DE2210396C2

DE2210396C2 - Wendegeschwindigkeits-Anzeigeschaltung

Info

Publication number: DE2210396C2
Application number: DE2210396A
Authority: DE
Inventors: Albert Kenneth Aberle; Richard Jardine Arthur; Tommy Reese Charlottesville Va. Welch
Original assignee: Sperry Corp 10104 New York NY; Sperry Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1971-03-05
Filing date: 1972-03-03
Publication date: 1983-01-20
Also published as: GB1362132A; DE2210396A1; JPS5228381B1; FR2128567A1; US3761811A; IT949728B; FR2128567B1

Description

Bedingung

Differenzierte Spannung

55

ν, ί/	*>v<*	>Vb
'B Va	>Vb	*>v,*
ν,	>Vb	>v*
	~^> V	>y

Vc

-Vr

3. Anzeigeschaltung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichereinrichtungen (47 bis 65) erste, zweite und dritte Vergleicher(47,49,51) zum Vergleich von V₄ mit Vb, von Va mit Vc bzw. Vb mit Vc, mit dem Ausgang jedes Vergleichers (47,49,51) zur Erzielung direkter und invertierter Vergleicher-Ausgangssignale verbundene Itiverterschaltungen (57), erste Gatterschaltungen (53) zur Lieferung von Schalteinrichiüngs-Steuersignalen bei Empfang eines direkten Vergleicherausgangssignals von dem ersten und dritten Vergleicher (47, 51), zweite Gatterschaltungen (59) zur Lieferung eines Schalteinriditungs-Steuersignals bei Empfang eines direkten Vergleicherausgangssignals von dem zweiten Vergleicher (49) und eines invertierten Vergleichausgangssignais von dem ersten Vergleicher (47), dritte Gatterschaltungen (55) zur Lieferung eines Schalteinrichtungs-Steuersignals bei Empfang eines direkten Vergleicherausgangssignals von dem ersten Verglcicher (47) und eines invertierten Vergleicherausgangssignals von dem zweiten Vergleirher (49), vierte Gatterschaltungen (63) zur Lieferung eines Schalteinrichtungs-Steuersignals bei Empfang eines direkten Vergleicherausgangssignals von dem zweiten Vergleicher (49) und eines invertierten Vergleicherausgangssignals von dem dritten Vergleicher (51). fünfte Gatterschaltungen (65) zur Lieferung eines Schalteinrichtungs-Steuersignals bei Empfang eines direkten Vergleicherausgangssignals von dem drm:n Vergleicher (51) und eines invertierten Vergleicherausgangssignals von dem zweiten Vergleicher (49) und sechste Gatterschaltungen (61) zur Lieferung eines Schalteinrichtungs-Steuersignals bei Empfang von invertierten Vergleicherausgangssignalen von dem ersten und dritten Vergleicher (47,51) einschließen, und daß die Schalteinrichtungen (69) sechs Schalter (73) einschließen, die von den Ausgangssignalen der ersten bis sechsten Gatterschaltungen (53 bis 61) gesteuert sind.

4. Anzeigeschaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die ersten vvi zweiten Schalter die differenzierten und invertierten differenzierten. Va entsprechenden Spannungen in Abhängigkeit von Steuersignalen von der dritten bzw. zweiten Gatterschaltung (55, 59) mit dem Ausgang verbinden, daß die dritten und vierten Schalter differenzierte und invertierte differenzierte. V₈ entsprechende Spannungen in Abhängigkeit von Signalen von den ersten bzw. sechsten Gatterschaltungen (53,61) mit dem Ausgang verbinden und daß die fünften und sechsten Schalter differenzierte und invertierte differenzierte, VV entsprechende Signale in Abhängigkeit von Signalen νυπ den fünften bzw. vierten Gatterschaltungen (65, 63) mit dem Ausgang verbinden.

