DE2203848C3 - Verfahren zum Herabsetzen der Fehlanpassung zwischen den Kanälen eines redundanten elektrohydraulischen Servosteuerungssystems und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herabsetzen der Fehlanpassung zwischen den Kanälen eines redundanten elektrohydraulischen Servosteuerungssystems, bei dem jeder Kanal aufgrund eines durch die Summation eines Sollwertsignals, eines Istwertsignals und eines Ausgleichssignals gebildeten Fehlersignals ein Steuerausgangssignal zur Verstellung eines gemeinsamen Lastgliedes erzeugt, wobei jedes Ausgleichssignal vom Steuerausgangssignal des betreffenden Kanals abgeleitet wird.

Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der US-PS 306 bekannt. Hierbei wird die Stellung eines beweglichen Gliedes mit Hilfe zweier Kanäle gesteuert. In jedem Kanal empfängt eine Summationseinrichtung ein Sollwertsignal, worauf ein Servoventil entsprechend betätigt wird. Die ausgangsseitige Druckdifferenz am Servoventil wirkt auf einen Stellzylinder, der seinerseits mit Hilfe einer Totgangeinrichtung mit dem beweglichen Glied verbunden ist. Ein Aufneh-

mer erfaßt die Bewegung des Gliedes und legt ein Haupt-Rückmeldesignal an die Summationseinrichtung. Eine Fein-Rückmeldeeinheit ermittelt den Totgang in jeder Totgangeinrichtung und erzeugt ein elektrisches Signal, welches zwecks Verminderung der Fehlanpassung an die Summationseinrichtung rückgemeldet wird.

Bei diesem bekannten Verfahren wird somit als Ausgleichssignal ein Proportionalsignal erzeugt, da die Größe dieses Ausgleichssignals der ausgangfseitigen Druckdifferenz am Servoventil proportional ist. Bei Längenkontraktion und Längenexpansion werden somit im wesentlichen exakt übereinstimmende Ausgleichssignale mit konstanter Neigung oder Steilheit erzeugt. Das mit dem bekannten Verfahren erzeugte Ausgleichssignal führt in erster Linie zu flacheren oder weicheren Kennlinien des Servoventils, was jedoch die zur Bewegung des Lastgliedes benötigten Stellkräfte verringert. Eine derartige Kennliniencharakteristik ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daC nur geringe Druckverstärkungen erzielbar und das Herabsetzen der Fehlanpassung zwischen den Kanälen nur auf Kosten der Genauigkeit möglich ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß Fehlanpassungen zwischen den Kanälen mit verbesserter Wirksamkeit und höherer Genauigkeit als bisher herabgesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Ausgleichssignal in eine hysteretische Beziehung zum zugehörigen Steuerausgangssignal gesetzt wird.

Hydraulische und elektrische Hystereseeinrichtungen für Schaltzwecke sind Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 2102869.3.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß sich die Beziehung zwischen dem Ausgleichssignal und dem hinter dem Servoventil herrschenden Wirkdruck entsprechend dem Richtungssinn des Wechsels ändert. Mit Hilfe der Erfindung kann die steile Neigung der Kurve des Druckzuwachses bei einem Servoventil aufrechterhalten werden, was bedeutet, daß der Ausgleich der Kanäle vorgenommen werden kann, ohne daß die Steilheit oder Neigung der Kennlinien beeinträchtigt wird.

Unter einem Ausgleichssignal wird bekanntlich ein negatives Rückmeldesignal verstanden, welches algebraisch mit dein Sollwertsignal verarbeitet wird, um das Fehlersignal zu verringern, wobei das Ausgleichssignal den Druckzuwachs (oder die Beziehung des Differenz- oder Wirkdruckes zum Sollwert) eines Servoventils verändert. Demgegenüber handelt es sich bei der in Fig. 1 A der US-PS 3438306 dargestellten Kurve um eine Druckzuwachskurve, bei welcher der ausgangsseitige Wirkdruck des Servoventils gegen den Sollwerteingang aufgetragen ist. Eine solche Kurve unterscheidet sich von Ausgleichssignal/Wirkdruck-Kurven, die in den beigefügten Fig. 8 bis 10 sowie 1S dargestellt sind. Dadurch, daß ein Ausgleichssignal an die Summationseinrichtung eines Servoventils gelegt wird, wird nämlich die Druckzuwachskurve um ihren Nullpunkt gedreht, was einer Abflachung der Kurvensteigung entspricht (vgl. Fig. 3). Eine solche abgeflachte . Kennliniencharakteristik bedeutet jedoch, daß höhere Steuerströme erforderlich sind, um einen vorbestimmten Wirkdruck zu erzeugen. Für das Servoventil bedeutet eine derartige Kennliniencharakteristik jedoch ein weicheres oder langsameres Ansprechen, was bezogen auf einen vorgegebenen Steuerstrom eine verminderte Fähigkeit zur Bewegung eines Lastgliedes beinhaltet.

Beim Anmeldungsvorschlag wird jedoch zum Erzeugen eines hysteretischen Effektes ein Nacheilen des negativen Rückmelde-Ausgleichssignals über einen Bereich verminderten Wirkdruckes ausgeführt. Das bedeutet, daß keine Veränderung des Ausgleichs-Rückmeldesignals vorgenommen wird, da dieses den Druckzuwachs des Servoventils verändern könnte.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ausgegangen von einer Einrichtung für ein redundantes elektrohydraulisches Servosteuerungssystem mit mindestens zwei Kanälen, von denen jeder eine auf ein gemeinames Lastglied wirkende hydraulische Stellvorrichtung aufweist, die je Kanal von einem durch ein elektrisches, in einer Summationseinrich-

-0 tung gebildetes Fehlersignal ansteuerbaren Servoventil gesteuert wird, wobei jeder Summationseinrichtung ein Sollwertsignal zugeführt, ein der Stellung des gemeinsamen Lastgliedes entsprechendes Istwertsignal rückgeführt und ein von einer Ausgleichseinrichtung

2ί in Abhängigkeit vom ausgangsseitigen Wirkdruck des Servoventils abhängiges Ausgleichssignal ebenfalls rückgeführt wird. Eine derartige Einrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Ausgleichseinrichtung eines jeden Kanals eine Hyste-

jo rese-Kennlinie aufweist.

Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß jede Ausgleichseinrichtung einen in einem Gehäuse verschiebbaren, durch eine Feder in eine Richtung vorgespannten Kolben aufweist, der über den Aus-

i> gang des zugehörigen Servoventils angeschlossene Leitungen dessen Wirkdruck ausgesetzt ist, und daß der Kolben mit einer im Gehäuse mit Reibung geführten und mit einem Signalwandler zur Bildung des Ausgleichssignals verbundenen Stange über zwei Anschlage zusammenwirkt, wobei die Anschläge so angeordnet sind, daß der Kolben beim Verlassen der Endstellungen die Stange erst nach dem Zurücklegen eines vorgegebenen Weges bewegt.

Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß in jede Ausgleichseinrichtung ein weiterer dem ausgangsseitigen Wirkdruck des Servoventils ebenfalls ausgesetzter Kolben angeordnet ist, daß der weitere Kolben durch die Feder in die zum ersten Kolben entgegengesetzte Richtung vorgespannt ist, und daß der weitere Kolben ebenfalls über zwei Anschläge mit der Stange zusammenwirkt, die so angeordnet sind, daß der weitere Kolben beim Verlassen der Endstellung die Stange erst nach dem Zurücklegen eines vorgegebenen Weges bewegt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse der Ausgleichseinrichtung eine abgestufte Bohrung auf, in deren erweitertem Teil der einen zylindrischen Fortsatz aufweisende erste Kolben und in derem verengten Teil der weitere Kolben vorgesehen sind, wobei der zylindrische Fortsatz abgedichtet in den verengten Teil der Gehäusebohrung hineinragt, daß der erste Kolben eine auch den zylindrischen Fortsatz durchdringende Längsbohrung aufweist, durch die die Stange verschiebbar hindurchgeführt ist und der weitei" Kolben eine in einer Erweiterung endende Sackbohrung aufweist, in die die Stange hineinragt, daß zu beiden Seiten des ersten Kolbens auf der Stange jeweils ein als Anschlag für den ersten Kolben dienen-

der Bund angeordnet ist, daß der zwischen beiden Kolben vorgesehene Bund der Stange auch als Anschlag für den weiteren Kolben dient, und daß in der Erweiterung der Sackbohrung ein dritter, als zweiter Anschlag tür den weiteren Kolben dienender Bund der Stange verschiebbar angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Diagramm der Beziehung zwischen dem für ein zweikanaliges Steuerungssystem zum Antrieb eines Lastgliedes dienenden Druck und dem Betriebsdruck P₁ sowie dem Stellungsfehler eines Kolbentriebes, der eine resultierende Druckverstärkung bewirkt,

