DE1146757B

DE1146757B - Electro-hydraulic control servo mechanism

Info

Publication number: DE1146757B
Application number: DES69584A
Authority: DE
Inventors: Robert Sydney Colhoun
Original assignee: Short Brothers and Harland Ltd
Current assignee: Short Brothers PLC
Priority date: 1959-07-28
Filing date: 1960-07-25
Publication date: 1963-04-04

Description

Elektrohydraulischer Steuer-Servomechanismus Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Servosystem mit einem gemeinsamen Eingangssteuerglied, einem gemeinsamen Ausgangsglied und wenigstens drei voneinander unabhängigen Kanälen für die Übertragung von Signalen von dem Eingangssteuerglied zu dem Ausgangsglied.Electro-Hydraulic Control Servo Mechanism The invention relates to an electro-hydraulic servo system with a common input control element, a common output element and at least three independent channels for the transmission of signals from the input control element to the output element.

Wenn elektrohydraulische Steuersysteme aus Sicherheitsgründen oder zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und insbesondere bei Flugzeug-Steuervorrichtungen mehrfach vorgesehen werden, ist es wünschenswert und oft unerläßlich, einen in irgendeinem Kanal des Systems auftretenden Fehler zu ermitteln, um so den Pilot oder den Bedienungsmann davon in Kenntnis zu setzen, daß der Sicherheitsgrad des Systems geringer geworden ist, und ihn darauf aufmerksam zu machen, daß Abhilfe geschaffen werden muß bzw. ihm anzuzeigen, daß der fehlerhafte Kanal abgeschaltet worden ist und nicht mehr arbeitet. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe ein fehlerhafter Kanal in einem elektrohydraulischen Mehrfach-Servosystem identifiziert werden kann.When electro-hydraulic control systems for safety reasons or to increase reliability and especially in aircraft control devices be provided multiple times, it is desirable and often essential to have one in any one Channel of the system to determine errors occurring, so the pilot or the operator to inform that the security level of the system has decreased and to draw his attention to the fact that remedial action must be taken or that to indicate to him that the faulty channel has been switched off and no longer is working. The object of the present invention is to create a device with the help of which a faulty channel in an electrohydraulic multiple servo system can be identified.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß jeder Kanal einen an sich bekannten Motor aufweist, der von durch Bewegungen des Eingangssteuergliedes erzeugten Signalen gesteuert wird und ein hydraulisches Servoventil betätigt, welches die Druckmittelzufuhr zu einem das erwähnte gemeinsame Ausgangsglied mechanisch antreibenden hydraulischen Servomotor steuert; eine weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen Systems besteht in einer Vorrichtung zum Vergleichen der Stellung des hydraulischen Servoventils in jedem Kanal (oder der Stellung eines mit diesem mechanisch verbundenen Teils) mit der Stellung des hydraulischen Servoventils (oder des damit mechanisch verbundenen Teils) in zwei anderen Kanälen; außerdem sind erfindungsgemäß Warnvorrichtungen vorgesehen, welche auf Abweichungen der Stellungen der hydraulischen Servoventile (bzw. der mit diesen verbundenen Teile) ansprechen und den defekten Kanal anzeigen.According to the invention it is proposed that each channel has one per se has known motor generated by movements of the input control member Signals is controlled and a hydraulic servo valve is operated, which the Pressure medium supply to one of the aforementioned common output member mechanically driving hydraulic servo motor controls; another special feature of the invention System consists in a device for comparing the position of the hydraulic Servovalve in each channel (or the position of one mechanically connected to it Partly) with the position of the hydraulic servo valve (or the mechanical connected part) in two other channels; in addition, warning devices are according to the invention provided, which on deviations in the positions of the hydraulic servo valves (or the parts connected to them) and display the defective channel.

Vorzugsweise weist jeder Kanal einen an sich bekannten Verstärker auf, der nach Maßgabe von ihm von dem erwähnten Eingangssteuerglied zugeführten Signalen Ausgangssignale zur Betätigung des erwähnten Motors erzeugt, und jeder Kanal ist mit einer Rückkopplungsschleife zwischen dem hydraulischen Servoventil (oder einem mit diesen mechanisch verbundenen Teil) und dem Verstärkereingang ausgestattet.Each channel preferably has an amplifier known per se on, the supplied by the aforementioned input control member according to the requirements Signals output signals for operating the mentioned motor are generated, and each Channel is with a feedback loop between the hydraulic servo valve (or a part mechanically connected to it) and the amplifier input.