60 Die Erfindung bezieht sich auf eine Wendegeschwindigkeits-Anzeigeschaltung mit einem vom Kompaßsystem gesteuerten Synchrogeber, einer damit verbundenen Differenziereinrichtung und mit einer Meß- und Anzeigeeinrichtung, bei der der Synchrogeber drei Trägerschwingungen mit die Winkelstellung des Rotors in dem Synchrogeber anzeigenden Amplituden erzeugt.

Bei einer bekannten Wendegeschwindigkeits-Anzei-

geschaltung diese. Art (US-Patentschrift 28 66 934) wird der Synchrogeber vom Kurzkreisel angetrieben und die Ausgangssignale des Synchrogebers steuern einen Servomotor an, mit dessen Welle ein Tachometergenerator gekoppelt ist Dieser Tachometergenerator bildet eine Differenziereinrichtung, die über einen Verstärker eine Anzeigeeinrichtung für die Wendegeschwindigkeit ansteuert Derartige Anzeigeschaltungen sind jedoch bei niedrigen Wendegeschwindigkeiten relativ unempfindlich, weil der Tachometergenerator unter diesen Bedingungen kein brauchbares Ausgangssignal liefert Weiterhin kann bei derartigen elektromechanischen Systemen die Empfindlichkeit und damit der Meßbereich der Anzeigeschaltung nicht in einfacher Weise ohne Änderung von mechanischen Bauteilen is geändert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Wendegeschwindigkeits-Anzeigeschaltung der eingangs gsnannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine hohe Empfindlichkeit auch bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten aufweist.

Diesa Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung g-Iöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Wendegeschwindigkeits-An· zeigeschaltung ist abgesehen von dem ohnehin in dem Kompaßsystem meist vorhandenen Synchrogeber vollständig in Festkörperbauweise aufgebaut und liefert auch bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten eine einwandfreie und genaue Anzeige. Die minimale feststellbare Wendegeschwindigkeit wird lediglich durch den Schwellwert des Kreiselkompasses und nicht durch den Aufbau der Wendegeschwindigkeits-Anzeigeschaltung bestimmt Weiterhin kann die Empfindlichkeit der Anzeigeschaltung in einfacher Weise mit Hilfe eines Potentiometers oder ähnlichem eingestellt werden, so daß die Empfindlichkeit ohne weiteres an die jeweils vorherrschenden Betriebszustände oder Anwendungsbedingungen einstellbar ist.

Ein Ausf'ihrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise des Wendezeigers:

F i g. 2 ein Blockschaltbild des Wendezeigers und des Steuerfunktionsgebers;

F i g. 3 ein Schaltbild einer logischen Schaltung des Wendezeigers.

Der Steuerfunktionsgeoer 27 der Synchro-Bauart (Fig. 2) enthält einen Rotor, der mit einer geeigneten Trägerfrequenz erregten Wicklung bewickelt ist. Eine Statorwicklung des SteuTfunktionsgebers 27 liefert drei Ausgangsspannungen, deren relative Größen und Polaritäten in eindeutiger Weise die Winkelstellung des Rotors in bezug air." den Stator definieren.

F i g. I zeigt die Art und Weise, in der die Erregungsspannunu mit einer typischen Frequenz von 400 Hz bei einer Drehung des Rotors moduliert wird, so daß die Modulationshüllkurve der drei S'.euerfunktionsgeber Ausgangsspannungen A. B und C Spannungen gleicht, die in einem Dreiphasensystem auftreten.

