DE1949371A1

DE1949371A1 - Redundantes Regelsystem

Info

Publication number: DE1949371A1
Application number: DE19691949371
Authority: DE
Inventors: Tawfik David A; Pfersch George H; Thomas Frank J
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1968-10-01
Filing date: 1969-09-30
Publication date: 1970-04-16
Also published as: GB1249700A; US3551776A; FR2019566A1; JPS4918399B1

Description

r. Ing. H. Negendanlc Dipl. Ing. H. Hauck Dipl. Phys. W. Schmitz ' 8 München 15, Mozarbtr.23

Tel. 53805 86

The Bendix Corporation

Fisher Building

27. September 1969

Anwaltsakte M-8 55

Redundantes Regelsystem

Die Erfindung betrifft Flugregler, insbesondere eine synchronisierte Redundanzanlage zur Regelung eines Flugzeugs in Abhängigkeit von verstärkten synchronisierten Regelsignalen.

Einkanalige Flugregler, wie der nach dem US-Patent 3.361.3 94· vom 2. Januar 1968, Erfinder George Henry Pfersch, und an die Bendix Corporation verliehen, sind zur Flugregelung bekannt. Ein Hauptnachteil der einkanaligen Anlage besteht darin, daß ein Ausfall im System einen Ausfall des Flugreglers mit sich bringt. Zur erhöhten Sicherheit der Flugzeugbesatzung bzw. der Passagiere wird die Betriebssicherheit des Flugreglers erhöht werden. Ein Flugregler mit dreifacher Redundanz erfordert, daß zwei der drei Kanäle gleichzeitig ausfallen müssen, ehe der Flugregler ausfällt, wodurch die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit des . Flugreglers erhöht wird. Eine Schwierigkeit der Redundanzsysteme ist darin zu sehen, daß Vergleichsschaltungen mit einem niedrigen Alarm- oder Warnschwellenwert die Analogschaltungen überwachen,

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um die Änderungsparameter für die Verstärkung zu bestimmen. Kleine Änderungen infolge der Analogschaltung können eine Fehler- oder Ausfallanzeige ergeben, obwohl gar kein Fehler bzw. Ausfall eingetreten ist. Die Schwierigkeit wird dadurch vermieden, daß die Digitalzähler in allen Kanälen des Redundanzsystems synchronisiert werden, und trotzdem einen unabhängigen Betrieb und Fehlerfindung in jedem Kanal gestatten, falls Fehler bzw. Ausfälle in den anderen Kanälen auftreten.

Nach der Erfindung sind drei identische Kanäle für den redundanten Betrieb vorgesehen, die Ausgangssignale an einen Regler abgeben, wobei jeder Kanal mit einem Abtast- oder Fühlersystem ausgestattet ist, das ein ausgewähltes Ausgangssignal entsprechend .dem Ist-Verhalten des Flugzeugs und ein zweites ausgewähltes Ausgangssignal entsprechend dem Soll-Verhalten des Flugzeugs nach dessen dynamischen Eigenschaften abgibt. Abtasteinrichtungen tasten die Ausgangssignale für das Ist- und das Soll-Verhalten ab. Die abgetasteten Signale werden einem Summierglied eingespeist, das die Differenz zwischen den Signalen für ' das Ist- und das Soll-Verhalten bestimmt. Ein in Abhängigkeit von den Differenzsignalen arbeitender Zähler gibt ein digitales Ausgangssignal entsprechend der Differenz ab. Eine Vergleichsschaltung empfängt das abgetastete Signal für das Ist-Verhalten . und das Differenzsignal des Summiergliedes und bestimmt, ob eine Synchronisation der drei Kanäle erforderlich ist. Eine Synchroj nisationsschaltung synchronisiert den Zähler mit den Zählern in den anderen Kanälen, wenn eine Synchronisations durchgeführt werden muß. Eine in Abhängigkeit von der Synchronisationsschaltung des betreffenden Kanals arbeitende Ausfallalarmschaltung

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gibt ein Alarmsignal ab, wenn sein Zähler sich nicht mit den Zählern der anderen Kanäle nach drei aufeinanderfolgenden Synchronisationsvorgängen synchronisiert. Ein an dem Zähler angeschlossenes Regelsystem gibt an den Regler ein amplitudenabhängiges Auswahlsignal in Abhängigkeit von der Zählung des Zählers und der Bedienung des Steuerknüppels ab, der für alle Kanäle gemeinsam arbeitet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Ausgangssignale der Redundanzkanäle zu synchronisieren, wenn eine Synchronisation erforderlich ist.

Ein Vorteil der Erfindung ist es, aus den AusgangsSignalen der Abtasteinrichtung zu bestimmen, ob eine Synchronisation durchgeführt werden soll. Sodann sollen mit der Erfindung die Ausgangssignale der redundanten Kanäle ausgewählt werden, das Ausgangssignal eines jeden Kanals mit dem ausgewählten Ausgangssignal verglichen werden und ein Fehler bzw. Ausfall angezeigt werden, wenn das Ausgangssignal des Kanals nicht mit dem ausgewählten Ausgangssignal synchronisiert werden kann. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auch eine Umschaltung zwischen der Betriebsart "Synchronisation" und "Rechnen" vorgesehen. Sodann v/erden erfindungsgemäß Zähler der redundanten Kanäle durch eine Spannung mit festem Pegel auf den gleichen Bitpegel eingestellt. Schließlich wird durch die Erfindung ein Alarmauslösesystem mit drei Zählschritten zur Überbrückung bzw. Nichtbeachtung von statistischen oder falschen Fehler- bzw. Aus fall anzeigen geschaffen.

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Diese und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es sei jedoch klargestellt, daß die Zeichnungen lediglich zur Illustration dienen, nicht aber zur Absteckung des Rahmens der Erfindung. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für die Regelung einer Achse eines Dreifachredundant-Flugreglers,

fe Fign. 2, 3 und M- Blockschaltbilder des Digitalverstärkungskanals, des Abtast- und des Regelsystems der Fig. 1,

Fig. 5 ein Impulsdiagramm mit je einer Folge von Abtastimpulsen El, Rechenimpulsen E2 und Synchronisationsimpulsen E3.

