DE2251941A1

DE2251941A1 - Querneigungs-stabilisationssystem fuer seefahrzeuge

Info

Publication number: DE2251941A1
Application number: DE2251941A
Authority: DE
Inventors: Louis William Nelson; Charles Rufus Wesner
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1971-10-22
Filing date: 1972-10-23
Publication date: 1973-04-26
Also published as: US3727572A; GB1347450A; DE2251941C2; JPS4850495A; JPS5522318B2; IT966417B

Description

' · ^.8,TaU4Q213 22 .Oktober 1972

13 963

Sperry Rand Corporation New York,N.Y.,USA

Querneigungs-Stabilisationssystem für Seefahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf Querneigungs-Stabilisationssysteme für Seefahrzeuge und insbesondere auf Querneigungs- oder Roll-Stabilisationssysteme* die einstallbare Flossen verwenden,die aus beiden Seiten des Schiffsrumpfes herausragen.

Flossen-Stabilisationssysteme zur Querneigungs- oder Roll" Stabilisation sind gut bekannt. So beschreibt z.B. das US-Patent 2 979 010 ein Flossen-Stabillsationssystem, bei dem die Flossen entsprechend eines Auftriebs-Befehlssignals angestellt werden. Typischerweise betätigt das Auftriebs-Befehlssignal •in hydraulisches System über einen Servomechanismus,

Bei bekannten Systemen arbeitet das Servosystem über eine Rutschkupplung* Große Befehlssignale steuern das Servosystem bis zu den Endanschlägen aus, worauf die Rutschkupplung eine weitere Bewegung in dem hydraulischen Hub-Steuersystem verhindert. Bei bisher bekannten Systemen werden die Endanschläge von Hand auf einen Hub von 100 % eingestellt. Bei den Rutschkupplungen kann bei derartigen Systemen jedoch ein übermäßiger Verschleiß auftreten. Weiterhin wird bei bekannten

309317/0304

Systemen eine mechanisch® Hubbegrenzung typischerweise nur für maximale Flossanwinkel verwandet, Die Begrenzungen können nicht programmiert werden, um sich ändernde Forderungen zu erfüllen.

Ein erfindungsgemäß ausgebildete» Quernetgungs-Ssabllisationssystem für Seefahrsseuge von der Art, die Flossen-Stabilisationseinrichtungen mit einstellbarer Lage verwendet» umfaßt Einrichtungen zur Erzeugung von elektrischen Signalen, die den Querneigungs- oder Rollwinkel, die Hollgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit des Schiffes darstellen, Einrichtungen zur Ableitung eines die quadrierte Geschwindigkeit darstellenden elektrischen Signals aus dem Gesohwlndigkaltasignal und zur Ableitung eines die Rollbesshleunigung darstellenden elektrischer Signals aus dem RollgeschwindigkeitasIgnal, einen Auftrlebs-Befehlsrechner mit einem ersten Kanal zur Modifikation des

Rollgeschwindigholtasignalsi und einem zweiten Kanal eur Kombination und Modifikation des» Rollwlnkal-,-Rollgesohwindigkeite- und Besahleunigungssignale, wobei jeder Kanal einen Verstärker mit einshellbarer Verstärkung zur Änderung der Amplitude des Signala in !lasern Kanal einschließt, Summlereinriohtungen gu? Addierung ler Signale von den ersten und aweiten Kanälen, auf dan Ausgang der Summiex'einrichtungen ansprechende Einrichtungen zur Erzeugung direkter und invertierter Auftriebe-Befehl β signale, Ve^glaiohereinxdchtungen zum Vergleich der Qrößen jedae der Auftriebs-Bafehlaaignale mit den quadrierten QesohwlndigkeitssignaXen, auf d«.n Ausgang der Vergleichertinriehtungen anspreshande Sohaltungselemente zur Einstellung der Verstärkung der Verstärker mit einstellbarer Verstärkung, wobei die Schaltungselemente so angeordnet sind, daß sie die Verstärkung der Verstärker vergrößern, wenn die Größe des quadrierten Oesohwindlgkeitsaignals die Größe der beiden Auftriebs-Befehls signale überschreitet und dl· Verstärkung der Verstärker verringert, wenn die Größe eines der Auftriebs-Befehlesignala die Größe des quadrierten Geschwindigkeitssignals überschreitet, und BefehlB-Reohnereinrichtungen zur Ansteuerung

309817/0304 _{w OT1QINAL}

dar Ploaeen-SiiabiliBatioRtisinrieiifcungen mit; einstellbarer Lage in Abhängigkeit von äun

In einem bevorzugten Auef'tthru^sbeispi©! empfängt das System Signale, die den Rollwinkel,,. die RüllgcHMshi/inäigkeit und die Geschwindigkeit iiea"-Sehiffs« das?gfcs.ilen«, Di© Rsllbesehleuni« gung wird aus dem Rollg&s^hvd-Kctigkeitssign&l errechnet und die quadriert© Gesehwiis&igSrtflt wird aus der Geschwindigkeit dee Schiffes berechnet- Durch Modifikation dsr Äuftriebsbefehle entsprechend der quadriertsr Geschwindigkeit und dem Vergleiehswert der verschiedenen Signal® 'kompensiert das System Änderungen der Flossen-Wirksamkeit j 6Λ.& ilurch Änderungen der Gesohwindigkeit des Schiffe« und Wettep hervorgerufen werden und ermöglicht die Verwendung d:?r Florsen äIs Reeonanzdämpfungseinrichtungen bei schwerer See«

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchesu

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In dar Zeichnung ε-eigsn:

Fig. i eine sehcmatisehe SkiEse zur Erläuterung der Betriebsvmise des?

