DE1523456A1 - Verfahren zur Regelung der Lage von beschleunigungsgesteuerten Koerpern und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

«it
Otteferunw

Haftung

Ottebrunn, den 34· M*i 1965

troa

i>i« iurfitutuns betrifft »in Verfuhren und mium Sinriehtun« ma· DurehfUhrunt «t·· Verfahren« *ur Regelung der Lage von l>e«chl«unlgung*ge*teuertea Körpern, «leren Jeweilige Ablege von einer Soilage nach OrSAe, Hlehtung und Anderungago- «chwindiglteit mittel* Heftfühler festgestellt und über einen Hegler in einen Stellbefehl umgeformt wird·

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Krfindung liegt die Aufgabe ««!gründe» ein Regelverfakren au schaffen, «it den eine seltoptinale Beseitigung i· te«tutlseift~praktlsehen Sinne *Iat fetttge· tell ten Begelab* welehung ersielbar 1st» wobei al» Regler ein sogenannter Dreipunktregler» der bekanntlich die) Stellungen plue eiuneheen kann« Verwendung findet·

von d·» Aueh la J2«g«13cr«iL*«n »It Drelpunkt-fi«gl *rn l>«l(«nnt«n Verfahren, til« Regelung «lurch sueHtxlleite XuTilh* ruRg der An4»ruitg«gee«hvin<ligkeit einer Regelaimeiehung asu vtrliMtem, let 41* AufgelMi dadurch güllSst· daA but Beet la»* KR&ng «te· Uautehaltseitpunkt·* von einer 3t«ll{^kaBe «u einer «t«llfreien bsv· HUckstellpiu&ee uod vi«* v«rea «iie von eineM Mefifühl«r al» Trep{>enfurdction geliefert· Information Über die Änderung üer Ablage nach Gr3JIe utui üiclitujrig mit der von einem weiteren H«afühl«r gelieferten und mit einem konstanten Faktor »mltlpllsierte»« »tetigeü Funktion 4er Ämieriuigegeeehwiiuügkeit dieser Ablage verglishett wird und ύ&& die Ua-•ciiAltuHg von der einen in die andere JPliase dann erfolgt« wenn die Differ*«* von !kreppen» und stetiger Funktion gleich der halben Breite der Totxone dee üreipunkt-ileglore let und wobei der konstante Faktor durch die Kennlinie der Treppenfunktion »md da» Beschleunigungsvermögen de· su regelnden Syeteme bestiaMt let*

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»40

Jkut 41·«· Meise 1st, wi· «pikier Im einzelnen nachg«wiese«

wird, «in* noh«Ku «eitoptlKale Regelung uiSglich« dt· ei.n«r KegelabweielKmg mir ein« Uepoluitg doe

8t«llaeeie*tt* erfordert, da «in bberschwlngen« wi· ·· b«i.» •Ι»1·1·ν·1·· b»i mlnmr ⁿop%tm*l.*a 2tr«ipuzdit-K«s«Xunc^H «rlrd·

Β·1 4*r <«wSlilt»n Art d«r Auf ««hÄltung d*r diffc«it der X«g«lftbw«i«luutg let *u«h hi*r der C«u auffilXis auftretende Stdrung«n (Hi.uectien) K«nic etnpfind« HeJi. OmriHkmr hiiutue klmten attr Ermittlung dar Ablage «iiiftt«he und robuste und daher «uverlSsaig arbeitende HeOfUhIer «it qu«nt leiert er AiUMlge, al«· «turenförniger Xemillitie verwendet werden, vat für viel· Anweiidungeftille, beispielsweise insbesondere für die Lageregelung von Satelliten von groAe» Vorteil ist.

Die Erfindung sei daher in iuicbf lgenüen anhand dos Beispiels der Lageregelung eine« Satellite» ir.f «inxelaen besciirinbun, ohne sie dadurch hierauf eu bo«chr^nk«ti, und «war in Verbindung «1t der Zeichnung, auf der

1 «in »iockschnltbild eines Ilegelkrei sos zur

Durchführung des Verfahren» nach dor Erfindung,

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Fig· 2 die K.*»Mttlinie eines für das'Verfahren nach

der Erfindung geeigneten MoAfUhIers *ur Ereil tt lung einer Regelabweichung nach Orofie und Richtung t

Pig· 3 Uie graphische Darstellung «ine· flegelvor-

gnnges Iu der Phasenebene,

Fig· % und 5 die graphische Darstellung des Ablaufe* von RegelvorgMngeu ηIs Funktion der Zeit, Fig· 6 die graphische Darstellung dea Verhältnisses

von normaler und seitoptimaler Regelseit in Abhängigkeit von dor (trotte der su beseitigenden Regelabweichung und

