DE1538629A1

DE1538629A1 - UEberwachungseinrichtung fuer Servosysteme

Info

Publication number: DE1538629A1
Application number: DE19661538629
Authority: DE
Inventors: Degrande Robert S
Original assignee: Kollsman Instrument Corp
Current assignee: Kollsman Instrument Corp
Priority date: 1965-10-28
Filing date: 1966-10-28
Publication date: 1970-01-15
Also published as: JPS442391B1; US3412280A; GB1164511A

Description

PATENTANWÄCTt- " - - - DIPL-ING. CURT WALLACH DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH 1538629 DR.TINO HAIBACH

β München 2, 28, OKt. 1966

UNSERZEICHEN: 10 559

KOLLSMAiT IUSOiRUMSNT CORPORAIIOi* Elmhurst, New York, V.St.v.A.

ÜTaerwachimgaeinriontung für Servosystem«

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung für Servosystem^, und sie betrifft insbesondere eine neuartige überwachungsschaltung₉ die es ermöglicht, ein Fehlersignal in einem äervosystem zu überwachen und eine Änzeige- oder vVarnvorrichtung zu betätigen, sobald in dem Servosystem eine Störung auftritt, die sich dadurch bemerkbar macht, daß das Fehlersignal einen zu hohen .<ert annimmt.

i's sind bereits Servosysteme bekannt, bei denen ein IPehlersignal durch die Bewegung einer Vorrichtung, erzeugt Yiird. Dieses Fehlersignal wird verstärkt und dient dazu, einen geeigneten Motor zu betätigen, der seinerseits eine geeignete Vorrichtung derart verstellt, daß das Fehlersignal wieder auf den wert Null gebracht wird. Für solche oysteme ergeben sich verschiedene Verwendungsmöglichkeiten; beispielsweise könnte man ein solches System bei einem Höhenmesser vorsehen, bei dem eine Aneroidkapsel auf geeignete V/eise mit einem »servosystem verbunden ist, das seinerseits mit einem Höhenmesserzeiger verbunden ist.Der

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Zeiger des Höhenmessers wird durch einen Servomotor des Servosystems in Abhängigkeit von den .ausdehnungs- und Zusammenzxehungsbewegungen der Aneroidkapsel verstellt.

Bei diesem Anyendungsfall würde ein Versagen des Servosystems zu einer gefährlichen Situation führen können, denn der Flugzeugführer «ürde leine Kenntnis davon erhalten, daß das System versagt, und daß daher der Höhenmesser eine falsche Anzeige liefert., Es liegt auf der Hand, daß das Versagen eines Servosystems auch in einem beliebigen anderen Fall auf ähnliche //eise zu gefährlichen Situationen führen könnte»

Die Erfindung sieht nunmehr neuartige o vor, um die Tätigkeit einer Servovorrichtung kontinuierlich dadurch.zu überwachen, daß das Ausgangs-Fehlersignal innerhalb-. des oervosystems überwacht v/ird. .«enn ein Fehlersignal auftritt, das den höchsten Fehlersignalpearel überschreitet, der beim Betrieb "des öystems zu erwarten ist, bewirkt gemäß der Erfindung die überwachungseinrichtung, daß die ServovorrieLtung automatisch wirkungslos gemacht und eine geeignete .*arn vor richtung" betätigt wird, bei der es sich z,3. um eine Warnfahne, eine akustische uarnvorrichtung oder dergleichen handeln kann,

Gemäß einem weiteren kerkmal der Erfindung bewirkt die erfindungsgemäße Überwachungsschaltung außerdem, daS nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem ausschalten des Systems das System periodisch wieder in -setrieb gesetzt wird; wenn die Störung verschwunden ist, bleibt das System dann in Betrieb, wobei das servosystem wieder in der normalen Weise ' arbeitet. Sollte die Störung jedoch nicht verschwunden oder auf

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andere Weise beseitigt worden sein, wird das oervo syst em erneut abgeschaltet} diese Vorgänge setzen sich fort, bis das .System entweder mit der Hand oder durch geeignete zeitverzögerungsmittel endgültig außer Betrieb gesetzt worden ist.