Mit einer solchen Anordnung wird ein hohes Verstärkungsverhältnis für die Verstärker-Motor-Ventil-Kombination erzielt, und der Totbereich des Ventils wird verringert; außerdem ist sichergestellt, daß die verschiedenen Servoventile der jeweiligen Kanäle in Übereinstimmung mit ihren gemeinsamen, mehrfach zur Verfügung gestellten Eingangswerten gleichmäßig arbeiten.With such an arrangement, a high boost ratio is obtained achieved for the amplifier-motor-valve combination, and the dead zone of the valve is decreased; it is also ensured that the various servo valves of the respective channels in accordance with their common, available multiple times set input values work evenly.

Die Servoventile arbeiten normalerweise innerhalb der Toleranzen ihrer jeweiligen Verstärkereingänge synchron, so daß die zusätzlichen Servoventil-Rückkopplungssignale als Ventilstellungs-Kontrollsignale benutzt werden können. Diese Stellungssignale können einer Mehrzahl von Relais zugeführt werden, von denen jedes so angeordnet ist, daß es von den Stellungssignalen zweier Kanäle beaufschlagt wird, wobei verschiedene Relais von verschiedenen Stellungssignal-Kombinationen beaufschlagt werden, und zwar jeweils von zweiten aus der Mehrzahl der Kanäle. Jedes Relais spricht auf eine Abweichung der ihm zugeführten Stellungssignale voneinander an und betätigt ihm zugeordnete Schaltvorrichtungen. Die Warnvorrichtungen umfassen eine der Kanalzahl entsprechende Zahl von Warnkreisen, die so ausgebildet sind, daß sie von den Relaisschaltern betätigt werden können, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei einer Abweichung des Stellungssignals irgendeines der Kanäle diejenigen Relais, denen das Signal zugeführt wird, in Betrieb gesetzt werden und gleichzeitig die ihnen zugeordneten Schalter betätigen, die ihrerseits so in die Warnkreise geschaltet sind, daß nur der Warnkreis des erwähnten einen Kanals geschlossen wird. Bei einer bevorzugten Ausfühiungsfonn der Erfindung ist für jeden Warnkreis eine Haltevorrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe nach Schließen irge'n'deines der Warnkreise die ihm zugeordnete Haltevorrichtung den Warnkreis auch dann geschlossen hält, wenn anschließend die dem Warnkreis zugeordnete Schaltvorrichtung geöffnet wird.The servovalves normally operate within their tolerances respective amplifier inputs synchronously, so that the additional servo valve feedback signals can be used as valve position control signals. These position signals can be supplied to a plurality of relays, each of which is so arranged is that it is acted upon by the position signals of two channels, with different Relays are acted upon by different position signal combinations, and in each case from the second out of the majority of the channels. Each relay speaks to one Deviation of the position signals supplied to each other and actuated him associated switching devices. The warning devices include one of the channel number corresponding number of warning circuits, which are designed so that they are from the relay switches can be operated, the arrangement being made so that in the event of a deviation of the position signal of any of the channels those relays to which the signal is supplied, are put into operation and at the same time their assigned Operate switches, which in turn are switched into the warning circuits so that only the warning circuit of the mentioned one channel is closed. At a The preferred embodiment of the invention is a holding device for each warning circuit provided, with the help of which, after closing any of the warning circles, the him associated holding device keeps the warning circuit closed even if then the switching device assigned to the warning circuit is opened.

Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dar. Es zeigt Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines einzelnen Kanals aus einem dreifach vorgesehenen elektrohydraulischen Servosystem zum Einstellen einer Steuerfläche eines -Flugzeuges nach Maßgabe der Bewegungen, die der Pilot mit seiner Steuersäule ausführt, Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Fehlerermittlungskreises an dem System der Fig. 1: Mit Hilfe einer nicht dargestellten Einrichtung wird ein elektrisches Signal erzeugt, das seiner Amplitude nach in Abhängigkeit von Stellungsänderungen der vom Piloten betätigten Steuersäule verändert wird. Diese elektrischen Signale werden Eingangsklemmen 11 zugeführt, von denen aus sie einem Hochleistungsverstärker 12 zugeleitet werden, in dem die Signale verstärkt und von dem aus sie zur Steuerung eines Drehmomentmotors 13 an diesen weitergeleitet werden; der Drehmomentmotor 13 betätigt mechanisch über eine Welle 14 ein Spulenventil 15 eines hydraulischen Servomotors 16. Eine Ausgangswelle 17 des Servomotors 16 ist mechanisch mit der Vorrichtung zum Verstellen der Steuerflächen des Flugzeuges verbunden.The drawings show an exemplary embodiment of the subject matter of the invention. FIG. 1 shows a schematic block diagram of a single channel from a triple electrohydraulic servo system for adjusting a control surface of an aircraft in accordance with the movements that the pilot performs with his control column, FIG Schematic block diagram of a fault detection circuit in the system of FIG. 1: With the aid of a device (not shown), an electrical signal is generated, the amplitude of which is changed as a function of changes in the position of the control column operated by the pilot. These electrical signals are fed to input terminals 11, from which they are fed to a high-power amplifier 12, in which the signals are amplified and from which they are passed on to control a torque motor 13; the torque motor 13 mechanically actuates a spool valve 15 of a hydraulic servomotor 16 via a shaft 14. An output shaft 17 of the servomotor 16 is mechanically connected to the device for adjusting the control surfaces of the aircraft.

