CH629008A5 - Geschlossener servokreis und verwendung desselben in einer vorrichtung zum richten eines geschuetzrohrs. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen geschlossenen Servokreis mit einer Sollwerteingabeanordnung, einem mit einer Last gekuppelten Servomotor sowie einer rückgekoppelten Istwertermittlungseinrichtung, und eine Verwendung desselben in einer Vor- 55 richtungzum Richten eines Geschützrohres bekannterweise starr mit einem Zahnkranz verbunden, der durch einen Servo-Motor des Servo-Systems gedreht werden kann.

Ein solcher geschlossener Servo-Schaltkreis, der an sich bekannt ist, ist beispielsweise in Fig. 1 dargestellt, wobei dieser 60 Schaltkreis eirièn Verstärker 1, einen Servo-Motor 2, eine z.B. in Form eines Geschützrohres vorliegende Last 3 und eine Rückkopplungsschleife 4 aufweist. Der Soll-Wert wird beim Punkt 5 eingegeben, und der Ist-Wert liegt beim Punkt 6. In einem solchen Schaltkreis führt eine Nachgiebigkeit F und/oder ein Schlupf (Spiel) G oft zu unerwünschten Auswirkungen, wie Unstabilität und ruckweise Bewegungen bei niedrigen Geschwindigkeiten. Eine hohe dynamische Genauigkeit erfor65

dert ein unmittelbares Ansprechen und Anhalten der Bauteile im System an den genau richtigen Stellen mit gleicher Wiederholbarkeit, wobei aber durch das Umschalten der Bewegungen und durch Änderungen des Bewegungsausschlages die vorerwähnte Leistungsfähigkeit wegen nachgiebiger Stellen und Schlupfstel-len im System begrenzt wird, und damit auch die dynamische Genauigkeit beeinträchtigt wird.

In vielen Servo-Systemen der in Fig. 1 gezeigten Art entsteht die grösste Nachgiebigkeit und der grösste Schlupf (Spiel) in der Kraftübertragung zwischen dem Servo-Motor 2 und der Last 3. Wenn dieses System in der bekannten Weise nach Fig. 2 modifiziert wird, so dass die Rückkopplung unmittelbar beim Ausgangsende des Servo-Motors 2 stattfindet, liegen die Nachgiebigkeitsstelle F und die Schlupfstelle G nicht direkt im geschlossenen Servo-Schaltkreis, die Rückkopplung findet aber am Punkt 7 statt, der der Ausgangswelle des Servo-Motors entspricht. Es wird nunmehr wohl der Hauptteil der unerwünschten Effekte eliminiert, stattdessen tritt aber eine Ujigenauigkeit in der Position der Last 3 auf, hervorgerufen durch die Nachgiebigkeitsstelle F und die Schlupfstelle G. Beim Schaltkreis nach Fig. 2 ist noch ein Getriebe 8 für den Servo-Motor vorhanden.

In manchen Servo-Systemen ist jedoch die Anwendung einer Rückkopplung nachFig. 2 unmöglich. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn, wie in der Fig. 3 gezeigt, an der Last ein Kreisel 9 angeordnet ist, der auf die jeweilige Position oder die jeweilige Geschwindigkeit anspricht. Wenn weiterhin noch Störgrössen ß auftreten, z.B. von einer bewegten Unterlage her (z.B. auf einem Schiff), welche das Servo-System beeinflussen, so ergibt sich das vereinfacht in Fig. 3 dargestellte Block-Schaltbild, in dem der Drehwinkel des Servo-Motors 2 mit cp und der Drehwinkel der Kraftübertragung 8 (Last 3) mit a bezeichnet ist. Die Störgrössen ß werden am Punkt 10 in den Schaltkreis eingebracht, worauf dann das Signal a + ß erhalten wird.

