CH654910A5 - Servogesteuerte zieleinrichtung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine servogesteuerte Zieleinrichtung für ein Gerät, das gegenüber einem Gestell beweglich angeordnet ist, welches Gestell Winkelbewegungen unterliegt.

Bei einer Zieleinrichtung für ein Geschütz werden üblicherweise als Drehmelder ausgebildete Vergleichsorgane verwendet, mit denen ein Eingangssignal für den befohlenen seitlichen Winkel oder Höhenneigungswinkel mit dem jeweils vorhandenen Seitenwinkel oder Höhenneigungswinkel des Geschützes verglichen wird. Die Drehmelder geben Fehlersignale ab, die dem Unterschied zwischen dem befohlenen Winkel und dem wirklich vorhandenen Winkel des Geschützes, dem Winkelfehler, entsprechen. Mit Hilfe von Signal-verarbeitenden Organen werden die Fehlersignale in eine geeignete Form umgewandelt und den Steuerorganen sowie dem Drehmomentwandler des Geschützes übermittelt. Der Drehmomentwandler treibt dann über Getriebe das Geschütz und die Drehmelder an, bis der Winkelfehler Null wird.

Durch die Signal-verarbeitenden Organe werden die Win-kelfehler-Signale von den Drehmeldern in geeignete elektrische Spannungen (Volt) umgewandelt und in geeigneter

Weise solchen speziellen Filtern übermittelt, die durch ihre Eigenschaften gewährleisten, dass eine Schnellnachführung des Geschützes auf das Ziel erreicht wird, so dass ein stabiler und genauer Richtvorgang erzielt wird. Die Signale werden seither in zwei Gleichströme in den Wicklungen eines Steuermagneten umgewandelt.

Die Grösse und das Zeichen des Winkelfehlers, d.h. die Differenz zwischen dem von der Feuerleitanlage befohlenen Winkel und dem beim Geschütz vorhandenen Winkel, wird demgemäss in den Signal-verarbeitenden Organen in zwei Gleichströme umgewandelt, wobei die Differenz zwischen den beiden Strömen die Bewegungsrichtung und die Beschleunigung der Richtbewegung des Geschützrohres bestimmt. Die Steuerung des Geschützes geht üblicherweise in zwei Phasen vor sich, dem Zielerfassen und dem Zielverfolgen. Während der Zielverfolgung ist eine Bahnverfolgung des Ziels mit nur geringen Winkelfehlern erforderlich.

Wenn die Genauigkeit der Ziel verfolgung berechnet wird, sind nur niederperiodische Änderungen von Interesse.

Solche niederperiodischen Änderungen des befohlenen Winkels können durch Bewegungen des Ziels, aber auch durch Bewegungen der Geschützplattform (Gestell) auftreten, z.B. durch die Rollbewegungen eines Schiffes bei einem Schiffsgeschütz oder durch die Bewegungen eines auf dem Erdboden fahrenden Fahrzeuges bei einem Fahrzeug-gebundenen Geschütz. Bei einem Schiffsgeschütz können Bewegungen des Ziels mit Frequenzen bis zu etwa 0,1 Hz als normal angesehen werden. Bei Fahrzeug-gebundenen Geschützen kann mit Bewegungen der Geschützplattform mit Frequenzen im Bereich von 0,2-0,3 Hz gerechnet werden.

In der Schwedischen Patentanmeldung Nr. 7 908 148-5 ist erläutert, dass es aus Gründen der Genauigkeit erwünscht ist, dass eine hohe und konstante Beschleunigung beim Richten des Geschützrohres vorhanden ist, es soll aber daraufhingewiesen werden, dass durch das Erfordernis der Stabilität in der Praxis eine obere Grenze für die Verstärkung gegeben ist. Durch diese vorerwähnte Patentanmeldung ist eine Vorrichtung offenbart, bei der die Verstärkung nennenswert erhöht werden kann, ohne dass die Stabilität bei höheren Frequenzen beeinträchtigt wird und ohne dass es nötig ist, die Grenze für den maximal zulässigen Störungspegel in den Signalen der Feuerleitanlage abzusenken. Dies wurde dadurch erreicht, dass die Servo-Steuereinrichtung mit einem Funknetz versehen worden ist, durch das die Stabilität und die Genauigkeit erhöht werden, wobei dieses Funknetz einen oder mehrere von integralen Filtern zweiter Ordnung aufweist. Deren Übertragung geht so vor sich, dass die Amplitude als Funktion der Frequenz bei der zu erwartenden Frequenz der Bewegungen des Gestells und/oder der Bewegung des Zieles ein Maximum hat, so dass eine grosse Verstärkung oberhalb und unterhalb dieser Frequenz erzielt wird.

Beim Vorsehen eines solchen elektrischen Leitungsnetzes (Funknetz) ist es möglich geworden, die Bewegungen des Gestells um das 600-fache zu verringern, auf Frequenzen bis zu etwa 0,3 Hz. Eine solche Verringerung ist bei vielen Anwendungsgebieten ausreichend. Bei den neuesten Anwendungen jedoch sind die Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit noch weiter gestiegen. Ein Beispiel einer Anwendung, bei der eine sehr hohe Genauigkeit erforderlich ist, betrifft das Schiessen aus einem Geschütz gegen Ziele, wie z.B. eine Rakete, die sich in einem grossen Abstand vom Geschütz bewegt. Ein anderer Grund zur Erhöhung der Genauigkeit der Servo-Steuereinrichtung für das Geschütz ist darin zu sehen, dass die erst kürzlich entwickelten Wahrnehmungsorgane und Feuerleitgeräte eine höhere Genauigkeit als bisher erlauben, wenn die Position des Zieles bestimmt werden soll. Bei Schiffsgeschützen z.B. zeigt es sich, dass die hauptsächliche dynamische Fehlerquelle durch das Rollen

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des Schiffes auftritt, und dass dieser Fehler oft in der Grös-senordnung von 2-3 Striche (Punkte) liegt.

Es wird die Schaffung einer Einrichtung bezweckt, mit der die vorerwähnten Nachteile vermieden werden können. Mit der zu schaffenden Einrichtung soll es möglich sein, dass solche vorerwähnten niederperiodischen Änderungen berücksichtigt werden können, so dass die Genauigkeit bei der Zielverfolgung noch gesteigert werden kann, ohne entsprechendes Anwachsen der Bandbreite. Ein Vergrössern der Bandbreite ist unzweckmässig, da dann Störungen bei den Signalen der Feuerleitanlage grössere Auswirkungen zeigen. Solche Störungen bei den Signalen der Feuerleitanlage treten z.B. infolge von Radargeräuschen und Fehlerproben bei digitalen Berechnungsanlagen auf.

Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem äusseren Servo-Steuerkreis versehen ist, der erste Signal-verarbeitende Organe aufweist,

dass Steuersignale für zweite Signal-verarbeitende Organe von einem inneren Servo-Steuerkreis erhalten werden, dessen Steuersignale von einem Kreiselgerät geliefert werden, das zur Messung der Winkelgeschwindigkeit des Gestells ausgebildet ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Einrichtung bei einem Schiffsgeschütz, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild, aus dem ein Koordinaten-Wandler ersichtlich ist zum Umformen der Winkelgeschwindigkeitssignale, die vom Kreiselgerät geliefert werden.

Eine Zieleinrichtung für ein Geschütz umfasst üblicherweise beides, nämlich eine Seitenverstellung und eine Höhenverstellung. Diese beiden Verstellarten sind analoge Systeme, sind aber vollständig voneinander getrennt. Im folgenden wird nur eine dieser Richt-Verstellungen erläutert, nämlich die seitliche Verstellung. Das Richten des Geschützrohres wird durch Seitenwinkel und Höhenwinkel bestimmt, wobei diese Winkel durch Befehle von einer Feuerleitanlage befohlen werden. Die Einrichtung kann aber auch verwendet werden, wenn das Geschütz durch im Geschütz selbst eingebaute Steuerorgane gesteuert wird.

Aus Fig. 1 ist in schematischer Darstellung die Servogesteuerte Zieleinrichtung zum seitlichen Verstellen eines Schiffsgeschützes 1 ersichtlich. Von einer nicht dargestellten Feuerleitanlage aus werden zwei Eingangssignale, ein befohlener grober und feiner Seitenwinkel 2 bzw. 3, einer diese Signale umwandelnden Gleichlaufvorrichtung (Drehmelder) 4 bzw. 5 übermittelt, wobei die Stellung des Rotors dieser Gleichlaufvorrichtungen durch die vorhandene seitliche Winkellage des Geschützes bestimmt ist, wobei also die jeweils vorhandene Seitenstellung des Geschützes über ein Getriebe diese Rotorstellung der Gleichlaufvorrichtungen bestimmt. Von diesen Gleichlaufvorrichtungen 4 und 5 werden Winkelfehler-Signale erzielt, entsprechend dem Unterschied zwischen dem befohlenen Seiten winkel und dem momentan vorhandenen Seitenwinkel des Geschützes. Eine solche vorerwähnte Grobeinstellung und Feineinstellung eines Winkels ist an sich bekannt. Die für die Grobeinstellung vorhandene Gleichlaufvorrichtung 4 hat ein Übersetzungsverhältnis von 1:1, und die für die Feineinstellung zuständige Gleichlaufvorrichtung 5 hat ein Übersetzungsverhältnis von n:l bezüglich des momentan vorhandenen Seitenwinkels des Geschützes. Die Grobeinstellung findet statt, solange grosse Winkelfehler vorhanden sind, während die Feineinstellung automatisch in Funktion tritt, wenn der Winkelfehler klein geworden ist.

Die Fehlersignale (Winkelfehler) werden von den Gleichlaufvorrichtungen 4 und 5 zu den Signal-verarbeitenden Organen übermittelt, die zwei Verstärker 6 und 7 umfassen,

in denen die Signale in eine geeignete Form und Amplitude umgeformt werden.

Der Verstärker 7 gibt ein Steuersignal zur Steuervorrichtung 8 eines Drehmomentenwandlers 9, der mit einem Elek-5 tromotor 10 in Verbindung steht. Die Drehung der Ausgangswelle des Drehmomentenwandiers 9 ist durch den Winkelfehler bestimmt und treibt auf das Geschütz 1 sowie auf die Gleichlaufvorrichtungen 4 und 5, und zwar über Getriebe 11 und 12, bis der Winkelfehler Null geworden ist.

io Die Verstärker 6 und 7 können von der Art sein, wie sie in der Schwedischen Patentanmeldung Nr. 7 908 148-5 beschrieben sind, wobei elektrische Leitungsnetze vorhanden sind, die die Stabilisierung und die Genauigkeit erhöhen.

Die zur Umwandlung der Steuersignale dienenden Gleich-ls laufvorrichtungen 4 und 5, die Verstärker 6 und 7 und das hydraulische System des Geschützes 1 bilden zusammen einen äusseren Servosteuerkreis, dem die von der Feuerleitanlage gegebenen Befehlssignale eingegeben werden. Die Zieleinrichtung weist auch noch einen inneren Servo-Steuer-20 kreis auf, der aber nur den Verstärker 7 enthält. Im vorliegenden Fall werden die Befehlssignale von einem sogenannten Kreisel-Dator abgegeben, der ein Kreiselgerät 13 und einen Koordinaten-Wandler 14 umfasst. Die vorerwähnten Signale werden einem Vergleichsorgan 15 übermit-25 telt, in dem die Befehlssignale mit der momentan vorhandenen Winkelgeschwindigkeit des Geschützes verglichen werden, wobei diese Winkelgeschwindigkeit durch einen am Richtgerät des Geschützes vorhandenen Tachometer 16 bestimmt wird.

30 Eine solche Aufteilung der Zieleinrichtung in einen inneren Servo-Steuerkreis und einen äusseren Servo-Steuerkreis bringt es mit sich, dass der Verstärker 7 so eingestellt werden kann, dass bei typischen Bewegungen der Geschützplattform (Gestell), z.B. beim Rollen des Schiffes, eine grosse 35 Verstärkung mit Frequenzen von etwa 0,1-0,3 Hz in vorteilhafter Weise erreicht wird. Im äusseren Servo-Steuerkreis, der den Verstärker 6 enthält, kann die Verstärkung verringert werden, was ebenfalls vorteilhaft ist, da hierdurch die Anfälligkeit auf Störungen von der Feuerleitanlage her verringert 40 werden kann.

Vom vorerwähnten Kreisel-Dator werden analoge Befehlssignale in der Form von Winkelgeschwindigkeit-Signalen abgegeben, und zwar sowohl zum Seitenrichtsystem als auch zum Höhenrichtsystem des Geschützes. Die Befehlssignale 45 für das seitliche Richten und für das Höhenrichten werden im Vergleichsorgan 15 mit den Geschwindigkeitssignalen (Momentanwerte), die mit dem Tachometer 16 ermittelt werden, verglichen. Die analogen Eingangssignale zum Kreisel-Dator (Kreisel-Wertverarbeiter) werden durch ein so Kreiselgerät 13 erhalten, der drei Geschwindigkeits-wahr-nehmende Kreisel, sogenannte Mess-Wende-Kreisel enthält, die auf einer Kreisel-Plattform sitzen und bezüglich des Schiffes unbeweglich festgelegt sind, wobei jede Achse eines Kreisels rechtwinklig zu den Achsen der anderen Kreisel 55 liegt. Diese Kreisel nehmen zusammen die unterschiedlichen Bewegungen des Schiffes wahr: nämlich das Rollen (cpr), das Stampfen (<pp) und das Gieren (<py). Diese Signale von den drei Mess-, Wende-Kreiseln werden dem Koordinaten-Wandler 14 übermittelt, der diese Signale in ein Koordina-60 tensystem bezüglich des Schiffes umwandelt, um die zwei Komponenten der Winkelgeschwindigkeit des Geschützes der Seitenverstellung und Höhenverstellung (sv bzw. hv) zu erhalten. Eine solche Koordinaten-Wandlung ist an sich bekannt. Es hat sich herausgestellt, dass die folgenden Glei-65 chungen durch den Kreisel-Dator verarbeitet werden können:

Seite: sv = - sin hv (cpP sin v + <pr cos sv)

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Höhe: hv = <pr sin sv (-<pp cos sv)

Der Koordinaten-Wandler 14 kann aus einem Zerleger bestehen, wie er aus Fig. 2 ersichtlich ist; es kann hierfür aber auch ein Rechner verwendet werden. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie die Winkelgeschwindigkeit-Signale cpr, <pp und <py durch zwei Zerleger 17 und 18 sowie einen Summierkreis 19 in die Winkeigesch windigkeit-Komponenten, seitlich und in der Höhe, sv bzw. hv umgewandelt werden, wobei diese Komponenten dem Vergleichsorgan 15 in den Richtsystemen für die Seitenverstellung und Höhenverstellung als Befehlswerte übermittelt werden. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass das Roll-Signal cpy im Summierkreis 19

direkt addiert wird, um die seitliche Winkelgeschwindigkeit-Komponente sv zu erhalten, so dass also dieses Signal nicht durch den Kreisel-Dator verarbeitet werden muss.

Die erfindungsgemässe Einrichtung kann nicht nur für s Geschütze verwendet werden, sondern auch bei Abschussvorrichtungen für Raketen, für Drehtische von Radarschirmen usw. Es ist offensichtlich, dass anstelle von solchen Bauteilen wie Gleichlaufvorrichtungen, Zerleger, Drehmo-mentenumwandler usw. auch andere Bauteile zum Umwan-lo dein von Winkel-Informationen verwendet werden können. Für das Umwandeln der Ausgangssignale des Kreiselgeräts kann anstelle der Zerleger ein digitaler Rechner verwendet werden, besonders in den Fällen, wo ein solcher Rechner schon für andere Zwecke verwendet wird.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

654910 PATENTANSPRÜCHE

1. Servogesteuerte Zieleinrichtung für ein Gerät (1), das gegenüber einem Gestell beweglich angeordnet ist, welches Gestell Winkelbewegungen unterliegt, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem äusseren Servosteuerkreis versehen ist, der erste Signal-verarbeitende Organe (6) aufweist, dass Steuersignale für zweite Signal-verarbeitende Organe (7) von einem inneren Servosteuerkreis erhalten werden, dessen Steuersignale (sv, hv) von einem Kreiselgerät (13) geliefert werden, das zur Messung der Winkelgeschwindigkeit des Gestells ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signal-verarbeitenden Organe einen ersten und zweiten Verstärker (6,7) enthalten, und dass der innere Servosteuerkreis nur mit dem zweiten Verstärker (7) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Servosteuerkreis ein Vergleichsorgan (15) enthält, zum Vergleichen der vom Kreiselgerät (13) erhaltenen Steuersignale (sv, hv) mit der jeweils vorhandenen Winkelgeschwindigkeit des Gerätes (1), wobei diese Winkelgeschwindigkeit mittels eines Tachometers (16) gemessen wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselgerät (13) drei geschwindigkeitswahrneh-mende Kreisel, sogenannte Mess-Wende-Kreisel enthält, die auf dem Gestell unbeweglich angeordnet sind, so dass jede Kreiselachse zu den anderen Kreiselachsen rechtwinklig liegt, um Roll-, Stampf- und Gier-Bewegungen des Gestells wahrzunehmen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Kreiselgerät (13) erzielten Signale (<pr, <pp, (py) einem Koordinaten-Wandler (14) übermittelt werden, um diese Signale in ein Koordinatensystem bezüglich des Gestells umzuwandeln, um Winkelgeschwindigkeitskomponenten (sv, hv) der Höhenverstellung und Seitenverstellung des Gerätes (1) zu erhalten.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Koordinaten-Wandler (14) mindestens einen Zerleger (17,1B) enthält (Fig. 2).

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Koordinaten-Wandler (14) aus einem Rechner besteht.