DE1531459A1 - Automatisches Ausgleichssteuersystem fuer Flugzeuge - Google Patents
Automatisches Ausgleichssteuersystem fuer FlugzeugeInfo
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Description
DIPL-ING. CURT WALLACH 1 R^I/RQ
DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH I O J I ^ O U
DR. TINO HAIBACH
8MUNCHEN2, 24.November 1967
Sperry Rand Corporation, New York, USA.
Automatisches Ausgleichssteuersystem für Plugzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf automatische Steuersysteme und insbesondere auf Systeme, bei denen eine Mehrzahl unabhängiger ™
Steuerkanäle entsprechende Steuerflächen anstellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann diese z.B. benutzt
werden in Verbindung mit einer Anordnung, bei der ein erstes Neigungssteuersystem ein linkes Höhenruder eines Plugzeuges
anstellt, während ein zweites unabhängig hiervon arbeitendes aber im wesentlichen identisches NeL gungssteuersystem eine Steuerung
eines unabhängigen rechten Höhenruders bewirkt. Es ist natürlich erwünscht, daß erstes und zweites Neigungssteuersystem *
das rechte und linke Höhenruder in genauem Synchronismus steuern und einstellen. Infolge von unterschiedlichen Toleranzen der
elektrischen und mechanischen Bauteile eines jeden der beiden Neigungssteuersysteme und ihrer zugeordneten Fühler sind jedoch
die Befehle für jedes der beiden unabhängigen Höhenruderservosysteme,
die eine Anstellung des rechten bzw. linken Höhensteuers bewirken, etwas unterschiedlich im Hinblick auf die Plugbedingun-
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gen. Die hieraus resultierende Diskrepanz zwischen den beiden Höhenruderstellungen kann zu unerwünschten Flugbedingungen und
in extremen Fällen zu einem so großen Übelstand führen, daß eine manuelle Flugsteuerung erforderlich wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Arbeitsweise der Ruderflächen dadurch zu synchronisieren, daß die relative
resultierende Differenz in den Steuersystemen ausgeglichen wird. Dies wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dadurch ge-
P währleistet, daß die Relativstellungen der beiden Flugzeugruderflächen
festgestellt werden und daß zusätzliche Signaleingänge
proportional zur Differenz zwischen den Stellungen der beiden Ruder über eine Ausgleichsstufe addiert werden, die aus passiven
Schaltungselementen in Rückkopplungsschaltung besteht, um elektrische
und mechanische Toleranzen in den Steuersystemen zu kompensieren. Die Ausgleichssignale bewirken eine Verminderung der
Differenz zwischen den entsprechenden Höhenruderanstellungen, damit eine Synchronisation zustandekommt. Die Ausgleichssignale
. werden so verarbeitet, daß sie eine Kurzzeit- und eine Langzeit-Kompensation
bewirken. Die Benutzung passiver SchaltungseLemente
in der Ausgleichsstufe gewährleistet eine hphe Betriebssicherheit und eine unbegprenzte Funktion.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand.der
Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein elektrisches schematisehes Schaltbild, teilweise in Blockform,
welches die Doppelneigungssteuerkanalbetätigung darstellt,
* 909850/039
durch welche das rechte bzw. linke Höhenruder eines Plugzeuges
anstellbar ist.