Pig· 7 dl« Winkelbesiehung as* als Anwendungsbeispiel

gewählten Satelliten

•eigen·

Bei dem «.«wählten Beispiel der Lageregelung eines Satelliten ä (Fig· 7) ist os erforderlich, «ine Achse 1 des Satelliten Mit definierter Genauigkeit auf die Sonne «der einen Stern aussurichten« Oi« Winkeiablage / ewischeu dieser SoH-Hiehtung 8 und der tatsächlich eingenomHieneu, also Ist-Richtung der Satellitenuchse bildet dl« d*« Arbeiten dos Reglers *«sltisende Stegolabwelchung« Sio wird »ach OrüA« und Richtung mit

. 5 909831/0579 ^BAD

■ - 3 -

Uilfe eines Im weiteren al* Sensor seaelskneten MeAffB&lers Mit treppenforMiger» als« unstetiger Kennlinie 31, vgl· [· 2« erfaJlt und als Wert/ asgeseigt·

Di· Ä>»deriuigsges«hwindlgKelt der Regelabweichung dagegen ist «in« Winkelgeschwindigkeit / und wird beispielsweise nit Hi If« «in** »inkelgeschwindlgkeitswessers «it also *i«tig«r Kennlinie 23 «TMitt«Xt und *1· VmrtJ »•igt·

Xa d«M in Fig. 1 dors«*t«llten Dlo«kMh*ltbil4 «iatr Kinriehtung «Mr Dur«lti:(itiruug <U» noch au iMwchrailMHMJkut R«g«l* verfahren· i»t dtur S*neor »it 10 und d«r klnkelgcMtlnriadigk«it·»·*»«- »it 11 bos«ichtt«t· Di· Auslegung U^r K*nittlni· ύ·» Sensor·, also di· Aumahl, Lag· und IlSh· der Stuf*n •einer Charakt^rietik, bftngen dabei nur vxm angestrebt·» Regelung*, ablauf ab, vie umgekehrt die Uieeusionieruug des »egelyar««·- ter· durch die gewählte Senaor-*\emilinie festgelegt 1st·

Der Hegler 1st eine Kouparatorschaltung 13 Mit einer Totsone 2 C, der eine Additionsstufe Ik und eine Multiplikation*- stufe 15 vorgeschaltet ist· Auf dies« Weise wird dmr Proper-

/ ·
tionalwort J der Winkelgeschwindigkeit Mit eine» konstanten Faktor a multlplisiert und mata Wert / der rcei Senssr 10 wahrgenommenen Winkelablage J addiert ₍ so daft d»r Komparator schaltung 13 der Sutaeienwert / + ^LtJ sugsfl^irt wird·

9098317 0579 bap

Bei» Überschreiten do· Tetaonenfcereien· 1»· tit igt dl· torschaltung «in Stellglied l6, da· je nach Vorseiehen der Summ· J ♦ <£J «in potltivM «der negativ·· Steuer»o«ent, «las über «in Triebwerk 17 ersettgt wir4, ·1η«·Ιι*1%·4· r**i-

und B«c*tiv·* 8t«tt«nNM«at »lnd 4mm B«trag n*«h gleich 4r«h«n j«4(»«k Ami «1« Au«<1ihrwtg»b«i«pi«l g«wttlüLt·» Satellit·« S in «ntg«g«»ng*»etst«n iU«htuxg·*· Der Satellit, al·» die «igeatlielie Regel·tr»eke Jü hat die Übertragung·' funktion ^2 ' ~j _mtt ύ al* Lapla««-Operater iumI J al« TrMgjh»! tt · Sei aage da· Steuejnaeaiant wirkt, urftthrt der Satellit eine konstante tflnk«lbesehl«unlgttng ^;=/?. JS i«t dabei die vom St«uer*e*ent allein herveargerwfene Winkelbeeehleuttlgwig i« ftegeasats aur Beeehleunigung 'f^ * die durch ein Stent 19 verureaoht wird.

für den v»r»tehend beeehri«benen Kegelkreie kennen folgende svei Begelbedingungen angegeben werdenι

■ic» ß ·- »ι«« tf' ♦«·/*)

Dabei iet C die halbe Breite 4mr Totsene de· Ureipunkt· üegler··

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Uat*r Ame VoritueaetJKung «in·« Smnmwm »it nvar 4· wmml Stufe» für 41· fKMtitiv· und neffttiv« Richtung i*t i» Pi*· 3 di· gr*phia«he i>ar«t*llu»s d·· RegelvorsanS* Iu der Pha»«m-•tone seMlgt* D#r Τ·τβ-a j