Alle Bauteile und Baugruppen mit Suffix-Bezugszeichen sind miteinander verbunden und arbeiten in der gleichen Weise wie die Bauteile und Baugruppen mit entsprechenden Bezugszeichen ohne Suffixe. Aus Gründen der Einfachheit wird nur ein Kanal des Redundantsystems beschrieben, wobei im Bedarfsfall Bezug auf die anderen Kanäle bei Wiederholung der gleichen Funktionen gemacht wird.

Nach Fig. 1 besitzt jeder Kanal des Redundanzflugreglers eine Abtasteinrichtung 1, welche das Verhalten eines Flugzeugs abtastet und das abgetastete Verhalten mit Signalen auf der Leitung 5 meldet sowie das Sollverhalten gemäß den dynamischen Eigenschaften des Flugzeugs auf der Leitung. Die Abtasteinrichtungen

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1, la und Ib sind durch die Leitungen 3, 3a, 3b, 4, 4-a und 4-b miteinander verbunden, wie nachstehend näher erklärt wird. Der Digitalverstärkungskanal Io mit den Eingangsleitungen 11a, 11b, 12a, 12b, 18 und 19 sowie den Ausgangs leitungen 11, 12 und 14· ist an die Leitungen 5 und 7 angeschlossen. Die Leitungen 11, 11a, lib, 12, 12a und 12b verbinden den Digitalverstärkungskanal Io mit den Digxtalverstarkungskanälen loa und lob, wie nachstehend erklärt wird. Die Leitung 14- ist an die Abtasteinrichtung 1 angeschlossen.

Eine Gleichspannungsquelle 2o versorgt die Leitung 18 mit Hochoder Niederspannung sowie die Leitung 19 mit einer Gleichspannung von veränderlicher Amplitude. Die Gleichspannungsquelle 2o ist mechanisch mit den Gleichspannungsquellen 2oa und 2o b verbunden, so daß der Flugzeugpilot alle drei Gleichspannungsquellen 2o, 2oa und 2ob gleichzeitig einstellt. Das Regelsystem 23 zur Flugregelung ist an die Leitungen 14- und 5 angeschlossen und arbeitet in Abhängigkeit von den Bewegungen des Steuerknüppels 26 sowie von den AusgangsSignalen der Abtasteinrichtung 1 und des Dxgitalverstärkungskanals Io. Auch die Regelsysteme 23a und 23b arbeiten in Abhängigkeit vom Steuerknüppel 26. Die Leitungen 28, 28a und 28b verbinden die Regelsysteme 23, 23a und 23b miteinander, wie nachstehend erklärt wird. Ein Regler 25, der ein hydraulischer Stellmotor für eine Leitfläche wie z. B. die Höhenruder des Flugzeugs sein kann, empfängt die Ausgangssignale der Regelsysteme 23, 23a und 23b über die Leitung 24.

In Fig. 3 besitzt jede Abtasteinrichtung 1,. la oder Ib einen im , Flugzeug angebrachten Drehgeschwindigkeits- oder Wendekreisel 3o,

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der auf die amplitudenabhängige Auswahlschaltung 31 und.die Leitung 4· ein Signal gibt, das der wirklichen Mickgeschwindigkeit des Flugzeugs entspricht. Die amplitudenabhängige Auswahlschaltung 31 empfängt Nickgeschwindigkeitssignale von den Kreiseln der anderen Kanäle über die Leitungen· Ua und 4-b und gibt ein ausgemitteItes Nickgeschwindigkeitssignal auf die Leitung 5, das dem wirklichen Verhalten des Flugzeugs entspricht. Ein Leitflächenfühler 35 gibt ein Gleichspannungssignal ab, das der Stellung der Leitfläche entspricht. Das Bandfilter .36 ist an den ^ Leitflächenfühler 35 angeschlossen und gibt ein Ausgangssignal an die Simuliersehaltung 37 ab. Die Simulierschaltung 37 ist ein Netzwerk mit konstantem Parameter zur Nachbildung der dynamischen Eigenschaften des Flugzeugs, dessen Übertragungsfunktion dem Sollverhalten des Flugzeugs entspricht.

Die Eingänge des regelbaren Verstärkers 38 sind mit einem Ausgang der Simulierschaltung 37 und mit der Leitung IM- verbunden, und der regelbare Verstärker 38 gibt an die amplitudenabhängige Auswahlschaltung 39 und die Leitung 3 ein Signal ab, das auf das Ausgangssignal der Simulierschaltüng 37 und das an der Leitung 14 anliegende Signal bezogen ist. Die amplitudenabhängige Auswahlschaltung 39 empfängt auch Ausgangssignale der Simulierachaltung in den Abtasteinrichtungen la und Ib über die Leitungen 3a Und 3b und gibt ein Ausgangssignal für das Soll-Verhalten an die Leitung 7 ab, das dem ausgemittelten Eingangssignal der drei Eingänge entspricht.

In Fig. 2 enthält jeder Digitab/erstärkungskanal Io, loa oder lob

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die an die Ausgangsleitungen 5 und 7 der Abtasteinrichtung 1 und die Taktgebersignalquelle 43 angeschlossenen Abtaster 4o und zum Empfang eines Abtastimpulses El nach Fig. 5. Aufgrund der Arbeitsweise der amplitudenabhängigen Auswahlschaltungen in den Abtasteinrichtungen 1, la und Ib empfangen die Abtaster der Kanäle Io, loa und lob das gleiche ausgemittelte Signal.

Die Taktgebersignalquelle 43, die aus einer beliebigen bekannten Einrichtung bestehen kann, gibt den Abtastimpuls El, den Rechenimpuls E2 und den Synchronisierimpuls E3 nach Fig. 5 ab und außerdem 4oo Hz-Impulse. Auf den Leitungen 12a und 12b gelangen die Eingangssignale von den Taktgebersignalquellen der Kanäle loa und lob zur Taktgebersignalquelle 43, während ein Ausgangssignal über die Leitung 12 an die Taktgeberquellen der.Kanäle loa und lob gelangt, damit die Impulse El, E2, E3 und der 4oo Hz-Impuls mit gleichen Impulsen in den Kanälen loa und lob synchronisiert werden.