Das Steigungssteuersystem besteht aus einer ersten und zweiten Neigungssteuervorrichtung 10 bzw. 11, die im wesentlichen identisch
ausgebildet sind und das linke Höhenruder 12 bzw. das rechte Höhenruder 13 unabhängig voneinander bis auf die Ausgleichsschaltung,
die nachstehend beschrieben wird, betätigen. Die erste Neigungssteuervorrici.-ung 10 weist einen ersten Gleitpfadempfänger
l4 auf, der Signale liefert, die der Versetzung des Plugzeu- d
ges gegenüber einem gewünschten Gleitpfad entsprechen, wobei ein erster Vertikalkreisel 15 Signale liefert, die die Neigungslage des Plugzeuges darstellen. Die Gleitpfadversetzungssignale
und die Neigungslagesignale werden in einer algebraischen Summierungsstufe Io summiert, die ihrerseits der Eingangsklemme einer
algebraischen Summierungsstufe If einen Eingang liefert. Das
Versetzungssignal des Gleitpfadempfängers 14 ist außerdem über eine algebraische Summierungsstufe lö an einen Neigungsintegrator
20 angeschlossen, der ein Ausgangssignal liefert, das das Zeitintegral seines Eingangssignales ist und dieses Ausgangssignal
wird einer weiteren Eingangskiemme der algebraischen Summierungsstufe
17 zugeführt. Die Ausgangsklemme der algebraischen Summierungsstufe
17 ist mit einer algebraischen Summierungsstufe 21 verbunden, die ihrerseits mit einer weiteren Summierungsstufe 22
und mit einem Verstärker 23 verbunden ist. Das verstärkte Ausgangssignal
des Verstärkers 23 wird einem Höhenruderstellmotor zugeführt, der z.B. als elektrohydraulischer Motor ausgebildet
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1 4
sein kann und mechanisch das Höhenruder 12 gemäß dem Ausgang des Verstärkers 23 anstellt. Ein Lagegeber 25 z.B. ein Synchro ist mit
dem Höhenruder 12 gekuppelt, um ein Signal zu liefern, das der Lage
des Höhenruders 12 gegenüber einer S.tromlinienbedingung entspricht. Der Geber 25 ist mit seinem Ausgang an einem Transformator 26
und einem Rückkopplungswiderstand 27 angeschaltet, der seinerseits mit einer Eingangsklemme der algebraischen Summierungsstufe 22
verbunden ist, um ein negatives Rückkopplungssignal in herkömmlicher
Weise zu erzeugen.
Das zweite Neigungssteuersystem 11 weist Elemente 3^ bis tff auf, die
den vorbeschriebenen Elementen gleich sind und die in identischer Weise geschaltet sind, um das rechte Höhenruder 13 anzustellen.-Aus
diesem Grunde ist eine nochmalige Erläuterung dieser Teile entbehrlich.
Die Benutzung unabhängiger Steuervorrichtungen 10 und 11, die unabhängig
die Höhenruder 12 bzw. 13 steuern, führt gewöhnlich dazu, daß die Ruderflächen 12 und 13 in etwas unterschiedlichen Winkeln
angestellt werden, da die Befehle der Geber und die Toleranzen in den beidenanabhängigen SystemelO und 11 etwas unterschieden sind,obgleich
ihre Einzelschaltungselemente im wesentlichen identisch sind.
Die Erfindung sieht Mittel vor, die diese Differenzen der gesteuerter,
Höhenruder ausgleichen und sowohl eine kurzzeitig als auch eine langzeitige Kompensation schaffen, um diese Differenzen in der
nachstehend beschriebenen Weise auszugleichen.
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Die Geber 25 und 45 werden von synchronisierten elektrischen
Quellen erregt, um eine Synchronisation herzustellen. Die Sekundärwicklung
des Transformators 26 ist über einen Widerstand 50 an die Eingangsklemme einer algebraischen Summierungsstufe Vf
angeschloseen, um ein Signal hervorzurufen, das den Signalen entgegengesetzt ist, die an den anderen Eingangsklemmen der algebraischen
Summierungsstufe 1? auftreten. Die Sekundärwicklung des Transformators 26 ist außerdem über einen Widerstand 51
und einen Widerstand 52 mit der anderen Eingangsklemme der algebraischen
Summierungsstufe Ib verbunden.
In gleicher Weise ist die Sekundärwicklung des Transformators 46 über einen Widerstand 60 an eine Eingangsklemme der algebraischen
Summierungsstufe 37 %%- und über Widerstände 61 und 62 an den
anderen Eingang der algebraischen Summierungsstufe J58 angeschlossen.
Um Signale entgegengesetzter Phase in Bezug auf jene der Transformatoren 26 und 46 zu liefern, sind die Geber 25 und 45
auch an die Transformatoren 55 bzw.63 angeschlossen. Die Sekundärwicklung
des Transformators 53 ist über einen Widerstand 64
an eine Eingangsklemme der algebraischen Summierungsstufe 4l und über einen Widerstand 65 und den Widerstand 62 an eine Eingangsklemme
der algebraischen Summierungsstufe 38 angeschlossen.
