DE1099617B - Servosystem mit ueber Schleifkontakte einstellbaren Brueckennetzwerken auf der Geber- und Empfaengerseite und mit einer Nachlaufeinrichtung auf der Empfaengerseite - Google Patents

Servosystem mit ueber Schleifkontakte einstellbaren Brueckennetzwerken auf der Geber- und Empfaengerseite und mit einer Nachlaufeinrichtung auf der Empfaengerseite

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DE1099617B
DE1099617B DER27118A DER0027118A DE1099617B DE 1099617 B DE1099617 B DE 1099617B DE R27118 A DER27118 A DE R27118A DE R0027118 A DER0027118 A DE R0027118A DE 1099617 B DE1099617 B DE 1099617B
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DE
Germany
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servo system
voltage
bridge
phase
receiver side
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Application number
DER27118A
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English (en)
Inventor
John R Bonaccorsi
Roland Jack White
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RCA Corp
Original Assignee
RCA Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00Control of position or direction
    • G05D3/12Control of position or direction using feedback
    • G05D3/14Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device
    • G05D3/1472Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device with potentiometer

Description

  • Servosystem mit über Schleifkontakte einstellbaren Brückennetzwerken auf der Geber- und Empfängerseite und mit einer Nachlaufeinrichtung auf der Empfängerseite Die Erfindung bezieht sich auf ein neues und verbessertes Servosystem nach Art einer Brücke.
  • Ein bekanntes mit einer Gleichspannung arbeitendes Servosystem nach Art einer Brücke enthält zwei Potentiometer, von denen das eine in der betrachteten örtlichen Station und das andere an einem entfernten Punkt liegt. Beide Potentiometer besitzen normalerweise denselben Widerstand und an jedem Potentiometer ist dieselbe Anzahl von Kontakten oder Anzapfungen vorgesehen. Ein Einstellelement, welches ein Handrad od. dgl. sein kann, ist mit dem Schleifkontakt eines Potentiometers verbunden. Das gesteuerte Element oder die Belastung ist mit dem Schleifkontakt des anderen Potentiometers verbunden. Wenn die beiden Schleifkontakte verschiedene Spannungen abgreifen, wird der Stromkreis eines Motors geschlossen, und der Motor stellt die Belastung auf eine dem Handrad entsprechende Stellung ein. Wenn die örtliche Spannung und die Spannung an dem fernen Punkt gleich sind, wird der Motorstromkreis geöffnet.
  • Eine derartige Einrichtung und entsprechende nach Art einer Brücke arbeitende und mit einer einphasigen Wechselspannung gespeiste Systeme sind jedoch nicht überall anwendbar. Die Minimalspannung zwischen zwei Anzapfungen muß größer sein als die Spannungsempfindlichkeit der Meßvorrichtung. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird die Belastung nicht immer auf den gleichen Kontakt eingestellt, auf welchem das Handrad steht. Die Anzahl der Anzapfkontakte für eine gegebene Spannung an einem Potentiometer ist also begrenzt, und daher ist auch die Einstellgenauigkeit des Systems begrenzt. Die Zahl der Kontakte und die Einstellgenauigkeit lassen sich dadurch erhöhen, daß man die Spannung an dem Potentiometer erhöht. Da jedoch die Meßvorrichtung die volle Potentiometerspannung aushalten muß, kann die Spannung nicht unbegrenzt gesteigert werden.
  • Die Wertigkeit eines Brückensystems, wie es oben beschrieben ist, kann durch das Verhältnis wobei V" die Spannung zwischen aufeinanderfolgenden Kontakten ist, hm die maximale Brückenspannung ist und 1s die minimale Spannung zur Betätigung der Meßv orrichtung ist.
  • Die Wertigkeit des Servosystems ist um so größer, je größer das oben angegebene Verhältnis ist. Bei einer typischen Ausführungsform mit zehn Kontakten kann die Wertigkeit 1/s sein. Bei einem praktischen Gleichstromservosystem kann die Wertigkeit kleiner als 1/e sein. Ein "Zweck der Erfindung besteht darin, ein verhältnismäßig einfaches und wirksames Servosystem nach Art einer Brücke vorzuschlagen, das hohe Empfindlichkeit und hohe Zuverlässigkeit besitzt, ohne zusätzliche Verstärker od. dgl. zu benötigen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung soll ein Servosystem ein örtliches vielphasiges Brückennetzwerk und ein entsprechendes vielphasiges Brückennetzwerk in der entfernten Station enthalten. Die beiden Netzwerke haben feste Endkontakte, welche über ein Kabel miteinander verbunden sind und an eine vielphasige Spannungsquelle angeschlossen sind. Ein Einstellelement, beispielsweise ein Handrad, ist mechanisch mit dem verstellbaren Kontakt zur Einstellung auf die festen Endkontakte und auf feste Zwischenkontakte des örtlichen Brückennetzwerkes verbunden, und ein Motor ist mit seiner Welle an einen beweglichen Kontakt zur Einstellung auf die festen Endkontakte und festen Zwischenkontakte des entfernten Brückennetzwerkes angekuppelt. Eine Meßvorrichtung liegt zwischen den beweglichen Kontakten und zeigt an, wenn der entfernte bewegliche Kontakt an einer anderen Spannung und/oder anderen Phase liegt als der örtliche bewegliche Kontakt. Sodann wird der Motor erregt, bis die Übereinstimmung der beiden Kontaktstellungen wiederhergestellt ist.
