DE1089449B - Steuereinrichtung, insbesondere fuer gelenkte Flugkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung, die auf ein Befehlssignal hin eine Wirkung hervorruft und die einen Gegenkopplungszweig enthält, durch den dem Eingang der Einrichtung ein Signal zugeführt wird, das von der Wirkung abhängt.

In praktisch allen Steuereinrichtungen gibt es gewisse Frequenzen, bei denen das gegengekoppelte Signal in Phase mit dem Eingangssignal ist, so daß die Einrichtung, wenn die Schleifenverstärkung den Wert »1« erreicht, dazu neigt, Eigenschwingungen auszuführen.

Es ist nun wünschenswert, daß die Schleifenverstärkung, d. h. das Produkt der Verstärkungsfaktoren der einzelnen Bestandteile der gesamten Schleife, bei den verwendeten Frequenzen so groß wie möglich ist, um ein schnelles und genaues Ansprechen zu erreichen und um die Wirkungsweise verhältnismäßig unabhängig von Änderungen in den einzelnen Bestandteilen zu machen. Eine Steigerung des Verstärkungsfaktors für die Arbeitsfrequenzeri bewirkt jedoch im allgemeinen auch einen erhöhten Verstärkungsfaktor für eine der Eigenfrequenzen der Steuereinrichtung, bei der Selbsterregung eintritt. Die höchste mögliche Schleifenverstärkung in einer zu Eigenschwingungen fähigen Steuereinrichtung, bevor Selbsterregung eintritt, soll als Stabilitätsgrenze bezeichnet werden.

Durch Einschaltung von geeigneten Filtern kann man die Charakteristik der Einrichtung verändern, so daß die Verstärkung bei der Eigenfrequenz sinkt und somit die Stabilitätsgrenze hinausgeschoben wird.

Es ist üblich, derartige Einrichtungen so auszulegen, daß sie mit einer Schleif en verstärkung arbeiten, die ziemlich weit unterhalb der Stabilitätsgrenze liegt. In manchen Anwendungsgebieten, beispielsweise bei der Steuerung von Flugzeugen, kann sich die Stabilitätsgrenze während des Betriebes infolge von Änderungen der äußeren Bedingungen, z. B. Fluggeschwindigkeit und Flughöhe, verschieben. In solchen Fällen muß die Einrichtung so ausgelegt werden, daß sie wesentlich unterhalb der vermutlichen minimalen Stabilitätsgrenze arbeitet, so daß genügend Spielraum bleibt. Es kann auch nötig sein, Mittel vorzusehen, die den Verstärkungsfaktor der Schleife in Abhängigkeit von Veränderungen, beispielsweise der äußeren Bedingungen, ändern, wodurch jedoch die ganze Einrichtung kompliziert wird.

Durch die Erfindung soll eine Steuereinrichtung angegeben werden, die es ohne großen Aufwand ermöglicht, die Schleifenverstärkung bei allen vorkommenden Betriebsbedingungen möglichst groß, d. h. möglichst nahe an der Stabilitätsgrenze zta halten.

Gemäß der Erfindung ist eine Steuereinrichtung, insbesondere für gelenkte Flugkörper, unter Verwendung eines einen regelbaren Gegenkopplungszweig Steuereinrichtung, insbesondere
für gelenkte Flugkörper

Anmelder:

Fairey Aviation Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 14. Februar 1956

Howard Surtees, Twickenham, Middlesex

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

enthaltenden Regelkreises (Schleife), dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Schleife angekoppelte Einrichtung (»Meßeinrichtung«) vorgesehen ist, die auf eine außerhalb des normalen Arbeitsbereichs der Steuereinrichtung liegende Frequenz (»Meßfrequenz«), insbesondere auf eine Eigenfrequenz oder eine in der Nähe der Eingenfrequenz liegende Frequenz, anspricht und ein von der Amplitude der Meßfrequenz und damit von der Schleifenverstärkung abhängiges Steuersignal, beispielsweise in Form einer Regelspannung, liefert, das einem in der Schleife liegenden regelbaren Element zur. Regelung der Schleifenverstärkung so zugeführt wird, daß mit steigender Amplitude der Meßfrequenz der Verstärkungsgrad des regelbaren Elementes und damit die Schleifenverstärkung herabgesetzt wird..

Bei der Steuereinrichtung, wird also die Schleifenverstärkung laufend gemessen und auf den gewünschten Wert eingeregelt. Dies geschieht dadurch, daß eine von der Amplitude eines Signals, dessen Frequenz außerhalb des normalen Arbeitsfrequenzbereichs der Steuereinrichtung liegt, abhängige Regelspannung erzeugt wird, die ein in der Schleife vorgesehenes Element regelbarer Verstärkung steuert. Wachsender Amplitude des Signals, soll dabei eine Verringerung des Verstärkungsgrades des regelbaren Elementes entsprechen.