Bei einer nominellen Rotorstellung von Θο° weist die Spannung der Phase C eine Größe auf. die durch einen Punkt 11l in F i g. I dargestellt ist, während die Spannung der Phase ßeine Größe aufweist, die durch den Punkt 13 angezeigt ist und die Spannung der Phase A die Größe Null hat, wie dies durch den Punkt 15 gezeigt ist. Wenn der Rotor über anwachsende Winkel gedreht wird, steigt die Spannung der Phase B bei einer Winkelverschiebung θι auf einen (negativen) Maximalwert an. Gleichzeitig steigt die Spannung der Phase A an, während die Spannung der Phase C abfällt wobei diese beiden Spannungen in einem Punkt 17 gleich sind. Wenn die Rotorverdrehung über den Wert θι ansteigt, erreicht die Größe der Erregungsspannung der Phase A ein (positives) Maximum bei einer Winkelverdrehung von 02- Die Größen der Spannungen der Phasen B und C werden bei einem Winkel Θ2 gleich, wie es an dem Schnittpunkt 19 der Hüllkurven angezeigt ist Wenn die Winkelverdrehung des Rotors weiterhin ansteigt treten zusätzliche Hüllkurven-Schnittpunkte 21, 23, 25 usw. auf.

Die Drehgeschwindigkeit des Rotors (die Verdrehungsgeschwindigkeit) könnte durch Messung der Änderungsgeschwindigkeit irgendeiner der in Fig.! dargestellten Modulations-Hülikurven bestimmt werden. Da diese Hüllkurven jedoch stark nichtlinear sind, würden derartige Messungen schwierig sein. Es ist jedoch zu erkennen, daß die mittlere; Teile der Kurven nach Fig. 1, die zwischen benachbarten Hüllkurven-Schnittpunkten liegen, einen im wesentlichen gleichförmigen Anstieg b/.w. Abfall aufweisen. Daher ist die Änderungsgeschwindigkeit einer Kurve, die zwei benachbarte Hüllkurven-Schnittpunkte verbindet, im wesentlichen konstant. Weiterhin sind, obwohl benachbarte Mittelteile entgegengesetzte Steigungen aufweisen, die absoluten Größen der Steigungen aller mittleren Teile gleich.

Bei dem erfindungsgemäßen Wendezeiger werden lediglich die mittleren Teil der Spannungen mit den unterschiedlichen Phasen ausgenutzt.

Die Betriebsweise des Wendezeigers wird im folgenden unter Bezugnahme auf F i g. 2 verständlich. Der Steuerfunktionsgeber 27 von der Synchro-Bauart liefert Spannungen an drei getrennte Kanäle 29, 31 und 33. Die Spannung von der Phase A wird einem Demodulator 35 in dem Kanal 29 zugefühu. Der Demodulator 35 ist ein üblicher phasenempfindlicher Gleichrichter, der die modulierte Wechselspannung von dein Steuerfunktionsgeber 27 in ein Modulationssignal Va umwandelt, dessen Größe und Phase sich mit der Modulation ändert. Derartige pnasenempfindliche Gleichrichter sind z. B. in der Literaturstelle »Servomechanism Practice« von W. R. Ahrendt McGraw-Hill Book Company, N. Y, 1954, beschrieben. Das Signal V_A wird in einem Verstärker 37 invertiert, und das sich ergebende Signal ( - V_A) wird einer Differenzierschaltung 39 zugeführt, um ein Signal V₄ /u erzielen. Das Ausgangssignal V, der Differenzierschaltung 39 wird in einem Verstärker 41 invertiert, um ein Signal — V₄ /u gewinnen. Das Signal - V₄ mit invertierter Amplitude von c'jni Verstärker 37, das differenzierte Signal von der Schaltung 39 und das invertierte differenzierte Signal von dem Invertervirstärker 41 werden eine; logischen Schaltung 43 zugeführt.

Die Kanäle 31 und 33 sind zu dem Kanal 29 identisch. Der Ausgang dir logischen Schaltung 4J wird einer Anzeigevorrichtung 45 zugeführt die typischerweise ein Gleichstrom-Meßinstrument mit in der Mitte liegendem Nullpunkt ist.

Die einzelnen Anteile sind derart vorgespannt, daß die der logischen Schaltung zugeführten Amplitudensignale im Ergebnis auf einen Pegel bezogen sind, der unterhalb der Kurven nach Fig. 1 liegt. Somit ist zwischen den Winkel θι und B₂ die Amplitude der

Spannung der Phase A größer als die Amplitude der Spannung der Phase C und die Spannung der Phase C ist größer als die Spannung der Chase B.