J * f (7) i»t ai»«r 7 *uf<«ir*e»n. 01* Stufen li«s*n

am* Wink^latl*«·!! + I₁ und+ | * Ihr· ΗΏ»« 1st

Wink«lb«r«ich -f^= *f =
Tol«ransiMUr«lch für di« Las« dar («r«s«lt«n Satellit«»ach«· an·

D«r Itegelvorgang beginnt %· Β· bei Punkt A in der aiit den beliebigen Anfangsbedingungen J * Jo wn& J * i»«r Satellit erfährt durch da« Steuenworoent di· sehleunigung /j , entsprechend einer Stellpha*·, bi* im hmr· a J bi· Ättf die üiff ereii» C tai t der Seitaoranseige J übereiiuntimtat· Dann wird dna S teuer-MKment abge**h*ltet# Rm tritt nun ein« et ellfreie Jr¹IiAe* ein« »9 dafi die Winkelgeachwindigkeit J und d&nit auch A. J lumetant bleibt· Im Punkt C wird bei J * fydie er·te

Seneoratufe erreicht und infolge der «prunghtiften

if *
von j UAm entgegengeeetmt dr*lk«nd· Steuerutoment •ehaltet. Sa tritt mui die HÜcketellpha«· ein, und tarar bi· di« S*t*llit*nacU·· ohne Uberiichwingen iη de« Toler&n*beretch eiulttttft.

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Fig. 4 seigt den Ablauf dieses RegelVorgangs als Funktion der Zelt·

Wenn die in Fig.3 und auch Fig. k dargestellte stellfreie Phase BC ausfällt, verläuft der Regelungsvorgang aseitoptieal, Die stellfroie Phase ffillt aus, wenn die bei einen Regelvorgang auftretende maximale Winkelablage

folgende Bedingungen erfüllt!

Jf wax

Für diese FMlIe gelten die gestrichelten Kurven in Fig· S Dabei wurde vorausgesetzt, daß die »weite Kennlinienstufe des Sensors den Kurvensveig (^ 0 i" Punkt D berührt·

Ks kann auch vorkommen, dafi auf eine Stellphase eine Rüek stellphaee folgt, an die sich eine stellfreie Phase an-•chlieftt. Das ist der Fall für

< J

si

In Fig. 3 ist die Kurve EFGDO ein Beispiel hierfür. Die
Ruckstellphaee wird abgebrochen, sobald die zweite Kennlinienstufe des Sensor· erreicht wird. Bei Erreichen der
Stufenkante ( "j^=. ψ ) ist die stellfreie Phase xu Ende,

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ORIGINAL

di· RU«k*t«llph*·· wird *«rtg«««t*t» yig» 3 »«igt d«n prinsipl«ll«*i Vorlauf dl···« Jl«g«l Vorgang·· Xn di··«· Fell tritt ·ν*1> wer «in· «inaig· tfcMKthalttmg der Dr«brl«htung ϋ«· gt«ll«KMMnt» *of, 4«4oeh wird di· RUehetellpti*·· dur«b •in· et«llfr«i· FH»·· uat«rbr««b«n·

·ing*ng« «rwllutt,
tor· in Gl. Cf) dar** di· Aiuil^gung der g«rarlrtmllni· und di* ViiilMlb«»«hl«vuiigung d*· S«t«llit«a «i»dkwitig b·- •tiant· S· MWtg n*«h fig· > g«lt«as

. - α i (f ^j « H₁ O)

wob«! It₁ dl« Höh· d«r mrmtmn StuT« 4*r S*a«ork«nnlinie ist.

Für dmn Kttrv«nsw«ig ClM) in Flg. ) gilt dmr hMuuantm par*ba» li«eh· Zu»■—«hang:

thirch gi2ui«ts«n van (4) in (3) «rglbt «i«l» ittr den R«gl«r«-

(5)

Danit «rgll»t »i«h, daft dl« «v«it· Jtennlinienetuf« d·« Smnmor* 21« gerade «o hoch gewühlt w«rd«u auft, doA di·