Die Meßfrequenz kann auf verschiedene Weise erzeugt werden. Bei einer Ausführungsform wird die Meßfrequenz, die vorzugsweise auf oder in der Nähe

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einer Eigenfrequenz der Schleife gewählt wird, in die führt und nach Durchlaufen der gesamten Schleifen-Schleife eingekoppelt und nach Durchlaufen der verstärkung wieder entnommen werden und kann dann Schleife wieder aus dieser ausgekoppelt. Die ein- und als Steuersignal für den steuerbaren Verstärker dieausgekoppelten Signale werden miteinander ver- nen, um die Schleifenverstärkung bei dieser Frequenz glichen und dementsprechend das Element regelbarer 5 auf jedem gewünschten Wert unterhalb »1« zu halten. Verstärkung gesteuert. Andererseits kann auch ein Signal einer anderen

Die Meßfrequenz wird vorzugsweise am gleichen Frequenz, bei welcher die Schleifenverstärkung ein

Punkt wie das Befehlssignal in die Schleife eingekop- bestimmtes Verhältnis zu der Schleifenverstärkung

pelt und aus dem Gegenkopplungszweig ausgekoppelt. bei der niedrigsten Selbsterregungsfrequenz hat, ein-

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel dient als io geführt und nach Durchlaufen der gesamten Schleife

Meßfrequenz eine Eigenfrequenz der Schleife. Die wieder entfernt werden und als Steuersignal dienen,

Meßeinrichtung wird dann für diese Eigenfrequenz um die Schleifenverstärkung bei der zugeführten Fre-

empfmdlich gemacht, und die erzeugte Regelspannung quenz auf einem gewünschten Wert unterhalb dem

verringert den Verstärkungsgrad des regelbaren Wert »1« zu halten.

Elementes dann, wenn die Schleif en verstärkung bei 15 Die gesamte Einrichtung kann ebenso ein Netzwerk

der als Meßfrequenz dienenden Eigenfrequenz den enthalten, das die Charakteristik der Einrichtung

Wert »1« überschreitet und Selbsterregung einsetzt. ändert, so daß die Eigenfrequenz auf einen Wert er-

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfin- höht wird, der weit entfernt von dem Arbeitsfrequenzdung kann die Steuereinrichtung auch ein Element bereich liegt und die Schleifenverstärkung bei der veränderlicher Verstärkung enthalten, das durch eine 20 Eigenfrequenz erniedrigt.

Vorrichtung gesteuert wird, die auf Schwingungen im Die Erfindung kann insbesondere zur Betätigung

Gegenkopplungszweig anspricht und die die Verstär- von Steuerrudern in Luftfahrzeugen dienen, beispiels-

kung dieses Elementes so verringert, daß die Schwin- weise zur Bewegung von Steuerrudern in Abhängig-

gungen klein bleiben. Das Element veränderlicher keit von drahtlosen Signalen. In diesem Falle kann die

Verstärkung kann sowohl im Geradeauszweig als 25 Gegenkopplung ein Signal enthalten, das eine Funk-

auch im Gegenkopplungszweig der Schleife liegen. tion der seitlichen Beschleunigung des Luftfahrzeuges

Die Meßfrequenz kann aus der Schleife entnom- ist, welche durch die Bewegung des Steuerruders in men werden, dann durch ein Bandpaßfilter geleitet Abhängigkeit vom Befehlssignal entstanden ist.
werden, dessen Durchlaßbereich die niedrigste Eigen- Der Anstellwinkel der Tragflächen bei einer Richfrequenz der Schleife einschließt und dann schließ- 30 tungsänderung ist dann proportional dem Befehlslich nach Gleichrichtung und Glättung zur Steuerung signal, das die Richtungsänderungen bewirkt, und eines regelbaren Verstärkers dienen. Die Schwingun- entsprechend kann ein Befehlssignalbegrenzer vorgegen in der Schleife erzeugen also ein Steuersignal in sehen sein, der den Maximalwert des Befehlssignals Form einer Spannung, welche die Verstärkung des begrenzt, so daß der Anstellwinkel ebenso begrenzt steuerbaren Elementes ändert. Wenn die Amplitude 35 ist und die Neigung des Fahrzeuges zum Überziehen der Schwingungen wächst, wird die Verstärkung und verringert wird, auch in einer langsamen Kurve,
die Neigung zum weiteren Anwachsen der Schwin- Im folgenden soll eine besondere Ausführungsform gungen verringert, bis ein Gleichgewichtszustand er- der erfindungsgemäßen Einrichtung und eine Abwandreicht wird, bei dem schwache Schwingungen kleiner lung hiervon in Verbindung mit den Zeichnungen beAmplitude ausreichen, um die Schleifenverstärkung 40 schrieben werden,
auf diesem Wert zu halten. Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines

Das Steuersignal kann direkt proportional der Servosystems in Blockform;

Schwingungsamplitude sein, es kann aber auch eine Fig. 2 ist ein Schaltbild eines Rückkopplungsver-

verwickeltere Funktion der Amplitude darstellen, bei- stärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, und

spielsweise ein abklingendes Integral, derart, daß das 45 Fig. 3 ist ein Blockbild eines etwas abgewandelten

Steuersignal um so größer wird, je länger die Schwin- Servosystems.

gungen andauern, während es bei verschwindenden Das Servosystem, das schematisch in Fig. 1 darge-

Schwingungen auf Null abfällt. stellt ist, kann für die verschiedensten Verwendungs-

In den Eingang dieser Einrichtung kann ein Filter zwecke dienen, es wird jedoch insbesondere in Vereingeschaltet sein, um aus dem Befehlssignal alle Fre- 50 bindung mit der Steuerung eines Flugzeuges durch quenzen zu entfernen, die durch das Bandpaßfilter ein Radiosignal beschrieben werden. Wenn es beidurchgelassen werden wurden, so daß Oberwellen des spielsweise erforderlich ist, daß ein Flugkörper ent-Eingangssignals den Verstärkungsfaktor nicht ändern lang eines Leitstrahles fliegt, kann ein Empfänger im können. Flugzeug ein Radiosignal aus dem Leitstrahl empfan-

Entsprechend einer anderen Ausführungsform der 55 gen, das Null ist, wenn sich das Flugzeug im Mittel-Erfindung können Mittel vorgesehen sein, um dem punkt des Strahles befindet, das jedoch in der einen Eingang der Steuereinrichtung ein Signal einer ge- oder anderen Richtung steigt, wenn sich das Flugzeug wissen Frequenz (Meßfrequenz) zuzuführen, ferner aus der Mitte des Strahles entfernt. Das Signal kann ein Filter, das diese Frequenz durchläßt und sie nach andererseits aber auch durch einen entfernten BeDurchlaufen der gesamten Schleife herausführt, wobei 60 dienungsmann willkürlich gesteuert werden. Dieses die Verstärkung eines Elementes regelbarer Verstär- Befehlssignal wird verstärkt, so daß es ein elektrokung in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen der pneumatisches Relaisventil betätigen kann, das seinerzugeführten Eingangsfrequenz und dem Filterausgang seits wiederum Druckluft an einen pneumatischen gesteuert wird. Diese beiden Größen oder bestimmte Kolben liefert, welcher das Steuerruder des Flug-Anteile einer oder beider können in entgegengesetzter 65 zeuges verstellt.

Polarität dem Steuergitter einer Röhre, die in dem Um ein genaues Ansprechen zu gewährleisten, ist

Element variabler Verstärkung enthalten ist oder die- eine Gegenkopplung vorgesehen, so daß die beschrie-

ses steuert, zugeführt werden. benen Teile in einer Servoschleife liegen. Das Flug-

Dem Eingang kann auch ein Signal der niedrigsten zeug ist weiterhin mit einem Beschleunigungsmesser

Eigenfrequenz der Einrichtung als Meßfrequenz züge- 70 versehen, welcher beispielsweise über ein Potentio-

meter ein elektrisches Ausgangssignal liefert, welches liegt, mit Erde verbunden ist, um eine rohe Einjustieder durch das Steuerruder hervorgerufenen Seiten- rung zu ermöglichen. Die Sekundärwicklung des beschleunigung entspricht. Dieses elektrische Aus- Transformators 53 ist mit einem Potentiometer 55 gangssignal wird verstärkt und an den Eingang des verbunden, um eine weitere Einjustierung des EinVerstärkers in umgekehrter Polarität zum Befehls- 5 gangs zu einer Röhre 56 zu ermöglichen. Die Röhre 56 signal zurückgekoppelt. Dieses bewirkt in bekannter und eine weitere Röhre 57 sind in der üblichen Weise Weise, daß die seitliche Beschleunigung dem Befehls- geschaltet, wobei ihre Gittervorspannung zur Regesignal proportional ist, vorausgesetzt, daß die Gegen- lung der Verstärkung verändert werden kann. Die kopplungsverstärkung konstant und die Schleifen- Steuergitter sind über die Gitterableitwiderstände 58 verstärkung hoch ist. io und 59 miteinander verbunden und liegen an dem

