitere Variationsmöglichkeiten für die Digitalausführungsform. Beispielsweise wäre es mit zu­ sätzlicher Programmierung möglich, die variablen Grenzwerte des Zweiquadrantenbegrenzers in jedem Fall gänzlich unab­ hängig zu erzeugen. Es könnte ein Test durchgeführt werden, um festzustellen, welcher Begrenzer (ein Erster-Quadrant- Begrenzer oder ein Dritter-Quadrant-Begrenzer) in Abhängig­ keit davon notwendig sein würde, ob der Modellfehler posi­ tiv oder negativ ist, und um die Grenzwertvariablen nur für diesen besonderen Quadranten zu erzeugen. Bei Bedarf könn­ ten selbstverständlich verschiedene Kombinationen davon be­ nutzt werden. Die Einzelheiten der genauen Programmierung hängen von dem benutzten Programmierstil ab, der wiederum von der Computerarchitektur und von dem verfügbaren Spei­ cherraum, von zeitlichen Einschränkungen und dgl. abhän­ gig ist, was an sich bekannt ist. In einer Implementierung der Erfindung, die erzielt und oben beschrieben worden ist, gibt es daher Variationen in der Programmierung, um Anpas­ sungen an Computerarchitektur- und Programmiererfordernisse vorzunehmen, die jedoch nicht aus dem in den Fig. 3 und 4 zur Erläuterung der Erfindung benutzten Flußdiagramm her­ vorgehen, um nicht das Verständnis der Erfindung zu er­ schweren. Diese Einzelheiten selbst bilden keinen Teil der Erfindung und sind irrelevant.

Aus den hier beschriebenen Digital- und Analogausführungs­ formen der Erfindung geht hervor, daß die Erfindung ein Mo­ dell schafft, daß eine Modellposition für den Vergleich mit einer Trimmstellantriebsposition erzeugt, wobei das Modell adaptiv ist, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Stellan­ trieb dem Modell voreilt oder nacheilt und ob eine Pilot­ übersteuerung benutzt wird. Das Voreilen und Nacheilen legt fest, ob eine größere oder kleinere Begrenzung zu verwenden ist, und die Übersteuerung gestattet eine weitere Begren­ zung, um eine starke Belastung des Stellantriebs durch Kräf­ te, die der Pilot auf den Steuerknüppel (oder auf Pedale, je nachdem) ausübt, zu berücksichtigen.

Es sei beachtet, daß ein Fehler als eine Positionsdifferenz genommen wird, die ein gewisses Schwellenwertausmaß über­ steigt, wie beispielsweise 10% der Verstellbarkeit oder des Ver­ stellhubes. Die adaptive Fehlererkennung oder Änderungsgeschwindigkeit der Position adaptiv, da die Grenzwerte die Größe der In­ kremente steuern, die in dem Modell integriert werden. Wenn der Gleichlauffehler so ist, daß der Stellantrieb dem Mo­ dell entweder voreilt oder nacheilt, wobei der Modellgrenz­ wert auf das Maximum oder Minimum festgesetzt ist, wird da­ her nach einer Zeitspanne die Positionsdifferenz des Feh­ lersignals ausreichend sein, um einen Fehler anzuzeigen.

Vorstehend ist die verbesserte adaptive Flugzeugstellan­ triebsfehlererkennungsanordnung nach der Erfindung beschrie­ ben, die eine zusätzliche Änderungsgeschwindigkeitsbegren­ zung in dem Modell immer dann vornimmt, wenn der Pilot mehr als ein Schwellenwertausmaß an Kraft auf den Stellantrieb durch Betätigung der dem Pilot zur Verfügung stehenden Steuerelemente ausübt. Eine analoge adaptive Stelenantriebs­ fehlererkennungsanordnung ähnlich der Ausführungsform von Fig. 2, die aber nicht in der Lage ist, die Belastung des Stellantriebs durch den Piloten zu berücksichtigen, ist Stand der Technik. Diese bekannte Anordnung arbeitet mit einer Diodendurchlaßspannungsbegrenzung zum Erzielen der Nennbegrenzung (äqulvalent der, die durch die Z-Dioden 61, 65 erzielt wird) und der Voreil- oder Nacheilveränderung in der Nennbegrenzung (äquivalent der, die durch die Z-Dio­ den 78, 79 und 92, 93 erfolgt). Die bekannte Anordnung ent­ hält jedoch keine Pilotübersteuerungsfunktionen (wie sie durch die Schalter 81, 95 und die Z-Dioden 80, 94 in Fig. 2 vorgesehen sind). Dadurch, daß die Erfindung eine zusätz­ liche Begrenzung in der Nacheilrichtung gestattet, wird so­ mit die Erzeugung von unechten Fehleranzeigen oder das Er­ fordernis eines Abschaltens der Erkennungsanordnung oder einer weiteren Verschlechterung der Leistungsfähigkeit in­ folge von Einwirkungen durch den Piloten vermieden.