Die Ausgangswelle 17 des Servomotors 16 betätigt den Läufer eines Potentiometers 18; so daß ein Rückkopplungssignal erzeugt wird, das über eine Verbindung 19 an den Eingang des Verstärkers 12 zurückgeleitet wird. Außerdem ist bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Rückkopplungsverbindung zwischen dem Ausgang des Drehmomentmotors 13 und dem Eingang des Verstärkers 12 vorgesehen. Diese Rückkopplungsverbindung weist zwischen der Ausgangswelle des Drehmomentmotors 13 und dem Eingang einer üblichen Abnehmervorrichtung 21 eine mechanische Verbindung 20 auf; die Abnehmervorrichtung erzeugt ein elektrisches Signal, das die Stellung der Ausgangswelle des Drehmomentmotors 13 repräsentiert. Dieses Signal wird über eine Verbindung 22 an den Eingang des Verstärkers 12 geleitet. Der Drehmomentmotor 13 ist so ausgebildet, daß er in vorherbestimmter Weise auf die ihm zugeführten Eingangssignale anspricht, und zwar dadurch, daß man eine vorgegebene Steuerspannung an eine Eingangsklemme 23 aufbringt.The output shaft 17 of the servomotor 16 actuates the rotor of a Potentiometer 18; so that a feedback signal is generated which over a connection 19 is fed back to the input of the amplifier 12. Also with the preferred Embodiment of the invention a feedback connection between the output of the torque motor 13 and the input of the amplifier 12 are provided. This feedback connection has between the output shaft of the torque motor 13 and the input of a usual Pick-up device 21 has a mechanical connection 20; the pickup device generates an electrical signal that indicates the position of the output shaft of the torque motor 13 represents. This signal is sent via a connection 22 to the input of the Amplifier 12 passed. The torque motor 13 is designed so that it in a predetermined Way responds to the input signals fed to it, namely by the fact that one applies a predetermined control voltage to an input terminal 23.

Die vorstehend beschriebene Einrichtung der Fig. 1 bildet einen Kanal des dreifach angeordneten elektrohydraulischen Servosystems gemäß der Erfindung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden parallel zueinander drei solcher identischer Kanäle zwischen der Steuersäule und der Vorrichung zum Betätigen der Steuerfläche des Flugzeuges benutzt. Die die Steuersäulenbewegungen repräsentierenden Signale werden parallel zueinander den Eingängen der drei Verstärker zugeleitet, und die Ausgangswellen der drei Servomotoren werden mechanisch mit dem Antriebsmechanismus für die Steuerfläche verbunden.The device of FIG. 1 described above forms a channel of the triple-arranged electro-hydraulic servo system according to the invention. In the present exemplary embodiment, three of these are more identical in parallel to one another Channels between the control column and the device for operating the control surface of the aircraft used. The signals representing the control column movements are fed in parallel to the inputs of the three amplifiers, and the Output shafts of the three servomotors are mechanically connected to the drive mechanism connected for the control surface.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird von der Abnehmervorrichtung 21 ein zusätzliches elektrisches Ausgangssignal abgegriffen, das, die Stellung der Ausgangswelle des Drehmomentmotors 13 repräsentiert. Dieses letztere Signal wird einer Ausgangsklemme 24 zugeleitet, wo es für das nun zu beschreibende Fehlerermittlungssystem zur Verfügung steht.As shown in Fig. 1, the pick-up device 21 is an additional electrical output signal tapped, the, the position of the output shaft of the Torque motor 13 represents. This latter signal becomes an output terminal 24, where it is available for the error detection system now to be described stands.

Wie in Fig. 2 gezeigt, entsprechen drei Abnehmervorrichtungen 21, 25 und 26 den drei Abnehmervorrichtungen, die den drei Kanälen des Systems zageordnet sind. Die Ausgangssignale dieser drei Vorrichtengen werden in Verstärkern 27; 28 und 29 verstärkt, welche gleiche Ausgangsströme für die Windungen dreier Relais A, B und C liefern. Das Relais A ist mit zwei Spulenpaaren a 1, a 2 und a3, a 4 sowie mit zwei Kontaktanordnungen A 1 und A 2 ausgerüstet. Die Relais B und C sind genauso ausgebildet wie das Relais A. Die Stromrichtungen in den Relaisspulen sind in den Zeichnungen durch Pfeile angedeutet.As shown in Figure 2, three pickup devices 21, 25 and 26 correspond to the three pickup devices associated with the three channels of the system. The output signals of these three devices are in amplifiers 27; 28 and 29, which provide equal output currents for the windings of three relays A, B and C. The relay A is equipped with two pairs of coils a 1, a 2 and a3, a 4 as well as with two contact arrangements A 1 and A 2 . The relays B and C are designed in the same way as the relay A. The current directions in the relay coils are indicated in the drawings by arrows.

Wie sich aus den Zeichnungen ergibt, sind die Kontakte der Relais A, B und C jeweils in Zweierkombinationen drei Warnkreisen 30, 31 und 32 zugeordnet, welche beim Auftreten von Störungen oder Fehlern in den drei Kanälen des Systems jeweils Warnzeichen geben. Der Warnkreis 30 umfaßt eine Lampe 33, welche über Kontakte 1 eines elektromagnetischen Relais RL 1 mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, wobei die Windung des Relais RL l mit der Gleichstromquelle über die Kontakte A 1 und C 2 der Relais A und C sowie zwei normalerweise geschlossene Kontakte verbunden ist. Das Relais RLl hat zwei weitere normalerweise geschlossene Kontakte °1' und 1", die in Serie mit den Windungen der Relais RL2 undRL3 der anderen beiden Warnkreise''geschaltet sind. In ähnlicher Weise ist der Warnkreis 31 mit einer Lampe 34 versehen, die über zwei normalerweise offene Kontakte 2 des elektromagnetischen Relais RL2 an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, wobei das elektromagnetische Relais RL2 ebenfalls zwei normalerweise geschlossene Kontakte 2' und 2" aufweist.As can be seen from the drawings, the contacts are the relays A, B and C each in combinations of two are assigned to three warning circles 30, 31 and 32, which in the event of malfunctions or errors in the three channels of the system give warning signs. The warning circuit 30 includes a lamp 33, which has contacts 1 of an electromagnetic relay RL 1 is connected to a direct current source, the winding of the relay RL l with the direct current source via the contacts A 1 and C 2 of relays A and C and two normally closed contacts connected is. The relay RLl has two other normally closed contacts ° 1 'and 1 ", which is connected in series with the windings of the relays RL2 and RL3 of the other two warning circuits" are. Similarly, the warning circuit 31 is provided with a lamp 34, which over two normally open contacts 2 of the electromagnetic relay RL2 to one Direct current source are connected, the electromagnetic relay RL2 also has two normally closed contacts 2 'and 2 ".

Wenn im Betriebszustand er Fall eintritt, daß z. B. das Signal der Abnehmervorrichtung 25 der Amplitude nach im Vergleich zu den von den Ab- nehmervorrichtungen 21 und 26 abgegriffenen Signalen abweicht, bewirken die Relais A und B; daß sieh ihre zugeordneten Kontakte schließen. Wie sich ans den Zeichnungen ergibt, enthält von den Warnkreisen nur der Warnkreis 31 Kontaktsätze beider Relais, Die Windung des Relais RL 2 wird somit unter Strom gesetzt, so daß sich seine Kontakte 2 schließen und die Lampe 34 aufleuchtet. Seine Kontakte 2' und 2" öffnen sich und verhindern so, daß die Windungen der Relais RL 1 und RL 3 in den anderen Warnkreisen unter Strom gesetzt werden. In jedem Warukreis ist eine Verbindung, wie mit 35 bezeichnet;' derart vorgesehen, daß das betreffende Relais, nachdem es geschlossen worden ist, durch die Kontakte 2 selbst dann geschlossen gehalten wird, wenn sich die Kontakte A 2, B 1 der Relais A und B anschließend öffnen, z. B. weil der Fehler in dem Kanal mit Unterbrechengen auftritt.If in the operating state it occurs that z. As the signal of the pickup device 25 is deviated by the amplitude tapped in comparison to the slave devices by the exhaust 21 and 26 signals cause the relays A and B; that they close their associated contacts. As can be seen from the drawings, of the warning circuits only the warning circuit 31 contains contact sets from both relays. The winding of the relay RL 2 is thus energized so that its contacts 2 close and the lamp 34 lights up. Its contacts 2 'and 2 "open and thus prevent the windings of the relays RL 1 and RL 3 from being energized in the other warning circuits. In each warning circuit there is a connection as indicated by 35; so provided that the relay in question, after it has been closed, is kept closed by the contacts 2 even if the contacts A 2, B 1 of the relays A and B subsequently open, for example because of the fault in the Channel with interruption occurs.

