DE19946061A1

DE19946061A1 - Verfahren und Anordnung zur Steuerung/Regelung passiver Dämpfungssysteme

Info

Publication number: DE19946061A1
Application number: DE1999146061
Authority: DE
Inventors: Horst Leonhardt
Original assignee: RST ROSTOCK RAUMFAHRT und UMWE
Current assignee: RST ROSTOCK RAUMFAHRT und UMWE
Priority date: 1999-09-25
Filing date: 1999-09-25
Publication date: 2001-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung/Regelung passiver Dämpfungssysteme zur Dämpfung von Schock-, Vibrations- und Körperschallschwingungen. DOLLAR A Nachteilig ist bei den bekannten Verfahren und Anordnungen, daß die einzelnen Dämpfer nicht koordiniert zusammenwirken und das Dämpfungsverhalten/Dämpfungsspektrum nicht den aktuellen Erfordernissen vorausschauend bzw. im Echtzeitbereich angepaßt werden kann. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, ein Verfahren und eine Anordnung zur intelliegenten Steuerung/Regelung passiver Dämpfungssysteme zur Dämpfung von Schock-, Vibrations- und Körperschallschwingungen zu schaffen und die genannten Nachteile zu vermeiden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Luftdämpfer 10 mit elektrisch verstellbaren Drosseln und verstellbaren Druckventilen so mit Elektronikkomponenten und Sensoren kombiniert werden, daß eine Erfassung der aktuellen Dämpfungssituation und Abstimmung der Dämpfungscharakteristika auf optimale Dämpfungseigenschaften erfolgen kann. Dabei kann die Abstimmung bekannte, zeitlich vorhersehbaren Dämpfungsanordnungen durch eine programmierte Änderung erfolgen, bei der das Dämpfungssystem auf die Dämpfungsereignisse vor deren Eintreten eingestellt wird. Oder die Einstellung des Dämpfungssystems erfolgt bei kontinuierlich auftretenden Ereignissen auf der Grundlage der analysierten Meßwerte der Beschleunigungs- oder Wegsensoren und damit nach der aktuell eingetretenen Situation. Bei ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung/Regelung passiver Dämpfungssysteme zur Dämpfung von Schock-, Vibrations- und Körperschallschwingungen.

Es sind passive Dämpfungssysteme, z. B. Luftdämpfungssysteme bekannt, bei denen zwischen den Dämpfungskammern feste oder stellbare Drosseln eingesetzt sind. Außerdem sind aus DE 98 01 443 U1 aktive Dämpfungseinrichtungen bekannt, die über elektrisch ansteuerbare Ventile hydraulisch verhärtbar bzw. sperrbar sind, wobei die Ventile über ein mit einem Be schleunigungssensor verbundenes Steuergerät steuerbar sind.

Nachteilig ist bei den bekannten Verfahren und Anordnungen, daß die einzelnen Dämpfer nicht koordiniert zusammenwirken und das Dämpfungsverhalten/Dämpfungsspektrum nicht den aktuellen Erfordernissen vorausschauend bzw. im Echtzeitbetrieb angepaßt werden kann. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur intelligenten Steuerung/Regelung passiver Dämpfungssysteme zur Dämpfung von Schock-, Vibrations- und Körperschallschwingungen zu schaffen und die genannten Nachteile zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen enthalten die Unteransprüche.

Nach der Erfindung werden Luftdämpfungseinrichtungen mit elektrisch verstellbaren Dros seln und verstellbaren Druckventilen so mit Elektronikkomponenten und Sensoren kombi niert, daß eine Erfassung der aktuellen Dämpfungssituation und Abstimmung der Dämp fungscharakteristika auf optimale Dämpfungseigenschaften erfolgen kann. Dabei kann die Abstimmung bei bekannten, zeitlich vorhersehbaren Dämpfungsanforderungen durch eine programmierte Änderung erfolgen, bei der das Dämpfungssystem auf die Dämpfungsereig nisse vor deren Eintreten eingestellt wird. Solche vorhersehbaren Dämpfungsanforderungen, wie sie z. B. bei dem Start und der Landung von Flugkörpern auftreten, werden als a priori Information für die Veränderung der Dämpfungscharakteristik und der Steifigkeit genutzt. Eine andere Dämpfungsvariante sieht vor, daß die Einstellung des Dämpfungssystems bei kontinuierlich auftretenden Ereignissen auf der Grundlage der analysierten Meßwerte der Be schleunigungs- oder Wegsensoren und damit nach der aktuell eingetretenen Situation erfolgt. Bei ferngesteuerten, fernwirkenden Systemen kann durch periodische Analyse der Meßwerte das Dämpfungssystem adaptiv, d. h. selbstlernend aufgebaut werden, wobei durch Korrektur der Drosselstellung und/oder der verstellbaren Druckventile die Dämpfungscharakteristik und Steifigkeit der Dämpfer nachgeführt werden kann.