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Ver- Regelsignal 46, welches die Verstärkung ändert. Der Stärkung des Gegenkopplungsverstärkers in Ab- Verstärker enthalt zwei weitere Röhren 60 und 61, hängigkeit vom Auftreten von irgendwelchen Schwin- wobei die erste ein üblicher Verstärker und die zweite gungen der Eigenfrequenz der Schleife verringert. eine Kathodenfolgestufe ist, deren Kathode einerseits Unter Eigenfrequenz soll dabei die Frequenz ver- 15 an der Ausgangsleitung 62 und andererseits über den standen werden, bei welcher die Schleife zuerst Widerstand 63 an einer negativen Spannungsquelle 64 instabil wird, wenn man die Schleifenverstärkung Hegt,
schrittweise erhöht. Um die Ausgangsimpedanz des Kathodenfolgers

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird das Befehlssignal zu verringern, ist eine Rückkopplung auf den Eingang 10 einem Tiefpaßfilter 11 zugeführt, welches im ein- 20 der Röhre 60 über einen Widerstand 65, der zwischen zelnen später noch beschrieben wird; der gefilterte dem Steuergitter der Röhre 60 und der Ausgangs-Ausgang wird als ein Eingang 12 einer Addierstufe 13 leitung 62 des Kathodenfolgers 61 liegt, vorgesehen, zugeführt, der als zweiter Eingang ein Gegenkopp- Die Ausgangsleitung 62 des Kathodenfolgers ist

lungssignal 14 zugeführt wird. Die Addierstufe 13 über einen Kondensator 66 an einen Demodulator 70 vereinigt das Gegenkopplungssignal mit dem Befehls- 25 angeschlossen. Dieser enthält eine Quelle 71, die mit signal. Sie kann beispielsweise aus einem angezapften der Quelle 52 synchronisiert und an die Primärwick-Widerstandlö bestehen, dem die beiden Signale 12 lung des Transformators 72, dessen Sekundärwicklung und 14 an den entgegengesetzten Enden zugeführt einen Mittelabgriff besitzt, angeschlossen ist. Der werden, während der Abgriff den Ausgang 16 zu der Mittelabgrifr führt zu dem Kondensator 66, während Steuereinrichtung bildet. Die Steuereinrichtung ent- 30 die Enden der Wicklung über die Dioden 73 an die hält einen Geradeausverstärker 17, dessen Ausgang 18 entgegengesetzten Anschlüsse eines kapazitiven Spanein elektrisch arbeitendes Ventil 19 betätigt, welches nungsteilers 74 und einen ohmschen Spannungsteiler den Zufluß 20 eines Arbeitsmediums zu einem Kolben 75 angeschlossen sind, dessen Abgriff 76 den Ausgang 21 steuert, welcher seinerseits das Steuerruder 22 be- darstellt.

tätigt. Die Auslenkung des Steuerruders, dargestellt 35 Der Demodulator arbeitet in bekannter Weise, durch den Pfeil 23, wirkt auf den Flugkörper 24 und Wenn also vom Kathodenfolger kein Signal über den erzeugt eine seitliche Beschleunigung, welche durch Kondensator 66 geliefert wird, sind die Ströme, die den Pfeil 25 dargestellt ist und welche von mecha- von der Quelle 71 durch die Dioden 73 fließen, gleich, nischen Bedingungen, beispielsweise der Geschwindig- und das Potential des Abgriffs des kapazitiven Spankeit des Flugkörpers, den Abmessungen des Steuer- 40 nungsteilers 74 liegt damit in der Mitte zwischen den ruders, der Dichte der Luft, abhängig ist. Potentialen an seinen Enden und ist gleich dem

Der Gegenkopplungszweig der Schleife enthält Potential am Abgriff des ohmschen Spannungsteilers einen Beschleunigungsmesser 30, der schematisch als 75. Wenn jedoch vom Kondensator 66 ein Signal geein auf ein Potentiometer 32 wirkendes Pendel 31 dar- liefert wird, so verstärkt dieses wegen der Spannungsgestellt ist. Er ist so angeordnet, daß er auf seitliche 45 quelle 71 in einer Hälfte der Sekundärwicklung des Beschleunigungen des Flugkörpers anspricht und ein Transformators 72 das Signal, während es dieses in elektrisches Ausgangssignal 33 für den Eingang eines der anderen Hälfte auskompensiert, so daß der Strom regelbaren Gegenkopplungsverstärkers 34 liefert, des- durch die eine der Dioden den Strom durch die andere sen Ausgang 14 zur Addierstufe 13 zurückgeführt ist. übersteigt und der kapazitive Spannungsteiler 74 un-