Das Ausgangssignal des Abtasters 4o wird einem Summierglied 44 eingespeist, dessen Ausgang an die Vergleichsschaltungen 47 und 49 angeschlossen ist. Der Ausgang des Abtasters 42 ist an das Summierglied 44, die Vergleichsschaltungen 47 und 5 3 und die Bewertungsschaltung 5 7 angeschlossen.

Die Bezugsspannungsquelle 6o gibt die Gleichspannungen E4, E5, E6 und E7 ab. Die Vergleichsschaltungen 4 9 und 5 3 sind an die Spannungsquelle 6o angeschlossen und empfangen die Gleichspannungen E4 und E5. Das UND-Tor 66 empfängt die Ausgangssignale der Vergleichsschaltung 5 3 und der Bewertungsschaltung 5 7 sowie

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den Rechenimpuls E2 von der Taktgebersignalquelle 43.

Der Zähler 7o ist an die elektronischen Schalter 72 und 7 3 zur Zählung der Ausgangssignale des elektronischen Schalters 73 in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung angeschlossen, je nachdem wie es durch das Ausgangssignal des elektronischen Schalters 72 befohlen wird. Der elektronische Schalter 72 ist an die Vergleichsschaltungen 47 und 76 sowie an die Taktgebersignalquelle 43 zum Empfang des Synchronisationsimpulses E3 angeschlossen. Der elektronische Schalter 73 ist an die UND-Tore 66 und 78 sowie an die Taktgebersignalquelle 43 zum Empfang des Synchronisationsimpulses E3 angeschlossen. Das UND-Tor 78 ist an die Taktgebersignalquelle 43 zum Empfang des Synchronisationsimpulses E3 und der 4oo Hz-Impulse sowie an die Vergleichsschaltungen 49 und 8o zum Empfang von deren AusgangsSignalen angeschlossen.

Die Vergleichsschaltungen 76 und 8o sind mit Bezugsmasse und der Bezugsspannungsquelle 6o verbunden, und beide Vergleichsschaltungen sind an das Summierglied 82 zum Vergleich des AuBgangssignals des Summierglieds 82 mit der Bezugsmasse und der Gleichspannung E6 angeschlossen.

Über die Leitung 14 gelangt das Ausgangssignal des Zählers 7o an das Regelsystem 23 und die Abtasteinrichtung 1, um die Flugregelung in Abhängigkeit von der im Zähler 7o gespeicherten : Zählung zu beeinflussen wie nachstehend erklärt wird. Das Ausgangssignal des Zählers 7o gelangt auch zum Digital-Analogumsetzer ! Das Ausgangssignal des Umsetzers 85 wird dem Summierglied 82,

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der amplitudenabhängigen Auswahlschaltung 87, der Vergleichs-

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schaltung 89 und über die Leitung 11 den amplitudenabhängigen Auswahlschaltungen in den Digitalveratärkungskanälen loa und lob eingespeist. Die Eingänge der amplitudenabhängigen Auswahlschaltung 8 7 sind auch mit den Leitungen 11a und 11b zum Empfang der Ausgangssignale der Digital-Analogumsetzer in den Digitalverstärkungskanälen loa und lob verbunden.

Das Ausgangs signal der amplitudenabhängigen Auswahlschaltung 8 7 wird der Vergleichsschaltung 8 9 zugeführt, die auch an die Spannungsquelle 6o angeschlossen ist und die Gleichspannung E7 empfängt, sowie an den elektronischen Schalter 91, dessen Eingänge in den Leitungen 18 und 19 verbunden sind, die wiederum an die Gleichspannungsquelle 2o angeschlossen sind.

Der Ausgang des elektronischen Schalters 91 ist mit dem zweiten Eingang des Summiergliedes 8 2 verbunden. Solange ein niederpegliges Gleichspannungssignal auf der Leitung 18 liegt, läßt der Schalter 91 das Ausgangssignal der amplitudenabhängigen Auswahlschaltung 87 an das Summierglied 82 gelangen, und solange ein hochpegliges Gleichspannungssignal auf der Leitung 18 liegt, läßt der Schalter 91 die auf der Leitung 19 geführte Gleichspannung mit veränderlicher Amplitude an das Summierglied 82 gelangen.

ι Die Vergleichsschaltung 8 9 ist als doppelseitige Vergleichsschaltung ausgelegt, die bestimmt, ob zwischen den AusgangssLgnien der amplitudenabhängigen Auswahlschaltung 87 und des Umsetzers 85 eine Differenz besteht. Wenn überhaupt eine Differenz '

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vorhanden ist, so wird eine dieser Differenz entsprechende Spannung mit der Gleichspannung E7 verglichen. Wenn die Differenzspannung kleinerjist als die Gleichspannung E7, so gibt die Vergleichschaltung 8 9 ein Ausgangssignal mit niedriger Spannung ab, und ein Ausgangssignal mit hoher Spannung, wenn die Differenzspannung größer ist als die Gleichspannung E7. Der Ausgang ; der Vergleichschaltung 8 9 ist an den Inversionseingang des UMD-Tores 94 und an den Eingang des UND-Tores 96 angeschlossen.

fc Der Eingang des UND-Tores 94 ist mit dem Ausgang des UND-Tores 66 verbunden und der Inversionseingang an den Ausgang der Vergleichsschaltung 49 aigeschlossen. Der zweite Eingang des Und-Tores 96 ist mit der Taktgebersignalquelle 43 zum Empfang des Rechenimpulses E2 verbunden. Ein Eingang des Warn- oder Alarmzählers 98 ist an das UND-Tor 9 6 zur Zählung der Ausgangssignale dieses UND-Tores angeschlossen, und ein zweiter Eingang mit dem UND-Tor 94 verbunden, damit er durch dessen Ausgang gelöscht wird. Der Alarmzähler 98 gibt ein Ausgangssignal ab, wenn er eine Zählung von Drei enthält. Die Ausfallt-.alarmschaltung loo ist an den Ausgang des Zählers 98 gelegt, um ein Alarmzeichen in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Zählers 98 abzugeben.

In Fig. 4 bewirkt der von Hand bediente Steuerknüppel 26, daß der Steuerknüppelfühler 111 ein Ausgangssignal abgibt, das der Stellung des Steuerknüppels 26 entspricht, und dieses Ausgangssignal wird der Simulierschaltung 112 eingespeist. Die Simulierschaltung 112 ist als Netzwerk mit konstantem Parameter zur Simulierung der dynamischen Eigenschaft eines idealen Flugzeugs

- Io -

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ausgelöst, dessen Übertragungsfunktion dem Sollverhalten des Flugzeugs entspricht. Das Ausgangssignal der Simulierschaltung 112 gelangt an das Summierglied 115, wobei das Ausgangssignal der amplitudenabhängigen Auswahlschaltung 31 auf der Leitung 5 liegt. Vom Summierglied 115 gelangt das Ausgangssignal zum regelbaren Verstärker 117, der auch das Ausgangesignal des Zählers 7o über die Leitung 14 empfängt. Die Verstärkung des regelbaren Verstärkers 117 verhält sich umgekehrt zum Verstärkungsfaktor des regelbaren Verstärkers 38, so daß beide Verstärker 38 und 117 zusammen einen konstanten Verstärkungsfaktor liefern. Das Vorhalt- und Integriernetzwerk 12o ist an den regelbaren Verstärker 117 angeschlossen und korrigiert Langzeitfehler bei Nickverschiebungen und gibt auch ein Ausgangssignal an die amplitudenabhängige Auswahlschaltung 123 sowie über die Leitung 28 an die amplitudenabhängigen Auswahlschaltungen der Regelsysteme 23a und 23b ab. Die amplitudenabhängige Auswahlschaltung 123 empfängt auch die Ausgangssignale der anderen Vorhalt- und Integriernetzwerke der Regelsysteme 23a und 23b über die Leitungen 28a und 28b und gibt ein Ausgangssignal an den Regler 25 zur Betätigung der Leitfläche ab, das dem ausgemittelten Eingangssignal der drei Eingänge entspricht.

Die Arbeitsweise der Anlage ist wie folgt:

Nach Fig. 4 bewirkt eine Betätigung des Steuerknüppels 26, daß der Steuerknüppelfühler 111 einen Nickbefehl an die Simmulierschaltung 112 abgibt, welche das Signal in Abhängigkeit von den nachgebildeten dynamischen Eigenschaften des Flugzeugs different ziert und ein der So11-Nickgeschwindigkeit entsprechendes Ausgangssignal abcibt.

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Der Wendekreisel 3o der Fig. 3 greift die Nickbewegung des Flugzeugs ab und gibt ein dem wirklichen Flugzeugverhalten entsprechendes Ausgangssignal über die Leitung 4 an die amplitudenabhängige Auswahlschaltung 31 und die amplitudenabhängigen Auswahlschaltungen in den Abtasteinrichtungen la und Ib ab. Die Auswahlschaltung 31 gibt ein Ausgangssignal für das wirkliche Verhalten auf die Leitung 5, das dem ausgemittelten Eingangssignal der Eingangssignale von den Wendekreiseln in den Abtasteinrichtungen 1, la und Ib entspricht.

Der Leitflächenfühler 35 nißt die Stellung der Leitfläche und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal an das Filter 36. Das Filter 36 differenziert den Ausgang und gibt ein der Leitflächengeschwindigkeit entsprechendes Signal an die Simulierschaltung

37 ab. Die Simulierschaltung 37 differenziert das Signal des Filters 36 in Abhängigkeit von den dynamischen Flugzeugeigenschaften und gibt ein Ausgangssignal an den regelbaren Verstärker

38 ab. Der Regelverstärker 38 verstärkt das Ausgangssignal der Simulierschaltung 37 in Abhängigkeit von dem an der Leitung liegenden Ausgangssignal des Tellers 7o und speist ein Ausgangssignal über die Leitung 3 der amplitudenabhängigen Auswahlschaltung 37 und den Auswahlschaltungen der Abtasteinrichtungen la und Ib ein. Die amplitudenabhängige Auswahlschaltung 3 9 gibt auf die Leitung 7 ein Ausgangssignal für das Sollverhalten, das dem ausgemittelten Eingangssignal der Eingangssignale von den Simulierschaltungen in den Abtasteinrichtungen 1, la und Ib entspricht.

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Die Abtaster 4o und 42 der Fig. 2 geben gleichzeitige Ausgangsimpulse an das Summierglied 44 ab, die den Ausgangssignalen auf den Leitungen 5 und 7 für das Ist- und das Soll-Verhalten entsprechen und in Abhängigkeit vom Abtastimpuls El von der Taktgebersignalquelle 43 der Abtasteinrichtung 1 kommen. Das Summierglied 44 gibt eine Spannung an die Vergleichsschaltungen 47 und 49 ab, die der Differenz zwischen dem Ist- und dem Soll-Verhalten entspricht.

In der Vergleichsschaltung 47 wird die Differenzspannung mit dem Ausgangssignal des Abtasters 4 2 verglichen, um die Zählrichtung des Zählers 7o während der Betriebsart "Rechnen" zu bestimmen. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 47 gelangt an den elektronischen Schalter 72. Da von der Taktgebersignalquelle 43 her kein Synchronisationsimpuls E3 anliegt, gelangt das Ausgangsdgnal von der Vergleichsschaltung 47 über den elektronischen Schalter 72 zum Zähler 7o, wo es eine Aufwärts- oder Abwärtszählung auslöst.

, In der Vergleichsschaltung 4 9 wird die Ausgangsdifferenzschaltung des Summiergliedes 44 mit der vorgegebenen Spannung E4 der Bezugsspannungsquelle 6o verglichen, um zu bestimmen, ob eine Synchronisation erforderlich ist. Wenn die Ausgangsdifferenzspannung des Summiergliedes 44 größer ist als E4, gibt die Vergleichs-

(schaltung 49 eine niedrige Gleichspannung ab und zeigt damit an, daß die Ausgangsdifferenzspannung nicht auf einzelne Kanalvorspännungen anspricht und damit der Zähler 7o nicht mit den Zählern' in den Dxgitalverstärkungskanälen loa und lob synchronisiert werdeji

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soll. Die niederpeglige Gleichspannung der Vergleichsschaltung 49' schaltet das UND-Tor 78 ab, wodurch eine Synchronisation verhindert wird und das UND-Tor 94 teilweise durchgesteuert wird, da der Inversionseingang des UND-Tores 9M- die Niederspannung in eine Hochspannung umsetzt. Wenn keine Synchronisation erforderlich ist, haben die Zähler in den Kanälen Io, loa und lob die gleiche Zählung, vorausgesetzt, daß kein Kanal ausgefallen ist, so daß die Vergleichsschaltung 8 9 ein niederpegliges Gleichspannungssignal abgibt, welches das UND-Tor 94 voll durchsteuert. Der nächste Impuls vom UND-Tor 6 6 läuft durch das UND-Tor 94 und löscht den Zähler 98. Fällt ein Kanal aus, so wird die Synchronisation verhindert. Die Vergleichsschaltung 8 9 steuert das UND-Tor 96 an, und nachdem drei Rechenimpulse E2 das UND-Tor 96 durchlaufen haben und an den Zähler 98 gelangt sind, gibt dieser ein Ausgangssignal an die Ausfallalarmschaltung loo ab, womit der Ausfall angezeigt wird.

Der dem Soll-Zustand des Flugzeug entsprechende Ausgangsimpuls des Abtasters 42 wird auch der Bewertungsschaltung 57 und der Vergleichsschaltung 5 3 eingespeist, welche die Spannung E5 von der Bezugsspannungsquelle 6o empfängt. Die Bewertungsschaltung 5 speichert den vorhergehenden Impuls des Abtasters 42, vergleicht den anliegenden Impuls des Abtasters 42 mit dem gespeicherten Impuls" und gibt einen Ausgangsimpuls an das UND-Tor 66 ab, wenn die Differenz zwischen dem gespeicherten Impuls und dem anliegenden Impuls einen bestimmten Minimalwert übersteigt. In der Vergleichsschaltung 5 3 wird das Ausgangssignal des Abtasters 4 2 mit der Gleichspannung E5 verglichen, die eine Minimalamplitude dax¹- stellt, um Störungen und Rauschen zu vermeiden und gibt schließ- i

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lieh ein hochpegliges Gleichspannungssignal ab, welchesdas UND-Tor 66 teilweise durchsteuert.

Wenn die durch die Bewert.ungsschaltung 57 und die Vergleichsschaltung 53 gesetzten Parameter eingehalten werden, so wird das UND-Tor 66 für die Dauer des Impulses der Bewertungsschaltung 57 voll durchgesteuert. Der von der Taktgeberquelle 43 abgegebene Rechenimpuls E2 durchläuft das UND-Tor 66 und gelangt zum elektronischen Schalter 73, während der Abtastimpuls El noch immer anliegt, wie in Fig. 5 gezeigt.

Liegt kein Synchronisationsimpuls E3 der Taktgeberquelle 43 an, so leitet der elektronische Schalter 73 den Rechenimpuls E2 an den Zähler 7o weiter. Der Zähler 7o ändert seine Zählung in Abhängigkeit vom Rechenimpuls E2 in der durch das Ausgangssignal des elektronischen Schalters 7 2 angegebenen Richtung.

Wie in Fig. 1 gezeigt, gelangt ein digitales Ausgangssignal, entsprechend der Zählung des Zählers 7o, über die Leitung 14 an das Regelsystem 23, um das Flugzeug in Abhängigkeit vom Ist-Zustand und Soll-Verhalten zu regeln. In Fig. 4 gelangt das Ausgangssignal, das der simulierten Soll-Nickgeschwindigkeit 112 entspricht, an das Summierglied 115, wobei das Ausgangssignal für das Ist-Verhalten der amplitudenabhängigen Auswahlschaltung 31 an der Leitung 5 anliegt. Das Summierglied 115speist ein Fehlersignal, das der Differenz zwischen der Soll-Nickgeschwindigkeit und der Ist-Nickgeschwindigkeit entspricht, dem regelbaren Verstärker 117 i

, ein, der in Abhängigkeit des an der Leitung 14 anliegenden Aus- .

i ^; gangsimpulses des Zählers 7o arbeitet. Der regelbare Verstärker ]

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117 gibt ein verstärktes Fehlersignal an das Vorhalt- und Integriernetzwerk 12o ab j das Langzeitfehler unter Nickversetzung korrigiert und ein Regelsignal an die amplitudenabhängige Auswahlschaltung 123 abgibt. Die Auswahlschaltung 123 empfängt Eingangssignale der anderen Vorhalt- und Integriernetzwerke in den Digitalverstärkungskanälen loa und lob über die Leitungen 28a und 28b und gibt ein Ausgangssignal entsprechend einem ausgemittelten Eingangssignal der drei Eingangssignale an den Regler 25 ab. Der Regler 25 verstellt die Leitfläche in Abhängigkeit von Signalen der amplitudenabhängigen Auswahlschaltung 12 3 und der Auswahlschaltungen in den Digitalverstärkungskanälen loa und lob.

Nach Beendigung des Abtastimpulses El und des Rechenimpulses E2 erscheint der auf die anderen Impulse zeitbezogene Synchronisationsimpuls E3, wie in Fig. 5 gezeigt. Da infolge des Fehlens des Abtastimpulses El die Ausgänge der Abtasteinrichtung 1 nicht mehr abgetastet werden, gibt die Vergleichsschaltung 49 ein hochpegliges Gleichspannungssignal ab, welche das UND-Tor 78 teilweise durchsteuert und das UND-Tor 94 sperrt.