Die logische Schaltung 43 ist in F i g. 3 dargestellt. Die verschiedenen Signale mit invertierter Amplitude (— V.(, — Vg und — Vf) werden drei Vergleichern 47, 49 und 51 zugeführt. Der Vergleicher 47 vergleicht die Amplituden der Spannung in den Phasen A und B und liefert ein Ausgangssignal mit einem hohen Pegel, wenn die Amplitude der Spannung der Phase A die Amplitude der Spannung der Phase B übersteigt. Der Vergleicher 47 erzeugt ein Ausgangssigna! mit niedrigem Pegel, wenn die Amplitude der Spannung der Phase A kleiner als die Spannung der Phase ßist.

Der Vergleicher 49 lielert ein Signal mit hohem Pegel, wenn die Spannung der Phase A die Spannung der Phase ("überschreitet und liefert ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel, wenn die umgekehrte Bedingung gegeben ist. Schließlich erzeugt der Vergleicher 51 ein Ausgangssignal mit hohem Pegel, wenn die Spannung der Phase B die Spannung von der Phase C übersteigt und erzeugt ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel, wenn die umgekehrte Bedingung gegeben ist. Die Spannung von dem Vergleicher 47 wird einem der Eingangsanschlüsse eines UND-Gatters 53 und einem der Eingangsanschlüsse eines UND-Gatters 55 zugeführt. Der Ausgang des Vergleichers 47 wird außerdem über eine Inverterschaltung 57 einem der Eingangsanschlüsse eines UND-Gatters 59 und einem der Eingangsanschlüsse eines UND-Gatters 61 zugeführt. Somit werden, wenn ein Signal mit hohem Pegel am Ausgang des Vergleichers 47 erzeugt wird, die Gatter 53 und 55 durchgeschaltet. Wenn ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel von dem Vergleicher 47 erzeugt wird, werden die UND-Gatter 59und 61 durchgeschaltet.

Der Vergleicher 49 ist in einer ähnlichen Weise angeschaltet, so daß ein Eingangssignal den UND-Gattern 59 und 63 zugeführt wird, wenn der Vergleicher 49 ein Ausgang'signal mit hohem Pegel erzeugt, und den UND-Gattern 55 und 65 ein Eingangssignal zugeführt wird, wenn der Vergleicher 49 ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel erzeugt.

In gleicher Weise liefert der Vergleicher 51 ein Eingangssignal an die Gatter 53 und 65 oder an die Gatter 61 und 63. und zwar abhängig davon, ob ein Ausgaiigssignal mit hohem bzw. niedrigem Pegel erzeugt wird. Alle oben erwähnten UND-Gatter erzeugen ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel, wenn beide Eingangsanschlüsse des Gatters ein Eingangssignal erhalten, während sie in allen anderen Fällen ein 5f Ausgang.ssignal mit hohem Pegel erzeugen.

Da^ -\usgangssigna! von jedem der UND-Gatter wird in einer passenden Inverterschaltung der Inverterscha¹-tungsgruppe 67 invertiert. Die Ausgangssignale der Inverterschaltungen der Gruppe 67 werden dazu verwendet, um entsprechende Schalter in einer Schaltergnippe 69 zu betätigen. Die Schalter in der Gruppe 69 empfangen Spannungen von den Differenzierschaltungen und den Differenzier-Inverterschahungen. die die direkten bzw. die invertierten Differentiale der Funktionsgeber-Ausgangsspannungen darstellen. Diese Schalter werden in Abhängigkeit von den Signalen der Inverter in der Gruppe 67 betätigt Die Ausgänge der Schalter in der Gruppe 69 werden einem Ausgangsansehluß 71 zugeführt.

Die logische Schaltung 43 arbeitet cFiiSpfcchcriu uer folgenden Bedingungen oder Zustände, wie sie in F i g. 3 dargestellt sind:

Zustand

Verwendetes Differential

V₁

- v.