Die Sekundärwicklung des Transformators 63 ist über einen Widerstand
54 an eine Eingangsklemme der algebraischen Summierungsstufe
und über einen Widerstand 55 und den Widerstand 52 an die Eingangsklemme
der algebraischen Summierungsstufe l8 angeschlossen.
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Die Dualsteuervorrichtungen 10 und 11 bewirken unabhängig eine Einstellung der jeweiligen Ruderflächen 12 und 1 j5 und
die Folge davon kann sein, daß die linke bzw. rechte Ruderfläche 12 bzw. 13 nicht in identischer Weis,e angestellt werden, weil
Toleranzabweichungen, wie oben erwähnt, vorhanden sind. Z.B.
12 η
könnte das linke Höhenruder*®* um 5 angestellt werden, während das rechte Höhenruder -(-13 nur um 3° angestellt wird. Der 5°-Ausschlag des linken Höhenruders 12 wird durch den Geber 25 festgestellt, der ein Signal liefert, das die 5°-Anstellung darstellt. Der Transformator 53 liefert gemäß diesem Gebersignal ein positives Kompensationssignal, dem rechten Höhenruderkanal über den Widerstand 64 und die algebraische Summierungsstufe 4l nach dem Verstärker 43· Hierdurch wird eine Kurzzeitkompensation bewirkt, weil ein direkter Anschluß an den Verstärkerausgang vorgenommen wurde. Der Ausgang des Verstärkers 43 ist demgemäß ein Signal mit einer Größen- und Phasenlage, durch die der Stellmotor 44 des Höhenruders so gesteuert wird, daß das rechte Höhenruder 13 um mehr als 3° ausgeschlagen wird, d.h. nach der 5°-Ausschlagstellung hin. Um eine Langzeitkompensation zu bewirken, wird das 5°-Lagesignal des Transformators 53 über die Widerstände 65 und 62 dem Eingang der algebraischen Summierungsstufe 38 zugeführt und es wird in dem Neigungsintegrator 40 integriert, um eine Langzeitkompensation zu liefern und so den Stellmotor 44 des Höhenruders in einer Richtung zu verstellen, durch die der Ausschlag des rechten Höhenruders in die 5°-Stellung kommt.
könnte das linke Höhenruder*®* um 5 angestellt werden, während das rechte Höhenruder -(-13 nur um 3° angestellt wird. Der 5°-Ausschlag des linken Höhenruders 12 wird durch den Geber 25 festgestellt, der ein Signal liefert, das die 5°-Anstellung darstellt. Der Transformator 53 liefert gemäß diesem Gebersignal ein positives Kompensationssignal, dem rechten Höhenruderkanal über den Widerstand 64 und die algebraische Summierungsstufe 4l nach dem Verstärker 43· Hierdurch wird eine Kurzzeitkompensation bewirkt, weil ein direkter Anschluß an den Verstärkerausgang vorgenommen wurde. Der Ausgang des Verstärkers 43 ist demgemäß ein Signal mit einer Größen- und Phasenlage, durch die der Stellmotor 44 des Höhenruders so gesteuert wird, daß das rechte Höhenruder 13 um mehr als 3° ausgeschlagen wird, d.h. nach der 5°-Ausschlagstellung hin. Um eine Langzeitkompensation zu bewirken, wird das 5°-Lagesignal des Transformators 53 über die Widerstände 65 und 62 dem Eingang der algebraischen Summierungsstufe 38 zugeführt und es wird in dem Neigungsintegrator 40 integriert, um eine Langzeitkompensation zu liefern und so den Stellmotor 44 des Höhenruders in einer Richtung zu verstellen, durch die der Ausschlag des rechten Höhenruders in die 5°-Stellung kommt.