Wenn das System bei ilu{j2euginstrumenten verwendet-wird, erfolgt die erneute Inbetriebsetzung innerhalb einer relativ .kurzen Zeit, so daß eine Störung des Servosystems zu einer wiederholten Betätigung einer Warnfjahne oder einer anderen Warnvorrichtiing führt, um den Flugzeugführer auf die störung aufmerksam zu machen, so daß er I«iaßnahmc-n treffen kann, um das gestörte System wieder betriebsfähig zumacLen oder es endgültig außer Betrieb zu setzen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die EinleitungeinerStörungsanzeige absichtlich auf die Dauer einer ■vorbestimmten Seitspanne verzögert, so daß das überwachte ^usgangsfehiersignal während einer Zeitspanne von bestimmter Länge über öinem yorbestimmten '.ert liegen muß, wobei liese Zeitspanne bei der Anwendung des Systems bei einem B.öl:ei:r.eöser z.L·, .3 see betragt. Eieräureh wird eine Betätigung des uterracliun^ssysteiss fur den fell verhindert, da£ Störsignale oder nur kurzzeitige Störungen auftreten«

_ Ein Hauptsiel, der Erfindung besteht somit darin, eine neuartige Ober-ffachungseinrichtung zum überwachen der iätigkeit eines ServOsystems vorzuseh.en.

. Ein weiteres Ziel der Erfindung bestert in der Schaffung einer neuartigen überwachungsschaltung für oervovorrichtungen, die direkt, an schon vorhandene Vorric" tungen angeschlossen

werden kann. 909883/0735

BAD ORiGiNAL

Ferner sieht die Erfindung eine neuartige Fehler- oder Störungsüberwachungseinrichtung für Servosysteme vor, mittels deren eine vfernvorrichtung betätigt werden kann, wenn in der Servovorrichtung·Fehlersignale auftreten, die einen vorbe- , stimmten Wert überschreiten. ■ *

Weiterhin sieht die Erfindung eine neuartige automatische Nachsynchronisierungs- Überwachungsschaltung für Servorvorrichtungen vor, die beim Auftreten einer Störung in der betreffenden oervovorrichtung anspricht, um die 3ervovorrichtung wiederholt außer Betrieb zu setzen und sie jeweils wieder einzuschalten, wobei die Servorvorrichtung dann eingeschaltet bleibt» wenn die vorher gemeindete Störung nicht mehr auftritt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben· sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.

Die Zeichnung veranschaulicht die Anwendung der Erfindung bei einem Servosystem bekannter Bauart, insbesondere in Verbindung mit einem Höhenmesser.

Gemäß der Zeichnung ist eine Aneroidkapsel 10 vorgesehen, mittels deren der in Beziehung zur Flughöhe stehende Außendruck überwacht wird; die Aneroid- oder Druckkapsel 10 ist mechanisch mit dem Eingang einer geeigneten Servovorrichtung 11 beliebiger bekannter Konstruktion verbunden.

Das Höhenanzeigegerät 12 besitzt, einen Zeiger 13, der mit einer Welle drehfest verbunden ist, die in der Zeichnung bei 14- durch eine gestrichelte Linie schematisch angedeutet ist· Der Zeiger IJ dient in der bei 15 durch eine gestrichelte Linie \

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angedeuteten Weise als zweiter mechanischer Eingang für die Servovorrichtung 11,; die ein Fehler signal erzeugt, welches in den Ausgangsleitungen 16 und 1? erscheint, wenn die stellung des Zeigers 13 geändert werden muß, da sich der Zustand der Kapsel, 10 geändert hat.

Somit wird das Fehlersignal in der üblichen .veise über die Leitungen 16 und 17 dem Eingang eines geeigneten Verstärkers 18 zugeführt, an dessen Ausgangsklemmen ein Servomotor 19 angeschlossen isto Der Servomotor ist mechanisch mit der Welle 14· des Zeigers 13 verbunden, so daß in Abhängigkeit von dem am Ausgang der Servovorrichtung 11 erscheinenden Fehlersignalen die Welle 14 gedreht wird, um das Fehlersignal wieder auf Null zurückzuführen, so daß der Zeiger 13 den richtigen ..ert anzeigt* Dann kann man eine gemeinsame Wechselspannungsquelle 19a verwenden, um den Eingangsklemmen der Servorvorrichtung 11, des Verstärkers 18 und des Servomotors 19 eine Wechselspannung zuzuführen.