Fig. 2 ein der Fig. 1 entsprechendes Diagramm derselben Beziehung für ein dreikanaliges System,

Fig. 3 ein der Fig. 1 entsprechendes Diagramm der Druckverstärkungs-Kennlinie für ein zweikanaliges System mit Servoventilen, die mit proportionalem Rückführungsdruck arbeiten,

Fig. 4 ein schematisches Diagramm der Beziehung zwischen der zum Antrieb eines Lastgliedes erforderlichen Kraft und der Stellung eines Kolbenantriebes in einem System, das im Bereich der Kraftumpolung einen großen Kraftgradienten besitzt,

Fig. 5 ein der Fig. 1 ähnliches Diagramm der Kraft, die bei Fehlstellungen EP₁ bzw. EP₁ in einem Kanal erforderlich ist, um auf beiden Seiten der Nullstellung eines Kolbentriebes die Belastung zu überwinden,

Fig. 6 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Führungseingang bzw. dem Sollwertsignal und der Stellung des Kolbentriebes sowie die Breite einer toten Zone,

Fig. 7 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Augleichskraftpegel und dem Stellungsfehler des Kolbentriebes mit Nullpunkt-Annäherung des einen Kanals an den anderen durch ein Ausgleichssignal,

Fig. 8 ein Diagramm der Beziehung zwischen einem Ausgleichssignal und einer Lastantriebs-Druckdifferenz Δ P für eine zweikanalige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei an den Punkten IES₁ und 2ES₁ angedeutet ist, daß bei einer Nullast die Druckdifferenzausgänge der Kanäle gleich sind,

Fig. 9 ein der Fig. 8 ähnliches Diagramm mit dem Zustand der Ausgleichssignale für den Kolbentrieb an den Punkten IES₂ und 2ES₂, wenn zum Überwinden der Last eine positive Druckdifferenz erforderlich ist,

Fig. 10 ein der Fig. 9 ähnliches Diagramm mit dem Zustand der Ausgleichssignale den Stellen 1ES₃ und 2ES₃, wenn die Richtung der Druckmittelbeaufschlagung umgesteuert wird,

Fig. 11, 11A und 13 B ein gemeinsames Schema einer dreikanaligen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung als redundante, elektrisch betätigte, mit Druckmittelenergie gespeiste, drei Kanäle A, B, C aufweisende Servo-Stellvorrichtung für den Antrieb eines gemeinsamen, als Welle dargestellten Lastgliedes,

Fig. 12 einen Schnitt durch eine in der Vorrichtung gemäß Fig. 11 angeordnete, hysteretische hydraulische Ausgleichseinrichtung,

Fig. 13 ein Schema der Beziehung zwischen dem Kolbenhub und der Druckdifferenz für die beiden Kolben der hysteretischen Ausgleichseinrichtung gemäß Fi g. 1 bzw. 12 sowie des für die Bewegung dieser Kolben erforderlichen Druckilifferenzbereiches,

Fig. 14 ein der Fig. 13 ähnliches Diagramm der Wirkung einer in der Ausgleichseinrichtung gemäß Fig. 12 vorgesehenen Totgangverbindung,
Fig. 15 ein der Fig. 14 ähnliches Diagramm der Hysteresewirkung einer in der Ausgleichseinrichtung gemäß Fig. 12 angeordneten Reibeinrichtung,

Fig. 16 ein Schaltschema einer elektrischen Schaltung zum elektrischen Erzeugen eines zum Ausgleich dienenden hysteretischen Rückkopplungssignals, beispielsweise zur Verwendung in der Vorrichtung gemäß Fig. 11, 11 A bzw. HB, und

Fig. 16 A Eingangs-Ausgangs-Kennlinien verschiedener Teile der Schaltung gemäß Fig. 16 sowie deren Gesamt-Eingangs-Ausgangs-Kennünie.

Nachstehend werden anhand von Fig. 1 bis 7 die Grundlagen für die später erläuterte Vorrichtung gemäß der Erfindung behandelt.

Wenn zwei oder mehrere Kanäle eines redundanten

-o elektrisch-hydraulischen ■ Stellantriebes kräftemäßig addiert werden, z. B. durch einen Tandem-Kolbentrieb oder eine Drehmomentsummierwellc, müssen die Kanäle synchronisiert werden. Wenn die Kanäle nicht synchronisiert sind, können sie einander entgegengesetzt wirken und dann nicht zum Antrieb des Lastgliedes zusammenarbeiten. Noch unangenehmer ist es, daß hierbei in dem System eine tote Zone auftreten kann, d. h. jener Bereich, in welchem sich der Stellantrieb in der einen oder anderen Richtung be-

jo wegen kann, weil auf das Lastglted kein resultierender Antrieb übertragen wird.

Eine Synchronisierung ist insbesondere dann wichtig, wenn jeder Kolbentrieb durch einen Kolbenschieber gespeist wird, der in seiner Mittelstellung geschlossen ist. Diese Schieber arbeiten in dem Bereich ihrer Nullstellung mit einer sehr großen Druckverstärkung, so daß schon ein sehr kleiner Hub des Schieberkolbens zu sehr hohen Druckdifferenzen oder starken Kolbendrücken führt.

Nun sei ein mit Kräftesummierung arbeitender Servo-Stcllantricb betrachtet, der zwei Servovcntilc und zwei Kolbentriebe zum Antrieb ein und desselben Lastgliedes besitzt 1st ein resultierender Stellungsfehler vorhanden, so erzeugt jedes Servoventil eine Lastantriebskraft. Der resultierende Stellungsfehler ist die Differenz zwischen Iststellung und Sollstellung des Kolbentriebs unter Berücksichtigung von äquivalenten, bleibenden Regelabweichungen bzw. -vorgaben, die auf.die Nullpunktfehler der Ventile sowie des Verstärkers und andere Störgrößen zurückzuführen sind bzw. diese berücksichtigen. Wenn das Servoventil einen Befehl zum Verlassen der Nullstellung erhält, erzeugt es eine Druckdifferenz, die mit dem Stellungsfehler in Beziehung steht und den Kolbentrieb zu bewegen trachtet.

Fig. 1 zeigt den Gesamt-Druckverstärkungsfaktor der Kolbentriebe, der bei zwei mit Kräftesummierung arbeitenden Servoventilen erzielt wird, wenn ein Nullpunktfehler vorhanden ist. Kommt der Kolbentrieb zum Stillstand, so wird der Nullbereich des Kraftgradienten erreicht. Dieser Bereich entspricht einer toten Zone des Kolbentriebes, weil zum Bewegen des Kolbentriebes ein entsprechender Stellungsfehler des Kolbentriebes erforderlich ist.

_b5 Wenn in einer mit Kräftesummierung arbeitenden Anordnung eine ungerade Anzahl von Servoventilen bzw. Kolbentrieben gleichzeitig arbeiten, wie dies in Fig. 2 angenommen wird, ist in jeder Stellung der

Kolbentriebe im Bereich des Nullpunkts stets ein steiler bzw. hart ansprechender Bereich vorhanden. Die stufenförmige Kraftverstärkung durch den Kolbentrieb tritt nur unter Last auf.