Aus der vorstehenden Tabelle und Cig.: ist /u erkennen, daß ein vorgegebenes differenziertes Signal dem Ausgangsansehluß 71 zugeführt wird, wenn die Amplitude der der logischen Schaltung 43 von dem entsprechenden Demodulator /tigeführten Spannung zwischen der Amplitude der Spannungen von den verbleibenden beiden Demoduiatoren liegt.

Somit wirtl das positive Differential der Spannung tier Phase A dem Ausgangsansehluß 71 zugeführt, wenn die Amplitude der Spannung der Phase A größer als die Spannung der Phase B. jetloch kleiner als die Spannung der Phase C ist. In gleicher Weise wird das invertierte Differential der Spannung der Phase A dem Ausgangsansehluß 71 zugeführt, wenn die Amplitude der Spannung der Phase A größer als die Amplitude der Spannung der Phase C. jedoch kleiner als die Amplitude der Spannung der Phase B ist.

Außerdem ist aus der vorstehenden Tabelle und Fig. I zu erkennen, daß die Modulationsspanniingen ihre jeweiligen Ma\inialwerte in der Folge

A B CA B C Λ...

erreichen, wenn sich der Rotor des Stcuerfunktionsgebers so dreht, daß der Winkel Θ anwächst. Weiterhin wird, wenn die momentanen relativen Größen der Gleichspannungen in der gleichen Folge absinken, ein positives differenziertes Signal verwendet. Weiterhin ist es zu erkennen, daß ein Schalter-Betätigungssignal am Ausgang eines einzigen Inverters der Gruppe 67 erscheint, wie es durch die relativen momentanen Größen der verschiedenen Gleichspannungen bestimmt ist.

Als Beispiel sei der Fall betrachtet, bei dem die Amplitude der Spannung der Phase A kleiner als die Spannung der Phase C. jedoch größer als di° Spannung der Phase B ist. Unter diesen Bedingungen erzeugt der Vergleicher 47 ein Ausgangssignal mit hohem Pegel, so daß die Gatter 53 und 55 durchgeschaltet werden Der Vergieicher 49 erzeugt ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel, das die Gatter 55 und 65 durchschaltet. Der Vergleicher 51 erzeugt ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel, das die Gatter 61 und 63 durchschaltet. Somit werden lediglich dem Gatter 55 zwei Eingangssignale zugeführt. Das resultierende Ausgangssignal mit niedrigem Pegel von dem Gatter 55 wird in dem entsprechenden inverter in der Gruppe 67 invertiert, so daß der Schalter 73 in der Gruppe 69 geschlossen wird und das positive differenzierte Signa! von der Phase A mit dem Ausgangsansehluß 71 verbi: de-..

Bei einer fortgesetzten Drehung des Rotors des Steuerfunktionsgebers werden die verschiedenen Schalter in der richtigen Reihenfolge geschlossen, so daß ein kontinuierlicher Strom an das Ausgangs-Meßinstrument geliefert wird

Somit wird, wenn in Fig.! der Rotor sich zu Anfang

in der Stellung (-)„ befinde! und sich aufeinanderfolgend über Θ, und <rh dreht, das direkte Differential der Spannung der Phase A an das Ausgangs-MeBinstniment geführt, während sich der Rotor /wischen B_n und Θ. befindet. Das invertierte Differential der Spannung tier Phase C wird dem Ausgangs-Meßinsirument zugeführt, während sich der Rotor zwischen θ\ und O₂ befindet. Wenn sich der Rotor weiterdreht, werden aufeinanderfolgernde Differentiale und invertierte Differentiale an das Ausgangs Meßinstrument angelegt, wie dies in stark ausgezogenen Linien in F i g. I gezeigt ist. Da die invertierten Differentiale dann verwendet werden, wenn die ausgewählte Steigung negativ ist. fließt der dem Ausgangs Meßinstrument zugeführtc Strom immer in der gleichen i-Jchtung, solange wie die Richtung der Rotordrehung unverändert bleibt. Wenn die Rotordrehrichtung umgekehrt w^;rd, wird auch die Richtung des Stromflusses umgekehrt.
Dei Wendezeiger kann sehr niedrige Drehgeschwindigkeitcn feststellen. Dies ist beispielsweise dann wichtig, wenn der Wendezeiger in einem Navigationssy stern verwendet wird. Die minimale feststellbare Drehgeschwindigkeit wird durch den Schwellwert des Kreiselkompasses und nicht durch die Schaltung des Wendezeigers bestimmt. Bekannte elektromechanische Systeme sind bei derart niedrigen Drehgeschwindigkeiten nicht brauchbar, weil der Tachometergenerator unter diesen Bedingungen kein brauchbares Ausgangssignal erzeugen kann.

