DE1254471B - Flugregler - Google Patents

Flugregler

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Publication number
DE1254471B
DE1254471B DEB69359A DEB0069359A DE1254471B DE 1254471 B DE1254471 B DE 1254471B DE B69359 A DEB69359 A DE B69359A DE B0069359 A DEB0069359 A DE B0069359A DE 1254471 B DE1254471 B DE 1254471B
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DE
Germany
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flight controller
difference
signal
control circuit
controller according
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Pending
Application number
DEB69359A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Waldemar Moeller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PE Manufacturing GmbH
Original Assignee
Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
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Publication date
Application filed by Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH filed Critical Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
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Priority to FR7883A priority patent/FR1372877A/fr
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Publication of DE1254471B publication Critical patent/DE1254471B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G05D1/0816Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft to ensure stability
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/24Transmitting means
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

  • 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.
  • Es wird jedoch immer vorausgesetzt, daß der Ruder-Servokreis in der Lage ist, den vom Flugregler gelieferten Signalen zu folgen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild näher erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: abhängigen Wertes ein Hilfssteuerstromkreis gespeist wird, durch den die die Koeffizienten der Steuergrößen bestimmenden Widerstände verändert werden. 3. Flugregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Signaleingang ein als Heißleiter ausgebildeter Nebenschlußwiderstand geschaltet ist, der vom Hilfssteuerstromkreis beheizt wird. 4. Flugregler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführwert über einen Heißleiter zugeführt ist, der vom Hilfssteuerstromkreis beheizt wird. 5. Flugregler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 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. 6. Flugregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom des im Hilfssteuerstromkreis liegenden Verstärkers nach oben begrenzt ist. 7. Flugregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die ein verzögertes Abklingen der Widerstandsänderungen bewirken. 1. Flugregler mit Stellungszuordnung, bei dem die Stellgeschwindigkeit 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, d a -durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Koeffizienten von Signal und Rückführwert vor dem Erreichen der höchstzulässigen Stehgeschwindigkeit des Rudermotors mit zunehmender Differenz der Steuergrößen selbsttätig verkleinert wird.
  2. 2. Flugregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Differenz der Steuergrößen beim Überschreiten eines vorgegebenen, von der maximalen Stellgeschwindigkeit des Rudermotors In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 880 384.
DEB69359A 1962-10-24 1962-10-24 Flugregler Pending DE1254471B (de)

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FR7883A FR1372877A (fr) 1962-10-24 1963-10-19 Dispositif régulateur de vol pour avions
GB42087/63A GB1028866A (en) 1962-10-24 1963-10-24 Aircraft automatic pilot

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DEB69359A DE1254471B (de) 1962-10-24 1962-10-24 Flugregler

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FR (1) FR1372877A (de)
GB (1) GB1028866A (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2880384A (en) * 1956-02-14 1959-03-31 Fairey Aviat Co Ltd Feedback control servosystems

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2880384A (en) * 1956-02-14 1959-03-31 Fairey Aviat Co Ltd Feedback control servosystems

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GB1028866A (en) 1966-05-11
FR1372877A (fr) 1964-09-18

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