In der beschriebenen Ausführungsform wird dem Piloten oder dem Bedienungsmann visuell angezeigt, daß ein Kanal defekt geworden ist. Die Warnvorrichtung kann zusätzlich dazu dienen, automatisch den gestörten Kanal abzuschalten und gleichzeitig den fehlerhaft arbeitenden Servomotor auszukuppeln. Dieser Vorgang kann mit Hilfe eines von einem Solenoid gesteuerten Ventils -durchgeführt werden, das den defekten Servomotor von der hydraulischen Druckquelle abschaltet und die beiden Enden des Zylinders derart miteinander verbindet, daß die Druckflüssigkeit frei durchströmen kann.In the described embodiment, the pilot or the operator visually indicated that a channel has become defective. The warning device can additionally serve to automatically switch off the disturbed channel and at the same time the faulty one disengage the working servomotor. This process can be done with the help of one of a Solenoid controlled valve -be carried out, which the defective Servo motor disconnects from the hydraulic pressure source and both ends of the Cylinder connects with each other in such a way that the pressure fluid can flow through freely can.

Claims

CLAIMS: 1. An electro-hydraulic servo system having a common input control member, a common output member, and at least three independent channels for the transmission of signals from the input control member to the output member, characterized in that each channel having a known engine of by movements of the Input control member generated signals is controlled and a hydraulic servo valve actuates which controls the pressure medium supply to a said common output member mechanically driving hydraulic servo motor, further characterized by a device for comparing the position of the hydraulic servo valve in each channel (or the position of one mechanically connected to this Part) with the position of the hydraulic servo valve (or the part mechanically connected to it) in two other channels, and characterized by warning devices that monitor deviations in the positions of the hydraulic servo valves (resp. the parts connected to them) and indicate the defective channel.

2. System according to claim 1, characterized in that that each channel has an amplifier known per se, which according to signals supplied to him by the aforementioned input control element Actuation of the mentioned motor generates, and that each channel with a feedback loop between the hydraulic servo valve (or one mechanically connected to it Part) and the amplifier input.

3. System according to claim 2, characterized characterized in that each channel has a feedback loop between the common Output element and the amplifier input is equipped.

4. System according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the device for Comparison of the positions of the hydraulic servo valves (or those mechanically connected parts) for each channel has a signal generating device which according to the position changes of the hydraulic servo valve (or the with it mechanically connected part) generates a changing position signal, and that it has a plurality of relays, each of which is arranged to be of the Position signals of two channels is applied, with different relays of different position signal combinations are applied, in each case of two out of the majority of the channels, and each of which for a deviation the position signals supplied to it respond from each other and switching devices assigned to it operated, further characterized in that said warning device is one of the Number of channels has the corresponding number of warning circuits, which are designed in such a way that that they are put into operation by the switching devices assigned to the relays, the arrangement being made so that in the event of a deviation in the position signal any of the channels compared to the position signals of the other channels those relays to which the deviating position signal is supplied are in operation are set and at the same time actuate the switching devices assigned to them, which in turn are switched into the warning circuits that only the warning circuit of the mentioned a channel is closed.

5. System according to claim 4, characterized by a Holding device for each warning circuit, with the help of which after closing any one of the warning circuits, the holding device assigned to it then also closes the warning circuit holds when the switching device assigned to the warning circuit is then opened will.

6. System according to claim 5, characterized in that the holding device of each warning circuit is connected to the other warning circuits in such a way that it is at their actuation simultaneously opens the other warning circuits, so that it is prevented that these are then closed by the switching devices assigned to them will.

7. System according to claim 5, characterized in that each of the mentioned Warning circuits comprises an alarm device which is arranged to be of a Power source is energized via a switch, which is operated by an electromagnetic Relay is actuated whose winding is in a series circuit with the assigned Switching device lies. B. Device according to one of claims 4 to 7 with three Channels and three warning circuits, characterized in that three electromagnetic Relays are provided, each of which has a pair of turns opposite to each other Having winding direction, further characterized in that the switching device of each relay has two switches, the first switch with one of the three warning circuits is connected, while the second switch provides a power source to the first switch can connect one of the other two relays, with the turns of each relay are arranged so that they are of position signals of the two Channels are energized and actuate the relay switches when between an electrical imbalance occurs.