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In gleicher Weise stellt der Geber 45 die 3°-Ausschlagsstellung
des rechten Höhenruders I3 fest und liefert ein positives oder
regeneratives Signal von dem Transformator 63 nach dem Widerstand 54, um eine Kurzzeitkompensation über die algebraische
Summierungsstufe 21, den Verstärker 23 und den Höhenruderstellmotor
24 zu bewirken, so daß das linke Höhenruder 12 nach der
3°-Ausschlagsstellung sich einzustellen sucht. Um eine Langzeitkompensation
zu bewirken, wird das Signal von dem Transformator 63 über die Widerst^, ie 55*52 und die algebraische Summierungsstufe
18 nach dem Neigungsintegrator 20 Überführt. Das integrier- %
te Signal von dem Neigungsintegrator 20 wird über den Verstärker 23 angekoppelt, um den Höhenruderstellmotor 24 in der V/eise zu
steuern, daß das linke Höhenruder 12 sich in die 3°-Stellung einzustellen sucht. Wenn das linke Höhenruder 12 von seiner
5°-Stellung eine 4°-Ausschlagsstellung überführt wird und wenn das rechte Höhenruder 13 von seiner 3°-Stellung in die 4°-Stellung
überführt wird, zeigt sich, daß die Fehlersignale der jeweiligen Steuersysteme 10 und 11 sich einer Null-Stellung
annähern und daß die Höhenruder 12 und 13 in eine Ausgleichs- , stellung überführt sind und in einer 4°-Ausschlagsstellung
verbleiben. Die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht
darin, Verstärkungstoleranzen in beiden Dualanstellkanälen zu kompensieren und die Höhenrudersteuerfehler der beiden
Teile relativ zueinander zu vermindern. Mathematisch kann dies, wie aus folgendem ersichtlich, betrachtet werden, wobei die
"Vorwärtspfad"-Verstärkungstoleranzen mit einer äquivalenten Einfachtoleranz von +k kombiniert werden, während die"Rück-
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I - 8 -
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kopplungspfad"-Verstärkungstoleranzen mit einem äquivalenten
Einzeltoleranzwert von +k1 kombiniert werden. Im schlimmsten
Falle der Toleranzverteilung kann gezeigt werden, daß
L ~ R = 2 £k + k1 (1+2K)3
Dabei ist cf, der Ausschlag des linken Höhenruders, -a
der Ausschlag des rechten Höhenruders und Oist der Befehlsausschlag
und K ist schließlich die Verstärkung der Ausgleichsschaltung. -
Wenn kf <f« 1, was normalerweise der Fall ist, dann reduziert
sich die obige Formel auf
τ " ^p ov
L· ti _ d. A,
^C 1 + 2K
So wird der Steuerfehler für ein gegebenes Befehlssignal um einen Faktor von (l + 2K) reduziert.
Normalerweise hält die Ausgleichsvorrichtung die relative Differenz
zwischen dem Ausschlag des linken und des rechten Höhenruders 12 bzw. 13 innerhalb zulässiger Grenzen und hält sie
genau synchronisiert* während stetiger Betriebsbedingungen. Wenn die Höhenruder 12 und I^ gegeneinander um einen Betrag angestellt
ist werden, der größer als der als zulässig erachtete Betrag1, wenn
z.B. die Bifferenz zwischen den Anschlägen 3° überschreitet, kann
diese Differenz durch nichtdargestellte Mittel überwacht werden, um eine völlig voneinander unabhängige Einstellung und zwar
entweder manuell oder sonstwie zu bewirken oder eine« der Steuer-
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vorrichtungen kann unwirksam gemacht werden, während die andere
so geschaltet wird, daß sie für beide Höhenruder 12 bzw. 15
»gleichzeitig wirksam wird. Bei Benutzung in Verbindung mit einem solchen Überwachungssystem vermindert die Ausgleichsvorrichtung,
die Notwendigkeit für die Überwachungsfunktion tätig zu werden
und es werden Schaden auf ein Mindestmaß reduziert. Dies ist insbesondere
wichtig während der Annäherung an eine Landung, wenn das Dualsteuersystem 10 und 11 dann einen zusätzlichen Sicherheitsfaktor
liefert, wenn das Plugzeug in niedrigen Höhen kurz vor der Landung fliegt.