Gemäß der Erfindung wird ein System vorgesehen, um den Pegel des in den Leitungen 16 und 17 erscheinenden Fehlersignals derart zu überwachen, daß dann, wenn in dem Servosystem eine Störung auftritt, das Fehlersignal diese Störung dadurch anzeigt, daß es über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigt, ohne durch das richtige Arbeiten des Servosystems wieder auf Null zurückgeführt zu werden. Gegebenenfalls kann das Überwachungssystem einen Verstärker umfassen, wenn der Fehlersignalpegel so niedrig ist, daß das Überwachungssystem nicht direkt betätigt werden kann» .

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Gemäß der Erfindung ist daher ein Überwachungsverstärker 20 vorgesehen, der mit den Leitungen 16 und 17 über einen Kon*» takt verbunden werden kann, welcher einer Relaiswicklung 21 zugeordnet ist, 2s sei bemerkt, daß alle Relaiskontakte, die im Rahmen der Erfindung auch durch -geeignete Festkörper-Schaltvorrichtungen ersetzt werden könnten, in der Zeichnung in der Stellung wiedergegeben sind, die sie während des normalen Betriebs des Servosystems einnehmen.

Wird der Kontakt 21c gemäß der Zeichnung nach rechts bek wegt, wird der Eingang des Überwachungsverstärkers 20 kurzgeschlossen, so daß das system so arbeitet, wie es für den Fall des Auftretens einer Störung vorgesehen ist.

Ferner sei bemerkt, daß die Wechselspannung für den überwachungsverstärker 20 ebenfalls der /tfechselspannungsquelle 19a entnommen werden kann.

Dem Überwachungsversterker 20 ist ein Ausgangskreis zugeordnet, der gegebenenfalls mit Gleichstrom arbeiten kann und mit der Helaiswieklung 21, einem »Strombegrenzungswiderstand 22 * und einem normalerweise geschlossenen Kontakt 23» welcher der Relaiswicklung 2Ja zugeordnet ist, in Reihe geschaltet ist.

Die normalerweise geschlossenen Kontakte 21a und 21b sind der Relaiswicklung 21 zugeordnet und bleiben geschlossen, solange das der Relaiswicklung 21 durch den Überwa.chungsverstärker 20 zugeführte Ausgangssignal unter einem vorbestimmten Pegel liegt. Sobald dieser Strom jedoch diesen vorbestimmten Pegel überschreitet, werden die Kontakte 21a und 21b geöffnet.

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Bei 30 ist eine Gleichstromquelle vorgesehen, und in eine Ausgangsleitung dieser Gleichstromquelle ist ein normalerweise geschlossener itelaiskontakt 31 eingeschaltet, der einer Einschaltwieklung 31a zugeordnet ist; die wicklung 31a ist normalerweise stromlos, kann jedoch durch den Flugzeugführer eingeschaltet werden, um das System vollständig außer Betrieb zu setzen.

Weiterhin sind zweite Relaisschaltmittel· vorgesehen, die einen Elektromagneten 32 umfassen, dem ein normalerweise geschlossener Kontakt 32a sowie ein Kontakt 32b zugeordnet sind, bei welch letztexen es sich um einen Umschaltkontakt handelt, der gemäß der Zeichnung normalerweise in seiner unteren Stellung gehalten wird.

Es sei bemerkt, daß die beiden ReJLaiswicklungen 21 und mit RC-Überbrückungsschaltungen versehen sind, die einen Kondensator 33 bzw. 3^ und einen Widerstand 35 bzw, 36 umfassen. Diese Überbrückungskreise bewirken eine Zeitverzögerung beim Abschalten der zugeürigen Wicklungen; hierauf wird im folgenden ¹C näher eingegangen.