Der Ausgang 14 des regelbaren Verstärkers 34 50 symmetrisch wird, so daß das Erdpotential nicht wie wird zusätzlich durch ein Bandfilter 40 geleitet, das so bisher in der Mitte zwischen den Potentialen der beiausgelegt ist, daß es ein schmales Frequenzband ein- den Enden des Spannungsteilers liegt. Das Potential schließlich der Eigenfrequenz der Schleife durchläßt. des Ausgangs weicht dadurch in einer Richtung oder Der Ausgang 41 des Bandfilters wird mittels einer der anderen in Abhängigkeit von der Phase des vom Phasenumkehrstufe 42 und den beiden Dioden 43 voll- 55 Kathodenfolger gelieferten Signals in bezug auf die weggleichgerichtet. Das gleichgerichtete Ausgangs- der Spannungsquelle 71 ab.

signal 44 wird einem Tiefpaßglättungsfilter und Netz- Das Ausgangssignal 76 wird an die Addierstufe 13

werk 45, das ein Voreilen der Phase bewirkt, zu- durch eine Trennstufe zurückgeführt, welche aus geführt, dessen Ausgang 46 zur Steuerung des einem Verstärker 77 besteht, welcher einen Gegen-Verstärkungsgrades des regelbaren Gegenkopplungs- 60 kopplungszweig besitzt.
Verstärkers 34 dient. Das Tiefpaßfilter 11, das Bandfilter 40 und das

Eine geeignete Schaltung für den regelbaren Gegen- Netzwerk 45, das ein Voreilen der Phase bewirkt, kopplungsverstärker 34 ist in Fig. 2 dargestellt. Der sind entsprechend den geläufigen Filtertheorien aufEingang 33 wird durch einen Modulationskreis 50, gebaut.

welcher einen Dioden-Ringmodulator 51, der von einer 65 Das Tiefpaßfilter 11 im Eingang hat eine Über-Trägerfrequenzquelle52 gespeist wird und mit einem tragungsfunktion der Form l/(l+ap + bp²+c-p³) Transformator 53 verbunden ist, moduliert. Der Ein- und schneidet beispielsweise bei etwa 2 Hz ab. In gang 33 ist mit einem Abgriff der Primärwicklung des dieser und den folgenden Gleichungen für die ÜberTransformators 53 verbunden, während der Schleifer tragungsfunktion bedeutet ρ den Laplace-Operator eines Potentiometers 54, welches parallel zur Quelle 52 70 und die anderen Buchstaben a, b, c, d, A, B, T₁, T₂

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bedeuten konstante Koeffizienten entsprechend der Zweck aus jedem beliebigen Punkt entlang der

speziellen Ausführungsform. Schleife entnommen werden, bei dem dargestellten

Das Bandfilter 40 hat eine Übertragungsfunktion Beispiel wird es vom Ausgang 14 des regelbaren der Form p/(l + dp+p²), es soll beispielsweise einen Gegenkopplungsverstärkers 34 entnommen. Wie beschmalen Frequenzbereich beidseits von 22 Hz durch- 5 reits erwähnt, ist in dem speziellen dargestellten Beilassen. Das Glättungsfilter 45 enthält ein Tiefpaß- spiel die Stabilitätsgrenze bei etwa 22 Hz erreicht, filter, das zur Glättung der Welligkeit des Signals und dementsprechend tritt beim Instabilwerden der aus dem Vollweggleichrichter dient; es besitzt eine Schleife eine Schwingung zuerst bei dieser Frequenz Übertragungsfunktion der Form 1/(1+^T₁), und es auf. In dem Augenblick, wo dies eintritt, wird ein schneidet bei sehr tiefen Frequenzen, beispielsweise io Signal durch das Bandfilter 40, das, wie erwähnt, so bei etwa 0,2 Hz, ab. Parallel zu diesem Tief- ausgelegt ist, daß es diese Frequenz durchläßt und paßfilter zur Glättung ist ein Phasenverschiebungs- andere Frequenzen sperrt, übertragen. Das Signal netzwerk mit einer Übertragungsfunktion der Form wird geglättet und schließlich dem Ausgang 46 zu-— 1/(1 + dp+p²) geschaltet, das dazu dient, Signale geführt, wodurch es die Vorspannung der ersten zwei mit einer Frequenz unterhalb von etwa 2 Hz voreilen 15 Röhren 56 und 57 des regelbaren Verstärkers 34 zu lassen, während es Signale mit höheren Frequenzen steuert. Die Verstärkung der Schleife wird dadurch dämpft und verzögert. Dieses Phasenschiebernetzwerk sofort verringert, bis die Schwingungen einen bedient in bekannter Weise zur Stabilisierung für den stimmten Pegel unterschreiten.

automatischen Verstärkungsregelungskreis. An diese Die erfindungsgemäße Einrichtung hat verschiedene Netzwerke schließt sich ein weiteres Tiefpaßfilter mit 20 Vorteile. Die Schleifenverstärkung und damit die Geeiner Übertragungsfunktion der Form 1/(1 +p T₂) an, nauigkeit der Einrichtung wird automatisch so hoch das zur weiteren Glättung dient. Es kann beispiels- wie möglich gehalten. Dies wird ohne komplizierte weise eine Grenzfrequenz von etwa 10 Hz haben. zusätzliche Einrichtungen erreicht, wie beispiels-

Das kombinierte Glättungs- und Phasenschieber- weise verstärkungsbeeinflussende Netzwerke und Vornetzwerk 45 hat eine Übertragungsfunktion der Form 25 richtungen, deren Verstärkung durch äußere Bedingungen geändert werden. Die minimale Stabilitäts-

gg g
Bp \ ^ 1 grenze, die in der Praxis auftreten kann, braucht

\ ί -\- p T₁ 1 -\- dp + p^z J 1 + p T₂' nicht für die Bemessung abgeschätzt zu werden, und

es braucht kein Sicherheitsfaktor für falsche Berech-

Es soll erwähnt werden, daß dieser Kreis einen 30 nungen vorgesehen zu werden. Die Einzelteile

Vorspannungswiderstand 8 enthält, der an eine Span- brauchen nicht sorgfältig abgeglichen zu werden, da

nung von etwa V2 Volt positiv in bezug auf Erde ge- Änderungen der Einzelteile automatisch auskompen-

schaltet ist, um für die ersten zwei Röhren 56 und 57 siert werden.

des regelbaren Rückkopplungsverstärkers eine kon- Unter gewissen Umständen ist die seitliche Be-

stante Gittervorspannung von etwa —2 Volt in bezug 35 schleunigung des Flugkörpers für ein gegebenes draht-

auf Erde zu gewährleisten. loses Befehlssignal proportional zur Luftdichte und

Die Arbeitsweise der Einrichtung dürfte aus der dem Quadrat der Geschwindigkeit. Daraus folgt, daß

vorangegangenen Beschreibung klar hervorgehen. Ein bei konstanter Luftdichte der Radius der vom Flug-

dem Eingang 10 zugeführtes Befehlssignal wird ver- zeug beschriebenen Kurve und der Anstellwinkel der

stärkt und bewirkt den Beginn einer Bewegung des 4° Flächen für ein bestimmtes Befehlssignal über den

Steuerruders, wodurch eine seitliche Beschleunigung erwarteten Geschwindigkeitsbereich konstant bleiben,

des Flugzeuges, die durch den Ausgang 25 dargestellt Die Einrichtung kann deshalb einen Begrenzer für

ist, auftritt. Die Verstärkung des Vorwärtszweiges das Signal am Eingang der Addierstufe enthalten,

der Servoschleife ist derart bemessen, daß die seit- welcher den Maximalwert des Befehlssignals auf

liehe Beschleunigung viel zu groß sein würde, wenn 45 einen Wert begrenzt, der einem Anstellwinkel ent-

nicht durch den Gegenkopplungszweig vom Ausgang spricht, welcher klein genug ist, daß das Flugzeug

14 des Gegenkopplungsverstärkers 34 das übliche nicht überzogen werden kann.

Gegenkopplungssignal an den Eingang geliefert Die seitliche Beschleunigung bei einer gegebenen würde, so daß dann, wenn die seitliche Beschleunigung Geschwindigkeit ist im wesentlichen proportional zu einen Wert erreicht hat, der dem Befehlssignal am 5° dem verursachenden Signal, vorausgesetzt, daß die Eingang 10 entspricht, keine weitere Bewegung des Schleifenverstärkung wesentlich größer ist als »1«. Steuerruders mehr erfolgt. Es ist bekannt, daß für Die Übertragungsverstärkung der Betätigungsvorricheine genaue Proportionalität zwischen der entstehen- tung für das Steuerruder und die des Flugzeuges in den seitlichen Beschleunigung und dem verursachen- Abhängigkeit von den Ruderausschlägen sind nicht den Befehlssignal die Verstärkung der Schleife so 55 von großer Wichtigkeit, wenn nur die Schleifengroß wie möglich sein soll. Es ist ebenso bekannt, daß verstärkung hoch genug ist, wie es ganz automatisch auch, wenn der Kreis so bemessen ist, daß das rück- bei Anwendung der Erfindung der Fall ist.
gekoppelte Signal in seiner Phase dem Befehlssignal Der Radius einer Kurve ist bei konstanter Höhe bei gewissen Frequenzen (insbesondere sehr niedrigen der Größe des verursachenden Befehlssignals umFrequenzen) entgegengesetzt liegt, andere Frequenzen 60 gekehrt proportional.

vorhanden sind, bei denen in der Schleife eine der- In dem etwas abgewandelten Ausführungsbeispiel artige Phasenverschiebung aufgetreten ist, daß das nach Fig. 3 sind der Vorwärts- und der Gegenkopp-Befehlssignal verstärkt wird und, wenn die Ver- lungszweig der Schleife ebenso ausgeführt, wie in Stärkung der gesamten Schleife die Einheit übersteigt, Verbindung mit Fig. 1 beschrieben. Das Befehlsder Kreis unstabil wird und in Schwingung geraten 65 signal 10 durchläuft also ein Tiefpaßfilter 11, dessen kann. gefilterter Ausgang an den einen Eingang 12 einer

Durch die vorliegende Erfindung werden diese Addierstufe 13 gelegt wird. Das Signal aus der

Schwierigkeiten dadurch überwunden, daß jede solche Addierstufe betätigt nach dem Durchlaufen eines

Schwingung automatisch die Schleifenverstärkung Verstärkers 17 ein Ventil 19, welches das Steuerruder

herabsetzt. Das Schwingungssignal kann für diesen 7° 22 verstellt. Die resultierende Verstellung des Steuer-

ruders erzeugt eine seitliche Beschleunigung des Flugzeuges 24, die durch den Pfeil 25 versinnbildlicht ist und durch den Beschleunigungsmesser 30 gemessen wird. Der Ausgang 33 dieses Beschleunigungsmessers wird durch einen regelbaren Verstärker 34 verstärkt, dessen Ausgangs signal wird an den Eingang 14 der Addiereinheit 13 zurückgeführt.

Durch den Oszillator 81 werden kleine Amplitudenschwankungen erzeugt, deren Frequenz in der Nähe der Eigenfrequenz der Schleife liegt, und in die Schleife als Meßsignal 82 an der Addierstufe 13 eingeführt. Diese Schwingungen durchlaufen die gesamte Schleife, nämlich die Einheiten 13, 17, 19, 22, 24, 30 und den regelbaren Verstarker 34. Das Ausgangssignal des regelbaren Verstärkers wird zusatzlieh zur Speisung der Addiereinheit 13 mit dem Rückkopplungssignal 14 durch ein Bandfilter 83 geleitet, das so ausgelegt ist, daß es ein schmales Frequenzband um die S chwingungsfrequenz durchläßt und welches eine Übertragungsfunktion der Form —p/(i+dp+p²) besitzt. Der Ausgang des Bandfilters wird mittels einer Phasenumkehrstufe 84 und der beiden Dioden 85 und 86 vollweggleichgerichtet, und die entstehende Gleichspannung wird dem einen Ende

87 eines Widerstandes 88 zugeführt. Dem einen Ende 89 eines zweiten Widerstandes 90 wird ein Gleichspannungssignal im umgekehrten Sinne zugeführt, welches vom Oszillator 81 herrührt, von dem es durch einen Vollweggleichrichter, welcher aus einer Phasenumkehrstufe 91 und den Dioden 92 und 93 besteht, gewonnen wird. Die anderen Enden der Widerstände

88 und 90 sind am Punkt 94 miteinander verbunden, von dem aus jedes unsymmetrische Signal an ein glättendes und phasenschiebendes Filter 95 gelangt, welches eine Übertragungsfunktion der Form

Claims (12)