Man kann die Synchronisation der Servoventile durch verschiedene Konstruktionsmaßnahmen unterstützen. Wenn die Ventile nur aus verschiedenen Teilen eines tandemartigen Schieberkolbens bestehen, kann man die Synchronisation dadurch erzielen, daß man die verschiedenen zum Dosieren der Strömung dienenden Stege, Ausnehmungen u. dgl. im Nullbereich sorgfältig spangebend bearbeitet bzw. schleift. Wenn die Ventile voneinander getrennt, aber starr miteinander verbunden sind, z. B. in einer Anordnung, in der jedes von zwei Ventilen beim öffnen des anderen schließt (rip-stop design), kann man die Synchronisation durch eine geeignete Einstellung der Ventile oder durch Verwendung von Zwischenlagen erzielen. Diese mechanischen Maßnahmen zum Synchronisieren der Ventile sind im allgemeinen nur für Anordnungen mit zwei Ventilen geeignet.

Man kann eine weichere Druckverstärkungs-Kennlinie der Servoventile auch dadurch erzielen, daß die Nullpunkte überschnitten werden, so daß das Ventil in der Mittelstellung offen ist, oder daß Servoventile mit proportionaler Druckführung verwendet werden. Bei Verwendung von einstufigen Servoventilen mit Düsen erzielt man in jedem Fall eine niedrige Druckverstärkung, weil das Ventil in der Mittelstellung offen ist.

Wenn man die Druckverstärkung des Ventils so weit herabsetzt, daß sie in dem gesamten Bereich relativ konstant bieibt, in dem eine Fehlanpassung zwischen den Ventilen auftreten kann, so wird die Last gemäß Fig. 3 aufgeteilt. Bei in der Mittelstellung offenen Schiebern oder bei mit proportionaler Druckrückführung arbeitenden Schiebern wird jedoch eine wesentlich kleinere Druckverstärkung erhalten als bei in der Mittelstellung geschlossenen Servoschiebern, so daß der Kolbentrieb ein entsprechend schlechteres Auflösungsvermögen hat.

Wenn in redundanten mehrkanaligen Servoschieber-Stellantrieben getrennte Servoschieber verwendet werden, ist im allgemeinen ein Ausgleich erforderlich. Dafür werden zusätzliche Rückkopplungsschleifen benötigt, die Signale erzeugen, welche die Fehlanpassung zwischen den Kanälen herabsetzen.

Ein Ausgleich ist gewöhnlich aus zwei Gründen erforderlich. Erstens muß der Übergangsvorgang geglättet bzw. der Stromstoß herabgesetzt werden, der beim Ausschalten eines ausgefallenen Kanals auftritt. Zweitens muß eine bessere Synchronisation oder Lastverteilung zwischen verschiedenen Kanälen erzielt werden. Zur Ubergangsglättung bzw. Herabsetzung des Ausschalt-Stromstoßes wird das System aus dem vor dem Ausfall und Ausschalten des Kanals vorhandenen Nullzustand langsam in denjenigen Nullzustand geführt, der nach dem Ausschalten vorhanden ist.

Für den Ausgleich sind unterschiedliche Maßnahmen mit verschieden gutem Erfolg vorgeschlagen worden. Die durch eine bestimmte Maßnahme bedingten Einschränkungen sind im allgemeinen nicht sofort erkennbar, sondern erst nach sorgfältiger Untersuchung von Eigenschaften, z. B.

a) dem Verhalten bei verschiedenen Betriebsdrükken,

b) der dynamischen Stabilität der Ausgleichsschlei-

ien,

c) den Rücksetzmaßnahmen bei Verwendung von Integratoren,

d) der Notwendigkeit von Vergleichen oder Verbindungen zwischen den Kanälen,

e) bei Verwendung von Kanalvergleichern, dem Bedürfnis nach einer Redundanz der Vergleicher und der Energiequellen, und

f) der Möglichkeit der Anwendung der Ausgleichsmaßnahme in einem flugtauglichen Gerät.

Diese Eigenschaften werden nachstehend abgehandelt.

Für alle Ausgleichsmaßnahmen oder -anordnungen ist eine Einrichtung zum Messen der Fehlanpassung zwischen den Kanälen erforderlich. Bei einer Summierung der Kanalkräfte kann diese Messung durch Messung der Kolbenantriebsdrücke oder der Lastantriebskräfte durchgeführt werden. In einem Verfahren wird eine gegensinnige Wirkung der Kräfte in verschiedenen Kanälen bis zu einem Wert zugelassen, der einer voreingestellten Druckdifferenz entspricht. Wenn der Stellungsfehler in einem Kanal größer ist, als dieser Druckdifferenz entspricht, so wird ein Signal entwickelt, das für den Ausgleich verwendet werden kann.

In einer ähnlichen Anordnung werden Stellungs-Rastglieder verwendet, die bei jeder Fehlanpassung zwischen Kanälen verschoben werden. Diese Rastglieder bewirken eine Erzeugung von elektrischen Signalen, die für einen Ausgleich verwendet werden können.

Der Bereich der zum Ausgleich verwendeten Rückkopplungssignale muß so groß sein, daß der Gesamtwert der zu erwartenden Fehlanpassung zwischen den Kanälen ausgeglichen werden kann, einschließlich der Fehlanpassung zwischen Eingangssignalen, NuIlstellungs- und Nachsteuerungsunterschieden in zur Stellungsrückführung dienenden Wandlern, Nullpunktfehlern von Servoteilen und Fehlanpassungen von Servoverstärkern.

Die Größenordnung dieser Fehlanpassung kann bei dem Sollwert- oder Führungseingang ±5%, bei der Istwert-Rückführung ±1%, infolge von Nullpunktfehlern der Servoventile ± 1 % (die normalerweise in Servoventilen auftretenden Nullpunktfehler von ±6% bis ±10% werden durch den Gewinn des elektrischen Servoverstärkers herabgesetzt), und bei den Servoverstärkern ± 1 % betragen. Infolgedessen beträgt der Ausgleichsbetrag gewöhnlich annähernd ±10% des vollen Sollwertsignals. Man kann ein Ausfall eines Kanals durch Ausgleichssignale anzeigen, die eine vorbestimmte Grenze übersteigen.

Die zum Ausgleich dienende Rückkopplung bei der Synchronisation von Kanälen zur Beseitigung der Fehlanpassung soll nun anhand einer Anordnung mit 2 Kinäien betrachtet werden. Es wurde schon angegeben, daß beim Betrieb von zwei Kanälen mit der Fehlanpassung Null, ohne Synchronisation, eine tote Zone auftritt, weil der Kraftgradient im Bereich der Kraftumpolung den Wert Null hat. Die Problematik dieser toten Zone läßt sich durch die Fähigkeit oder

• Unfähigkeit des Kolbentriebes erfassen, sich unter einer Last vor- und zurückzubewegen, welche eine Kraftumsteuerung erfordert, z. B. bei einer eine Auslösung bewirkenden Belastung, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

Das Kräfteschema des Kolbentriebes ohne Ausgleich kann der Darstellung Fig. 5 entsprechen. Zum

Bewegen der Last auf der einen oder anderen Seite der Nullstellung des Kolbentriebes ist in diesem Fall eine Kanalkraft erforderlich, die gemäß Fig. 5 in der Fehlerstellung EP₁ oder EP₂ entwickelt wird. Der Abstand zwischen diesen beiden Punkten entspricht dann der toten Zone des Kolbentriebes (Fig. 6). Die Breite dieser toten Zone ist von dem Nullpunktsabstand zwischen den beiden Kanälen abhängig.

Wird nun mit einem Ausgleich gearbeitet, so entwickelt ein Kanal oder entwickeln beide Kanäle ein zum Ausgleich dienendes Rückkopplungssignal, das von der vorhandenen Belastung und den Pegeln abhängig ist, die den Ausgleich auslösen. Wenn beispielsweise die den Ausgleich auslösenden Pegel der Darstellung in Fig. 7 entsprechen und das Lastglied indie Stellung EP₁ in Fig. 5 bewegt wird, so empfängt der Kanal Nr. 2 ein Ausgleichssignal, das seinen Nullpunkt dem des Kanals Nr. 1 annähert. In diesem Fall verringert das Ausgleichssignal den Nullpunktabstand zwischen den Kanälen Nr. 1 und Nr. 2, indem an den -° Kanal Nr. 2 ein Rückkopplungssignal angelegt wird, das mit dem Nullpunktabstand in Beziehung steht. Je nach der Haltefähigkeit der zum Ausgleich dienenden Rückkopplung kann dieses zum Ausgleich dienende Signal wirksam werden oder nicht. Hat der Ausgleichsvorgang keine Haltefähigkeit, so geht der zum Ausgleich dienende Rückkopplungsvorgang von dem Kanal Nr. 2 auf den Kanal Nr. 1 über und umgekehrt, während sich der Kolbentrieb unter der festgehaltenen Last hin und her bewegt bzw. seine Arbeitsspiele durchläuft. Auf diese Weise kann also das Auftreten einer toten Zone des Kolbentriebes nicht vermieden werden.