Die aus dem Rechenvorgang herrührende Zählung des Zählers 7o wird dem Digital-Analogumsetzer 85 eingespeist. Der Umsetzer 85 gibt ein der Zählung des Zählers 7o entsprechendes analoges Ausgangssignal an die amplitudenabhängige Auswahlschaltung 87, die Vergleichsschaltung 89, das Summierglied 82 und die Auswahlschaltungen in den Digitalverstärkungskanälen loa und lob über die Leitung 11 ab. \-

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Die Auswahlschaltung 87 empfängt auch Eingangssignale auf den Leitungen 11a und 11b von den Digital-Analogumsetzern in den Kanälen loa und lob, entsprechend den Zählungen der Zähler in diesen Kanälen. Die Auswahlschaltung 87 gibt ein auf die ausgemittelte Zählung der drei Zähler bezogenes Ausgangssignal an die Vergleichsschaltung 8 9 und den elektrischen Schalter 91 ab. Die Vergleichsschaltung bestimmt die Differenz zwischen den der Zählung des Zählers 7o entsprechenden Ausgangszahl des Umsetzers und dem Ausgangssignal der Auswahlschaltung 87, das der ausgemittelten Zählung der drei Zähler entspricht und vergleicht die Differenz mit der Spannung E7 der Bezugsspannungsquelle 6o. Ist die Differenz größer als die Gleichspannung E7, gibt die Vergleichsschaltung 8 9 ein hochpegliges Gleichspannungssignal ab, welches das UND-Tor 96 durchsteuert. Der nächste am durchgesteuerten UND-Tor 96 anliegende Rechenimpuls bewirkt, daß der Ausgangsimpuls des UND-Tores 96 durch den Zähler 98 gezählt wird. Das hochpeglige Gleichspannungsausgangssignal der Vergleichsschaltung 8 9 wird im Inversionseingang des UND-Tores 94 umgekehrt, wodurch das UND-Tor 94 gesperrt wird und gleichzeitig verhindert wird, daß der Alarmzähler 98 gelöscht wird, solange die Differenz zwischen der Zählung des Zählers 7o und der ausgemittelten Zählung größer ist als die-Gleichspannung E7. Der Alarmzähler 98 triggert die Ausfallalarmschaltung loo so lange nicht, bis drei aufeinanderfolgender Versuche zur Synchronisation der Zählung des Zählers 7o mit der ausgemittelten Zählung fehlgeschlagen sind.

Der elektronische Schalter 91 gibt das der ausgemittelten Zählung! entsprechende Ausgangssignal der Auswahlschaltung 87 an das

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• Summierglied 82 ab, wenn die Gleichspannung aus der Leitung 18 niederpeglig ist.

■ Das Summierglied 8 2 bestimmt die Differenz zwischen der der ausgemittelten Zählung entsprechenden Spannung und dem der Zählung des Zählers 7o entsprechenden Ausgangssignals des Umsetzers 85 und gibt ein dieser Differenz entsprechendes Ausgangssignal an die Vergleichsschaltungen 76 und 8o ab. Die Vergleichsschaltung 7 6 bestimmt, ob der Zähler 7o eine Aufwärts- oder Abwärtszählung ^ . vernehmen soll, während er durch einen Vergleich des Ausgangssignals des Summiergliedes 8 2 mit einer Massenbezugsspannung gesteuert wird. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 76 gelangt an den elektronischen Schalter 72, der die Zählrichtung des Zähler 7p steuert, wie vorstehend erklärt wurde. Dann-zählt der Zähler 7o den Ausgang des UND-Tores 78 in der durch die Vergleichsschaltung 76 bestimmten Richtung. Die Vergleichsschaltung ■ 8o vergleicht die Ausgangszahlen des Summiergliedes 82 mit der Gleichspannung E6 der Bezugsspannungsquelle 6o, und bestimmen, ob die Differenz einen Schwellenwert übersteigt, und f !

j wenn die Differenz den Schwellenwert übersteigt, so tritt eine Synchronisation ein. Liegt die Differenz höher als der Schwellenwert, so gibt die Vergleichsschaltung 8o ein hochpegliges Gleichspannungsausgangssignal an das UND-Tor 78 ab, wodurch dieses teilweise durchgesteuert wird.

Das durch die Ausgangssignale der Vergleichsschaltungen 49 und 8o teilweise angesteuerte Und-Tor 78 wird durch den Synchronisationsimpuls E3 der Taktgeberquelle 43 für die Dauer dieses ;

Impulses voll durchgesteuert. Der Impuls E3 ist so breit, daß

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vier 4oo-He Impulse dej. Taktgeberquelle 43 durchlaufen können, so lange der Impuls E3 das UND-Tor 78 durchsteuert. Das Ausgangssignal des UND-Tores 78 gelangt zum Schalter 73, der es in Abhängigkeit vom Synchronisationsimpuls E3 weiterleitet. Das Ausgangssignal des UND-Tores 78 wird dem Zähler 7o eingespeist. Der Zähler 7o ändert seine Zählung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des UND-Tors 70, d.h. er ändert praktisch die Zählung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der dem Ausgangssignal der Abtasteinrichtung 1 entsprechenden Zählung und der durch die Auswahlschaltung 8 7 bestimmten ausgemitteltsn Zählung der drei Digitalverstärkungskanäle Io, loa und lob. Ist die Synchronisation erreicht, so ist das Ausgangssignal des Umsetzers 85 gleich dem Ausgangssignal der Auswahlschaltung 87, wodurch am Summierglied 82 ein Null-Ausgangssignal anliegt. Die Null-Ausgangs· spannung bewirkt, daß die Vergleichsschaltung 80 ein niederpegliges Ausgangssignal abgibt, welche das UND-Tor 78 sperrt, wodurch die Weiterleitung der 4oo Hz-Impulse auf der Leitung 93 verhindert wird und damit auch eine Zählungsänderung durch den Zähler. Wenn die Synchronisation erreicht ist, so gibt die Vergleichsschaltung 8 9 ein niederpegliges Gleichspannungsausgangssignal ab, wodurch das UND-Tor 96 abgeschaltet wird und ver- · hindert wird, daß der nächste Rechenimpuls E2 durch den Alarmzähler 98 gezählt wird. Wenn die Synchronisation erreicht ist, so werden die niederpegligen Gleichspannungsausgangssignale der Vergleichsschaltungen 49 und 89 durch die Inversionseingänge in hochpeglige Gleichspannungen umgesetzt, womit das UND-Tor durchgesteuert wird, so daß der nächste Impuls vom UND-Tor 66