Um bei dem in Fig. 3 gezeigten System gute Eigenschaften hinsichtlich der Servo-Technikzu erhalten, müssen Massnahmen getroffen werden, um eine starre, d.h. spielfreie Kraftübertragung mit grösstmöglichem Ausmass zu erhalten. Hierfür wurden schon vorgespannte Lagerorgane, überdimensionierte Kraftübertragungselemente, fest aneinanderliegende Zahnräder, Kupplungselemente mit Federwirkung und andere teure, voluminöse und heikle Lösungen mit gewisser verbesserter Auswirkung verwendet. In vielen Fällen ist es jedoch in der Praxis nicht möglich, mit den erwähnten Massnahmen solche grosse Verbesserungen zu erzielen, die wünschbar wären.

Es wird die Schaffung einer Einrichtung bezweckt, mit der die erwähnten Probleme in einem Servo-System, z.B. der in Fig. 3 gezeigten Art gelöst werden können. Mit der Einrichtung soll also der Hauptteil der vorerwähnten Nachteile, hervorgerufen durch Nachgiebigkeit und Spiel in der Kraftübertragung zwischen dem Servo-Motor und der Last, vermieden werden können.

Der erfmdungsgemässe Servokreis ist dadurch gekennzeichnet, dass ablaufmässigvorund hinter unerwünschten Schlupfstellen (G) bzw. Nachgiebigkeitsstellen (F) Messvorrichtungen an Fühlpunkten im Servokreis sind, um einen Parameter zu bestimmen, derfür den Schlupf bzw. die Nachgiebigkeit charakteristisch ist und dass der damit ermittelte Parameter (cp' — a) an einem Punkt in den Servokreis eingespeist wird, welcher regeltechnisch von den Fühlpunkten derart getrennt ist, dass die durch den Schlupf bzw. die Nachgiebigkeit hervorgerufenen Auswirkungen aus dem Rückkopplungssignal eliminiert sind.

In der Zeichnung sind verschiedene bekannte Servo-Kreise und mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1-3 verschiedene bekannte Servo-Kreise in schemati-scher Darstellung,

Fig. 4 einen erfindungsgemässen Servo-Kreisin schemati-scher Darstellung, und

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Fig. 5.6 zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen- und federbelastet und steht deshalb unter Federwirkung mit dem standes mit dem in Fig. 4 gezeigten Servo-Kreis in teilweise Zahnkranz 15 in Verbindung. Der Zahnkranz 15 wird von einer schematischer und teilweise schaubildlicher Darstellung. Grundplatte 15' getragen, auf der sich das Geschützrohr befin-

In den Figuren wurden einander entsprechenden Bauteilen det. Diese Grundplatte 15' kann in der Praxis meistens nicht ganz die gleiche Bezugszahl gegeben. 5 ohne Spiel (Schlupf) gelagert werden, wodurch der letzteTeilin

Die in den Fig. 1-3 gezeigten Servo-Kreise werden im Zusam- der Kraftübertragung im Servo-Kreis, also die Getriebestufen 15 menhang mit den eingangs erwähnten Problemen erläutert. Der und 16 zusammen mit der Grundplatte 15' ein bestimmtes Spiel gemäss Fig. 4 gezeigte Servo-Kreis unterscheidet sich von dem in (Schlupf) haben.

Fig. 3 gezeigten Steuer-Kreis u.a. dadurch, dass die Grössen cp und Die Anordnung des Winkelübertragers 18 bezüglich des a, die z.B. die Positionen der Ausgangswelle des Servo-Motors io Antriebsrades 16 ist bezüglich der Ebene der Grundplatte 15' bzw. der Last 3 im selben Koordinatensystem angeben, von den sehr wesentlich, damit ausschliesslich die Drehbewegung und Messvorrichtungen ständig gemessen werden, nachdem die keine Querbewegungen durch den Winkelübertrager 18 festge-

Grösse cp in einem Umformer 8' auf den gleichen nominalen stellt werden. Die in diesem Fall vorgesehenen Querbewegungen

Geschwindigkeitsstand wie die Grösse a zurückgeführt worden sind primär solche, wie sie in Fig. 5 durch Pfeile auf der ist, wie es in Fig, 4 mit der Grösse cp' gezeigt ist. In Fig. 4 weisen dieis Grundplatte 15' angedeutet sind und u.a. durch das Spiel in der Messvorrichtungen einen ersten Addierer 11 auf, der die Grösse Lagerung der Grundplatte auftreten. Es hat sich herausgestellt, (cp' -a) erzeugt, welcher Wert dem Momentanwert des uner- dass zum Erreichen der bestmöglichen Wiedergabe des Winkels a wünschten Schlupfes G und der Nachgiebigkeit F entspricht. mit dem Winkelübertrager 18 dieser in einem Winkel 0 bezüg-

Der auf die Geschwindigkeit ansprechende Kreisel 9 gibt eine lieh des Antriebsrades 16 angeordnet werden sollte, welcher Information bezüglich der Geschwindigkeit der Last 3 in einem 20 Winkel im wesentlichen 90° ist.

im Raum feststehenden Koordinatensystem, wobei diese Infor- Um eine noch wirksamere Eliminierung von Querbewegun-

mation in Form eines Ausgangssignals erhalten wird, das dem genzuerzielen, wenn die Grundplatte 15' durch das Antriebsrad Wert d/dt (cp + ß) proportional ist, wobei der Wert ß der Momen- 16 gedreht wird, wird beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 der tanwert der Störung ist. Winkelübertrager 18 durch zwei Winkelübertrager 18' und 18"

Durch Integration des Kreiselsignals in einem Integrator 12 25 ersetzt, die einander diametral gegenüberliegend (180°) angeord-wird im wesentlichen das Signal (a + ß) erzielt, wobei in diesem net werden, wobei der Winkel 0 zwischen dem Antriebsrad 16 Zusammenhang darauf hingewiesen werden soll, dass eine ideale und dem jeweils zugeordneten Winkelübertrager wiederum etwa Integration praktisch nicht möglich ist. Die Summierung des 900 beträgt. Es wird dann noch ein dritter Addierer 19 verwen-

intergrierten Kreiselsignals (a + ß) und der gemessenen Werte det, so dass aus den Signalen a' und a" das Signal a erhalten wird, (cp' -a) des Schlupfes G und der Nachgiebigkeit F in einem zweiter?0 wobei die Einflüsse der Querbewegungen der Grundplatte elimi-Addierer 13 ergibtals Resultat ein Signal (cp' + ß). Es soll darauf niert worden sind.

hingewiesen werden, dass dieses Signal keinerlei Information Die vorherstehend erwähnten Bauteile sind für sich bereits im bezüglich des Schlupfes G und der Nachgiebigkeit F der Kraft- Detail bekannt.

Übertragung erhält. Aus diesem Grunde wird das System hin- Die erfindungsgemässe Einrichtung kann neben den erläuter sichtlich des Einflusses von Schlupf und Nachgiebigkeit im 35 ten Ausführungsformen noch weitere Modifikationen aufweisen,

wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie das System nach So ist die Lösung natürlich nicht an die dargestellte Signalverar-Fig. 2 aufweisen. beitung gebunden. So können z.B. anstelle des Messens der

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 besteht die Last 3 aus Grössen a und cp deren Zeit-Ableitungen gemessen werden, und einem Geschützrohr 14, das mittels eines Zahnkranzes 15 in diese können direkt mit dem Ausgangssignal des dargestellten

Querrichtung drehbar ist. Dieser Aufbau ist an sich bekannt. Der 40 Kreisels verglichen werden. Weiterhin können alle bekannten Zahnkranz 15 wird durch ein Antriebsrad 16 angetrieben, das auf Möglichkeiten der Servo-Technik beim Signalverarbeiten ange-der Ausgangswelle einer Kraftübertragung (Getriebe) sitzt. Die wandt werden. Weiterhin muss das Messen mit den Messvorrich-Messvorrichtungen zum Messen der Werte von cp und a weisen tungen nicht ständig erfolgen, sondern kann auch in regelmässi-zwei Winkelübertrager 17 und 18 auf, von denen der Übertrager gen Abständen durchgeführt werden, was der Fall ist, wenn 17 mit einem Zahnrad kämmt, das auf der Welle des Servo- 45 periodisch messende Umformer, z.B. solche mit Kodierscheiben Motorssitzt. DerÜbertragerl8kämmtmitdemZahnkranzl5. sind digitaler Signalverarbeitung, verwendet werden. Das Zahnrad des Übertragers 18 ist in bekannter Weise unterteilt

2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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   -■ PATENTANSPRÜCHE

   1. Geschlossener Servokreis mit einer Sollwerteingabeanordnung (5), einem mit einer Last (3) gekuppelten Servomotor (2) sowie einer rückgekoppelten Istwertermittlungseinrichtung, 5 dadurch gekennzeichnet, dass ablaufsmässig vor und hinter unerwünschten Schlupfstellen (G) bzw. Nachgiebigkeitsstellen (F) Messvorrichtungen (17,18) an Fühlpunkten im Servokreis angeschlossen sind, um einen Parameter zu bestimmen, der für den Schlupf bzw. die Nachgiebigkeit charakteristisch ist und dass 10 der damit ermittelte Parameter (cp'—a) an einem Punkt in dem Servokreis eingespeist wird, welcher regeltechnisch von den Fühlpunkten derart getrennt ist, dass die durch den Schlupf bzw. die Nachgiebigkeit hervorgerufenen Auswirkungen aus dem Rückkopplungssignal eliminierbar sind. 15
2. 2. Geschlossener Servokreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtungen (17,18) mit Signal-verarbeitungsvorrichtungen (8', 11) verbunden sind, um den Parameter zu erzeugen.
3. 3. Geschlossener Servokreis nach Anspruch 1, mit einem auf 20 Lage oder Geschwindigkeit ansprechenden Kreisel (9) zur Istwertermittlung, gekennzeichnet durch Addiervorrichtungen (13), die zum Addieren des von den Messvorrichtungen (17,18) bestimmten Parameters (cp'—a) zum Kreiselsignal (a + ß) dienen, so dass die durch den Schlupf und/oder Federwirkung hervorgerufenen Auswirkungen vom aus dem Kreiselsignal bestehenden Rückkopplungssignal (cp' + <p) eliminiert werden.
4. 4. Geschlossener Servokreis nach Anspruch 3, wobei der Servomotor (2) über einen Zahnkranz (15) und ein Antriebsrad (16) mit der Last (3) gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass 30 die Messvorrichtungen einen mit dem Zahnkranz (15) in Anlage befindlichen Übertrager (18) aufweisen, der etwa um 90° zum Antriebsrad (16) versetzt liegt.
5. 5. Geschlossener Servokreis nach Anspruch 3, wobei der Servomotor (2) über einen Zahnkranz (15), und ein Antriebsrad 35 ( 16) mit der Last (3) gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtungen zwei mit dem Zahnkreuz (15) in Anlage befindliche Übertrager (18', 18") aufweisen, die einander im wesentlichen diametral gegenüberliegen.
6. 6. Geschlossener Servokreis nach Anspruch 4 oder 5,

   dadurch, gekennzeichnet, dass der jeweilige Übertrager (18,18', 18"), der in Anlage mit dem Zahnkranz ist, ein unterteiltes Antriebsrad aufweist, das gegen die Kraft einer Feder abgestützt ist.
7. 7. Verwendung des geschlossenen Servokreises nach 45 Anspruch 4 oder 5 in einer Vorrichtung zum Richten eines Geschützrohrs.

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