Man kann dafür sorgen, daß die zum Ausgleich dienende Rückkopplungsanordnung eine Haltewirkung hat, indem man elektrische oder hydromechanische Integratoren vorsieht. Im Idealfall halten die zum Ausgleich dienenden Integratoren die Rückkopplungssignale auf dem richtigen Wert, bis die Nullpunktfehler in den einzelnen Kanälen beseitigt sind. Bei Verwendung reiner Integratoren ist jedoch auch eine Einrichtung zum ständigen Zurückstellen der Integratoren erforderlich.

Nachstehend wird anhand eines hypothetischen Falles erläutert, warum ein Rückstellen des Integrators erforderlich ist. Es sei angenommen, daß in einer Kolbentriebanordnung für drei Kanäle mit rein integralem Ausgleich an einen Kanal ein Sollwertsignal von + 10% gelegt wird. Dann erzeugt diese Ausgleichsanordnung zum Ausgleichen dieses Sollwertsi- so gnals ein Signal entsprechend — 10%, weil das einzelne Sollwertsignal zu einer Nullverschiebung bzw. einer Fehlanpassung zwischen den Kanälen führt. Die Vorgangsfolge wird dann für den zweiten und danach für den dritten Kanal wiederholt. Jetzt haben alle Führungsgrößen einen Wert von +10%; trotzdem hat sich der Kolbentrieb noch nicht bewegt. In der Praxis führt dieses Dilemma dazu, daß die zum Ausgleich dienenden Integratoren schon kurz nach dem Einschalten des Systems gesättigt sind.

Man kann die Sättigung der zum Ausgleich dienenden Integratoren durch verschiedene Maßnahmen verhindern, von denen aber die meisten einen Vergleich zwischen den Kanälen sowie ein Zurücksetzen des Integrators auf einer Vorzugsbasis erfordern. Eine derartige Anordnung ist daher sehr kompliziert und -weist mehrere Nachteile auf. Beispielsweise müssen die Kanalvergleicher zum Vergleich zwischen den Kanälen miteinander verbunden sein, so daß deren Trennung voneinander beenträchtigt wird und ein Ausfall mehr als eines Kanals möglich ist. Für die Querverbindungen sind zahlreiche Leitungen bzw. Drähte erforderlich. Bei Systemen, in denen mehrere Kanäle ausfallen können, muß die zum Rückstellen dienende Verknüpfungsschaltung verändert werden, je nachdem, wie viele und welche Kanäle funktionsfähig sind. Ferner kann es notwendig sein, eine Redundanz auch der Vergleicher und ihrer Energiequellen vorzusehen, damit die Ausfallgeschwindigkeit angemessen klein ist.

Angesichts dieser Bedingungen ist gewöhnlich eine andere Maßnahme zum Zurücksetzen von zum Ausgleich dienenden Integratoren erwünscht. Man kann dazu einfach einen verzögernd wirkenden Integrator mit langer Zeitkonstante verwenden. Die Zeitkonstante des Rücksetzkreises muß so lang sein, daß das Ausgleichssignal der niedrigsten Frequenz des Sollwertsignals nicht nachgesteaert wird. Wird mit quasistationären Eingangssignalen gearbeitet, die sich der Eckfrequenz der Ausgleichsanordnung nähern, so wird die Stellung des Kolbentriebes dem Sollwertsignal gewöhnlich nicht nachgesteuert, weil die Ausgleichsanordnung das Sol'wertsignal ständig ausgleicht. Dies ist besonders lästig in Fahrzeugen bei untergedämpften niederfrequenten Schwingungsarten, z. B. der Phygoidbewegung in einem Flugzeug oder einer Rakete. Im allgemeinen kann man in einem flugtauglichen System bei mit Verzögerung arbeitenden, zum Ausgleich dienenden Integratoren keine genügend langen Zeitkonstanten erzielen.

Die vorstehend angebenen Nachteile werden durch das nachstehend anhand von Fig. 8 bis 15 beschriebene System gemäß der Erfindung vermindert oder beseitigt. Man kann dieses System kurz dadurch kennzeichnen, daß es ein zum Ausgleich dienendes, hysteretisches Rückkopplungssignal erzeugt, wobei zum Zurücksetzen bzw. Rückstellen der Ausgleichsanordnung kein Vergleich zwischen den Kanälen erforderlich und die Frequenzabhängigkeit der Ausgleichsanordnungen mit verzögernd wirkenden Integratoren vermieden wird.

Vor einer ausführlichen Beschreibung von hysteretischen Ausgleichsanordnungen seien verschiedene Forderungen besprochen, aus denen die Notwendigkeit einer derartigen Ausgleichsanordnung hervorgeht. In einem mit Übereinstimmung (majoritiy voting) oder Zwischenwert (midvalue) arbeitenden mehrkanaligen Logik- oder Verknüpfungssystem muß der nach dem Ausschalten eines ausgefallenen Kanals auftretende Übergang gemildert bzw. der Stromstoß herabgesetzt werden. Ferner ist im Nullpunktbereich des Kolbentriebes ein endlicher Verstärkungsfaktor für den Lastantriebsruck erforderlich. Diese Forderung führt nur zu Schwierigkeiten, wenn eine gerade Anzahl von Kanälen arbeitet, weil bei einer geraden Anzahl jeder Nullpunktfehler in einem Kanals bewirkt, daß in dem Nullpunktbereich der Druckgradient Null erhalten wird, so daß der Kolbentrieb mit einer toten Zone arbeitet. Anstelle der bekannten Maßnahmen der Verwendung von in Nullstellung offenen Schiebern oder von Ventilen mit proportionaler Druckrückkopplung zum Erzielen allmählicher Veränderungen bzw. weicherer Übergänge des Druckverstärkungsfaktors werden Maßnahmen zum Ausgleichen der Nullpunktabstände zwischen den Kanälen angewendet.

Die in Fig. 8 bis 15 gezeigte Vorrichtung besitzt dazu eine Einrichtung für die Messung der Fehlanpassung zwischen den Kanälen mit Hilfe mechanischer oder hydraulischer Rastglieder. Der Wert der Fehlanpassung wird Über eine selbsthaltende Ausgleichsanordnung rückgekoppelt, die ein Signal erzeugt, durch das die Fehlanpassung zwischen den Kanälen herabgesetzt wird. Anstelle eines Zurücksetzens von selbsthaltende;. Ausgleichsschaltungen aufgrund von Vergleichen zwischen den Kanälen kann sieh jeder Kanal selbst rückstellen. Dabei hat man ciie Verwendung von zum Ausgleich dienenden, mit Verzögerung arbeitenden Integratoren erwogen, wobei im Zusammenhang mit der Rücksetz-Zeitkonstante Probleme hinsichtlich der Bandbreite auftraten.

Fig. K zeigt einen Ausgicichsiühler, der sowohl eine Hysterese-Kennlinie als auch eine Schwellen-Kennlinie hat. Bei nur zwei Kanä'en haben diese im Falle einer Nullbelastung gleiche Kraft- bzw. Druckdifferenzausgänge. Diesel Zustand ist in Fig. 8 durch die Punkte IES₁ und 2ES₁ angedeutet. Auf der rechten Seite des Diagramms ist der Ausgleichsvorgang in dem einen Kanal, z. B. im Kanal Nr. 1, und auf der linken Seite der Ausgleichsvorgang in dem anderen Kanal dargestellt, z. B. im Kanal Nr. 2. Die Summe der beiden Ausgleichssignale entspricht der Gesamt-Fehlanpassungder Nullpunkte. Diese Ausgleichssignale behalten ihren festgelegten Wert, bis der Kolbentrieb ein Lastglied bewegen soll.