Claims (2)

1. Anordnung zum Erkennen von Fehlern im Trimmstellan­ trieb (16) einer Flugzeugsteuerung mit einem Steuerknüppel (12), der über ein mechanisches Gestänge (13) mit einem Servomotor (14) einer Steuerfläche verbunden ist, wobei der Trimmstellantrieb (16) elastisch mit dem mechanischen Ge­ stänge (13) verbunden ist und von einem Positionsbefehls­ signal (Leitung 24) eines Autopiloten verstellbar ist, mit einem Positionsdetektor (20), der mit dem Trimmstell­ antrieb (16) verbunden ist und ein Trimmpositionssignal (Leitung 21) liefert, und mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (Fig. 1, 2; 3, 4) zum Abgeben eines Positionsfehlersignals an den Stellantrieb (16) als Differenz zwischen dem Positionsbefehlssignal (Leitung 24) und dem Trimmpositionssignal (Leitung 21), zum Erzeugen eines Modellpositionssignals (Leitung 31), zum Er­ zeugen eines Gleichlauffehlersignals (Leitung 33) als Dif­ ferenz zwischen dem Trimmpositionssignal (Leitung 21) und dem Modellpositionssignal (Leitung 31), zum Erzeugen eines Modellfehlersignals (Leitung 42) als Differenz zwischen dem Positionsbefehlssignal (Leitung 24)und dem Modellpositions­ signal (Leitung 31), zum Erzeugen des Modellpositionssignals (Leitung 31) als Integral des Modellfehlersignals (Lei­ tung 42), soweit das Modellfehlersignal (Leitung 42) einen Grenzwert nicht übersteigt, der durch einen begrenzten Teil des Gleichlauffehlersignals (Leitung 33) verändert wird, wobei der Grenzwert in dem Fall erhöht wird, in welchem das Gleichlauffehlersignal (Leitung 33) anzeigt, daß die Modell­ position der Stellantriebsposition voreilt, und verringert wird, wenn das Gleichlauffehlersignal (Leitung 33) anzeigt, daß die Modellposition der Stellantriebsposition nacheilt, und zum Liefern eines Fehleranzeigesignals (Leitung 40), wenn das Gleichlauffehlersignal (Leitung 33) eine Schwellen­ wertgröße übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungseinrich­ tung Einrichtungen (81; 107, 108) zugeordnet sind, die ein Pilotübersteuerungssignal liefern, wenn der Pilot das Ge­ stänge (13) um mehr als ein vorbestimmtes Schwellenwertaus­ maß von der Trimmposition verschiebt, und daß die Signalverarbeitungseinrichtung das Modellpositions­ signal (Leitung 31) als das Integral des Modellfehlersignals (Leitung 42) begrenzt in einem Ausmaß liefert, das weiter durch einen begrenzten Teil des Gleichlauffehlersignals (Leitung 33) auf das Pilotübersteuerungssignal hin ver­ ringert wird, wenn das Gleichlauffehlersignal (Leitung 33) anzeigt, daß die Stellantriebsposition der Modellposition nacheilt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung den Grenzwert auf das Übersteuerungssignal hin auf null verringert, wenn das Gleichlauffehlersignal (Leitung 33) anzeigt, daß die Stellantriebsposition der Modellposition um ein vorbe­ stimmtes Ausmaß nacheilt.