  • Ein Vorteil dieses Systems gegenüber einem Gleichstromsystem oder einem einphasigen Wechselstrom- System besteht darin, daß zwei Größen gemessen werden; nämlich einerseits die Spannungsamplitude und andererseits die Spannungsphase. Wie weiter unten noch genauer erläutert werden wird, können solche Systeme eine viel größere Anzahl von Kontakten für dieselbe Leitungsspannung erhalten als die oben beschriebenen bekannten Systeme und besitzen daher eine viel größere Wertigkeit. Wenn man dieselbe Meßvorrichtung voraussetzt wie bei dem oben beschriebenen System, kann ein Servosystem mit zehn Kontakten als dreiphasiges Brückensystem mit einer Wertigkeit von 1/4, 1/a oder selbst 1/2 gebaut werden.
  • Bei manchen Ausführungsformen der Erfindung kann die Meßvorrichtung ein einphasiges Gerät sein, beispielsweise ein Relais od. dgl. In diesem Fall wird der entfernte Schleifkontakt nur in einer Richtung bewegt. Bei einer verbesserten Ausführungsform der Erfindung kann die Meß- und Antriebsvorrichtung ein Mehrphasenmotor sein. Der Motor kann in beiden Richtungen umlaufen und stellt den entfernten Schleifkontakt auf dem kürzesten Wege in die neue, richtige Stellung ein.
  • Fig.1 ist ein Schaltbild eines bekannten Servosystems ; Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Erfindung; Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung unter Benutzung von dreiphasigen Brücken in Dreieckschaltung; Fig. 4 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung unter Benutzung von dreiphasigen Brücken in Sternschaltung; Fig.5 ist ein Schaltbild eines Teiles eines Servosystems mit einer Brücke in Dreieckschaltung und einer Brücke in Sternschaltung; Fig.6 ist ein Schaltbild einer anderen Art von Brückenschaltung, welche für dieErfindung verwendet werden kann; Fig. 7 ist ein Schaltbild einer Brücke, von welcher eine kontinuierlich veränderliche Spannung abgegriffen werden kann, die sich für die Erfindung verwenden läßt; Fig.8 ist ein Schaltbild eines Servosystems mit einem Dreiphasenmotor, der die Belastung in beiden Richtungen verstellen kann.
  • Die bekannte Schaltung nach Fig. 1 enthält zwei Potentiometer 20 und 22, von denen das eine in der betrachteten örtlichen Station und das andere in einer entfernten Station liegt. Beide Potentiometer besitzen denselben Widerstandswert und die gleiche Anzahl von Anzapfkontakten, nämlich zehn Kontakte. Diese sind für die örtliche Station mit 1 bis 10 und für die entfernte Station mit 1' bis 10' bezeichnet und liegen normalerweise auf einem Kreise. Wenn an beiden Schleifkontakten 24 und 26 dieselbe Spannung liegt, wird die Meßvorrichtung, nämlich ein Relais 28, nicht betätigt. Wenn die Schleifkontakte jedoch verschiedene Spannungen abgreifen, schließt sich der Kontakt 29 des Relais und legt eine nicht mit dargestellte Spannung an den Motor 30. Dieser Motor treibt sodann den entfernten Schleifkontakt26 an, bis er sich in derselben Stellung befindet wie der örtliche Schleifkontakt 24. Die Belastung 32 wird ebenfalls durch den Motor angetrieben.
  • Die Erfindung ist in ihren Grundzügen in Fig. 2 dargestellt. Die Einrichtung enthält zwei mehrphasige Brücken 40 und 42, von denen die eine in der betrachteten örtlichen Station und die andere in der entfernten Station liegt. Die eineBrücke kann sich beispielsweise im, Führerstand eines Luftfahrzeugs befinden und die andere beispielsweise im Heck dieses Luftfahrzeugs. Eine mehrphasige Spannungsquelle 44 liefert Spannung an die festen Endkontakte beider Brücken über die mehradrigen Kabel 46 und 48. Normalerweise wird die mehrphasige Spannungsquelle eine dreiphasigeSpannungsquelle sein, jedoch ist dieErfindung nicht auf einen derartigen dreiphasigen Betrieb beschränkt. Die Meßvorrichtung 50 ist zwischen die Brücken 40 und 42 eingeschaltet und mißt die Spannungsamplitude und den Phasenwinkel zwischen den beiden Schleifkontakten der beiden Brücken und liefert ein Steuersignal an die Leitung 52, wenn diese verschieden sind. Die Leitung 52 ist an eine Antriebsvorrichtung 54 angeschlossen, welche den Schleifkontakt der Brücke 42 auf einen Punkt bringt, an welchem die Spannung amplitudenmäßig und phasenmäßig gleich der Spannung an der Brücke 40 ist. Die Belastung kann an dieselbe Welle wie der Schleifkontakt angekuppelt sein und kann aus der Abstimmung eines Senders oder Empfängers bestehen. Die Belastung ist schematisch durch das Reckteck 56 dargestellt. Das Einstellelement kann ein Handrad sein, wie es bei 58 für die Brücke 40 dargestellt ist.