Weiterhin kann die Empfindlichkeit der Schaltung des Wendezeigers in einfacher Weise mit Hilfe eines Potentiometers oder ähnlichem eingestellt werden. Somit kann die Wendezeigcrsehaltung in ein°m Navigationssystem in einfacher Weise für ein Andock-Manöver oder ähnliches auf eine hohe Empfindlichkeit und auf eine niedrige Empfindlichkeit für Navigationszwecke eingestellt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wendegeschwindigkeits-Anzeigeschalrang mit einem vom Kompaßsystem gesteuerten Synchrogeber, einer damit verbundenen Differenzjereinrichtung und mit einer Meß- und Anzeigeeinrichtung, bei der der Synchrogeber drei Trägerschwingungen mit die Winkelstellung des Rotors in dem Synchrogeber anzeigenden Amplituden erzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Trägerschwingungen jeweiligen Detektoreinrichtungen (35) zur Erzeugung von Modulationsspannungen (Va, Vb, Vc) zugeführt werden, deren momentane Größen die Modulations-Hüllkurve der jeweiligen Trägerschwingung darstellen und die ihre Maximalwerte in einer vorgegebenen ersten oder zweiten Reihenfolge erreichen, wenn sich der Rotor des Synchrogebers (27) in einer ersten bzw. zweiten Richtung dreht, daß die Ausgänge der Detektoreinrichtungen (35) mit den Eingängen von jeweiligen Differenziersohaltungen (39, zur Erzeugung von differenzierten Spannungen (Va, Vs Vc) verbunden sind, deren Ausgänge mit den Eingängen von Inverterschaltungen (41) verbunden sind, daß die Ausgänge der Detektoreinrichtungen (35), der Differenzterschaltungen (39) und der Inverterschaltungen (41) mit Eingängen einer Logikschaltung (43) verbunden sind, die Vergleichereinrichtungen (47 bis 65) zur Ermittlung der Reihenfolge, in der die Modulationsspannungen (V_A, Vb. Vc) ihre Maximalwerte erreichen, sowie zur Ermittlung derjenigen Modulationsspannur ■» (Va, Vb, Vr). deren momentane Größe zwischen den Größen der beiden anderen Modulationsspannungen liegt, und von den Ausgangssignalen der Vergleichereinrichtungen (47 bis 65) gesteuerte Schalteinrichtung^ (69) einschließen, deren Ausgang (71) mit den Meßeinrichtungen (45) verbunden ist und die die aus der ermittelten Modulationsspannung erzeugte differenzierte Spannung bzw. die zugehörige invertierte differenzierte Spannung an den Ausgang (71) anschalten, wenn die Modulationsspannung (Va. Vg, Vc) in der Reihenfolge der ersten bzw. der hierzu entgegengesetzten zweiten Folge abnehmen.

2. Anzeigeschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergieichereinrichtungen (47 bis 65) die in der folgenden Tabelle aufgeführten Bedingungen feststellen und die Schalteinrichtungen (69) derart ansteuern, daß die ebenfalls in der Tabelle angegebenen differenzierten Spannungen mit dem Ausgang(71) verbunden sind: