DE2307691C1 - Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer beweglich auf einer Unterlage gelagerten traegen Masse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu sämtlichen Freiheitsgraden beweglich auf einer Unterlage gelagerten trägen Masse mit einer Regeleinrichtung, die Stellgrößen abgibt, deren Anzahl mit derjenigen der Freiheitsgrade übereinstimmt, wobei jede Stellgröße durch Krafteinwirkung, insbesondere durch Reibkräfte, zwischen mindestens einem an der trägen Masse angeordneten ersten Teil und mindestens einem an der Unterlage angeordneten, relativ zum ersten Teil bewegbaren zweiten Teil in oder gegen dessen Bewegungsrichtung erzeugt wird, insbesondere durch Anpressen der Teile gegeneinander, und wobei die Regeleinrichtung als Eingangsgröße eine der Richtungsabweichung der trägen Masse proportionale Größe und wahlweise zusätzlich deren Geschwindigkeit sowie deren Geschwindigkeitsquadrat proportionale Größen erhält, nach Patent 22 17 684.

Mit einer solchen Vorrichtung nach dem Hauptpatent soll eine schnelle und genaue Positionierung und Lagestabilisierung der Masse, z. B. der Rohrwaffe eines Gleiskettenfahrzeuges, unabhängig von den Störbewegungen der Unterlage ermöglicht werden.

Wenn eine auf einem Gleiskettenfahrzeug angeordnete Rohrwaffe auf ein Ziel ausgerichtet werden soll, muß die Rohrwaffe zunächst aus einer z. B. blockierten Ausgangslage grob auf das Ziel ausgerichtet werden, wobei eine verhältnismäßig grobe Richtungsabweichung auszugleichen ist. Danach muß die Rohrwaffe zum Ausgleichen der Störbewegungen beispielsweise des auf unebenem Untergrund fahrenden Gleiskettenfahrzeuges und/oder des ebenfalls bewegten Zieles bei kleiner Richtungsabweichung hochgenau nachgeführt werden. Als Richtungssollwert kann in beiden Fällen ein durch ein optisches Zielerfassungsgerät vorgegebener Richtstrahl zwischen dem Gleiskettenfahrzeug und dem Ziel dienen. Soll die Rohrwaffe wieder in die Ausgangslage zurückgebracht werden, so dient als Sollwert zweckmäßig die Ausgangslage, z. B. die Verriegelungsstellung der Rohrwaffe an dem Gleiskct-

tenfahrzeug. Hierbei ist gewöhnlich auch eine große Richtungsänderung zurückzulegen, bis die Rohrwaffe wieder ihre Ausgangsstellung erreicht hat.

Um die Vorrichtung angepaßt an diese unterschiedlichen Betriebszustände betreiben zu können, ist nach der Erfindung vorgesehen, daß zum Ausgleichen großer Richtungsabweichungen (Richten) ein aus der Richtungsabweichung, deren Geschwindigkeit und deren Geschwindigkeitsquadrat zusammengesetztes Signal und zum Ausgleichen kleiner Richtungsabweichungen (Stabilisieren) allein oder vorwiegend ein der Richtungsabweichung proportionales Signal gebildet wird.

Die Erfindung unterscheidet also zwischen den zwei Hauptbetriebszuständen, nämlich dem Ausgleichen großer Richtungsabweichungen mit hoher Geschwindigkeit in verhältnismäßig grober Annäherung und dem hochgenauen Ausrichten bei kleinen Richtungsabweichungen. Sie schlägt für diese beiden Hauptbetriebszustände vor, daß unterschiedliche Signale gebildet werden, vorzugsweise in der Regeleinrichtung. Hieraus resultiert für den Betriebszustand I (schnelles Ausgleichen großer Richtungsabweichungen mit grober Annäherung an den Sollwert) eine geschwindigkeitsoptimale, d. h. »weiche« Regelung und im Betriebszustand II (hochgenaues Ausgleichen kleiner Richtungsabweichungen) eine »harte« Regelung. Zweckmäßig werden die Richtungsabweichungen, deren Geschwindigkeit und deren Geschwindigkeitsquadrat je mit einem Faktor multipliziert und summiert.

Zum Übergehen vom Betriebszustand I zu Betriebszustand II ist die Anordnung dann vorzugsweise so ausgestaltet, daß die Faktoren variierbar sind und daß der Faktor, welcher zu dem Geschwindigkeitsquadrat der Richtungsabweichung gehört, beim Ausgleichen kleiner Richtungsabweichungen (Stabilisieren) klein oder Null gemacht wird, während beim Ausgleichen großer Richtungsabweichungen (Richten) der zu der Geschwindigkeit der Richtungsabweichung gehörende Faktor klein oder zu Null gemacht wird.

Zweckmäßig weist die Vorrichtung eine Verriegelungsvorrichtung auf, mit der die träge Masse, z. B. eine Rohrwaffe, in einer Ruhelage blockierbar ist.

Wenn die beiden relativ zueinander bewegbaren Teile der Vorrichtung mittels einer Druckflüssigkeit gegeneinander preßbar sind, weist die Verriegelungsvorrichtung in dem einen Teil einen in den Druckflüssigkeitskreislauf eingeschalteten Verriegelungszylinder mit einem darin gleitenden Kolben auf, dessen eines Ende aus dem Verriegelungszylinder herausragt und in vorgeschobener Stellung des Kolbens mit einer Aussparung in der Unterlage zusammenwirken kann.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema einer Vorrichtung nach dem Hauptpatent, das auch für die Erfindung gilt, in der jedoch eine Verriegelungsvorrichtung nicht dargestellt ist;

F i g. 2 eine gemäß der Erfindung abgewandelte Regeleinrichtung der Vorrichtung nach Fig. 1;

F i g. 3 einen Druckflüssigkeitskreislauf mit einer Stellvorrichtung zum Anpressen der relativ zueinander beweglichen Teile und einer Verriegelungsvorrichtung zu deren Verriegeln und

F i g. 4 den Betriebsablauf der Vorrichtung nach der Erfindung.

In F i g. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Rohrwaffe 1 bezeichnet, die über Lager 2 und 3 an der nicht gezeigten Wanne eines Gleiskettenfahrzeuges um den Winkel φ schwenkbar gelagert ist. Jedes Lager hat zwei konzentrische Lagerschalen, von denen eine ständig angetrieben ist, und zwar entgegengesetzt zu der angetriebenen Lagerschale des anderen Lagers. Hierdurch ist gewährleistet, daß bei einer Schwenkung der Rohrwaffe 1 nur die hydrodynamische Lagerreibung überwunden werden muß, die kleiner als die Grenzoder Mischreibung im Anlaufgebiet und weitgehend unabhängig von der Schwenkgeschwindigkeit ist. Mit der Schwenkwelle 4 der Rohrwaffe 1 ist ein Bremssattel 5 fest verbunden. Der Bremssattel 5 hat in jedem Schenkel einen Zylinder 6,7 mit einem darin gelagerten Kolben 8, 9, von denen jeder ein Reibkissen 10, 11 betätigen kann. Die Reibkissen 10, 11 wirken auf Bremsscheiben 12,13, die an der nicht gezeigten Wanne bei 14, 15 drehbar abgestützt sind. Die Bremsscheiben 12,13 sind über ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnetes Kegelradgetriebe von einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 17 bezeichneten Antrieb, z. B.

einem hydraulischen Antrieb, ständig gegenläufig angetrieben.

Über die Reibkissen 10, 11 können definierte Richtmomente auf die Schwenkwelle der Rohrwaffe 1 dadurch aufgebracht werden, daß entweder der Kolben 8 oder der Kolben 9 unter einen Druck p\ bzw. unter einen Druck pi gesetzt wird. Eine Stellvorrichtung 25 betätigt eines der Reibkissen 10, 11 auf Befehl der in F i g. 1 mit dem Kasten 20 angedeuteten und in F i g. 2 im einzelnen dargestellten Regeleinrichtung dann, wenn die Rohrwaffe 1 eine von der Sollrichtung abweichende Richtung hat.

Der Sollwert der Regeleinrichtung 20 wird z. B. durch ein optisches Zielerfassungsgerät 21 vorgegeben, das einen Richtwinkel ysoii vorgibt. Dieser Richtwinkel q>_Soii wird mit dem an der Regelstrecke 26 gemessenen momentanen Richtwinkel qp/_s, der Rohrwaffe 1 verglichen. Aus dem Vergleich wird die Regelabweichung Δψ abgeleitet, die in die Regeleinrichtung 20 eingegeben wird. Gemäß F i g. 2 wird in einem Baustein 22 der Regeleinrichtung 20 die Geschwindigkeit Δψ der Richtungsabweichung und die Größe Αρ|Λφ| gebildet, welche dem Betrage nach das Quadrat der Geschwindigkeit darstellt und nach der Richtung der Geschwindigkeit unterschieden ist. sodann werden die drei genannten Größen Δφ, Δφ, Δφ\Δφ\ bei 30, 31, 32 je mit einem variierbaren Faktor Ao, k\ und kj multipliziert. Die so erhaltenen Größen k?Aq>< k\Aqi, k2A<f\A(f\ werden in dem Summierglied 23 addiert und bilden die eigentliche Eingangsgröße des Reglers. Die Eingangsgröße ist bei gleichbleibender Richtungsänderung und deren Geschwindigkeit durch Veränderung der Konstanten variierbar. Zum Beispiel kann die Konstante fo zu Null gemacht werden, so daß dann als eigentliche Eingangsgröße nur ΑοΖΙφ + Ai · Δψ verbleibt. In diesem Fall wird eine »harte« Regelung erzielt, welche zweckmäßig bei hochgenauem Regeln bei kleiner Regelabweichung angewendet wird. Haben dagegen die Faktoren k\ und ki endliche Größe, so wird eine geschwindigkeitsoptimale, d. h. »weiche« Regelung erzielt, die zweckmäßig zum schnellen Ausgleichen einer großen Regelabweichung Δψ angewendet wird. Im letzten Fall wird zweckmäßig der Faktor k\ und damit das geschwindigkeitsabhängige Glied klein oder zu Null gemacht.

Das von dem Summierglied 23 abgegebene Ausgangssignal ist eine dem Sollmoment Msoii funktionell verknüpfte Größe, die einem weiteren Summierglied 24 zugeführt wird. Als zweite Eingangsgröße kann dieses Summierglied 24 ein von einer Kraftmeßdose 27

gemessenes, dem Ist-Moment Μ_/5, proportionales Signal erhalten, das vorher noch in einem Baustein 33 mit einem Faktor fe multipliziert wird. Das Ausgangssignal des Summiergliedes 24 wird der Stellvorrichtung 25 zugeführt, die im folgenden anhand der Fig.3 ~~> beschrieben wird.

Die Stellvorrichtung 25 umfaßt eine Ventilanordnung, welche je nach der Schwenkrichtung der zu erzeugenden Nachführbewegung der Rohrwaffe 1 den Kolben 8 oder 9 des Reibkissens 10 oder 11 mit Druckflüssigkeit ι ο beaufschlagt. Die Druckflüssigkeit wird von einer hydraulischen Konstantdruckanlage mit einem Motor 40 und einer Pumpe 41 über ein Schaltventil 42, ein Rückschlagventil 43 und ein regelbares Durchflußventil 44 zu dem jeweiligen Kolbenraum 45 des zugehörigen Kolbens 8 oder 9 (in F i g. 3 ist der Einfachheit halber nur der mit der Bremsscheibe 12 zusammenwirkende Kolben 8 gezeigt) zugeführt. Dadurch wird das Reibkissen 10 an die an der Unterlage gelagerte Bremsscheibe 12 angepaßt. Über eine Festdrossel 46 wird die Druckflüssigkeit wieder zu dem Tank 47 zurückgeführt. Das Rückschlagventil 43 verhindert das Einsaugen von Luft in die Anlage. Das regelbare Durchflußventil kann als Drossel-Servo-Ventil mit elektrischer Ansteuerung ausgebildet sein. Der Durchfluß ist dabei proportional dem Steuerstrom.

In den Druckflüssigkeitskreislauf ist über Leitungen 49 und 50 ein doppelt wirkender Verriegelungszylinder 51 eingeschaltet, der in einem mit der Rohrwaffe 4 fest verbundenen Teil, z. B. in dem Sattel 5, untergebracht ist. Die Achse der Rohrwaffe 4 ist in F i g. 3 mit 4' bezeichnet. Die Leitungen 49, 50 münden in die beiden Arbeitsräume 53, 54 des Verriegelungszylinders 51 beidseitig eines darin gleitenden Kolbens 55. Die Kolbenstange 56 des Kolbens 55 ragt durch den Raum 54 hindurch und über eine Bohrung in dem Teil 5 nach außen. An der Wanne des Gleiskettenfahrzeuges ist eine zur Kolbenstange 56 passende Aussparung 57 so angeordnet, daß der Kolben 56 in einer bestimmten Drehstellung der Rohrwaffe 4 in die Aussparung 57 einfahren kann. Das Schaltventil 42 ist so gestaltet, daß Druckflüssigkeit entweder über die Leitung 49 oder über die Leitung 50 eingespeist und jeweils über die andere Leitung in einen Tank 58 abfließen kann.