Im wesentlichen sind folgende Varianten der Dämpfungssteuerung möglich:

- Dämpfung bei der Erreichung eines vorgegebenen Grenzwertes der Beschleunigung,
- Dämpfung bei der Erreichung eines vorgegebenen Grenzwertes des Dämpfungsweges,
- Dämpfung eines vorgegebenen Freqenzspektrums,
- Einstellung der Dämpfung nach vorausbestimmbaren Schwingungs- oder Schockereignis sen, wobei diese als Eingabeparameter in den Eingabemodul eingegeben und von da als Dämpfungscharakteristik in Funktion zur Zeit/Zeitabschnitte oder Intervalle in den Mikro rechner eingegeben werden (Dämpfung mittels a priori Information bei bekannten zeitli chen Abläufen),
- Dämpfung eines aus den Signalen der Sensoren ermittelten Frequenzspektrums,
- adaptiver Aufbau eines Dämpfungssystems durch periodische Analyse der Meßwerte.

Mit der Erfindung wird schließlich erreicht, daß mit Hilfe der erfaßten Dämpfungscharakteri stika die Steifigkeit der einzelnen Dämpfer als auch die Dämpfungscharakteristik eines kom pletten Dämpfungssystems so abgestimmt werden kann, daß Differenzen zwischen den ein zelnen Dämpfern auf Grund unsymmetrischer Lasten als auch interne Biege- oder Verdreh schwingungen in den zu dämpfenden, nicht absolut biegesteifen Strukturen stark reduziert werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und in Fig. 1 darge stellt. Im unteren Teil der Fig. 1 ist die zu dämpfende Struktur, beispielsweise die Nutzlast eines Raumfahrzeuges, mit 2, die die Umgebungslasten K aufnehmende Struktur, im folgen den als Adapter benannt, mit 1 bezeichnet. Zwischen beiden sind die Luftdämpfer 10 ange ordnet. Im Bereich der zu dämpfenden Struktur 2 und der belasteten Struktur 1 sind eindimen sionale 12 und dreidimensionale 3 Beschleunigungs- oder Wegsensoren zur Messung der Be schleunigungs- bzw. Wegparameter angeordnet. Möglich ist bei biegesteifen Strukturen auch die Anordnung eines Sensors im Schwerpunkt der Struktur und/oder im Schwerpunkt des Adapters 1. Die Beschleunigungs- bzw. Wegsensoren liefern die Signale A und B, die dem aktuellen Beschleunigungs- oder Wegwert entsprechen. Diese Signale werden in einer Ein gangsbaugruppe 4 verstärkt und digitalisiert. Damit mehrere Sensoren abgefragt werden kön nen; empfiehlt sich der Einsatz eines Multiplexer in der Eingangsbaugruppe 4. Die digitali sierten Signale C werden dem Mikrorechner 6 zugeführt, der die Berechnung der Stellpara meter vorzugsweise über multivariate Datenanalyse vornimmt. Die Art und Weise der Be rechnung ist abhängig von der durch den Eingabemodul vorgegebenen Dämpfungscharakteri stik E. Die im Mikrorechner ermittelten Steilparameter F werden über den Stellmodul 7 als Stellgröße G der Druckquelle 8, Stellgröße I für das Spektrum den Drosseln 11 der einzelnen Luftdämpfer oder als Stellgröße H dem Regler 9 der Steifigkeit der einzelnen Luftdämpfer I zugeführt. Wenn ungleiche Lastverteilungen an den einzelnen Dämpfern 10 auftreten, besteht die Möglichkeit, dem Rechner über den Eingabemodul 5 ein Programm einzugeben, wobei aus dem Vergleich der Meßgrößen von an den Dämpfern angeordneten Sensoren die Stellgrö ßen für die Veränderung der Steifigkeit H der einzelnen Dämpfer zusätzlich zu den oben be schriebenen Dämpfungssteuerungen ermittelt werden und über das Stellglied die Einstellung erfolgt. Das trifft zu, wenn die Beladungszustände einer ständigen (stochastischen) Verände rung unterworfen sind. Über das Eingabemodul 5 erfolgt auch die Anpassung an das spezifi sche Dämpfungssystem. Das betrifft insbesondere die Dämpfungsarbeit der einzelnen Dämp fer 10, die Anzahl und Größen der einzelnen Drosseln 11 jedes Dämpfers, die Dämpfungs charakteristik (Tiefpass, Hochpass oder Bandsperre) und den Regelbereich für die Regelung der Steifigkeit der Dämpfer 10. Neben der Möglichkeit einer ständigen analogen Regelung soll die Steuerung so aufgebaut werden, daß selbsthemmende Stellglieder 9, 11 eingesetzt werden, die nur dann Stellenergie benötigen, wenn der Mikrorechner einen Stellvorgang ein leitet. Dadurch kann eine erhebliche Menge an Stellenergie eingespart werden.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung/Regelung passiver Dämpfungssysteme, bei denen zwischen der zu dämpfenden und der belasteten Struktur Dämpfungseinrichtungen, vorzugsweise Luft dämpfer, angeordnet sind, deren Dämpfungsverhalten unter Verwendung der gemessenen Werte eines Beschleunigungssensors steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung von Schock-, Vibrations- und Körperschallschwingungen

- die Beschleunigungs- und/oder Wegparameter durch im Bereich der zu dämpfenden und der belasteten Struktur (2, 1) vorgesehene Sensoren (3) gemessen und die aufbe reiteten Sensorsignale einem Mikrorechner (6) zugeführt werden,
- in einem Eingabemodul (5) die Varianten der Dämpfungssteuerung eingegeben wer den, insbesondere eine oder mehrere der folgenden Varianten:
- Dämpfung bei der Erreichung eines vorgegebenen Grenzwertes der Beschleuni gung,
- Dämpfung bei der Erreichung eines vorgegebenen Grenzwertes des Dämpfungs weges,
- Dämpfung eines vorgegebenen Frequenzspektrums,
- Einstellung der Dämpfung nach vorausbestimmbaren Schwingungs- oder Schockereignissen,
- Dämpfung eines aus den Signalen der Sensoren ermittelten Frequenzspektrums,
- adaptiver Aufbau eines Dämpfungssystems durch periodische Analyse der Meß werte
und daß die Dämpfungscharakteristika als Funktion der Zeit, als Funktion von Zeitin tervallen/Zeitabläufen oder als Funktion von Grenzwerten dem Mikrorechner (6) zuge führt werden und
- daß durch den Mikrorechner (6) die Berechnung der Stehparameter (F) für die Dämp fungseinrichtungen (10) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von Luftdämpfern (10) die berechneten Stehparameter (F) als Stellgröße (G) für die Druckquelle, als Stell größe (H) für die Steifigkeit und als Stellgröße (I) für das Spektrum der Luftdämpfer (10) bereitgestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtungen (10) des Dämpfungssystems untereinander abgestimmt werden können, wobei als Krite rien der Abstimmung ungleiche Lasten, ungleiche Dämpfungsanforderungen oder Dämpfungsamplituden genutzt werden.

4. Anordnung zur Steuerung/Regelung passiver Dämpfungssysteme zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- ein- und/oder dreidimensionale Sepsoren (12) zur Messung der Beschleunigungs- bzw. Wegparameter im Bereich der zu dämpfenden und/oder belasteten Struktur (2, 1),
- eine Eingabebaugruppe (4) zur Digitalisierung und Verarbeitung der Signale (C),
- ein Eingabemodul (5) für die Varianten der Dämpfungssteuerung und die Ausgabe der Dämpfungscharakteristik,
- ein Mikrorechner (6) zur Berechnung der Stellparameter (F) für die Dämpfungseinrichtungen (10),
- eine oder mehrere Dämpfungseinrichtungen (10).

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungseinrichtungen (10) Luftdämpfer Verwendung finden, die Regler (9) der Steifigkeit sowie Drosseln (11) für das Frequenzspektrum aufweisen.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß selbsthemmende Stellglieder (9, 11) eingesetzt werden, denen nur im Stellvorgang Energie zugeführt werden muß.

7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabebaugruppe (4) einen Multiplexer besitzt.