Patentansprüche: Bp +^T1 i + cp + äp*} l+pT2 besitzt. Der Ausgang des Filters 95 wird dem regelbaren Verstärker 34 zur Steuerung des Verstärkungsgrades zugeführt. Diese Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten Beispiels erlaubt es, die Verstärkung der Schleife bei oder in der Nähe der Eigenfrequenz auf einen beliebigen Wert unterhalb von »1« einzustellen (bestimmt durch das Verhältnis der Widerstände 88 und 90). Bei dieser Anordnung wird die Verstärkung normalerweise auf einen Wert zwischen 0,5 und 0,75 eingestellt, um der Einrichtung ein Eingangssignal mit einem größeren Frequenzbereich zuführen zu können. Es ist nicht notwendig, daß das eingeführte Signal die Eigenfrequenz besitzt, denn die Verstärkung bei einer anderen Frequenz kann in ein festes Verhältnis zur Verstärkung bei der Eigenfrequenz gesetzt werden. Wenn ein Signal dieser anderen Frequenz zugeführt wird, kann die Verstärkung der Schleife bei dieser Frequenz auf einem solchen Wert gehalten werden, für den die Schleifenverstärkung bei der Eigenfrequenz den gewünschten Wert unterhalb »1« besitzt. In diesem Falle ist es nicht notwendig, daß im Nutzausgang Schwingungen auftreten, bevor die Regelung in Tätigkeit tritt. Die Einrichtung kann weiterhin so abgewandelt werden, daß ein Netzwerk vorgesehen wird, das bewirkt, daß die erste Eigenfrequenz weit vom Arbeitsfrequenzbereich weg zu liegen kommt; im Bereich dieser Frequenz ändert sich dann die Schleifenverstärkung nur wenig mit der Frequenz.

1. Steuereinrichtung, insbesondere für gelenkte Flugkörper, unter Verwendung eines einen regelbaren Gegenkopplungszweig enthaltenden Regelkreises (Schleife), dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Schleife angekoppelte Einrichtung (»Meßeinrichtung« 40, 45 in Fig. 1; 83 bis 95 in Fig. 3) vorgesehen ist, die auf eine außerhalb des normalen Arbeitsbereichs der Steuereinrichtung liegende Frequenz (»Meßfrequenz«), insbesondere auf eine Eigenfrequenz oder eine in der Nähe der Eigenfrequenz liegende Frequenz, anspricht und ein von der Amplitude der Meßfrequenz und damit von der Schleifenverstärkung abhängiges Steuersignal, beispielsweise in Form einer Regelspannung (46), liefert, das einem in der Schleife liegenden regelbaren Element (34) zur Regelung der Schleifenverstärkung so zugeführt wird, daß mit steigender Amplitude der Meßfrequenz der Verstärkungsgrad des regelbaren Elements und damit die Schleif en verstärkung herabgesetzt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis und die Schleifenverstärkung so bemessen sind, daß gerade Selbsterregung bei einer Eigenfrequenz des Regelkreises auftritt, und daß die Einrichtung (40, 45) zur Erzeugung der Regelspannung und das Element regelbarer Verstärkung (34) so bemessen sind, daß die Amplitude der Eigenschwingungen klein bleibt (Fig. 1 und 2).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schleife (13, 17, 19, 22, 24, 30, 34) ein Signal (82) eingekoppelt wird, dessen Frequenz vorzugsweise auf oder in der Nähe einer Eigenfrequenz der Schleife liegt (»Meßsignal«), daß das Meßsignal nach Durchlaufen der gesamten Schleife ausgekoppelt wird, daß das eingekoppelte und das ausgekoppelte Signal einer Vergleichsschaltung (88, 90) zugeführt werden und daß die Regelspannung aus dem resultierenden Signal abgeleitet wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal am selben Ort (13) in die Schleife eingekoppelt wird wie ein der Steuereinrichtung zugeführtes Befehlssignal (10) und daß das Meßsignal aus dem Gegenkopplungszweig der Schleife ausgekoppelt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Oszillator (81) zur Erzeugung der Meßfrequenz, eine Schaltung (91, 92, 93) zur Gleichrichtung des Oszillatorausgangssignals, weiterhin durch ein Bandpaßfilter (83) für die Oszillatorfrequenz, durch welches das ausgekoppelte Signal geleitet wird, ferner durch einen Gleichrichter (84, 85, 86) für das ausgekoppelte Signal und schließlich durch eine Addierstufe (88, 90), die die beiden gleichgerichteten Signale zur Erzeugung der Regelspannung vereinigt, durch die der Verstärkungsgrad des regelbaren Elementes (34) gesteuert wird (Fig. 3).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das regelbare Element (34) im Gegenkopplungszweig der Schleife liegt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das regelbare Element im Geradeauszweig der Schleife liegt.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung der Amplitude des Meßsignals

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bzw. der Eigenschwingungen direkt proportional ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung ein Zeitintegral der Amplitude des Meßsignals bzw. der Eigenschwingungen enthält.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuleitung für das Befehlssignal (10) ein Filter (11) zur Sperrung von Eingangssignalen der Meßfrequenz oder Eigenschwingungsfrequenz geschaltet ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung so bemessen ist, daß die Schleifenverstärkung für die Meßfrequenz unterhalb »1« bleibt.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das regelbare Element (34) ein regelbarer Verstärker ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 921 877.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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