Um eine Belastung zu überwinden, muß der Kolbentrieb eine resultierende Druckdifferenz der einen oder anderen Polarität erzeuger·.. Es sei angericrii~.cn, daß diese Polarität in Fig. 8 positiv ist. In diesem Fall werden die Kolbentriebausgleichssignale gemäß Fig. 9 erzeugt. Dabei enthält der Kanal Nr. 2 ein konstantes Ausgleichssignal, das durch den Punkt 2FS₂ dargestellt ist, und das Servoventil dieses Kanals erzeugt eine Druckdifferenz, die im wesentlichen den zum Antrieb des Lastgliedes erforderlichen Wert hat. Der Kanal Nr. 1 kann nur eine sehr niedrige positive Druckdifferenz abgeben, weil sein in Fig. 9 durch den Punkt IES₂ dargestelltes Ausgleichssignal jedes drucksteigernde Fehlersignal effektiv ausgleicht.

Bei einer Umsteuerung der Antriebsrichtung des Lastgliedes wird der entgegengesetzte Effekt erzielt. Dies ist in Fig. 10 durch die Punkte IES₃ und 2ES₃ dargestellt. Infolgedessen wird in jedem Kanal ein resultierendes Ausgleichssignai erhalten, das einen Arbeitspunkt für jene Druckdifferenz bestimmt, bei der beide Ventile zum Antrieb des Lastgliedes zusammenarbeiten können. Dabei ist die Gesamt-Druckverstärkung der Kolben im Bereich dieser Ventil-Arbeitspunkte effektiv doppelt so hoch wie die mit nur einem allein arbeitenden Ventil erzielte Verstärkung, so daß das Lastglied ideal synchronisiert wird.

Der Wert der Ausgleichssignale muß zum Ausgleich der zu erwartenden Nullpunkt-Fehlanpassung zwischen den Kanälen genügen. Ein Ausfall eines Kanals kann durch ein zu großes Ausgleichssignal angezeigt werden. Die größte Druckdifferenz die innerhalb des Arbeitsbereichs der Ausgleichsanordnung zur Verfügung steht, muß so groß sein, daß sie zum Antrieb des Lastgliedes bei der niedrigstmöglichen Anzahl von arbeitenden Kanälen genügt. Der Hysteresebereich soll so breit sein, wie dies möglich ist, ohne daß der um den Nullpunkt herum vorhandene Bereich verlorengeht, in welchem der Differenzdruck Null stets dem Ausgleichssignal Null entspricht. Wenn diese Bedingung nicht eriüllt ist, tritt eine Schwierigkeit auf, die dem Zurücksetzen des Integrators einer nichthysteretischen Ausgleichseinrichtung analog ist. In Fig. 11,11 A und 11 B ist eine redundante, elektrisch betätigte, mit Druckmittclenergie gespeiste Servo-Stellvorrichtungmit mindestens drei gleichartigen Kanälen gezeigt, die in Fig. 11, HA und 11 B jeweils mit A, B bzw. C bezeichnet iiad.

Jeder Kanal enthält bestimmte Elemente, die nach-

lu stehend für den Kanal A beschrieben werden. Die entsprechenden Elemente des Kanals B haben Bezugszfcichen mit nachgesetztem Buchstaben b und die entsprechenden Elemente des Kanals C Bezugszeichen mit dem nachgesetzten Buchstaben c.

Im Kanal A wird über die Leitung 20 ein Sollwertsignal an eine Signal-Summiereinrichtung angelegt, deren erster Summierpunkt 21 durch eine Leitung 22 mit einem zweiten Summierpunkt 23 verbunden ist. Der Ausgang dieses zweiten Summierpunktes 23 wird über eine Leitung 24 an einen Verstärker 25 abgegeben, dessen Ausgang über die Leitung 26 an ein zur Strömungssteuerung dienendes Servoventil 28 gelangt. Dieses Servoventil 28 kann von jeder geeigneten Art sein.

Das Servoventil 28 hat zwei Betätigungs- oder Steueröffnungen, deren eine über eine Leitung 29 mit dem linken Ende eines Zylinders 30 eines Kolbentriebes und deren andere über eine Leitung 32 mit dem rechten Ende des Zylinders 30 verbunden ist. Letztere enthält einen verschiebbaren Kolben 33, der mittels einer rechten Kolbenstange 34 mit dem freien oder äußerer· Ende eines IIsbeiarnis 35 vcibundcn ü>i, weicher mit einer gestrichelt gezeichneten Welle 36 drehfest ist. Das eine Ende dieser Welle 36 ist drehfest mit einem anderen Hebelarm 38, der mit einem Lastglied verbunden ist, z. B. mit einer Leitfläche eines Flugzeuges, verbunden. An der anderen Seite ist der Kolben 33 mittels einer linken Kolbenstange 39 mit einer Istwert- oder Stellungs-Rückführungseinrichtung 40 verbunden, die von beliebiger Art sein kann. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel ist schematisch ein Längenmeßwandler gezeigt, durch den ein elektrisches Signal erzeugbar ist, das dem Hub der Kolbenstange 39 proportional ist und über die Leitung 41 dem Summierpunkt 21 zugeführt wird.

Eine hysteretische Ausgleichseinrichtung 42 dient zum Erzeugen eines zum Ausgleich dienenden, rückgekoppelten Ausgleichssignals in Abhängigkeit vom Ausgang des Servoventils 28. Die hysteretische Ausgleichseinrichtung 42 besitzt zwei Leitungen 43 und 44, die jeweils mit einer der Leitungen 29 und 32 verbunden sind. Es sei angenommen, daß die hysteretische Ausgleichseinrichtung 42 ein Glied 45 einer Rückkopplungseinrichtung 46 bewegt, mittels deren ein elektrisches Signal erzeugt werden kann, das über die Leitung 48 an den Summierpunkt 23 gelangt.

Wenn das der Stellung des Kolbentriebes entsprechende, rückgeführte Istwertsignal über die Leitung 41 an den Summierpunkt 21 angelegt wird, dem auch das Führungssignal zufließt, so wird an diesem Summierpunkt das normale Stellungsfehlersignal für das Servoventil erzeugt und dieses Signal wird über die Leitung 22 als Eingang dem zweiten Summierpunkt 23 zugeführt, an welchen das hysteretische Ausgleichssignal über die Leitung 48 zurückgeführt wird. Als Ausgang dieses zweiten Summierpunktes 23 wird ein korrigiertes Fehiersignal erhalten, das über die Leitung 24 an den Verstärker 25 gelangt, von dem

das verstärkte Signal über eine Leitung 26 als Stellsignal dem Drehmomentmotor des Servoventil 28 zupeführt wird.

Die mit der rechten Kolbenstange der entsprechenden Kolbentriebe verbundenen Hebelarme 356 und 35 c sind mit der Welle 36 drehfest, die somit ein den einzelnen Kanälen gemeinsames Lastglied darstellt. Ferner sind in Fig. 11 keine Verbindungen zwischen den verschiedenen Kanälen A, B bzw. C außer durch das gemeinsame Lastglied 36 dargestellt.

Eine erfindungsgemäße hydromechanische hysteretische Ausgleichseinrichtung 42 ist in der Fig. 12 dargestellt. Diese Ausgleichseinrichtung besitzt einen topfartigen Körper 50 mit einer abgestuften Vertiefung, die einen relativ tiefen und engen, inneren zylindrischen Teil 51 und einen äußeren zylindrischen Teil

52 aufweist, der durch eine auswärtsgekehrte Schulter

53 mit dem inneren Teil 51 verbunden ist. Der Teil 52 der Vertiefung ist mit einem Innengewinde 54 versehen. In das Gewinde ist ein Verschluß 55 eingeschraubt, dessen Hals ein Außengewinde hat, und der die Vertiefung in dem Körper 50 verschließt. Mithin ist eine Kammer vorhanden, die an ihrem rechten Ende durch eine Stirnwand 56 und an ihrem linken Ende durch eine Stirnfläche 58 auf der Innenseite des Fortsatzes des Verschlusses 55 begrenzt ist.