Die beschriebene Verriegelungsvorrichtung dient dazu, die Rohrwaffe 4 in Ladeposition bzw. in einer Ruhelage zu blockieren.

Anhand des in F i g. 4 gezeigten Diagrammes soll nun der Betriebsablauf der Vorrichtung erläutert werden. Auf der Abszisse ist die Zeit t aufgetragen. Verschiedene hervorragende Betriebszustände sind auf der Abszisse mit den Buchstaben A, B, C, D und E gekennzeichnet. Bei A und E ist auf der Ordinate die Richtungsabweichung Δφ der Rohrwaffe 4 gegenüber einem Ziel aufgetragen. Bei C ist die Richtungsabweichung AqiR der Rohrwaffe gegenüber einer Verriegelungsstellung bzw. der Ladestellung der Rohrwaffe aufgetragen.

Der Betriebsablauf wird nun in der zeitlichen Reihenfolge beginnend bei A in F i g. 4 von links nach rechts beschrieben.

Bei A befindet sich die Vorrichtung in blockierter Stellung, bei der die Kolbenstange 56 in die Aussparung 57 ragt. Die Rohrwaffe soll nun auf ein Ziel ausgerichtet werden; dazu wird die Verriegelung durch Beaufschlagen des Raumes 54 des Verriegelungszylinders 51 gelöst. Die Regeleinrichtung 20 wird im Betriebszustand I betrieben, bei dem die Faktoren A₀, k\ und k₂ endlich sind. Dadurch wird die zunächst große Regelabweichung schnell aufgehoben, so daß die Rohrwaffe schnell von dem Punkt 101 in dem Zeitraum A B geschwenkt wird. Hat der Sollwert eine vorgegebene Mindestgröße ε unterschritten, so wird die Regeleinrichtung automatisch von dem »weichen« Betrieb I auf »harten« Betrieb umgeschaltet, bei dem die Konstante £2 klein oder zu Null und die Konstante k₀ größer gemacht wird. Hierdurch ist ein hochgenaues Nachführen der Rohrwaffe in Abhängigkeit von Störbewegungen des Gleiskettenfahrzeuges und/oder des Zieles möglich. Die »harte« Regelung wird bis zum Zeitpunkt Cbeibehalten. Zu diesem Zeitpunkt soll die Rohrwaffe in Verriegelungsstellung gebracht werden. Hierzu wird ein Verriegelungssignal ausgelöst, wodurch als neuer Sollwert die Verriegelungsstellung der Rohrwaffe, die mit der Ladeposition identisch sein kann, vorgegeben wird. Die Abweichung /1φ« von dieser Verriegelungsstellung wird im allgemeinen zunächst groß sein, wie in Fig. 4 mit dem Punkt 62 angedeutet ist. Die Regeleinrichtung wird nun wieder auf »weichen« Betrieb mit endlichen Konstanten ko, k\ und £2 geschaltet, bis die Verriegelungsposition nach dem Zeitintervall C D erreicht ist. Bei D wird ein Signal »verriegeln« auf das Schaltventil 42 gegeben, das hierdurch in eine Stellung umgeschaltet wird, in der es über die Leitung 49 Druckflüssigkeit zum Raum 53 des Verriegelungszylinders 51 speist. Dadurch wird die Kolbenstange 56 in die Aussparung 57 eingeschoben. Dies geschieht am Punkt 63. Die Verriegelungsstellung wird bis zum Zeitpunkt E beibehalten. Zu diesem Zeitpunkt soll die Rohrwaffe 4 auf ein neues Ziel ausgerichtet werden. Dazu wird als Sollwert wieder die Sollrichtung zum Ziel hin vorgegeben und in gleicher Weise wie in dem Zeitintervall zwischen A und C verfahren, nämlich zunächst in »weichem« Betrieb schnell die große Richtungsabweichung Δφ aufgehoben, bis der Punkt 65 erreicht ist, und anschließend mit »harter« Regelung die Rohrwaffe hochgenau dem Ziel nacngeführt.