Fig. 2a und Fig. 2b zusamiren ein BLoekeehaltbild des Systems.

Fig. 1 seigt sinan Qtiersehnitt durch ein Sehiff, das das Flossen-StabiliBatiansß'ifötem verwendet unä seigt die Umgebung, in der die Erfindung angewendet vierter, ©eil, Backbord und Steuerbord-Stabilisi.funmggflössen erst^esken eich seitlieh aus den Seiten des Schiffsrumr-fee heraus und wirken in feiner Weise, die den Querrudern in einem Luftfahrzeug entspricht. Meßeinrichtungen messen den RaX.lviinl.:el_s (Sie Rc-ilgttehwrnöigkeit und die Geschwindigkeit des- geh iff £-s. Es sind hierfür -sine Vielzahl von Arten

3 0981 77O"30* ^: '

*'~ ORIGINAL

22519

von Meßeinrichtungen bekannt. In vielen Fällen kann ein Querneigungs-Kreisel i?;ur Messung cf.ar Ouenjeigungsgeachwindigkeit verwendet werden. Dieser Wert kann dann integriert werden, um den Rollwinkel abzuleiten und er kann differenziert werden, um den Wert der Rollbc58fiM«Mmiyung abzuleiten« Si&nale von der verschiedenen Meftoinrichtm^en werden einem Auftriebs-Befehlsreohner suge führt, der dl ο 'Mg₁KtIe von den Meßeinrichtungen verarbeitet, um ein Auftrieba-Befehlseignal und ein Signal zu liefern, das dta flueßrp.t der Geschwindigkeit deft Schiffes darstellt. Das Auftrieba-BefehlRElgnal und das das Quadrat der Geschwindigkeit de« JJuhiffea darstellende Signal wird einem Hub-Befehlsreebrier zugeführt. Signale von dem Eub-Befehlsrechner werden den Backbcrd-und Steuerbord-Betätigungsmechanismen bzw« 13 Bugoführt . Rüekführungssignalc von den Plossen-Betätigungsmeehaniamen Il und 13 werden alle dem Hub-Befehlsreehner zugeführt. Der Aufbau und di*? Betriebsweise dee Auftriebs-Befehlsreehners und des Hub-Befehlsree.hners werden noch ausführlich beschrieben. Die Flossen-Betätigungsmechanismen 13 und 11 sind übliche Einrichtungen. Sie können beispielsweise hydraulische Einrichtungen oein, wie sie beispielsweise in dem oben erwähnten US-Patent 2 979 010 beschrieben sind. Rückführungssignale, die die momentanen Flossenvdnkel sowie die vertikalen Kräfte oder den "Auftrieb" darstellen, dem die Flossen aufgesetzt sind, können in üblicher Weise abgeleitet werden. Flosser:.winkel-Wandler sind gut bekannt. Auftriebs-Wandler uind ausführlich in dem oben erwähnten US-Patent 2 979 010 beschrieben.

Die Fig. 2a zeigt in funktioneller Form den Auftriebs-Befehlereohner und die zugehörigen Bauteile, die erforderlich sind, um die Auftriebs-Befehlssignale zu erzeugen. Der ReohnerrVorverstärker empfängt die verschiedenen Signale von den Meßeinrichtungen und wandelt diese Signale in Spannungen um, die von den Auftriobs-Befehlsreohner selbst angenommen werden

- 5 309817/0304

BAD ORIGINAL

können. Typischerweise kann das Rollvrinkelsignal ein Wechselstromsignal mit einer Frequenz von 400 Hz und einer Amplitude von 75 mV pro Grad Rollwinkel sein. Dieses Wechselspannungssignal kann zunächst über einen Demodulator 15 und eine Eicheinheit 17 geführt werden, die so eingestellt ist, daß diese ein Qleichspannungs-Rollwinkel-Auegangssignal für den Signalvorverstärker erzeugt, das eine Größe von 500 mV pro Grad aufweist* Das Rollgeschwindigkeitssignal kann typischerweise ein Gleichspannungssignal mit einer Amplitude von 3 V pro Grad pro Sekunde sein. Dieses Rollgeschwindigkeitssignal kann in einer Eicheinheit 19 geeicht werden, um ein Rollgeschwindigkeits-Ausgangssignal zu erzeugen, das typischerweise im Bereich von 2 V pro Grad pro Sekunde liegt. Das die Geschwindigkeit des Schiffes darstellende Signal vird ebenfalls in einer Eicheinheit 21 geeicht. Der Ausgang der Eicheinheit 21 wird dann einer üblichen Quadrierschaltung 23 zugeführt, um ein Signal abzuleiten, das das Quadrat der Geschwindigkeit des Schiffes darstellt. Die Eineinheit 21 ist so eingestellt, daß sie Signale mit Größen liefert, die von den übrigen Bauteilen des Systems angenommen werden können.

Die Rollwinkel- und Rollgesehwindigkeitssignale von dem Rechner-Vorverstärker Garden dem Auftriebs-Befehlsreehner zugeführt. Der Auftriebs-Befehlsreshner leitet ein erstes di© Röilgfcschwindigkeit darstellendes Signal und ein zweites den Rollwinkel plus der Rollgesfshwindigkeit plus der Besshleunigung darstellendes Signal ab. Diese Signale werden in einem Auftriebs-Befehlsbegrenzer summiert, um Backbord- und Stsierbord-Auftriebs-Befehlsausgangssignale zu erzeugen. Die Amplituden der Signale von dem Auffcriebs-Befehlsreehner werden durch eine automatische Verstärkungs-Sfceuerschaltung für den Auftriebsbefehl modifiziert₅ wie dies noch erläutert wird.

Die automatische Verstärkuregssteuerungsssehaltung und der Auftriebs Befehlsbsgren^er arbeiten mit dem Auftriebs-Befehls-

- 6 309817/0304

Rechner zusammen, um die verschiedenen Steuersignale für optimale Betriebseigenschaften zu kombinieren. Es ist bekannt» Winkelsignale, Beachleunigungs- und Oeschwindigkeitssignale für spezielle Zwecke zu kombinieren. Wenn ein Schiff durch ein momentanes Drehmoment um seine Hollachse versetzt ist, so krängt das Schiff über eine maximale Versetzung und kehrt dann in eine ebene Lage zurück. Bei der Rückkehr in die ebene Stellung kann das Schiff mehrmals überschwingen, bevor es zur Ruhe kommt. Bs können Stabillaationeschaltungen nicht nur zur weitgehenden Verringerung der maximalen Versetzung des Schiffes, sondern außerdem zur Beseitigung der Schwingungen duroh eine geeignete Dämpfung verwendet werden. Eine Roll-Stabilisation kann duroh Zuführung eines Stabilisierungs-Drehmomentes verwendet werden, das genau gleich und entgegengesetzt zu der momentanen Versetzung des Schiffes ist. Es ist jedoch bekannt, daß durch Einführung von Steuerungeanteilen, die der Beschleunigung und der Geschwindigkeit der Versetzung entsprechen, eine wesentlich verbesserte Stabilisation durchgeführt werden kann.

Bine typische gedämpfte Verjetzungekurve ist eine Kurve mit einer einzigen Spitze, die etwas der normalen Verteilungskurve ähnelt. Die entsprechende Qesohwindigkeitskurve steigt von Null in der gieiohen Richtung an/ wie die Versetzungskurve, läuft vor dem Maximum der Versetzungskurve durch ein Maximum und einkt dann über Null hinaus auf ein negatives Maximum in der Nähe des Endes der Versetssiingskurve ab, worauf die Oeschwindigkeitskurve wiederum von der entgegengesetzten Richtung der Versetzungskurve den Wert Null erreicht. Die entsprechende Beschleunigungskurve steigt von Null in der gieiohen Richtung wie die Versetzungekurve an, erreicht sohneil ein Maximum, ainkt dann unter Null zu einem Zeitpunkt ab, der dem Maximum der Geschwindigkeitakurve entspricht und setzt sich dann zu einem negativen Maximum zu einer Zeit fort, die dem positiven

,....·■ 309817/0304 bad original

Maximum der Versefczungokurve entspricht. Die Beschleunigungskurve läuft dann weiter durch Null auf ein zweites Maximum in der Nähe des Endes der Veroetzungskurve und erreicht schließlich den Wert Null von der gleichen Richtung aus wie die Versetzungskurve.

Je mehr eine Steuerung auf die Beschleunigung anspricht und im geringeren Ausmaß je mehr die Steuerung auf die Geschwindigkeit anspricht, desto mehr nähert sich die Steuerung dem Ideal der vollständigen Neutralisation der Störung an. Wie es weiter oben erwähnt wurde, ist die Richtung der Geschwindigkeitskurve in der Nähe des Endes der Erholungsperiode umgekehrt zur Richtung der VersetBungskurve* Aue diesem Grunde ist die Geschwindigkeitssteuerung auf Grund ihrer positiven Dämpfungswi.rkung wertvoll. Es sei weiterhin daran erinnert, daß die Beschleunigungssteuerung ein Maximum sowohl vor der Versetzungs- als auch vor der Geschwindigkeitskurve erreicht. Aus diesem Grund ist die Beschleunigungssteuerung auf Grund ihrer Gegenwirkung bei der Verringerung der Versetzung wertvoll. Die automatische Verstärkungssteuerungeschaltung, der Auftriebs-Befehlsbegrenzer und der Auftriebs-Befehlsrechner der beschriebenen Ausführungsform nutzen diese Verstellungen aus, um eine optimale Stabilisation unabhängig von der Geschwindigkeit des Schiffes oder unabhängig, von den Wetterbedingungen su erzielen.

In der automatischen Verstärkungssteuerschaltung werden die Backbord- und Steuerbord-Signale von dem Auftriebs-Befehlsbegrenzer mit einem positiven Signal verglichen, das das Quadrat der Geschwindigkeit des Schiffes darstellt, und zwar in den Vergleioherverstärkern 25 und 27. Der Verstärker 25 liefert ein positives Eingangssignal an den Integrator 29, wenn der Backbord-Auftriebsbefehl negativ ist und eine größere Größe aufweist, als das die positive quadrierte Geschwindigkeit darstellende Signal. In ähnlicher Weise liefert der Verstärker 27 ein positives Eingangssignal an den Integrator 29, wenn der

- 8 309817/0304 ^

Steuerbord-*Auftriebsbefehl negativ ist und eine größere Größe aufweist, als das die quadrierte positive Geschwindigkeit bezeichnende Signal. Ein Mischer-Netzwerk 31 iet so eingestellt, daß es eine Spannung am Ausgang des Integrators erzeugt, die positiv ist, wenn der Ausgang eines der Verstärker 25 oder 27 positiv ist und der negativ ist, wenn beide Ausgänge des Verstärkers negativ sind. Die Auftriebs-Befehlssignale werden der automatischen Verstärkungssteuerschaltung in Form einer Gegenkopplung zugeführt. Wenn die Größe des quadrierten Gesehwindigkeitsbezugs beide Auftriebsbefehle übersteigt, so steigt der Ausgang des Integrators 29 an, wodurch sich eine Vergrößerung der Verstärung der Verstärker in dem Auftriebs-Befehlerechner und damit eine Vergrößerung der Größe der Auftrieb s-Befehlssignale ergibt. Wenn eines der Auftriebebefehle negativer wird als der quadrierte Geschwindigkeitsbezug positiv ist, so sinkt der Ausgang des Integrators 29 ab, um auf diese Weise die Größe der Auftriebs-Befehlssignale zu verringern. Im allgemeinen ist der mittlere Eingang an den Integrator 29 nur dann Null, wenn der Ausgang des Integrators die Verstärkung des Auftriebs-Befehlsreehners bit zu dem Punkt anhebt, an dem der Absolutwert des Auftriebs»Befehlβ das quadrierte Gesehwindigkeitssignal über mehr als 50 % der Zeit übersteigt. Da die Verstärker 25 und 27 dauernd die Auftriebs-Befehlssignale mit dem quadrierten Geschwindigkeitssignal vergleichen, ändert sich die Empfindlichkeit des Systems mit den Geschwindigkeitsänderungen und der verbleibenden Rollbewegung des Schiffes.

Bin Vfthlechalter 33 ermöglicht den Betrieb in der automatischen Betriebsweise oder in einer manuellen Betriebsweise. Obwohl der Schalter 33 als einfacher mechanischer Schalter dargestellt ist, ist es verständlich, daß dieser Schalter üblicherweise durch ein Netzwerk von Festkörper-Schaltelementen aufgebaut ist Ein Spannungs-Wählernetzwerk, das als Potentiometer 35 zur Verwendung in der manuellen Betriebsweise dargestellt ist,

- 9 -309817/0304

OPfGJMAt

liefert von einer Bedienungsperson ausgewählte Spannungen mit Größen, die mit denen vergleichbar sind, die in dem Abschnitt für die automatische Betriebsweise der Schaltung stur Verfügung stehen.

Signale von dem Wählschalter 33 werden über.eine funktionell als Potentiometer 37 dargestellte Signalpegel-Einstellschaltung an zwei Verstärkungs-Steuerverstärker 39 und 41 geführt.

Der Verstärker. 39 liefert ein Ausgangssignal, das zur Steuerung der Verstärkung eines Verstärkers in dem Rollgeschwindigkeitskanal des Auftriebs-Befehlsreehners verwendet wird. In gleicher Weise liefert der Verstärker 41 ein Ausgangssignal, das zur Steuerung der Verstärkung eines Verstärkers in dem Kanal für den Rollwinkel plus der Beschleunigung plus der Rollgeschwindigkeit des Auftriebs-Befehlsraehners verwendet wird. Die Verstärker 39 und 41 sind so aufgebaut, daß die Verstärkung des Verstärkers 39 größer als die Verstärkung des Verstärkers 4l ist. Wenn somit eine ansteigende Spannung an die Verstärker 39 und 41 angelegt wird, so erreicht die Verstärkung des Verstärkers 39 in dem Roilgeschwindigkeitskanal des Auftriebs-Befehlsreehners sein Maximum vor dem Maximum der Verstärkung des entsprechenden Verstärkers 41 in dem Kanal für den Rollwinkel plus der Rölilgeschwindigkeit plus der Rollbeschleunigung. Umgekehrt bewirkt, wenn die an die Verstärker 39 und 41 angelegte Spannung sinkt, die Verstärkungssteuerung zunächst eine Verringerung der Rollwinkel- und RoIlbesohleunigungsanteilθ in dem Auftriebsbefehl, bevor der Rollgeschwindigkeiteanteil verringert wird« Da das hauptsächliche Signal für die Stabilisation die Rollgesohwindigkeit ist, wird eine bessere Stabilisation bei rauher See erreioht, als dies möglich sein würde, wenn alle Signale proportional verringert würden. Daher kann bei schwerer See die Flossenbetätigung dadurch verringert werden, daß die Flossen als Reeonan«dämpf er verwendet werden, während eine volle Stabilieationsmöglichkeit bei schwächerer See beibehalten wird.

- 10 -309817/0304

22519^1

Bs sei weiterhin bemerkt, daß die gleiche Form der VeretärungB-kurve vorhanden ist, unabhängig davon, ob das System mit manueller oder automatischer Verstärkungs-Steuerbetriebsweise betrieben wird.

Der Auftriebs-Befehlsrechner empfängt das geeichte Rollwinkel-Signal und die geeichten Rollgeschwindigkeit-Signale von dem Reohner-Vorverstärker. Das Rollgesohwindigkeits-Signal wird einem Potentiometer 43 und über einen Kondensator 45 einem Wählschalter 47 zugführt. Diese Bauteile ermöglichen die Anpassung des Bausteine an das Schiff beim Einbau dadurch, daß die Kompensation eines unerwünschten Beschleunigungssignale ermöglicht wird, das auf Grund der Befestigung der Rollwlnkel-Meßeinriohtung oberhalb oder unterhalb des Rollmittelpunktes erzeugt werden kann.

Das Rollgeschwlndigkeits-Signal wird einem Verstärker 49 zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 49 wird einem Potentiometer 51 zugeführt, das entsprechend der natürlichen Rollperlode des Schiffes eingestellt wird. Der Ausgang des Potentiometers wird einem Multiplizierer 53 zugeführt, dessen Verstärker durch die vorstehend beschriebene automatische Verstärkungs-Steuerschaltung gesteuert wird. Der Ausgang des Multiplizierers 53 stellt das Rollgeschwindigkeits-Signal dar, das dem Auftriebe-Befehlsbegrenzer zugeführt werden muß.

Der Ausgang des Verstärkers 49 wird außerdem einer Differenzierschaltung 55 zugeführt. Der Ausgang der Differenzierschaltung 55 stellt das Rollbeschleunigungs-Signal dar.

Wie es weiter oben erläutert wurde, wird das Potentiometer 43 zusammen mit dem Kondensator 45 und dem Schalter 47 dazu verwendet, den Baustein beim Einbau an das Schiff anzupassen. Das Potentiometer 43 wird so eingestellt, daß die Größe des unerwünschten Besohleunlgungssignals kompensiert wird. Der Schalter

BAD ORIGINAL H -

309817/0304

47 wird, wie gezeigt, nach links umgelegt, wenn die Meßeinrichtung unter dem Rollmittelpunkt des Schiffes befestigt ist * In dieser Lage bewirkt der Schalter 47, daß die Signale von dem Potentiometer 43 über einen Invertierverstärker 57 in dem Kanal für den Rollwinkel plus der Rollgeschwindigkeit plus der Rollbeschleunigung geführt werden. Wenn die Meßeinrichtung oberhalb des Rollmittelpunktes des Schiffes befestigt wird, wird der Schalter 47 nach rechts umgelegt, so daß das Signal von dem Potentiometer direkt einem Verstärker 59 in dem . gleichen Kanal zugeführt wird. Das Rollgeschwindigkeitssignal von dem Verstärker 49 wird dem Kanal für den Rollwinkel plus der Rollgeschwindigkeit plus der Rollbeschleunigung über den Widerstand 63 zugeführt. Somit stellt das Signal am Eingang des Verstärkers 57 die Summe des Rollwinkels und der Rollgeschwindigkeit dar. Dieses Signal wird dem Verstärker 59 zugeführt, dessen Ausgang über ein Potentiometer 6t geführt wird, das entsprechend der Rollperiode des Schiffes eingestellt werden kann. Das Signal von dem Potentiometer 61 wird dem , Beschleunigungssignal von der Differensierschaltung 55 hinzuaddiert und einem Verstärker 64 zugeführt. Das Signal von dem Verstärker 64 wird einem Multiplizierverstärker 65 zugeführt, dessen Verstärkung durch die automatische Verstärkungssteuerschaltung gesteuert wird_P wie dies weiter oben beschrieben wurde. Der Ausgang des Multiplizierverstärkers 65 stellt das Signal für den Röllwinkel plus der Rollgeschindigkeit plus der Rollbeschleunigung dar, das dem Auftriebs-Befehlsbegrenzer zugeführt wird.

Somit stellen die Signale ¥on dem Auftriebs-Befehlsrechner die Rollgeschwindigkeit und eine Kombination des lollwinkels, der Rollgeschwindigkeit und der Beschleunigung dar, die relative Größen aufweisen, die durch die automatische Verstärkungssteuerschaltung für den Auftriabsbefehl bestimmt sind.

Die Signale von'dem Aufti*i€*bß"Bef«shlsrechn@r werden dem Auf-

- 12 309817/0304

triebs-Befehlsbegrenzer zugeführt, indem sie in einein Summier-Netzwerk 67 summiert und einem Verstärker 69 zugeführt werden, dessen Ausgang das Backbord-Auftriebs-Befehlssignal darstellt. Der Auegang des Verstärkers 69 wird außerdem einem invertierenden Verstarker 71 zugeführt, dessen Ausgang das Steuerbord-Auf triebe -Be fehle signal darstellt. Der Ausgang des invertierenden Verstärkers 71 wird einer Eicheinheit zugeführt, die funktionell als Potentiometer 73 dargestellt ist. Das Ausgangesignal von dem Potentiometer 73 wird in einem Integrator 75 integriert und an den Verstärker 69 über ein Widerstandsnetzwerk zurückgeführt. Der Integrator 75 verringert die kontinuierliche Gleiehspannungsversetzung am Ausgang des Verstärkers 71 auf Null. Eine derartige Gleichspannungsversetzung könnte sich aus irgendeinem dauernden Auftrieb des Schiffes oder von irgendeiner Schaltung zwischen den Meßeinrichtungen und dem Auftriebs-Befehlsausgang ergeben, wodurch sich eine unerwünschte Vorspannung ergeben würde.

Der Auftriebs-BiifehlebeErenzer empfängt außerdem das quadrierte Geschwindigkeit eigne! von dem Rechner-Vorverstärker. Das quadrierte Geschwindigkeifcssignal wird einem ersten Verstärker 77 und dann einem zweiten Verstärker 79 zugeführt, der in einem Widerstands-Netzwerk derart angeordnet ist, daß die ersten und zweiten Dioden 81 und 83 durch das Signal in Sperriehtung auf einen Pegel vorgespannt sind, der durch die Größe des quadrierten Geschwindigkeitfsignals bestimmt ist. Somit wird der Ausgang des Verstärkers 69 entsprechend der Sperrvorspannung begrenzt, die an die Dioden 81 und 83 angelegt ict, wobei diese Sperrspannung wiederum eine Funktion rlsr Geschwindigkeit des Schiffes ist.

Jedes der Eackbcrd- ur?d Steuerbord-Aufiriebebefehlssignale von dem Auftriebs-Befehl abegrenzer wird einem Hub-Befehlereehner zugeführt. Ein typischer Hub-Befehlsrechner ist in Fig. 2b dargestellt. Der Hitt-Btsfehlsrechner βΐφfängt ein geeignetes Auf-

- 13 -309817/0304

SAD

triebs-Befehlssignal von dem Auftrieba-Befehlsbegrenzer an einem Anschluß 85 sowie das die quadrierte Gesehwindigkeit darstellende Signal an einem Anschluß 87. Ein erstes, den momentanen Auslenkungswinksl der Flossen darstellendes Rückführungssignal wird dem Winkel-Rückführungsanschluß 89 zugeführt. Ein zweites Rückführungssignal, das die Vertikalkräfte oder den Auftrieb auf die Flossen darstellt, wii»d einem Auftriebs-Rückführuagsanschluß 91 zugeführt. Di© Auftriebs- und Winkel-Rückführungssignal© xferden zwei Verstärkern 93 bzw. 95 zugeführt, die eine maßstäbliche und Versetaungskompensation für die verschiedenen Rückführungssignale ergeben. Ein bestimmtes gewünschtes Rüekführungssignal wird mit Hilfe der Rüekführungsauswahleihriehtungen ausgewählt, die Schaltnefcswerke einschließen, die funktionell als einfache Umschalter 97 und 99 dargestellt sind.

Wenn die Auftriabs-Rückführung ausgewählt ist, 30 wird das Auftriebs-Rückführungssignal mit dem Auftriebsbefehl in einer Summierschaltung 101 summiert und das sich ergebende Fehlersignal wird in ainem Verstärker 103 verstärkt. Die Verstärkung des Verstärkers 103 wird mit Hilfe eines Multiplizierers 1Q5 eingestellt, der seinerseits auf das am Anschluß 87 empfangene quadrierte Geschwindigkeitssignal anspricht. Das Signal von dem Verstärker 103 durchläuft eine aweite Summierschaltung 107, die außerdem so geschaltet ist, daß sie ein Signal von dem Schalter 99 empfängt, Der Schalter 99 ist jedoch mit Erde verbunden, wenn das Auftriebs-Rüskftihrungssignal empfangen werden soll. Somit ist der Ausgan» der Summierschaltung 107 gleich dem Ausgang des Verstärkers 103. Dieser Ausgang wird seinerseits einem Verstärker IO9 zugeführt* dessen Ausgang das Hub" Befehlssignal darstellt'.

Wenn die Winkel-Rückführung ausgewählt ist, so befinden sich die Schalter 97 und 99 in ihren unteren Stellungen nach Fig. 2b, unter diesen Bedingungen lab der Ausgang der Summiersehaltung 10«

309817/0304

gleich dem Auffcrfebe-Befähluoirjnal · und ^iiaa Wirfkal-RUokfflhrurigseignal wird nach Durchlaufen de3 Verstärkers 95 direkt der Summier schaltung 107 zugeführt. Somit stellt d&a dem Verstärker 109 von der Sumndarschaltiuip; 107 zugeführt« Signal die Summe der Signale von dem Ver:;t!li*kij? 103 und dem durch den Verstärker 95 modifizierten Winkel-Rüuk.führungssignal dar. Das Ausgangseignal von der Summiere .«.haltung 107 wird wiederum in einem Verstärker 109 verstärkt, dousen Ausgang wiederum das Hub-Befehlssignal darstellt;.

Eine feste Bepranzerechaltmig 111, die längs des Verstärkers 109 angeschaltet, ist und Dioden umfaßt, ergibt feste Grenzwerte, die den maximalen Bereich des Hub-Befehl33ignals begrenzen.

Zusätzlich werden veränderliche Grenzwerte mit Hilfe einer Begrenzerschaltum; 113 ausgebildet, die dem Nebenschluß an die Diodenschaltunp· 111 angeschaltet ist und auf die Auftriebs- und Winkel-Rückfflhrungssignßle anspricht, um ao den maximalen Bereichdes Hubbefehls entaprtsohand dem größeren der beiden Pückfflhrungssignale zu begrenz.m. Die festen und veränderlichen Begrenzerschalt unf',en arbeiten yo, daü die veränderliche Begrenzerschaltung das Hub-Befahlsaiftfial auf Werte innerhalb des Bereiches begrenzt, der durch dia PoSialtung 111 zugelassen wird.

Das Vfinkel-F?ü«kführungsyignal von >3em Verstärker 95 wird direkt der veränderlichen Begranau^sßhaltung 113 zugeführt. Das Auftriebs-Pilr.kfiUir.ingssignal von Verstärker 93 wird in einem Verstärker 115 invertiert und dann der Begrenzerschaltung 113 zugeführt. Eins Diodenscha.Ltung 117 im Eingang der veränderlichen Begrenzerschaltang 113 führt das großera der Rückführungssignale an den Verstärker 119 oder den Verstärker 121, und tn&r in Abhängigkeit von 3er Polarität des Rdckf'ilhrungssignale. Die Ausgangssignaie von den Verstärkern 119 und 121 werden einem Widerstandsnetzwerk 12?; und uwai Begrenzerdioden 125 und 127

- 15 3 0 9 8 17/0304 ßM>

zugeführt. Insgesamt arbeiten die feste Begrenaerschsltung und die veränderliche Begrenzerschaltung 113 Busamman., um ein Begrenzungssignal zu liefern, das das Hub-Befehlssignal auf einen Wert begrenzt, der durch den kleineren der festen und veränderlichen Grenzwerte -bestimmt ist«

Entsprechend üblicher Praxis- kann das Hub-Befehls signal dazu verwendet werden, eine Servoeinrichtung zu betätigen, die die Strömungsgeschwindigkeit einer Hydraulikpumpe durch Einstellen der Hubwelle steuert. Per Ausgang der Pumpe steuert dann die Geschwindigkeit und die Stellung der zur Stabilisation des Schiffes verwendeten Flossen.

Die Schaltung des beschriebenen AusffUirungsbeispiels erzeugt ein Hub-Befehlssignal, in dem alle Verstärkungsänderungen vor der Einführung des Signals in die Hub-Servoeinrichtung verändert sind. Die Schaltung erpibt außerdem feste und veränderliche Grenzwerte für das Hub-Befehlssignal, wobei die veränderlichen Grenzwerte entweder durch dia Auftriebs- oder Winkel-Rückführung je nach Auswahl durch cfis Bedienungsperson eingestellt werden.

Patentansprüche

309817/0304

Claims

PATENTANSPRÜCHE

[ 1. ftuerneigungs-Stabilieationssystem fflr ein Seefahrzeug, bei ^—dem Stabilisierungeflossen mit einstellbarer Lage verwendet werden, gekennzeichnet durch Einrichtung zur Lieferung von elektrischen Signalen, die den Follwinkel, die Rollgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit des Schiffes darstellen, Einrichtungen (23) zur Ableitung eines die quadrierte Geschwindigkeit darstellenden elektrischen Signales von dem Geschwindigkeit esignal, Einrichtungen (55) zur Ableitung eines die Rollbeschleunigung darstellenden elektrischen Signales aus dem Rollgeschwindigkeitssignal, einen AuftriebB-Befehlsrechner mit einem ersten Kanal (49,51,53) zur Modifikation des Rollgeschwindigkeitesignals und mit einem zweiten Kanal (57,59,61, 6k,65) zur Kombination und Modifikation der Bollwinkel-, Rollgeschwindigkeits- und Beschleunigungs-Signale, wobei Jeder der Kanäle einen Verstarker (53,65) »it einstellbarer Verstärkung zur ^vnderunß der Amplitude des Signals in dem Kanal einschließt, Summiereinrichtungen (67) zur Addition der Signale von den ersten und zweiten Kanülen,auf den Ausgang der Summiereinrichtungen ansprechende Einrichtungen (69,71) zur Erzeugung direkter und invertierter Auftriebs-Befehlssignale, Vergleichereinrichtungen (25,27) zum Vergleich der Größen jedes der Auftriebs-Befehlssigntle mit den quadrierten QeechwlndigkeitβSignalen, Schaltungselement« (29,31,33,35,37, 39,41), die auf den Ausgang der Vergleichereinrichtungen zum Abgleich der Verstärkung der Verstärker mit einstellbarer Verstärkung ansprechen, wobei die Schaltungselemente so aufgebaut c5nd, daß sie die Verstärkung der Verstärker erhöhen, wenn die Größe des quadrierten Geschwindigkeltesignals die Größe beider Auftriebs-Befehlssignale übersteigt und die Verstärkung der Verstärker verringern, wenn die Größe eines der Auftriebs-BefehlEsignale die Größe des quadrierten Geschwindigkeii;esignalö überschreitet, und Kub-Befehlerechner-

- 17 -309817/0304 _{ßAD 0}

Einrichtungen (Pig. 2b) zur Ansteuerung der Flossen-Stabilieationseinrichtungenmit einstellbarer Lage in Abhängigkeit von den Auftriebs-Befehlssignalen.
2. Stabilisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselement® (29,31,33,35*37*39,41! Integrationseinrichtungen (29) einschließen₉ die so aufgebaut sind, daß der Ausgang der Vergleiehereinrichtungen (25₃27) den Verstärken (53,59) mit einstellbarer Verstärkung üb«r dia Intagrationseinrichtung (29) zuführbar ist.
3. Stabilisierungssystem nach Anspruch 2_S dadurch gekennzeichnet₄ daß der Ausgang der Integriereinriehtungen (29) den Verstärker* (53,65) mit einstellbarer Verstärkung in den arsten und zweiter-Kanälen über erste und zweite Verstärkungs-Steuerverstärker (39 bzw, 41) zugeführt ist, daß der erste Verstärkungs-Steuerverstärker (39) eine Verstärkung aufweist, die größer als die Verstärkung des zweiten Verstärkungs-Steuerverstärker (41.) ist, so daß das Rollgeschwindigkeitssignal in dem ersten Kanal (49,51₃53) ein Maximum vor dem entsprechenden Signal in dem aweiten Kanal (57,59,61,6**65) in Abhängigkeit"von einer ansteigenden Spannung von den Integriereinrichtungen. (29) erreicht und länger auf einem maximalen Pegel verbleibt, als das Signal in dem zweiten Kanal ί57359'₅6ΐ₅64₉65)9 wenn die Spannung von den Integriereinriehtungen (29) absinkt„
4. Stabilisierungssystem ns.ch einem dsp Ansprüche 1 bis 3_S g®"* kennzeiehnet durah Einrichtungen (93) zur Lieferung von Auftrieb s-FückführuiigaSignalens die den momentanen₉ von den Stabilisierungsflofäa^n rraeugtsn Auftrieb darstellen und Einrichtungen (95) &w? Ll&foivunq von Winkel-Pückführsigna'len, die den momentanen Aüslft.'nkungsvd.nkel der Stabillsierungafloasen darstellen,- wobei die ■Hub-Bsfehlörechner'sinrichtuii^ (Fif,, 2b) FAn'sUihtw-inan flOlji.03) sue⁵ Komb!nation eines rt«p Hit-:ki'ilhvtxa%z* ü';;.din y\i'o-6.en Auf vPiebs-·?->-oa

309837/0304

8AD ORIGINAL

22519

einer Gegenkopplung £ insshir jße
5. Stabilisatior^oyiibfeiii u«ch sin^it de? vorhcj^geh-inden Ansprüche, dadurch gok:irv*;;ieiel;'i.:;_:. ΛάΙ chi Hub* --rtefehlsro jhnereinriehtunge* (Pig, Hb) Diodenbegr.-Uvfifjinrichtuncen (111) einschließen, die so angeordnet; air.d, ύ#.Ά das Aus^angsaignal von dsm Hub-Befehl^t'e^h/jii.^inrit.li^w^an (Fiß, 2b) auf föBte maximale positive und ü&gative vk.p':^ begrenzt ist.
6, Stabilisafcionsaynf.iim nach An;3p;:'ucih 5« dadui'ch gekennzeichnet, daß die Hub-FiofehlRre^hrereinrichturssen weiterhin veränderlic!: BegrenzereinrxGhi;imgen (113Ϊ einschließen, die auf den Werfe der RUckführungssigna.i.e ^/iapraohen, wobei die veränderlichen BegrenZereinrichtunr:^ so eingpsteilt sind, daß sie das Ausgangssignal von dan Hub-lefeh.lnrschnureinrichtungen weiterhin auf Werte innerhalb deg Bereiches der festen Werte begrenzen.
7. StabilisationnByp^em ^acsii Aaiapi'U3h 6, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche ι BegreiiKCiriimichtungen (113) auf das g-^ößare der Ptlc'iKfL'i'.rancssi^nile rnspracheiu

8, SfcabiliaafcioiiHsyotsm nach /insprr-ΐ ι Y₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Hub-Be.'fehisreuhnsirsinriitaLiingen weiterhin eine Ver-β tärkunpse.11 ir I chi: -ing (XO 5 > i "15} m i;. t^eränderlioher Verstärk ar!.;, zur VerstärKutig tuji. ?,ug'i.?(ihri":-i;i A'iftrlebe-Bäfehlssißnals mit einem V^i's^'irkurifc.jfakfco.r ;i5n:i.:;h]Jaften, der eine funktion des quiidr'ierten nesibv/rLidig^e tta-·:tcnals ist.

i ain ORIGINAL

3 ü J 8 1 1 / 0 3 0 4 ^ßAD