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Flugregler Die Erfindung betrifft einen Flugregler mit Stellungszuordnung
des Ruders, bei dem die Stehgeschwindigkeit des Rudermotors von der Differenz eines
Lageänderungssignals und eines der Bewegung des Rudermotors entsprechenden Rückführwertes
abhängig ist, wobei das Signal und der Rückführwert als elektrische Steuergrößen
einander entgegengeschaltet sind. Die so gebildete Differenz wird über einen Kraftverstärker
auf den Rudermotor geschaltet. Statt der Lageänderung kann das Signal natürlich
auch Winkelgeschwindigkeiten oder Winkelbeschleunigungen oder Linearkombinationen
davon enthalten. Zusätzlich zu einer Stellungsrückführung vom Ruder her kann auch
eine Geschwindigkeitsrückführung vorgesehen werden. Es wird auf diese Weise eine
Proportionalität zwischen dem Signal vom Flugregler und dem Ruderausschlag erreicht,
wobei die Proportionalitätskonstante durch das Verhältnis der Koeffizienten von
Signal und Rückführwert dargestellt wird. Diese klassische Art der Flugreglung entspricht
einem allgemeinen Reglungsprinzip. Bei den meisten dieser Regler sind die Koeffizienten
von Signal und Rückführwert konstant. Es ist bekannt, die Koeffizienten der Rückführwerte
in Abhängigkeit von Staudruck oder Machzahl zu verändern, um der erhöhten Ruderwirksamkeit
Rechnung zu tragen.
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Es wird jedoch immer vorausgesetzt, daß der Ruder-Servokreis in der
Lage ist, den vom Flugregler gelieferten Signalen zu folgen.
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Mit höherer Fluggeschwindigkeit wächst jedoch bekanntlich die Stabilisierungsfrequenz,
so daß Signale höherer Frequenz auftreten, denen der Rudermotor infolge seiner natürlich
begrenzten maximalen Stellgeschwindigkeit nicht mehr zu folgen vermag. Der Rudermotor
kann dann keine entsprechenden Ruderausschläge phasentreu herstellen, sondern hinkt
mit Phasenverschiebung nach. Es sist eine bekannte Tatsache, daß unter solchen Umständen
der Flugregler infolge der Phasenschleppung des Rudermotors instabil wird, was durch
die vorliegende Erfindung vermieden werden soll.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Verhältnis der Koeffizienten
von Signal und Rückführwert vor dem Erreichen der höchstzulässigen Stellgeschwindigkeit
des Rudermotors mit zunehmender Differenz der Steuergrößen selbsttätig verkleinert
wird. Eine Verkleinerung dieses Koeffizientenverhältnisses bedeutet, daß der einer
bestimmten Lageänderung zugeordnete Ruderausschlag entsprechend kleiner ist, so
daß zur Erzeugung eines solchen kleineren Ruderausschlages die maximale Stellgeschwindigkeit
des Rudermotors noch ausreicht. Bevor also die Differenz zwischen Signal und Rückführwert
bei höheren Signalfrequenzen denjenigen Wert erreicht, der zur Erzielung der maximalen
Rudermotorgeschwindigkeit erforderlich ist, wird ein weiteres Ansteigen dieser Differenz
dazu benutzt, das Koeffizientenverhältnis zu verkleinern, so daß der Rudermotor
auch dann noch innerhalb seines begrenzten Stellgeschwindigkeitsbereiches phasentreu,
allerdings mit verkleinerten Amplituden, arbeiten kann. Um eine zur Instabilität
führende Phasenschleppung des Rudermotors zu vermeiden, arbeitet der Flugregler
bei zu großer Differenz der Steuergrößen mit selbsttätig verkleinerten Ruderamplituden.
Das ist durchaus sinnvoll, da bei höheren Fluggeschwindigkeiten die Ruderwirksamkeit
zunimmt, so daß kleine Ruderamplituden ausreichen.
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Das Verhältnis der Koeffizienten kann durch Veränderung der Widerstände
erreicht werden, durch welche die Koeffizienten der Steuergrößen, nämlich des Signals
und des Rückführwertes, bestimmt sind. Zweckmäßigerweise ist die Anordnung daher
so getroffen, daß von der Differenz der Steuergrößen beim Überschreiben eines vorgegebenen
von der maximalen Stellgeschwindigkeit des Rudermotors abhängigen Wertes ein Hilfssteuerstromkreis
gespeist ist, durch den die die Koeffizienten der Steuergrößen bestimmenden Widerstände
verändert werden. Die Veränderung der Koeffizientenwiderstände durch den Strom oder
die Spannung des Hilfssteuerstromkreises kann in verschiedener Weise erfolgen, z.
B. durch ein im Hilfssteuerstromkreis liegendes Drehspul- oder Drehmagnetsystem,
das einen Überbrückungsschleifer des Koeffizientenwiderstandes betätigt, oder durch
andere bekannte Mittel. Es ist oft ausreichend, nur einen der Koeffizientenwiderstände
zu verändern, z. B. nur den Widerstand, der den Signalkoeffizienten bestimmt, während
der Koeffizient des Rückführwertes unbeeinflußt bleibt.
Eine besonders
einfache Möglichkeit besteht darin, daß parallel zum Signaleingang ein als Heißleiter
ausgebildeter Nebenschlußwiderstand geschaltet ist, der vom Hilfssteuerstromkreis
beheizt wird. Wird ein solcher als Nebenschlußwiderstand geschalteter Heißleiter
vom Hilfssteuerstrom beheizt, so hat das eine Schwächung des Signals zur Folge.
In entsprechender Weise kann vorgesehen werden, daß der Rückführwert über einen
Heißleiter zugeführt ist, der vom Hilfssteuerstrornkreis beheizt wird. Bei Aufheizung
des Heißleiters wird dann der Rückführwert vergrößert. Die Schwächung des Signals
und/oder die Vergrößerung des Rückführwertes bedeuten eine Verkleinerung des Verstärkungsgrades
des Regelkreiess im Sinne der Erfindung.
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Eine sinnvolle Verwirklichung der Erfindung wird dadurch erreicht,
daß der Hilfssteuerstromkreis einen Verstärker enthält, an dessen Eingang die Differenz
der Steuergrößen über ein Sperrglied angeschlossen ist, dessen Durchlässigkeit beim
Überschreiten einer vorbestimmten Differenzgröße beginnt. Diese vorbestimmte Differenzgröße,
bei der die Speisung des Hilfssteuerstromkreises beginnt, wird zweckmäßigerweise
so bemessen, daß sie etwa 90% derjenigen Steuerwertdifferenz beträgt, bei der maximale
Stellgeschwiradigkeit des Rudermotors erreicht werden würde.
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Bei Verwendung eines Verstärkers im Hilfssteuerstromkreis ist es zweckmäßig,
den Ausgangsstrom nach oben zu begrenzen, um eine Überlastung der Heizwiderstände
der Heißleiter oder sonstiger die Widerstandsänderung bewirkender Glieder zu vermeiden.
Das kann durch Bemessung des Verstärkers oder durch einen spannungsabhängigen Nebenschlußwiderstand
geschehen, der parallel zum Verstärkerausgang geschaltet ist.
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In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Mittel vorzusehen,
die ein verzögertes Abklingen der Koeffizientenänderung bewirken. Man kann beispielsweise
die Heißleiter thermisch abschirmen, so daß sie sich nach Beendigung der Beheizung
mit einer Verzögerung von einigen Sekunden abkühlen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme
auf das Blockschaltbild näher erläutert.
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Von einem Signalgeber I, der üblicherweise als ein Kreiselgerät ausgebildet
ist, wird ein Signal a, als elektrischer Meßwert abgenommen, das dem Lagefehler
eines Flugkörpers entspricht. Das Signal a, wird einem Summiergerät 1I zugeführt,
und zwar über einen Widerstand R3, dem ein Differenzierkondensator C parallel geschaltet
sein kann. Parallel zum Signalausgang ist ein veränderlicher Widerstand R, geschaltet.
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In F i g. 2 ist schematisch ein Flugzeug dargestellt, das um den Winkel
yp von einer vorgegebenen Kursrichtung x-x abweicht. Der Lagefehler y wird in bekannter
Weise von dem Kreiselgerät I ermittelt, das ein dem Lagefehler proportionales Signal
a, abgibt, so daß c0 . a, = y ist. Der Koeffizient e0 wird durch den
veränderlichen Widerstand R, bestimmt.
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Mit einem Rudermotor IV ist ein Rückführwertgeber V verbunden, der
in bekannter Weise einen dem Ruderausschlag proportionalen elektrischen Rückführwert
a2 erzeugt. Dieser Rückführwert a2 ist über einen veränderlichen Widerstand R2 und
einen weiteren Widerstand R4 dem Summiergerät II zugeführt und dem Lagefehlersignal
a, entgegengeschaltet. Durch den Ruderausschlag, der in F i g. 2 mit @ bezeichnet
ist, soll der Lagefehler y beseitigt werden. Der Rückführwert a2 = ko . 5. Der Koeffizient
k, wird durch den Widerstand R2 bestimmt.
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Am Ausgang des Summiergerätes Il entsteht ein elektrischer Meßwert,
der der Differenz von Signal a, und Rückführwert a2 entspricht. Diese Differenz
9,-a2 wird über einen Kraftverstärker III auf den Rudermotor IV geschaltet, dessen
Stellgeschwindigkeit auf diese Weise von der Differenz a, -a2 abhängig ist.
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Bei einem solchen Flugregler soll Verhältnisgleichheit zwischen Lagefeliler
y und Ruderausschlag @ bestehen, wobei der Proportionalitätsfaktor durch das Verhältnis
der Koeffizienten
dargestellt wird:
Diese Proportionalität bleibt jedoch bei unverändertem Koeffizientenverhältnis nur
so lange erhalten, als die Stellgeschwindigkeit
des Rudermotors IV ausreicht, um den Signaländerungen phasentreu zu folgen. Ändert
sich das Signal a, schneller, als der Rudermotor IV bei maximaler Stellgeschwindigkeit
folgen kann, so kann dem Signalanstieg nicht sofort ein entsprechender Anstieg des
Rückführwertes a2 entgegenwirken, so daß sich die Differenz der Steuergrößen a,-a.
vergrößern würde. Der dem Lagefehler bei unverändertem Koeffizientenverhältnis entsprechende
Ruderausschlag könnte sich nur mit größerer Phasenverschiebung einstellen, was zu
einer Instabilität des Flugreglers führt und daher vermieden werden muß.
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Um eine stabile Flugreglung bei einer begrenzten Stehgeschwindigkeit
des Rudermotors IV zu erhalten, müssen die Widerstände R, und R2, die die Koeffizienten
c0 und k0 bestimmen, selbsttätig verkleinert und damit der Proportionalitätsfaktor
reduziert werden, ehe die Differenz der Steuergrößen a,-a, den Wert erreicht, der
zur Erzielung der maximalen Stellgeschwindigkeit des Rudermotors IV erforderlich
ist.
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Das geschieht durch einen zwischen Summiergerät 1I und Kraftverstärker
III angeschlossenen Hilfssteuerstromkreis. Die Differenz a,-a, ist über ein Sperrglied
VI zusätzlich an den Eingang eines Verstärkers VII geschaltet. Das Sperrglied VI,
das beispielsweise aus antiparallelgeschalteten Zenerdioden besteht, ist so bemessen,
daß seine Durchlässigkeit erst dann beginnt, wenn die Differenz a,-a2 etwa 900/0
des Wertes erreicht hat, der zur Erzeugung der maximalen Stellgeschwindigkeit des
Rudermotors IV erforderlich ist. Durch einen weiteren Anstieg von a,-a2 wird dann
der Verstärker VII gespeist, durch dessen Ausgangsstrom eine Verkleinerung der Widerstände
R, und R2 bewirkt wird. Zu diesem Zweck sind die Widerstände R, und R2 als Heißleiter
ausgebildet, deren Widerstand bekanntlich durch Erwärmung abnimmt. Der Ausgangsstrom
des Verstärkers VII speist die Heizwicklungen W, und W2 dieser Heißleiter R, und
R2. Um den Strom dieses Hilfssteuerstromkreises nach oben zu begrenzen, kann ein
spannungsabhängiger Nebenschlußwiderstand VIII vorgesehen werden, oder der Verstärker
VII selbst kann für eine begrenzte Stromabgabe eingerichtet sein. Dadurch wird eine
Überbelastung der Heizwicklungen W, und W2 vermieden. Die Heißleiter R, und R2 mit
ihren Heizwicklungen W, und W2 sind durch ein Gehäuse G, und G2 thermisch abgeschirmt,
so daß die Abkühlung mit einer Verzögerung von einigen Sekunden erfolgt.
Durch
Erwärmung des Widerstandes R,. wird erreicht, daß bei gleicher Lageabweichung y
ein kleineres Signal a, entsteht. Eine Erwärmung des Widerstandes R2 hat zur Folge,
daß ein bestimmter Rückführwert a2 schon bei einem kleineren R uderausschlag s vorhanden
ist. Jede einzelne dieser Widerstandsänderungen oder auch beide zusammen bewirken
eine selbsttätige Angleichung des Flugreglers an die Fluggeschwindigkeit und die
sich mit dieser erhöhenden Stabilisiei ungsfrequenz unter Ausnutzung der vorgegebenen
maximalen Stellgeschwindigkeit des Rudermotors.