  • Fig. 3 zeigt ein typisches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine nicht mit dargestellte dreiphasige Spannungsquelle liefert Spannung an die Klemmen 60, 62 und 64, welche mit den festen Kontakten 1, 4 und 7 der Brücke 66 verbunden sind, und ferner an die festen Kontakte 1', 4' und 7' der Brücke 68. Beide Brücken sind in Dreieck geschaltet. Auf jedem Brückenzweig liegen neun gleichmäßig voneinander entfernte Kontakte oder Anzapfungen, von denen jede von einem beweglichen Schleifkontakt berührt werden kann. Wenn die Schleifkontakte 70 und 72 verschiedene Kontakte berühren, spricht das Relais 74 an, und der Motor 76 wird an Spannung gelegt. Dieser treibt dann den entfernten Schleifkontakt 72 an, bis dieser in derselben Stellung wie der örtliche Schleifkontakt 70 steht.
  • Die Wertigkeit der Brücke nach Fig. 3 ist Die Brücke nach Fig. 3 ist also dreifach besser als die Brücke nach Fig. 1.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß die Spannungsamplitude zwischen den Kontakten 1 und 2 ebenso groß ist wie die Spannungsamplitude zwischen den Kontakten 1 und 9. Wenn der Schleifkontakt 70 auf dem Kontakt 2 steht und der Schleifkontakt 72 auf dem Kontakt 9', so- könnte man also vermuten, daß am Relais 74 keine Spannung auftreten und dieses Relais daher nicht betätigt werden würde. Dies ist jedoch nicht der Fall. Die beiden Spannungen haben nämlich einen verschiedenen Phasenwinkel und ergeben eine ziemlich große resultierende Spannung am Relais 74, so daß dieses anspricht.
  • Das Servosystem nach Fig.4 enthält Briicken in Sternschaltung statt in Dreieckschaltung. Die Wirkungsweise ist ähnlich derjenigen nach Fig.3. Die Wertigkeit für die Schaltung nach Fig. 4, welche ein System mit zehn Stellungen darstellt, ist worin V die Spannung längs eines Schenkels des Sterns ist. Fig.5 zeigt eine von zwei identischen Brücken, welche für eine andere Ausführungsform des Servosystems benutzt wird. Die Brücke besteht aus einer Kombination einer Sternschaltung und einer Dreieckschaltung. Die Wertigkeit für diese Anordnung ist 1/s.
  • Eine kompliziertere Brückenschaltung ist in Fig. 6 dargestellt. Dort ist ebenfalls nur eine von zwei Brücken gezeichnet. Die andere Brücke ist mit der in Fig. 6 dargestellten identisch und ist ebenso an die in Stern geschaltete dreiphasige Spannungsquelle angeschlossen. Die Meßvorrichtung für diese Schaltungsanordnung und für die Schaltung in Fig. 5 kann ebenso ausgeführt werden wie für die Schaltung in Fig. 3. Es kann gezeigt werden, daß die Wertigkeit des Systems nach Fig. 6 1/z ist.
  • Im Gegensatz zu den Schaltungsanordnungen nach Fig. 1 bis 6 mit diskreten Einstellungen ist in Fig. 7 eine Brücke eines Servosystems mit kontinuierlicher Einstellung dargestellt. Ein Widerstand 80, der an die festen Kontakte oder Anzapfungen der Brücke angeschlossen ist, wird von einem Schleifkontakt bestrichen, so daß eine kontinuierlich veränderliche Spannung abgegriffen wird. Die Genauigkeit dieser Anordnung hängt natürlich von der Empfindlichkeit der Meßvorrichtung ab. Der Widerstand zwischen zwei Anzapfkontakten beeinflußt die Wertigkeit nicht nachteilig, jedoch ist der Gesamtwiderstand in Reihe mit der Meßvorrichtung viel kleiner als in Fig. 1.
  • Man kann auch kompliziertere Brücken in Sternschaltung und kombinierte Brücken für ein Potentiometer verwenden, wenn man sie hintereinanderschaltet, so daß der Spannungsabfall zwischen den Potentiometeranzapfungen auf einem einigermaßen konstanten und kleinen Wert bleibt.
  • Bei einer mehrphasigen Brücke kann auch ein sogenannter mehrphasiger Motor als ein kombiniertes Meß- und Betätigungselement verwendet werden. Eine derartige Einrichtung ist in Fig. 8 dargestellt. Die Schleifkontakte 82 und 84 bestehen je aus drei voneinander getrennten leitenden Elementen. Diese Elemente sind mechanisch miteinander verbunden und können sich daher nur zusammendrehen. Jedes Element kommt mit einem anderen Anzapfkontakt seiner Brücke in Berührung, so daß jeder Schleifkontakt 82 und 84 eine dreiphasige Spannung erhält. Der Dreiphasenmotor 86 besitzt drei Statorwicklungen, von denen jede zwischen einem Element des Schleifkontaktes 82 und einem entsprechenden Element des anderen Schleifkontaktes 84 liegt. Wenn die von den beiden Schleifkontakten abgenommenen Spannungen dieselbe Phasenlage haben, wird der Motor 86 nicht erregt, jedoch findet eine Erregung des Motors statt, wenn die Spannungen verschiedenphasig sind. Der Rotor 88 ist an den entfernten Schleifkontakt 84 angeschlossen, und die Belastung 90 wird daher angetrieben, bis die Schleifkontakte 82 und 84 an derselben Phase liegen. Ein wichtiger Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß der Motor die richtige Einstellung auf dem kürzesten Wege herbeiführt.

Claims (5)

  1. PATENTANSPHOCHE: 1. Servosystem mit über Schleifkontakte einstellbaren Brückennetzwerken auf der Geber- und Empfängerseite und mit einer Nachlaufeinrichtung auf der Empfängerseite, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückennetzwerke mehrphasig ausgebildet und mit einer entsprechenden mehrphasigen Spannung gespeist sind.
  2. 2. Servosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung aus einem Relais besteht, welches die elektrische Spannung an den Motor anschließt.
  3. 3. Servosystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dreiphasige Netzwerke und dreiphasige Spannungsquellen benutzt werden.
  4. 4. Servosystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Kontakte jedes Brückennetzwerkes über Widerstände miteinander verbunden sind und daß ein beweglicher Kontakt auf diesem Widerstand schleift, um eine kontinuierliche Veränderung der abgegriffenen Spannung zu ermöglichen.
  5. 5. Servosystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung und der Motor als mehrphasige Netzvorrichtung und mehrphasiger Motor ausgeführt sind und mit einem mehrphasigen Netzwerk zusammenarbeiten. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 232 618, 441059.
DER27118A 1959-01-22 1960-01-16 Servosystem mit ueber Schleifkontakte einstellbaren Brueckennetzwerken auf der Geber- und Empfaengerseite und mit einer Nachlaufeinrichtung auf der Empfaengerseite Pending DE1099617B (de)

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US1099617XA 1959-01-22 1959-01-22
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