Im Teil 51 der Vertiefung ist ein erster oder rechter Kolben 59 verschiebbar angeordnet. Im Teil 52 der Vertiefung befindet sich ein zweiter oder linker, ebenfalls verschiebbarer Kolben 60. Zwischen diesen beiden Kolben ist eine Druckschraubenfeder 61 eingesetzt, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgespannt ist und daher die Kolben 59, 60 auswärts vorbelastet. Infolgedessen liegt normalerweise der rechte Kolben 59 mit seiner rechten Stirnfläche 62 an der Stirnwand 56 und die linke Stirnfläche 63 des linken Kolbens 60 an der Fläche 58 an.

Der Verschluß 55 ist auf seiner Stirnfläche 58 unter Bildung einer Kammer 64 vertieft, die über einen den Körper 50 durchsetzenden radialen Kanal 65 mit der Leitung 43 verbunden ist. Der rechte Endteil des rechten Kolbens 59 ist so abgesetzt, daß er zusammen mit dem Teil 51 der Vertiefung eine Kammer 66 bildet, die über den radialen Kanal 68 im Körper 50 mit der Leitung 44 in Verbindung steht. Der linke Kolben 60 besitzt einen abgesetzten inneren Teil 69, der zusammen mit dem Teil 52 der Vertiefung und der Schulter 53 eine Kammer 70 begrenzt, die über einen Längskanal 71 im Körper 50 mit dem Kanal 68 verbunden ist.

Der Kolben 60 ist von einer zentralen horizontalen Längsbohrung 72 durchsetzt, welche an ihrem linken Ende durch einen abgewinkelten Kanal 73 mit der Kammer 64 in Verbindung gebracht werden kann und welche an ihrem rechten Ende mit einer Kammer 74 zwischen den Kolben 59 und 60 in Verbindung steht.

Man erkennt, daß eine zwischen den Leitungen 43 und 44 vorhandene Druckdifferenz den Kolben 59 in einer Richtung und den Kolben 60 in derselben Richtung belastet. Die Kanäle sind so angeordnet, daß die Druckdifferenz auf jeden der Kolben 59 und 60 derart wirkt, daß einer von ihnen zu seiner Anschlagfläche hin und der andere von seiner Anschlagfläche weg bewegt wird.

Gemäß Fig. 12 besteht die Einrichtung 46 aus einem Längenmeßwandler mit einer Spule 75 und einem beweglichen Glied oder einer Sonde 45. Diese stellt das in Fig. 11 dargestellte, bewegliche Glied dar.

Zwischen den Kolben 59, 60 und der Sonde ist erfindungsgemäß eine Totgangverbindung vorgesehen. Diese Verbindung besitzt eine Stange 76, welche zweckmäßig an ihrem linken Ende mit der Sonde 45 verbunden ist, eine öffnung 78 im Deckel des Verschlusses 55 sowie die Bohrung 72 im Kolben 60 durchsetzt und über dessen innere Stirnfläche 67 und die dieser gegenüberliegenden Stirnfläche 77 des Kolbens 59 in eine als Sackbohrung ausgebildete Vertie- fung 79 eintritt. Diese hat einen erweiterten äußeren Teil 80, der zu der Stirnfläche 77 führt, sowie einen erweiterten inneren Teil 81.

In Längsabständen voneinander sind mit der Stange 76 drei Vorsprünge in Form von Ringbunden 82, 83 und 84 drehfest verbunden. Der Bund 84 ist ganz am rechten Ende der Stange 76 mit dieser drehfest ver-' bunden. Wenn sich der Kolben 59 in der in Fig. 12 gezeigten Stellung befindet, greifen die linke Stirnfläche dieses Bundes 84 an der Schulter 85 zwischen den Teilen 79 und 81 und die rechte Stirnfläche des Bundes 82 an der Stirnfläche 63 des Kolbens 60 an. Die linke Stirnfläche 86 des mittleren Bundes 83 liegt der Stirnfläche 67 des linken Kolbens 60 in dem Abstand gegenüber, der auch zwischen der rechten Stirnfläche 88 dieses Bunde: 83 und der ihr gegenüberliegenden Schulter 89 zwischen den Teilen 79 und 80 der Vertiefung im rechten Kolben 59 vorhanden ist. Die Abstände zwischen den Bunden 82 bis 84 sind daher so gewählt, daß der mittlere Bund 83 von den Koiben- Stirnflächen 67,89 im wesentlichen gleich weit entfernt ist, wenn die Kolbenstirnfläche 63 an dem linken Bund 82 und die Kolbenstirnfläche 85 an dem rechten Bund 84 angreift. Dies ist der Fall, wenn die Kolben 59 und 60 an ihren Anschlagflächen 56 und 58 anliegen, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist. Die Durchmesser der Bunde 83 und 84 sind um so viel kleiner als die der Wandflächen der entsprechenden Vertiefungsteile 80 bzw. 81, daß die Druckmitteldrücke auf entgegengesetzten Seiten der Bunde 83 und 84 stets gleich sind.

Es ist eine Reibungsanordnung vorgesehen, die einer Bewegung der Sonde 45 oder der Stange 76 einen nachgiebigen Widerstand entgegensetzt. In der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform sind diese Mittel allgemein mit 90 bezeichnet. Sie können in jeder be liebigen Weise ausgebildet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen sie einen Körper aus einem geeigneten Dichtungsmaterial 91, z. B. Asbest od. dgl., der zwischen zwei Stopfbuchsenbrillen 92 und 93 angeordnet ist. Eine derartige Anordnung mit Elementen 91 bis 93 ist im Kanal 78 des Verschlusses 55 und mehrmals um die Stange 76 herum vorgesehen. Die Dichtung 91 verhindert eine Bewegung der Stange, während ein Totgang durch die vorstehend genannte Verbindung aufgenommen wird. Danach wird die Packung 91 am Umfang der Stange 76 anliegend verschoben, während sich diese in den Körper 50 hinein oder aus ihm herausbewegt.

Die Wirkung der verschiedenen Elemente der in Fig. 12 gezeigten, hysteretischen Ausgleichseinrich tung sind in Fig. 13 bis 15 dargestellt. Fig. 13 zeigt den Bereich der durch die Druckdifferenz bewirkten Bewegung. Dieser Bereich ist längs der Abszisse für den Kolben 59 durch die Strecke 0-ZJ59 und für den Kolben 60 durch die Strecke 0-B60 dargestellt.

Da jeder Kolben 59 und 60 durch eine Totgangverbindung mit der Sonde 45 der elektrischen Signalerzeugungseinrichtung 46 verbunden ist, ist dies in Fig. 14 längs der Abszisse für den Kolben 59 durch

die Strecke B59-.L59 für den Kolben 60 durch die Strecke B6O-L6O dargestellt. Man erhält auf diese Weise eine größere tote Zone für die Stellung der Sonde. Infolge des Zusammenwirkens der Reibanordnung 90 mit der Sonde 45, 76 wird diese ortsfest gehalten, während sich der betreffende Kolben unter Aufnahme des Totganges bewegt. Danach bewirkt eine Bewegung des Kolbens 59 eine Bewegung der Sonde 45,76 entsprechend der Strecke L59-P59 und bewirkt eine Bewegung des Kolbens 60 eine Bewegung dieser Sonde entsprechend der Strecke L60-P60 (Fig. 15).

Die Reibeinrichtung 90 wirkt mit der Sonde 45, 76 derart zusammen, daß sich diese nicht bewegt, wenn der eine oder andere der Kolben 59,60 infolge einer Abnahme der Druckdifferenz zurückfährt, wie dies in Fig. 15 für den Kolben 59 durch die horizontale Strecke P59-F59 und für den Kolben 60 durch die horizontale Strecke P60-F60 dargestellt ist.

Anhand der schematischen Darstellungen von Fig. 13 bis 15 sei nun die Wirkungsweise der Fig. 12 gezeigten, hysteretischen Ausgleichseinrichtung 42 besprochen.

Wenn zwischen den Leitungen 43 und 44 keine Druckdifferenz vorhanden ist, befinden sich die verschiedenen Elemente in dem in Fig. 12 gezeigten Zustand. Wird dann aufgrund eines am Servoventil 28 auftretenden Stellsignals zwischen den Leitungen 43 und 44 eine Druckdifferenz erzeugt, wobei in der Leitung 43 ein höherer Druck herrscht als in der Leitung 44, so ist dadurch gewährleistet, daß sich der rechte Kolben 59 so weit wie möglich nach rechts, d. h. in die Stellung bewegt, in der seine rechte Stirnfläche 62 an der Stirnwand 56 angreift. Dieselbe Druckdifferenz wirkt auch auf den linken Kolben 60 ein. Wenn sie die auf diesen Kolben 60 wirkende Vorbelastung, die durch die Strecke 0— #60 angedeutet ist, überwindet und weiter ansteigt, wird der Kolben 60 gegen die Kraft der Feder 61 von der Anschlagfläshe 58 wegbewegt. Diese Bewegung des linken Kolbens 60 nach rechts wird fortgesetzt, bis seine rechte Stirnfläche 67 an der linken Stirnfläche 86 des mittleren Bundes 83 angreift. Diese Bewegung ist durch die Strecke B60-L60 dargestellt. Danach bewegt sich dieser Bund 83 zusammen mit dem Kolben 60 nach rechts. Infolgedessen werden auch die Stange 76 und die Sonde 45 nach rechts verschoben, so daß die Einrichtung 46 ein elektrisches Signal erzeugt, daß der Bewegung dieser Sonde proportional ist. Entsprechend der Strecke L60-P60 wird dieser Vorgang fortgesetzt, bis die höchste beabsichtigte Druckdifferenz erreicht ist. Bei einer Verminderung dieser Druckdifferenz bewegt sich dann der Kolben 60 nach links, wobei die Reibeinrichtung 90 die Stange 76 festhält. Die Kolbenbewegung ist in Fig. 15 durch die horizontale obere Strecke P60-F60 dargestellt.

Als der Kolben 60 seine Anschlagfläche 58 verließ und seine Bewegung zu der Stirnfläche 86 des mittleren Bundes 83 begann, bewegte er sich von dem linken Bund 82 weg. Wenn er sich jetzt wieder von dem Bund 83 wegbewegt, nähert er sich dem Bund 82. Der Kolben 60 setzt seine nach links gerichtete Bewegung fort, bis seine Stirnfläche 63 an dem Bund 82 angreift, was dem Punkt F60 entspricht. Fährt der Kolben danach weiter nach links, so nimmt er den Bund 82 mit und bewegt dadurch auch die Stange 76 und die Sonde

45 nach links. Dadurch wird das von der Einrichtung

46 erzeugte Signal verändert (F60-560). Diese Veränderung des Signals ist der Entlastung der sich jetzt entspannenden Feder 61 von einer stärker gespannten Stellung in ihre Vorspannungs-Stellung proportional. Der Kolben 60 setzt diesen Teil seiner Ruckstellbe wegung fort, bis er an der Anschlagfläche 58 angreift. Danach führt eine weitere Herabsetzung der Druckdifferenz nicht mehr zur Erzeugung eines Ausgleichssignais. Dies ist durch die horizontale Strecke B60-0 in Fig. 15 dargestellt.

ι ο Jetzt sei angenommen, daß zwischen den Leitungen 43 und 44 eine solche Druckdifferenz vorhanden ist, daß der Druck in der Leitung 44 höher ist, so daß eine Umpolung stattfindet. Eine derartige Druckdifferenz bewirkt, daß der linke Kolben 60 an seiner An- schlagfläche 58 festgehalten wird. Sobald die Druckdifferenz so weit angestiegen ist, daß sie auf den rechten Kolben 59 wirkende Vorspannung der Feder 61 überwindet (0-B59 in Fig. 15), bewirkt eine weitere Zunahme dieser Druckdifferenz mit derselben Polarität ein Nachgeben der Feder 61, so daß der Kolben 59 nach links fährt, bis der Totgang bzw. der Abstand zwischen den Flächen 88 und 89 wieder aufgenommen worden ist (horizontale Strecke B59-L59 in Fig. 15). Eine weitere Erhöhung der Druckdiffe renz mit dieser Polarität rückt den Kolben 59 nach links, wobei er auch den mittleren Bund 83 und damit auch die Stange 76 sowie die Sonde 45 nach links bewegt. Infolgedessen erzeugt die Einrichtung 46 ein elektrisches Signal, das der Bewegung der Sonde pro portional und in Fig. 15 durch die Strecke L59-P59 dargestellt ist. Diese Bewegung nach links wird fortgesetzt, bis die höchste beabsichtigte Druckdifferenz erreicht ist (Punkt P59). Wenn die Druckdifferenz danach sinkt, hält die Reibeinrichtung 90 die Stange 76 und die Sonde 45 fest, so daß auch bei einer Abnahme der Druckdifferenz das elektrische Signal nicht verändert wird (horizontale Strecke P59-F59 in Fig. 15). Infolge dieser Abnahme der Druckdifferenz kann der Kolben 59 von dem mittleren Bund 83 weg nach rechts laufen, bis die Stirnfläche des rechten Bundes 84 an der Schulter 85 des Kolbens 59 angreift (P59). Bei weiterer Bewegung des Kolbens nach rechts werden die Stange 76 und die Sonde 45 mitgenommen, so daß das elektrische Signal kleiner wird (F59-B59 in Fig. 15). Diese Bewegung wird fortgesetzt, bis der Kolben 59 seine Anschlagfläche 56 erreicht (#59). Danach bewirkt die weitere Abnahme und schließlich das Verschwinden der Druckdifferenz nur, daß die Vorbelastung dieses Kolbens durch die Feder 61 gewährleistet ist (horizontale Strecke B59-0 in Fig. 15).

Man erkennt, daß erfindungsgemäß eine Einrichtung vorgesehen ist, die zum Ausgleich der Ausgänge der (drei) Servoventile 28/4, 28ß, 28C dient. Für je den Kanal A, B, C ist eine Ausgleichseinrichtung 42α, 42b, 42c vorgesehen, die eine Hysterese-Kennlinie hat und dazu dient, in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des Servoventils des betreffenden Kanals ein hysteretisches Ausgleichssignal zu erzeugen und zu der Signalsummiereinrichtung desselben Kanals ■ zurückzuführen.

In der Ausführungsform nach Fig. 11 spricht die hysteretische Ausgleichseinrichtung auf den Druckdifferenzausgang des Servoventils 28 oder des die Last bewegenden Kolbentriebes 30, 33 an. Man kann jedoch die hysteretische Ausgleichseinrichtung auch so einrichten, daß sie auf einen anderen Ausgang des Servoventils anspricht, beispielsweise auf die durch

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dessen Ausgang erzeugte Kolbentriebkraft oder die Ausgangs-Strömungsmenge. Für den Fall, daß die hysteretische Ausgleichseinrichtung auf den Kraftausgang des Kolbentriebes anspricht, läßt sich ein in die mechanische Antriebseinrichtung für das Lastglied eingeschalteter Kraftwandler verwenden, z. B. ein Dehnungsmesser.

Anstatt der Verwendung einer elektrischen Rückkopplung der Kolbentriebsstellung oder des Ausgleichssignals kann man auch eine Anordnung schaffen, in der ein solches Signal oder mehrere Signale in Form einer mechanischen Kraft oder eines Hubes erzeugt werden, die bzw. der direkt auf ein geeignetes Element des Servoventil wirkt.

Eine andere Ausführungsform einer Einrichtung zum Erzeugen eines hysteretischen Ausgleichssignals ist in Fig. 16 dargestellt, nämlich eine elekrische Ausgleichseinrichtung im Gegensatz zu der hydrodynamischen hysteretischen Ausgleichseinrichtung 42 von Fig. 11. Die in Fig. 16 gezeigte hysteretische Ausgleichseinrichtung besitzt drei Schaltungshauptteile 95, 96 und 97. Der Schaltungsteil 95 wird von einer Schaltung gebildet, die einen Druckwandler von jeder geeigneten, üblichen Konstruktion enthält, der zur Umwandlung einer Druckdifferenz, z. B. zwischen den Leitungen 43 und 44, in ein elektrisches Signal dient, das der auf den Kolbentrieb wirkenden Druckdifferenz proportional ist. Dieses Ausgangssignal ist links von dem Signaldruckwandler 95 durch das Symbol »o« dargestellt. Infolge dieses Signalwandlers Jo besteht zwischen der Druckdifferenz und dem Ausgang bzw. dem elektrischen Signal die durch das Schaubild auf der rechten Seite in Fig. 16 A angedeutete Beziehung.

Der mittlere Schaltungshauptteil 96 empfängt das elektrische Signal von dem Schaltungsteil 95 und gibt dieses Signal über eine Kombination von Analogrech'· nerelementen weiter, die eine Hysterese-Kennlinie erzeugen, die durch das mittlere obere Schaubild in Fig. 16 A dargestellt ist. In diesem Kurvenbiid ist der Eingang mit»/« und der Ausgang mit » ο « bezeichnet.

Diese Elemente umfassen Verstärker 98, 99 eine Vorspannungs-Diodenschaltung 101 und einen Integrator 100; sie sind in einer Schaltung angeordnet, die in an sich bekannter Weise eine Hysteresewirkung hat.

Der Schaltungsteil 97 umfaßt Verstärker 102 und 103 sowie eine Vorspannungs-Diodenschaltung 104, die in an sich bekannter Weise eine Schwellenwertschaltung bilden. Links in Fig. 16 A ist die Beziehung zwischen dem Eingang »/« und dem Ausgang »ο« im Schaltungsteil 97 durch ein Schaubild dargestellt

Diese drei Schaltungsteile, und zwar die Druckwandlerschaltung 95, die Hysterese-Schaltung 96 und die Schwellwertschaltung 97 sind so in Kaskade geschaltet, daß ein hysteretisches Ausgleichssignal »e« erzeugt wird, das über die Leitung 48' an den Summierpunkt 23' für den Servoverstärker 25' gelangt. In Fig. 16A unten ist durch eine Koppelkurve die Beziehung des hysteretischen Ausgleichssignals e zu der Lastantriebs-Druckdifferenz Ap dargestellt. Dieses Kurvenbild ähnelt dem in Fig. IS gezeigten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt keine elektrischen oder hydraulischen Verbindungen zwischen den Kanälen. Für derartige Verbindungen wäre eine gemeinsame Energiequelle erforderlich, die eine mögliche Fehlerquelle darstellen würde. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zum Absperren bzw. Ausschalten eines Kanals keine Schalter, Kolbenschieber u. dgl. erforderlich sind.

Außerdem kann die Vorrichtung Sollwert- oder Führungsgrößen in ihrem ganzen Frequenzbereich folgen, während der bisherigen Ausgleichsanordnungen bei periodischen Führungsgrößen mit sehr niedrigen Frequenzen nicht gut arbeiten.

Sehr vorteilhaft ist es auch, daß die bei den üblichen zweistufigen elektrisch-hydraulischen Servoventilen zur Strömungsregelung übliche hohe Druckverstärkung beibehalten wird, so daß das System mit guter Auflösung und hoher Genaugkeit arbeitet, Ferner hat das System den Vorzug, daß in allen Kanälen gleiche Ausgleichseinrichtungen verwendet werden können.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herabsetzen der Fehlanpassung zwischen den Kanälen eines redundanten elektrohydraulischen Servosteuerungssystems, bei dem jeder Kanal aufgrund eines durch die Summation eines Sollwertsignals, eines Istwertsignals und eines Ausgleichssignals gebildeten Fehlersignals ein Steuerausgangssigna] zur Verstellung eines gemeinsamen Lastgliedes erzeugt, wobei jedes Ausgleichssignal vom Steuerausgangssignal des betreffenden Kanals abgeleitet wird dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ausgleichssignal in eine hysteretische Beziehung zum zugehörigen Steuerausgangssignal gesetzt wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für ein redundantes elektiohydraulisches Servosteuerungssystem mit mindestens zwei Kanälen, von denen jeder eine auf ein gemeinsames Lastglied wirkende hydraulische Stellvorrichtung aufweist, die je Kanal von einem durch ein elektrisches, in einer Summationseinrichtung gebildeten Fehlersignal ansteuerbaren Servoventil gesteuert wird, wobei jeder Summationseinrichtung ein Sollwertsignal zugeführt, ein der Stellung des gemeinsamen Lastgliedes entsprechendes Istwertsignal rückgeführt und ein von einer Ausgleichseinrichtung in Abhängigkeit vom ausgangSseitigen Wirkdruck des Servoventil abhängiges Ausgleichssignal ebenfalls rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichseinrichtung (42, 42b; 42c) eines jeden Kanals (A, B, C) eine Hysterese-Kennlinie aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausgleichseinrichtung (42, 42b; 42c) einen in einem Gehäuse (SO, 55) verschiebbaren, durch eine Feder (61) in eine Richtung vorgespannten Kolben (60) aufweist, der über an den Ausgang des zugehörigen Servoventils (28; 286, 28c) angeschlossene Leitungen (43,44) dessen Wirkdruck ausgesetzt ist, und daß der Kolben mit einer im Gehäuse mit Reibung geführten und mit einem Signalwandler (45, 75) zur Bildung des Ausgleichssignals verbundenen Stange (76) über zwei Anschläge (82, 83) zusammenwirkt, wobei die Anschläge so angeordnet sind, daß der Kolben beim Verlassen der Endstellungen die Stange erst nach dem Zurücklegen eines vorgegebenen Weges bewegt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Ausgleichseinrichtung (42, 42b; 42c ein weiterer dem ausgangsseitigen Wirkdruck des Servoventil (28, 28b; 28c) ebenfalls ausgesetzter Kolben (59) angeordnet ist, daß der weitere Kolben durch die Feder (61) in die zum ersten Kolben (60) entgegengesetzte Richtung vorgespannt ist, und daß der weitere Kolben ebenfalls über zwei Anschläge (84, 83) mit der Stange (76) zusammenwirkt, die so angeordnet sind, daß der weitere Kolben beim Verlassen der Endstellung die Stange erst nach dem Zurücklegen eines vorgegebenen Weges bewegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Ausgleichseinrichtung eine abgestufte Bohrung aufweist, in deren erweitertem Teil (52) der einen zylindrischen Fortsatz (69) aufweisende erste Kolben (60)

und in deren verengtem Teil (74) der weitere Kolben (59) vorgesehen ist, wobei der zylindrische Fortsatz abgedichtet in den verengten Teil der Gehäusebohrung hineinragt, daß der erste Kolben eine auch den zylindrischen Fortsatz durchdringende Längsbohrung (72) aufweist, durch die die Stange (76) verschiebbar hindurchgeführt ist und der weitere Kolben eine in einer Erweiterang endende Sackbohrung (79) aufweist, in die die Stange hineinragt, daß zu beiden Seiten des ersten Kolbens auf der Stange jeweils ein als Anschlag für den ersten Kolben dienender Bund angeordnet ist, daß der zwischen beiden Kolben vorgesehene Bund (83) der Stange auch als Anschlag für den weiteren Kolben dient, und daß in der Erweiterung der Sackbohrung ein dritter, als zweiter Anschlag (84) für den weiteren Kolben dienender Bund der Stange verschiebbar angeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Durchtritt der Stange (76) durch das Gehäuse eine Dichtung (91) vorgesehen ist, die auf der Stange befestigt ist und im Gehäusedurchgang mit Reibung gleitet oder im Gehäusedurchgang befestigt ist und auf der Stange mit Reibung gleitet.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausgleichseinrichtung (42; 4Zb; 42c) einen den ausgangsseitigen Wirkdruck des zugehörigen Servoventils in ein proportionales elektrisches Signal umwandelnden Signalwandler (95) und eine elektrische Hysterese-Schaltungsanordnung (96,97) aufweist, wobei das elektrische Signal der Hysterese-Schaltungsanordnung zur Bildung des Ausgangssignals zugeleitet wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hysterese-Schaltungsanordnung (96, 97) eine aus Verstärkern (98, 99), einem Integrator (100) und an Vorspannung liegenden Dioden (101) zusammengesetzte Hysterese-Schaltung (96) und eine aus Verstärkern (102,103) und an Vorspannung liegenden Dioden (104) besiehende Schwellenwertschaltung (97) aufweist.