Die Benutzung passiver Schaltungselemente z.B. von Transformatoren
und Widerständen in dem Ausgleichskreis gewährleistet eine hohe
Betriebssicherheit, da die statistische Wahrscheinlichkeit,dass
unter
derartige Schaltungselemente ϊ&χ^ϊ$¥ abgeschalteten Bedingungen ausfallen, sehr gering ist. Durch Benutzung lediglich passiver Schaltungselemente, z.B. Transformatoren und Widerständen in der Ausgleichsstufe werden die Grenzen innerhalb des Systems abgesteckt, indem das Überwachungssystem die Höhenruderdifferenzen auf einen vorbestimmten Wert begrenzt und dabei den Ausgleichssignaleingang auf den gleichen Betrag begrenzt.
derartige Schaltungselemente ϊ&χ^ϊ$¥ abgeschalteten Bedingungen ausfallen, sehr gering ist. Durch Benutzung lediglich passiver Schaltungselemente, z.B. Transformatoren und Widerständen in der Ausgleichsstufe werden die Grenzen innerhalb des Systems abgesteckt, indem das Überwachungssystem die Höhenruderdifferenzen auf einen vorbestimmten Wert begrenzt und dabei den Ausgleichssignaleingang auf den gleichen Betrag begrenzt.
Vorstehend wurde di© Erfindung in Verbindung mit einem Flugzeughöhenrudersteuersystem
beschrieben. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung auch anderweitig Anwendung finden kann, wo zwei oder
mehrere relativ zueinander bewegliche Gegenstände eingestellt werden und wo es erwünscht ist, eine gleichmäßige Bewegung dieser
*
Gegenstände zu bewirken,
Gegenstände zu bewirken,
•A Patentansprüche :
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Claims (4)
1. Vorrichtung zur Kompensation der relativen Differenzstellung zwischen einer ersten und einer zweiten Ruderfläche eines
Plugzeuges, die durch im wesentlichen identische erste und zweite Steuereinrichtungen eingestellt werden, wobei die
Differenz eine Folge der mechanischen und elektrischen Toleranzen im Steuersystem ist und bewirkt, daß die Steuerflächen
unterschiedlich zueinander angestellt werden, und wobei erste und zweite Geber auf die Stellung der zugeordneten Steuerruderflächen
ansprechen und erste bzw. zweite Signale liefern, die die Verstellung der beiden Steuerruderflächen darstellen,
dadurch gekennzeichnet , daß eine erste passive Schaltstufe (55*65) auf das erste
Signal anspricht und einen Ausgang liefert, der dem ersten Steuersystem (ll) zugeführt wird, daß eine zweite passive
Schaltstufe (b;>,55) auf das zweite Signal anspricht und einen
Ausgang liefert, der dem zweiten Steuersystem (11) zugeführt wird, wobei der Sinn des ersten bzw. des zweiten Signales
so ist, daß die Steuersysteme,in denen die Signale wirksam sind, so geschaltet sind, daß die relative Differenz der
Ruderstellungen vermindert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite passive Schaltstufe Je einen Transformator
(53*t>2) aufweisen, die einen Ausgang liefern, der
regenerativ gegenüber dem ersten oder zweiten Eingangssignal ist und daß Widerstände (b5*55) vorgesehen sind, durch die
'der Ausgang dem Steuersystem zugeführt wird,
909850/0391 '/f
- II. -
153U59
3» Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet ,
daß jedes Steuersystem (10,11) eine Kurzzeit bei'ehlssignalerzeugungsvorrichtung
(14,15,16 und 34,35,30) und eine
Langzeitbefehlssignalerzeugungsvorrichtung (14,i£0 und 34,40)
und eine Summierungsstufe (17,3Y) aufweist, um diese zu einem zusammengesetzten Befehlssignal zu vereinigen, daß die
Ausgänge der passiven Stufen mit der Langzeitoerehlssignalerzeugungsvorrichtung
(lö,38) und direkt mit der zusammengesetzten Befehlssignaleinrichtung (1,41) verbunden sind, wodurch
sowohl langzeitige als auch kurzzeitige Differenzen kompensiert werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet , daß jede Langzeitbefehlssignalerzeugungseinrichtung eine
Integrationsstufe (20,40) aufweist, daß die Ausgangssignale
von der passiven Schaltstufe (53,65 und 63,55) so mit der Langzeitbefehlssignalerzeugungseinrichtung verbunden sind, daß
die AusgangssignaIe in der Integrationsstufe zusammen mit dem
Langzeitbefehlssignal integriert werden, so daß das Langzeitbefehlssignal
hinsichtlich dieser Differenz kompensiert wird.
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Leerseite
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