Hierzu ? Bla:'

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer in mindestens einem Freiheitsgrad bis ■-, zu sämtlichen Freiheitsgraden beweglich auf einer Unterlage gelagerten trägen Masse mit einer Regeleinrichtung, die Stellgrößen abgibt, deren Anzahl mit derjenigen der Freiheitsgrade übereinstimmt, wobei jede Stellgröße durch Krafteinwirkung, insbesondere durch Reibkräfte, zwischen mindestens einem an der tragen Masse angeordneten ersten Teil und mindestens einem an der Unterlage angeordneten, relativ zum ersten Teil bewegbaren zweiten Teil in oder gegen dessen Bewegungsrichtung erzeugt wird, insbesondere durch Anpressen der Teile gegeneinander, und wobei die Regeleinrichtung als Eingangsgröße eine der Richtungsabweichung der tragen Masse proportionale Größe und wahlweise zusätzlich deren Geschwindigkeit sowie deren Geschwindigkeitsquadrat proportionale Größen erhält, nach Patent 22 17 684, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleichen großer Richtungsabweichungen (Δφ) (Richten) ein aus der Richtungsabweichung (Δφ), deren Geschwindigkeit (Δφ) und deren Geschwindigkeitsquadrat (^φ|ζ1φ|) zusammengesetztes Signal und zum Ausgleichen kleiner Richtungsabweichungen (Stabilisieren) allein oder vorwiegend ein der Richtungsabweichung (Δφ) propor- jo tionales Signal gebildet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsabweichung (Δφ), deren Geschwindigkeit (Δφ) und deren Geschwindigkeitsquadrat (Λφ|4φ|) je mit einem Faktor (k₀, k_u k₂) multipliziert und summiert werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faktoren (ko, k\, k₂) variierbar sind und daß der Faktor (k₂), welcher zu dem Geschwindigkeitsquadrat der Richtungsabweichung (Δφ) gehört, beim Ausgleichen kleiner Richtungsabweichungen (Stabilisieren) klein oder zu Null und der Faktor ko größer gemacht wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faktoren (ko, ku k₂) variierbar sind und daß der Faktor (k\), welcher zu der Geschwindigkeit (Δφ) der Richtungsabweichung (Δφ) gehört, beim Ausgleichen großer Richtungsabweichungen (Richten) klein oder zu Null gemacht wird.

5. Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu sämtlichen Freiheitsgraden beweglich auf einer Unterlage gelagerten trägen Masse mit einer Regeleinrichtung, die Stellgrößen abgibt, deren Anzahl mit derjenigen der Freiheitsgrade übereinstimmt, wobei jede Stellgröße durch Krafteinwirkung, insbesondere Reibkräfte, zwischen mindestens einem an der trägen Masse angeordneten ersten Teil und mindestens einem an der Unterlage angeordneten, relativ zum ersten Teil bewegbaren zweiten Teil in oder gegen dessen Bewegungsrichtung erzeugt wird, nach Patent 22 17 684, gekennzeichnet durch eine Verriegelungsvorrichtung (51) zwischen dem ersten Teil (5) und der Unterlage.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die beiden Teile mittels einer Druckflüssigkeit gegeneinander preßbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung in dem ersten Teil (5) einen in den Druckflüssigkeitskreislauf eingeschalteten Verriegelungszylinder (51) mit einem darin gleitenden Kolben (55) aufweist, dessen eines Ende (56) aus dem Verriegelungszylinder (51) herausragt und in vorgeschobener Stellung des Kolbens (55) mit einer Aussparung (57) in der Unterlage zusammenwirken kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungszylinder (51) und die Druckflüssigkeitsversorgung der Anpreßvorrichtung zum Anpressen der beiden Teile (5,12,13) über ein gemeinsames Schaltventil (42) mit dem Druckflüssigkeitskreislauf verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 in Verbindung mit einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Sollrichtung zum Verriegeln der trägen Masse die Verriegelungsstellung der trägen Masse (4) an der Unterlage dient, während die Sollrichtung sonst durch einen Richtstrahl zwischen einem Punkt der ggf. beweglichen Unterlage und einem außerhalb der Unterlage befindlichen, ggf. auch beweglichen Punkt vorgebbar ist.