- IO -

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-JO-

Kurve CO (Fig* 3) di· »tufenkante in Punkt O BerOurt. Wäre dl··· Stufe «erkliah naher, w wurde der ftageluagavergaag neen Fig· k neiiieiel» dureh «in· etellfrele Fha·· untne-•men, und die Satellit«»·«!»· wurde Blent »It nur einer ein- «igen UauKhaltung de« St«uttrameent· ewigerlentet· Vgre di·

il«g«lvergeng m· B* 1« Funkt K dar Ffc*««»*»ene tMginnt·

rananene einleufen· Wenn el·· di· svelte lennlinl■—tnf· di· Eurve CO Iw Funkt O »erUnrt, let daetit eindeutig da· er-

g*l*gt. HmIi 61. (4) «reitet

i)«r W«rt J^ hängt, «rl· %«r«lt·
fttr di· Att*r«g«lvag d«r

Die Vanl m ^ hängt ν·η der «Qualität de« w Verfügung •tehenden ftenaere afc, d· h· inwieweit der Senaer in der

WinkelWreieh die genannt·» Stufen I₁ J^ nu definieren«

Xn Flg. · ist für «in« anfängliche Anlage /°> ΐβθ° der SatelllteMehee di· erferderllche Aegalneit ^T ge«an de» Verfahren na*h der Erfindung »1t der Kegelneit / fttr eine

-It-

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BAD

bekannte
an eloli baatahaMO selteptiatale Regelung verglichen, wobei daa Verhaltni« JZ al* reaktion dor La«« £, der ereten Sen-

soretufe angegeben ist« Atta Fig. 6 ist am eraehen, deA *· B. für I « Ä5* dl«

nor «tw· ao K MMlur Seit iMatuipruchi «1· ««i

R«i*lua« (£, · 90*)· A«· rig· 6 let f«rn«r «υ entn«bM«n_t daH ·!» Smuiwr eilt war Jm «in«r Stuf· tür positiv« und MgAtIv* Ablag·« nicht t>rai*«hWr i*4. ¥ir4 n*«li«h

$ ^m $ *···*·* UiKt «la T«l«ranal»«r*l«k f, » 1° gawiUtlt, ao wttr<l· dor fiogolvorgaag iiA«h Pig· 6 «tv* %,β m«1 lftngor ä

dauern al· iMii saitoptiMalor Kogalung« Ea aind also normalorvaia· aw«ii*«l «trai Stuf«» «dor a in dor Koanlini« 4«a S«naora vormuiolion· Falle iai gaaaaitaa Vink«lver«ieh «in« tto«h boaaoro AanXhorung an dio «oitoptiaal« Kogolitng orsiolt wordon aoll, kaaat diaa dar·* HiiUMUMlM« «oitoror Stuf on in dor !.onnllni« do· tonaora orraicht worden· Dabei gilt fur da· llehenverttJiltKl· dieaer Stuiont

entapreeturad Ql* (6)· Hierbei können F«rtlgungetol«r«iuten Ih Seiiaor, betreffeikd die Lage _f,,. f^baw. ^ der «inselnen Stufen der Renulini« dea Senaera durch «loktrloolt· Juatie* rung <l«r den Stuf«iihöhen entapreehendon Spannunganiveaue in ihrem Sinflufi uuf die Regelung wieder koapenaiort werdoa·

ß»i den in Fig· 1 d&rgeatellten, durch hier iw einseinen

- 12 -

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BAD URINAL

nicht dATgeatellte Schaltmltt·! r«ali«i«rt«n AuafUhrungeb·!· dauert «· B. b«i j?, * 10° tti« Au*r»g*lung ftt** V₀ = l8o * O nach rig· 6 «tor« JS * llwg«r «I* b«i »·1«ορϋ»»1· U«s«luns· J« klein«· di« w«Jtiwol· «iiik«lebl*g·/ fl_mmx wird,

um ·ο s*rijiis«r wird d©r s«ltllch* Unt«r*ehi#«l_t bl« b«i{ J/

* 36° di· sttitoptiiaal« U«s«lU2M( eintritt·

I»t a«r Töl«rttueb«r«i*h mit <f> * 1° f«»tg«l*stt so tritt Im Wiukelb«r«ich

•in« Ujit»rbr««hu«5 d«r Rücketellph«»· «ntsiur««h«n<t Fig« 6 •in·

Im D«r«ich t° <| ί/^^ <£ If* irerlMuft

«nt»txr«>eh*itd Fig« 4.