Die äelaiswicklung 32 ist ferner nit der positiven Klemme der GleichstromqueH'e 30 über eine Diode 36 und einen Elektromagneten 37 verbunden, dessen andere Klemme mit der negativen Klemme der Gleichstromquelle 30 über den Kontakt 32b verbunden Ist· Der Elektromagnet 37 ist betriebsmäßig mit einer »varnfahne 38 beliebiger geeigneter Art verbunden, die beim abschalten ' des Elektromagneten 37 aus einer ersten Stellung bzw, der Ruhestellung in. eine zweite Stellung gebrächt werden kann, um das ,. Bestehen einer Gefahr anzuzeigen. Mit anderen Worten, die -Sahne

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58 "befindet sich nur dann in ihrer Ruhestellung (keine Anzeige)» wenn die Wicklung 37 unter Strom steht, so daß das Überwachungssystem imFall einer Störung eine Anzeige liefert. Es sei bemerkt, daß die Fahne 58 durch eine beliebige andere Warnvorrichtung, z.B. einen Summer, eine Warnlampe oder dergleichen, ^. ersetzt werden könnte»

Die Eelaiswicklung 2Ja ist ebenfalls an die Klemmen der · Gleichstromquelle 30 angeschlossen und durch eine geeignete Diode 40 überbrückt,, Ferner ist ein viertes Heiais vorgesehen, das eine 'Wicklung 21a umfaßt, die durch eine Diode 41 überbrückt istο

Nimmt man an, daß die Servovorrichtung innerhalb der zugelassenen Fehlergrenzen den Betrieb des Systems überwacht hat,₄ und_ daß das Fehlersignal nunmehr aus irgendwelchen Gründen den normalen Grenzwert überschreitet, arbeitet das System in der nachstehend beschriebenen Weise. . ■

Beim auftreten einer Störung überschreitet das Ausgangssignal des überwachungsverstärkers 20 seinen normalen BetriebB-pegel, so daß der Auslösepegel Jtir die Elektromagnetwiäklung 21 überschritten wird". Die Kontakte 21a und 21b, die der Wicklung 21 zugeordnet sind, werden dann nicht sofort betätigt, sondern ihre Betätigung wird um eine Zeitspanne verzögert, die ävuech den Widerstand der Wicklung 21, den Widerstand35und die Kapazität des Kondensators 33 bestimmt wird. Bei dea? hler, beschriebenen Ausbildungsform der Erfindung wird mit einer Verzögerungszeit von 3 see gearbeitet* Wenn während/dieser Zeitspaxine das dem Verstärker 20 zugeführte Fehlersignal zu seinem normalen Pegel zurückkehrt, verkleinert sich das Ausgängssignäl des Verstärkers, so daß sich in dem System keine weiteren

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,. Vorgänge abspielen. Verbleibt jedoch das Fehlersignal oberhalb seiner normalen Grenzwertes, nachdem die Zeitspanne von 3 see abgelaufen ist, werden die Kontakte 21a und 21b geöffnet, so daß die Elektromagnetwicklung 37 stromlos gemacht wird, um die,Warnfahne 38 in ihre Anzeigestellung für eines Störung zu bringen. Mit anderen Worten, der Stromkreis, der von der Gleichspannungsquelle aus zu der Magnetwicklung 37.fahrt, und zwar von .der positiven Klemme der Gleichspannungsquelle 30 aus über die Relaiswicklung 31a» die Leitungen 50, 51» den Relaiskontakt 32b, die Wicklung 37» den Kontakt 21a und die negative Klemme der Gleichstromquelle 30» wird durch das Öffnen des ä Kontaktes 21a unterbrochene Daher wird nach einer Verzögerung um 3 see die Warnfahne aufgerichtet bzw. in ihre Anzeigestellung gebracht.

Gleichzeitig wird die Stromzufuhr zu dem Servomotor 19 durch öffnen des Kontaktes 21b unterbrochen, um das Servosystem außer Betrieb zu setzen. Durch das Öffnen des Kontaktee 21a wird außerdem die Stromzufuhr zu der Relaiswicklung 32 unterbrochen.

Die Kontakte 32a und 32b des Seiais 32 öffnen sich jedoch nicht sofort, sondern erst räch Ablauf einer Verzögerungszeit, die durch den Widerstand 36 und den Kondensator 34 bestimmt wird; auch in diesem Fall^vkann eine Verzögerung um 3 see bewirkt werden, woraufhin die Kontakte 32a und 32b betätigt werden. Wird der Kontakt 32b in seine obere Stellung gebracht, wird der Strom der normalerweise stromlosen Wicklung 21a zugeführt, um den Kontakt 21c zu öffnen und den Überwachungsverstärker 20 kuzzuschließen. Hierdurch wird das Ausgangssfehlersignal des

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Überwachungsverstärkers 20 bis unter den Auslösefcegel der Wicklung 21 verkleinert, so" daß die Kontakte 21a und 21b wieder geschlossen werden. Hierauf wird die Heiaiswicklung eingeschaltet, um die Kontakte 32a und 32b in ihre Stellung gemäß der Zeichnung zu bringen, so daß dem Elektromagneten für die rfarnfahne 38 erneut Strom zugeführt wird. Außerdem wird der Servomotor 19 wieder eingeschaltet, während die ^elaiswicklung 21a abgeschaltet wird, damit sich der Kontakt 21c wieder schließen kann, um es dem Überwachungsverstärker 20 zu ermöglichen, die Tätigkeit der Servovorrichtung erneut zu überwachen.

Wenn die Störung während des Ablaufs dieser Vorgänge beseitigt worden ist, arbeitet das System weiter in der normalen Weise. Wurde jedoch die Störung nicht beseitigt, spielen sich'die beschriebenen Schaltvorgänge erneut ab, um die ,/arnfahne 38 so lange in ihre Anzeigestellung zu bringen, wie es der Dauer eines Arbeitsspiels entspricht, -woraufhin die Fahne wieder in ihre Ruhestellung gebracht und der uberwachungsvorgang wieder aufgenommen wird· Diese Folge von Vorgängen setzt sich fort, bis die in dem System aufgetretene Störung beseitigt worden ist, oder bis die Stromzufuhr zu dem oystem dadurch unterbrochen wird, daß die Wicklung 31a mit der Hand eingeschaltet und die 'Vechselstronquelle 19a durch den Benutzer abgeschaltet wird.

"»Venn das Servosystem instandgesetzt worden ist, um die Störung zu beseitigen, und wenn erneut Strom zugeführt wird, .j tritt das Schaltsignal einmal auf, bevor die Synchronisation (normaler Betrieb des Servosystems) wieder hergestellt ist·

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Abschließend sei bemerkt, daß man bei dem vorstehend beschriebenen Ausführun^sbeispiel die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche.; 909883/0735

Claims

P. A T -Δ Ν Τ δ HfRiICHE

1.) System zum Überwachen einer Servoeinrichtung, die ein Servosystem umfaßt, das als Ausgangssignal ein Fehlersignal ^ liefert, Überwachungsmittel mit Eingangs- und Ausgangsklemmen, erste und zweite üelaisschaltmittel, die eine Stellung zum Öffnen eines Stromkreises bzw. eine Stellung zum ochließen eines Stromkreises einnehmen können, wobei Eingangsanschlußkreise vorgesehen sind, sowie Anzeigemittel, (38)> die aus einer ersten Stellung in eine Anzeigestellung gebracht werden können, wenn iehlersignale auftreten, die mindestens während" einer vorbestimmten Zeitspanne mindestens eine vorbestimmte urö£e haben, wobei die iiingangsklemmen der Überwachungsmittei an die quelle für das Ausgangsfehlersignal angeschlossen Bind, wobei die Ausgangsklemmen der Überwachungsmittel mit dem erwähnten Eingan^sanschlußkreis der ersten Relaisschaltmittel verbunden sind, v;cbei diese .ttelaisschaltmittel aus ihrer ötellung zum öffnen eines otromkreises in ihre Stellung zum Schließen eines otromkreises gebracht werden können, wenn am Ausgang der Überwachungsmittel ein Signal erscheint, das einen vorbestimmten «ert überschreitet, wobei die ersten Relaisschal tmittel mit dem erwähnten Eingangsanschlußkreis der zweiten Selaisschaltmittel verbunden sind, wobei die zweiten Relaisschal tmittel aus ihrer Stellung zum öffnen eines Stromkreises in eine Stellung zum ochlieEen eines otromkreises gebracht · werden, wenn die ersten neiaissctaltmittel in ihre Stellung zum Offnen eines Stromkreises gebracht werden, wobei die ersten Heiaisschaltmi.ttel mit den Anzeigemitteln in Reihe geschaltet-sind und dazu dienen, die Anzeigemittel aus ihrer, ersten Stellung

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schaltmittel in ihre .Stellung zum öffnen eines Stromkreises gebra'cht werden, und wobei die zweiten Helaisschaltmittel an die Eingangsklemmen der Überwachungsmittel angeschlossen sind und diese Eingangskiemmen kurzschließen, sobald die ersten Relaisschaltinittel betätigt werden.,

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zeitverzögerung-Schaltungsmittel, um die Betätigung der ersten Helaisschaltmittel um eine "vorbestimmte Zeitspanne zu verzögern«

3ο System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosystem einen Servomotor (19)"mit Eingangski emmen umfaSt, wobei die ersten -«.elaisschaltmittel an die Eingangsklemmen des oervomotors angeschlossen sind und dazu dienen, die Stromzufuhr zu den Eingangsklemmen zu unterbrechen, sobald die ersten xielaisschaltmittel in ihre Stellung zum Öffnen eines Stromkreises gebracht werden.

4-O "überwachungseinrichtung für ein Servosystem, g e k e η η ζ e i chn et durch Verstärkermittel (18), die mit dem ein Fehlersignal liefernden Ausgang eines Servosystems (11) verbunden werden können, erste und zweite ochal-'mittel, die aus einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung gebracht werden können, einen ersten und einen zweiten Betätigungskreis zum Betätigen der ersten bzw, der zweiten mittel sowie Mittel, um das Auftreten einer Störung in dem Servosystem anzuzeigen, wobei die Verstärkermittel einen Ausgang besitzen, der mit dem ersten Betätigungskreis verbunden ist, wobei der erste Bet'Iti_ö'ungskreis die ersten öchaltmittel

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betätigt, um diese in ihre erste ocr-.altsteilung zu bringen, wenn das Ausgangssi-nal des Verstärkers über einem vorbestimmten vVert liegt, und um die ersten ocnaltmittel in die zweite öcLaltstellung zu bringen, wenn das. Aus^an^ssignal des Verstärkers unter eixiem vorbestimmten ..ert liegt, wobei die ersten öchaltrr.ittel mit den Anzeigemitteln und dem zweiten Betatigungskreis verbunden sind, wobei der av/oite Betiltigungskreis die zweiten -jc: aluir.ittei in ihre -irste od^r zweite öchaltungssteilung bringt, wenn sich die ersten ochaltmittel

W in ihrer ersten b:^r.w„ ihrer zweiten ochaltstellung befinden, wobei die ersten ^cr.aiGrcittel mit den anzeige"itteln verbunden sind und die ^nzei^ernittel -zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten oteilunr bewegen, wenn, sich die ersten oc^raltmittel. in ihrer ersten bzw. in ihrer zreiten ^chaltstellun^befiriden, und wobei die zweiten jchaltmittel mit den 2ingan^sklemmenmitteln der Versterkermittel verbunden sind und die Mifihrung des ^ehlersignals zu den Zin^an_e;sklemnen unterbrechen., wenn sich die zweiten ochal'-sr.ittel in ihrer z<«oiten otellung befinden.

5. überwachungssystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Zeitverzögerungmittel, die mit dem ersten Betätigungskreis verbunden sind und dazu dienen, die -üetätigung der ersten Schaltmittel um eine vorbestiir.nte Leiiipanne zu verzögern.

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