<B>Automatische Steuerungseinrichtung, insbesondere für Luftfahrzeuge.</B> Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Steuerungseinrichtung, wei- ehe ein Instrument aufweist, das auf die Änderung oder die Änderungsgeschwindigkeit eines Zustandes eines Körpers, beispielsweise auf die Lage oder auf die Änderungsgeschwin digkeit der eingenommenen Lage eines Luft fahrzeuges, anspricht.
und ein elektrisches Si gnal entsprechend einer solchen Änderung oder Änderungsgeschwindigkeit erzeugt, und welche einen Verstärker zur Verstärkung eines solchen Signals und Mittel für die Ver änderung des Zustandes entsprechend der ab gegebenen Leistung des Verstärkers besitzt, um einen vorbestimmten Zustand, beispiels weise eine vorbestimmte Lage eines Flugzeu ges, aufrechtzuerhalten. Eine solche Steue rungseinrichtung ist in den schweizerischen Patentschriften Nr. 282250 und Nr. 275682 be schrieben.
Damit der vorbestimmte Zustand so rasch und genau als möglich wiederhergestellt wer den kann, wenn er durch eine andauernde oder kurzzeitige Störung verändert worden ist, ist es notwendig, dass ein Verstärker mit möglichst hoher Verstärkung verwendet wird. Wenn anderseits die Steuerungseinrichtung eine gewisse zeitliche Trägheit hat, wie es ge wöhnlich der Fall ist, kann ein hoher Verstär kungsgrad zu einem Zustand andauernden Schwingens oder Pendelns führen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Steuereinrichtung zu schaffen, bei der ein sol ches Pendeln vermieden wird.
Gemäss der vorliegenden Erfindung weist eine automatische Steuerungseinrichtung der erwähnten Art Mittel auf, um den wirksamen Verstärkungsgrad des Verstärkers gemäss der Änderungsgeschwindigkeit des Eingangs signals so zu verändern, dass die Änderungs geschwindigkeit des Ausgangssignals im Ver gleich zur Änderungsgeschwindigkeit des Ein gangssignals vermindert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Teil des Ausgangs signals vom Verstärker einer Vorrichtung zu geführt, die eine der Änderungsgeschwindig keit des Verstärkerausganges entsprechende Spannung erzeugt, und der Ausgang der Vor richtung wird dem. Eingang des Verstärkers so zugeführt, dass er dem Eingangssignal ent gegenwirkt.
Die Mittel zur Veränderung des Zustandes können durch einen Dreiphasenelektromotor gesteuert werden, der ein Drehmoment er zeugt, das dem Ausgang des Verstärkers ent spricht. Zu diesem Zweck kann eine der Pha senwicklungen des Motors mit dem einen Pol einer Endphasen-Wechselstromquelle verbun den sein, ein Phasenteilerkondensator zwi schen die Enden der übrigen beiden Wicklun gen, zwei veränderliche Impedanzen entspre chend zwischen je einer Klemme des Phasen- teil.erkondensators und den andern Pol der Einphasenwechselstromquelle geschaltet sein,
wobei die Werte der genannten Impedanzen durch den Ausgang des erwähnten Verstär kers gesteuert werden, wodurch der Motor ein Drehmoment erzeugt, das der Differenz zwi- sehen den Strömen in den erwähnten Impe danzen entspricht. Vorteilhafterweise können Mittel vorgesehen sein zur Erzeugung eines Signals, das der Änderungsgeschwindigkeit der Differenz zwischen den erwähnten Strö men entspricht, und gleichzeitig Mittel, uni das genannte Signal so dem Verstärkerein- gang zuzuführen, dass es dem Eingangssignal entgegenwirkt.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll an Hand der beiliegenden Zeichnung beschrieben werden, die ein Schalt schema des Verstärkers und des Motors für eine erfindungsgemässe automatische Steiie- rungseinriehtung zeigt, bei der das Steue- r2ingssignal eine Wechselspannung ist.
Diese Ausführungsform kann beispielsweise bei der automatischen Steuerung für Flug zeuge, wie sie in den genannten schweizeri schen Patentschriften beschrieben ist, verwen det werden.
Ein Wechselstromsignal mit einer konstan ten Frequenz (Bezugsfrequenz) und einer be stimmten Phase (Bezugsphase) wird zwischen der Klemme 12 und der Erde zugeführt.
Wenn die erwähnte Vorrichtung bei der in den genannten schweizerischen Patentschrif ten beschriebenen Steuerung für Flugzeuge verwendet wird, wird das Signal durch ein auf Drehgeschwindigkeit ansprechendes Krei sel erzeugt, welches Kreisel auf Verdrehung des Flugzeuges um eine Richtachse und die abgegebene Leistung eines elektrischen, die Drehzahl messenden Signalerzeugers an spricht, der entsprechend der Bewegungs geschwindigkeit der entsprechenden Steuer fläche ein Signal abgibt. Somit entsteht im Falle einer Lageänderung, die aus einer Dre hung des Flugzeuges besteht. und die durch die Steuerungseinrichtung gesteuert werden soll, ein Signal zwischen der Klemme 12 und der Erde entsprechend der Drehgeschwindig keit.
Dieses Signal wird in Serie mit dem Aus- gang des Ringniodulators, der die Trocken gleichrichtereleniente 53, 54, 55 und 56 und die Widerstände 57, 58, 59, 60 aufweist, und dessen Aufgabe später erläutert wird, über einen Kondensator 13 und einen Gitterableit- widerstand 17 den miteinander verbundenen Gittern der Röhren 15 und 16 zugeleitet. An diese Röhren sind Widerstände 61, 62 und 63 angeschlossen.
Dein Transformator 1.1 wird auf der Primärseite eine Wechselspannung konstanter Amplitude mit der genannten Be zugsphase und Bezugsfrequenz zugeführt.. Die Mittelanzapfung der Sekundärseite des Trans formators ist. mit der Erde verbunden, wäh rend die äussern Anschlüsse über die Spulen 7.8 und 19 entsprechend mit den Anoden der Röhren 15 und 16 verbunden werden. Die Spulen 18 und 19 bilden die Steuerungswick lungen eines Übertragesystems, das einen Mo tor 20 steuert, der ein Servomotor ist und den Zustand steuert, entsprechend dem das Ein trittssignal erzeugt wird.
Das heisst, die Spu len 18, 19 sitzen auf den Eisenkernen der Drosselspulen 33, 33ä und 34, 34a., durch wel che der elektrische Strom dem Motor Zuge führt wird, wobei eine Änderung des Gleicli- stronies durch die Steuerungswicklungen eine teilweise Sättigung und eine Änderung der Perineabilität der Eisenkerne und somit der durch die Drosselspulen erzeugten Impedanz zur Folge hat.
Wenn das Signal von einem auf Drehgeschwindigkeit ansprechenden Kreisel und von einem die Drehzahl messenden Er zeuger erzeugt wird, so wird der Motor 20 die betreffende Steuerfläche und somit die Lage des Flugzeuges entsprechend dem Eintritts signal steuern, das heisst er wird das Flugzeug so steuern, dass seine Drehung korrigiert wird. .Der Motor 20 ist zweckmä.ssigerweise von der in der schweiz. Patentschrift :r.261482 be- sehriebenen Art und besitzt Phasenwicklun gen 21, 22, 23 in Sternschaltung. Ein Konden sator 24 ist, zwischen die freien Enden der Wicklungen 22 und 23 geschaltet.
Das freie Ende der Wicklung 21 ist. mit. der einen Klemme eines Wechselstromgenerators 25 ver bunden. Die mit 61 bezeichnete andere Klemme des Generators 25 ist über die Gleichrichter 39 und 40 und die Indukt.anzen bzw. Spulen 33 und 33a. mit dem freien Ende der Motorwick lung 22 und über die Gleichrichter 41 und 42 und die Induktanzen bzw. Spulen 34 und 34a mit dem. freien Ende der Mot.orwiek- lung 23 verbunden. Die Spulen 33, 33a, 34., 34a bilden die Leistungswicklungen des über tragersystems, dessen Steuerwicklungen durch die Spulen 18 und 19 gebildet werden.
Wie ersichtlich, sind die Gleichrichter 39 und 40 leitend für aufeinanderfolgende Spannungs- halbperioden vom Generator 25 wie auch die Gleichrichter 41 und 42. Ein Widerstand 26 ist zwischen die Enden der Spulen 33 und 33a geschaltet, die mit. den Gleichrichtern 39 und 40 verbunden sind, während ein Widerstand 27 auf gleiche Art. in bezug auf die Spulen 34, 34a und die Gleichrichter 40, 41 geschaltet ist. Die Primärseite eines Transformators 35 ist je mit einem Ende der Widerstände 26 und \27 verbunden, wobei der Strom durch die Pri märwicklung dem Unterschied der mittleren Ströme zwischen der Klemme 61 und den Enden der Motorwicklung 22 und 23 ent spricht.
Ein Kondensator 36 ist auf der Sekundärseite des Transformators 35 ange schlossen. Auf diese Weise wird auf der Sekundärseite des Transformators 35 eine Spannung erzeugt in Übereinstimmung mit der Änderungsgeschwindigkeit der Differenz zwischen den mittleren Strömen zwischen der Klemme 61 und den Enden der entsprechen den Motorwicklungen 22 und 23. Diese Span nung wird dem Eingang eines gebräuchlichen Ringmodulators zugeführt, der Halbwellen gleichrichter 53, 54, 55, 56 und Widerstände 57, 58, 59, 60 umfasst. Eine Wechselspannung konstanter Amplitude mit Bezugsfrequenz und Bezugsphase wird durch die Quelle 5:1. geliefert und dein Wechselstromeingang des Modulators zugeführt.
Auf diese Weise .wird am Ausgang des Modulators ein Wechsel- stromsignal erzeugt, das entsprechend den er wähnten Stromdifferenzen moduliert ist. Die sei Ausgang ist, wie schon bemerkt, in Serie geschaltet mit dein Eingangssignal der ganzen Vorrichtung. Die Wirkungsweise der Schal tung ist folgende: Angenommen, ein Signal konstanter Am plitude werde zwischen der Klemme 1.2 und der Erde zugeführt. Wenn die Amplitude des Signals gleich null ist., werden abwechslungs weise bei jeder Halbperiode gleiche Strom stösse durch die Windungen 18 und 19 flie ssen, das heisst die Gleichströme durch diese Windungen werden gleich sein.
Angenommen, es werde ein Signal, dessen Amplitude nicht null ist, zugeführt und von dem noch voraus gesetzt werden kann, es sei in Phase mit der Spannung an der Anode der Röhre 15. Der Gleichstrom durch die Spule 18 wird dann zunehmen, während jener durch die Spule 1.9 abnehmen wird, und die Differenz zwischen diesen Strömen wird proportional zur Ampli tude des Eintrittssignals sein.
Der Strom durch die Spulen 18 und 19 steuert die Impedanzen der entsprechend ver änderlichen Drosselspulen 33, 33a und 34, 34a, wie bereits erwähnt., durch Verändern der Permeabilität der Eisenkerne, um welche sie gewunden sind, und somit die Impedanzen der Stromkreise zwischen der Klemme 61 und den Enden der entsprechenden Motorwick lungen 22 und 23, wobei diese Impedanzen gleich sind, wenn die Ströme in den Spulen 1,8 und 19 gleich sind.
So wird durch das Zu führen eines Signals zwischen Klemme 12 und der Erde die Grösse der Ströme, die von der Klemme 61 zu den freien Enden der -#Vick- lungen 22, 23 fliessen, verändert, und der Motor erzeugt ein Drehmoment entsprechend der Differenz zwischen diesen beiden Strömen. Dieses Drehmoment wird auf Mittel übertra gen, welche bewirken, dass der vorausbe stimmte Zustand, dessen Veränderung das Signal veranlasste, wieder hergestellt wird. Wenn die Einrichtung beispielsweise bei einer automatischen Steuerungseinrichtung für Flugzeuge, wie erwähnt, angewendet wird, so wird das Drehmoment. an die betreffende Steuerfläche übertragen, um die das Eintritts signal an der Klemme 12 erzeugende Dreh..
geschwindigkeit zu korrigieren.
Wenn ein festes bzw. gegebenes Eingangs signal für eine gewisse Zeit zugeführt worden ist, wird der Strom auf der Primärseite des Transformators 35 unverändert bleiben und kein Signal an den Ausgangsklemmen des Ringmodulators in Erscheinung treten. Auf diese Weise wird die ganze Verstärkung des Verstärkers wirksam zur gewünschten Aui. - rechterhaltung der Stabilität während länge rer Zeitspanne.
Eine Veränderung des Ein gangssignals wird indessen eine Spannung auf der Sekundärseite des Transformators 35 ver anlassen, die proportional der Spannungs änderung bzw. Änderungsgeschwindigkeit der Eingangsspannung ist, und diese Spannung wird, wenn sie wieder moduliert worden ist, in Serie mit dem Eingang geschaltet, derart, dass sie entgegengesetzt zum Eingangssignal wirkt. Die wirksame Verstärkung und so auch die Stabilität werden so herabgesetzt für sich ändernde Eingangssignale. Gleicherweise wird infolge der Verminderung der wirksamen Ver stärkung für raschschwingende Signale die Neigung zum Pendeln ebenfalls herab gesetzt.