Für 1°

Du· ttuii«nv«rHtiltnla 4·τ S*neor»tuf«n i»t naeh ttl.

wird ti m t rad und dl« Stellb«eehl«unigunc β * ίο"³ rad *«c"^S gewühlt, io *rgit»t «Ich nach Gl. (5) für

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Vi* AWi dm» Yoretehettdea ereiektXlek let, genügt «1»· einsige U«a«kaltung tftur 0rehriektwng de» Itwiiii, «■ #1· Satelll te»aehae in «to» Teieraasfcereieh «κ fuhr·»· Würde a*·tell· dee Drelpwikt-iteglerverfahrens «la 2Kelp«Ddtt~itegler v«rwtn· «1st, μ vttrd·, vgl. Pl_x, 4 Punkt H fei« C, für «i· l«t«iU·

₍ W«1X «« tN»i «il^MMir Art von UmgLmm kmlmm

Kitt«XeteXXu»s SlHt on« 41· .ti—n j + α J »i«ht «•let Mull w«r«t«n kann· 0·* Mittler« Hwimwwt wir· 4*Imi1 •rar ttns«fiÜMr MuXX» 4*r V«rX«uf 4·· tl«**Xvwgaaf* 4*k*r «tv*

«rXftat«rt« Heg·Xv«rfahren s«ieha*t ei«h *!·· dJMkareh «u», eliwuil S«n*or*n v«rti8XtniMiXAi( «infacliwr &»a«rt Verw*n·

finden können, sum andern der tnerglmwmrbrauch f«r 41* Deeeitiguug einer RegeXftbweiehung eo klein «1· atttgliett gebalten ist· 01·· ist für Satelliten, 41« bekanntlieh 41« für die Seechleimlguag erforderXicbe Statswa··· eilt si«h feieren ■üsaesi, van Äuaerordentiicher Bedeutung· ä

9 0 9 8 31/0579 _&kl)

Claims (2)

1. •it »•••hrlnkfc IUftun« kai

   Ottifcrnw, **■» at, ftt*l iH3

   «or

   OrMt₁ lti«litttim

   ft«4|X«r Mit iiit**r«r lMilt 4«r AU«|· in ·1η«η

   Iww*

   lait üb«· «invn
   d«r Ai»d*reme

   uM*«f«rwt wird, Aa-

   *u

   vie· v«r·* «11« von

   f«r*Mitlon iilHNr 44« AMtarung tUr AlilAg· i»Mih QriOm Kl«htun« wit «Ur von «la«« w«it«r«m H*Afiihl«r (it) f«rt«ii tuna nit ·1η«Μ koai»t«ttt«M Faktor (*) Multii»li*i«r* t«n »t«tig«n r«i»ktt·« «l*r And«runf«s««ehwitMlJl^«it 4i«s«r Afclag· v«rsli«h«n wir* und daft di« ÜjnMlMltuMg ven dar

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   BAD Gn;CUN

   ■- w -

   •±n*n in di* &ndwra Ph«·· dann «rfolgt* wtnn di· ülfferens von Treppen« und atetigar Funktion gl«ieh der halben Breit· Ame Totxen· (-⁷C) dee Dreipunktregler· (13) ±et_t wob·! der konstant· Faktor durch di· Kennlinie der Tr*pp*ofunktlon und da«

   su r«selnd*n Kttrp«ra beatim«t
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g»k«nn«eicha · t ₄ dafl für dl· treppenföraige Kennlinie dee atm Ablag· nach ftruft· und Richtung f«atat«ll«nden MeBfUhIera (SO) Mind««t«na awei 8tuf«n aowohl in positiver ala auch ia a«tgatiT«r Richtung vorau·«hen sind, deren Höhen HL₁ H-in Abhängigkeit von ihrer Lag· Y₁ , / g««Xft der Be-

   aieiiuag - - L(JkI *** **hl«n aind.

   3* Verfahr·« nach dea Ansprüchen 1 und 8, dadurch g · keanaelchnet , daA der Aufaehaltfaktor (a) la Abhängigkeit von dar Höh· H₁ dor «raten Stuf· dar Kennlinie dea Meßfühler·, der »ugenerigen Winkelablage der Regelstrecke und dar er«eugbar«n Winkelbeachleuni-

   gung /i ent«prech*nd der Bedingung / - - ''"-gevühlt iat. Xfi f^

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   km Clnri«titttim ear iharttkfOteruiui #·· if «rf«br·««· n*eh am»

   An*prtt*!i*u t bi· 3, dadurch g#k«nn««l*htt«t · d«r *n »l«h b^*nnt« fUifviior·!· «ixum ftft£l«r «*IV«iet, «us «iner dim ftetuiltWMtKnd* pin·« null» Mimtui «in*

   «in«

   aind, vpe 4*n«a 41· Nul4i|ilik»tiataMituf· «it 4Nm 44« An4«r%mcs9«i«i»riiMli#Mit «ltt«r nrti>nd«t und 41· A44iiion««tuf· Mit 4·μ 41· * nach Gruft· und Richtung WtihrmHmmnamn MWIfUhI«r (ll, 10)

   tr«rtWBMl«n «1 wf ·

   BAD ORIG'M 909831/0579