während einer Rechenoperation den Alarmzähler 98 löscht und

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damit drei .aufeinanderfolgende Fehlversuche braucht, um den Zähler 7o zu synchronisieren, ehe ein Ausgangssignal vom Alarmzähler an die Ausfallalarmschaltung loo gelangt. Die Beendigung des Synchronisationsimpulses E3 beendigt auch den Synchronisationsvorgang.

In den Fign. 1 und 2 bewirkt ein hochpegliges Gleichspannungsausgangssignal auf der Leitung 18 von der Gleichspannungsquelle 2o, daß der elektronische Schalter 91 das an der Leitung 19 anliegende Gleichspannungsausgangssignal der Gleichspannungsquelle 2o weiterleitet. Das Summierglied 8 2 bestimmt die Differenz zwischen dem Ausgang der Gleichspannungsq'uelle 2o und dem der Zählung im Zähler 7o entsprechenden Ausgangssignal des Umsetzers 85. Das Ausgangssignal des Summiergliedes 82 bewirkt in Verbindung mit den Vergleichsschaltungen 76 und 8o, dem UND-Tor 78 und den elektronischen Schaltern 72 und 7 3 eine Zählungsänderung im Zähler 7o in der vorstehend beschriebenen Weise während des Synchronisationsvorgangs j bis die Zählung einem feststehenden Verstärkungsfaktor entspricht, der auf den an der Leitung 19 anliegenden Pegel einer Gleichspannung bezogen ist, der durch den Flugzeugführer geregelt wird.

Nach der Erfindung wird bestimmt, ob eine Synchronisation der redundanten Kanäle erforderlich ist, erfindungsgemäß wird die Synchronisation erreicht, wenn sie erforderlich ist, ein Ausfall gemeldet> wenn nach drei Versuchen keine Synchronisation erreicht werden kann, womit eine statistische oder Störanzeige eines Ausfalls vermieden wird, und schließlich wird nach der Erfindung -

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die Verstärkung der Kanäle durch Änderung der Zähler auf die gleiche Zählung geändert, die einer Soll-Verstärkung entspricht,

Es sei darauf hingewiesen, daß durch die Verwendung der amplitudenabhängigen Auswahlschaltungen 31, 39, 87 und 123 im digitalen Verstärkungskanal Io und gleichen Auswahlschaltungen in den anderen Kanälen eine Mehrfachredundanz in der Form von 27 Signalwegen zur Verfügung steht. Wenn nicht zwei Ausfälle in den Abtasteinrichtungen 1, la und Ib oder in den Digitalverstärkungskanälen Io, loa und lob oder in den Regelsystemen 23, 2 3a und 23b auftreten müßten Ausfälle bei vier der vorstehend erwähnten Baugruppen auftreten, ehe die Gesamtanlage ausfällt.

Außer den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind auch noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H. Haucfc
Dipl. Phys. W. Schmitz

8Münch#n15,Mozarfctr.23

Tel. 5380586

The Bendix Corporation

Fisher Building

Detroit, Michigan/USA 2 7. Se pt emb er 19 6 9

Anwaltsakte M-855

Patentansprüche

/ 1. !Redundantes Regelsystem, z.B. ein redundanter Flugregler mit einer Anzahl von Regelkanälen, die jeweils Einrichtungen zur Abgabe eines Regelsignals besitzen, dadurch gekennzeichnet,

^: daß jeder Kanal (I₉ Io, 2o, 23) amplitudenabhängige Auswahlschaltungen (87, 31, 39, 123) besitzt, die auf verschiedenen Stufen des Kanals angeordnet sind und in Abhängigkeit von den Regelsignalen aller Kanäle zur Auswahl eines Regelsignals arbeiten, wenn die Regelsignale von verschiedenen Kanälen verschiedene Werte besitzen, jeder Kanal eine an die Steuersignalquelle (7o, 85) und an eine amplitudenabhängige Auswahlschaltung (87) angeschlossene Vergleichsschaltung (89) besitzt, um die Kanalregelsignale mit den gewählten Regelsignalen zu vergleichen und eine Ausgangsspannung abzugeben, wenn die Signale verschiedene Werte besitzen, in jedem Kanal eine an die Signalquelle (7o, 85) und die Vergleichsschaltung (89) angeschlossene Synchronisationsschaltung (82-76-8o-78-73-91-M-3) angeordnet

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ist, um periodisch den Wert des Kanalregelsignals in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung (89) zu ändern, und das Kanalregelsignal mit dem gewählten Regelsignal gleichzumachen.
2. Redundantes Regelsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine regelbare Einrichtung (25), z. B. ein hydraulisches Stellglied zur Bewegung einer Leitfläche wie die Höhenruder eines Flugzeugs, die an den Ausgang der letzten amplitudenabhängigen Auswahlschaltung (12 3) eines jeden Kanals angeschlossen ist und in Abhängigkeit des gewählten Regelsignals arbeitst.
3. Redundantes Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Auswahlalarmschaltung (94, 96, 98, loo) in jedem Kanal, die von der Synchronisationsschaltung des Kanals (82, 76, 8o, 78, 73, 66, 43) abhängig ist und bei drei aufeinanderfolgenden Fehlversuchen zur Synchronisation des Kanals (lo) mit den anderen Kanälen (loa, lob) ein Alarmsignal abgibt.
4. Redundantes Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Regelkanal Abtasteinrichtungen für das Ist- und das Soll-Verhalten sowie eine Summiereinrichtung enthält, Vielehe die Differenz zwischen dem abgetasteten Ist- und Soll-Verhalten feststellt, gekennzeichnet durch eine erste Vergleichsschaltung (4 7) für das Differenzausgangssignal mit dem abgetasteten Soll-Verhalten zur Bestimmung der Zählrichtung eines Zählers (7o), des Kanalregelsignals während des ersten ; Teils des Arbeitszyklus, eine Bezugsspannungsquelle (6o) und

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einer zweiten Vergleichsschaltung (49) zum Vergleich des Differenzausgangssignals der Summiereinrichtung (44) mit einer vorgegebenen Spannung (E4). der Bezugspannungsquelle (6o), um zu bestimmen, ob die Synchronisation des Zählers (7o) mit den Zählern der anderen Kanäle während des zweiten Teils des Arbeitszyklus erforderlich ist.
5. Redundantes Regelsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine dritte Vergleichsschaltung (53) zum Vergleich des Soll-Verhaltens (42) mit einer vorgegebenen Spannung (E5) der Bezugsspannungsquelle (60) und einer Bewertungsschaltung (57), wobei die Ausgänge der Bezugsspannungsquelle und der Bewertungsschaltung an ein erstes Und-Tor (66) herangeführt sind, das einen Taktgeberimpuls (E2) von einer Taktgebersignalquelle (43) an den Zähler (7o) weiterleitet, wenn die durch die Bewertungsschaltung (5 7) und die dritte Vergleichsschaltung (5 3) gesetzten Parameter eingehalten oder erreicht sind.
6. Redundantes Regelsystem nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle des Regelsignals (7o, 85) in jeden Kanal die in Reihe geschalteten Zähler (7o), Digital-Analogumsetzer (85) und die amplitudenabhängige Auswahlschaltung (87), enthält, wobei der gemeinsame Anschlußpunkt für den Digital-Analogumsetzer (85) und der Ausgleichsschaltung (87) in jedem Kanal als Eingang (11, 11a, lib) für die entsprechenden amplitudenabhängigen Ausgleichs schaltungen in allen anderen Kanälen geschaltet ist.

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7. Redundantes Regelsystem nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationsschaltung eine Summiereinrichtung (82) enthält die ein Signal für die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Digital-Analogumsetzers (85) und dem Ausgangssignal der amplitudenabhängigen Auswahlschaltung abgibt und das Differenzsignal einer vierten Vergleichsschaltung (8o) einspeist, die gleichzeitig eine Bezugsspannung (E6) von der Spannungsquelle (6o) empfängt, wobei die vierte Vergleichsschaltung (8o) bestimmt, ob das Ausgangssignal des Kanals mit denen der anderen Kanäle synchronisiert werden soll.
8. Redundantes Regelsystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine an den Ausgang der Summiereinrichtung (82) und einer Bezugsmassenstelle angeschlossenen fünften Vergleichsschaltung (76), zum Vergleich des Ausgangssignals der Summiereinrichtung mit dem Bezugsmassesignal und zur Steuerung der Zählrichtung des Zählers (7o) während des SynchronisationsVorgangs.
9. Redundantes Regelsystem nach Anspruch 4, 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites UND-Tor (78) mit mehreren Eingängen an die Taktgebersignalquelle (43) zum Empfang eines Synchronisationsimpulses (E3) an einem Eingang und eines Impulszuges an einem zweiten Eingang angeschlossen ist, wobei die Impulse des Impulszuges während der Dauer des Synchronisations impuls es an den Zähler (7o) über "einen elektronischen Schalter (73) übertragen werden, insoweit das UND-Tor (78) ■ durch die Ausgangssignale der vierten Vergleichsschaltung (8o) j und der zweiten Vergleichsschaltung (49) durchgesteuert wird.

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10. Redundantes Regelsystem nach Anspruch U- und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der zweiten Vergleichsschaltung (M-9) als Eingang des zweiten UND-Tors (78) geschaltet ist, um eine Veränderung des Kanalregelsignals zur Gleichsetzung des gewählten Regelsignals zu verhindern, wenn die Gleichsetzung der Signale einen Ausfall in der Regelsignalquelle verbergen würde.
11. Redundantes Regelsystem nach Anspruch 3, 5 und Io, dadurch

W gekennzeichnet, daß der Ausgang der ζτ-jeiten Vergleichsschaltung (49) auch an den Inversionseingang eines dritten UND-Tors (9¹+) angeschlossen ist, dessen zweiter Inversionseingang mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung (89) verbunden ist, und ein dritter Eingang an den Ausgang des ersten UND-Tores (66) sowie ein Ausgang an den Zähler (98) der Alarmschaltung angeschlossen ist.
12. Redundantes Regelsystem nach Anspruch 3 und 11, dadurch ge¹-k kennzeichnet, daß die Alarmeinrichtung aus einem zweiten Schalter (96) besteht, der mit der Vergleichsschaltung (8 9) und der Taktgeberimpulsequelle (4 3) verbunden ist, um einen

Taktgeberimpuls (E2) zwischen den Perioden weiterzuleiten, I

wenn die Vergleichsschaltung (89) ein Ausgangssignal abgibt, einen in Abhängigkeit von den weitergeleiteten Impulsen arbeitenden Zähler (98), der ein Ausgangssignal abgibt, wenn eine Zählung von drei erreicht ist sowie eine in Abhängigkeit von den AusgangsSignalen des Zählers arbeitende Alarmschaltung (loo).

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13. Redundantes Regelsystem nach Anspruch 1, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (89) als Eingang an den Ausgang des Digital-Analogumsetzers (85), an den Ausgang der amplitudenabhängigen Auswahlschaltung (87) und der BezugsSpannungsquelle (6o) zum Empfang der Bezugsspannung (E7) angeschlossen ist.
14. Redundantes Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Flugregler mit dreifacher Redundanz für eine einzige Achse darstellt.

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