DE2353605C1

DE2353605C1 - Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer beweglich auf einer Unterlage gelagerten traegen Masse

Info

Publication number: DE2353605C1
Application number: DE19732353605
Authority: DE
Inventors: Rolf Ing.(grad.) 7500 Karlsruhe Mußgnug
Original assignee: Individual
Current assignee: IBP Pietzsch GmbH
Priority date: 1972-04-13
Filing date: 1973-10-26
Publication date: 1983-06-09

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu sämtlichen Freiheitsgraden beweglich und 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 Reibungskräfte, zwischen mindestens einem an der trägen Masse angeordneten ersten Teil und mindestens einem an der Unterlage angeordneten, relativ zum ersten Teil bewegbaren zweiten Teil erzeugt wird, nach Patent 22 17 684.

Bei einer solchen Vorrichtung können insbesondere wegen der extrem niedrigen mechanischen Eigendämpfung des im Hauptpatent beschriebenen Regelsystems Resonanzschwingungen auftreten, die die Regelgenauigkeit verschlechtern. Bei solchen Schwingungen handelt es sich vornehmlich um mechanische Eigenschwingung der Masse, z. B. um die Biegeeigenschwingungen einer Rohrwaffe. Es können aber auch Eigenschwingungen mit anderen· Resonanzfrequenzen im Regelkeis auftreten, z. B. in der Istwert-Erfassung.

Eine gewöhnliche elektrische Dämpfung mit einem elektrischen illter für ein ganzes Frequenzspektrum hat den Nachteil einer unzulässig großen Phasenverschiebung, d. h. einer unzulässig großen zeitlichen Verschiebung zwischen Ausgangssignal und Eingangssignal des Regelsystems.

Mit einem mechanischen Tilger kann zwar eine Resonanzschwingung in einem begrenzten Frequenzband ohne unzulässige Phasenverschiebung gedämpft werden. Jedoch hat der mechanische Tilger unerwünschte Ober-Eigenfrequenzen. Außerdem baut ein mechanischer Tilger sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei eine einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art eine Tilgung oder mindestens Dämpfung von Resonanzfrequenzen in engen Frequenzbereichen unter Vermeidung einer unzulässig großen Phasenverschiebung und von zusätzlichen Eigenfrequenzen in höheren Frequenzbereichen zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung in Weiterbildung der Erfindung nach dem Hauptpatent vorgesehen, daß mindestens ein Kerbfilter in den Regelkreis vor den Eingang in die Stellvorrichtung eingeschaltet ist.

Mit einem Kerbfilter lassen sich bei geringem Aufwand Eigenfrequenzen in eng begrenzten Frequenzbereichen wirkungsvoll dämpfen. Die Bandbreite des Kefbfilters wird dabei durch richtige Auslegung des Kerbfilters zweckmäßig so groß gemacht wie die Bandbreite der zu dämpfenden Frequenz, z. B. bis zu ± 1 Hz.

Ein für eine Vorrichtung nach dem Hauptpatent besonders geeignetes Filter ist für die Dämpfung einer Frequenz zwischen 15 und 25 Hz mit einem Amplitudenabbau von 54 db ausgelegt.

Bei Auftreten mehrerer Resonanzfrequenzen können mehrere Kerbfilter hintereinanderschaltet werden. Beispielsweise kann ein zweites Kerbfilter für die Dämpfung einer Frequenz um 50 Hz und und drittes Kerbfilter für die Dämpfung einer Frequenz um 400 Hz vorgesehen sein.

In manchen Anwendungsfällen ist die Eigen- oder Störfrequenz veränderlich. Dann wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Kerbfilter selbsttätig oder durch Eingriff von außen auf die jeweilige Eigen- oder Störfrequenz einstellbar augebildet.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Schema einer Vorrichtung gemäß dem

Hauptpatent;

F i g. 2 ein bei der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendbares Regelschema mit einem darin eingeschalteten Kerbfilter gemäß der Erfindung;

Fig.3 ein die Wirkungsweise einer Kerbfilteranordnung gemäß der Erfindung veranschaulichendes Diagramm und

Fig.4 ein Schaltbild für ein Kerbfilter 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 Gleiskettenfahrzeugs um den Winkel φ schwenkbar gelagert ist. Jedes Lager hat zwei konzentrische Lagerschafen, 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, 1 betätigen kann. Die Reibkissen 10, 11 wirken auf Bremsscheiben 12,13, die an der nicht gezeigten Wanne bei 14,. 15 drehbar angestützt 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.

Die Reibkissen 10, 11 sind zum Aufbringen von definierten Richtmomenten auf die Schwenkwelle 4 der Rohrwaffe 1 durch Druckbeaufschlagung ihrer Kolben 8,9 durch Aufbringen von hydraulischen Drücken p\, pz betätigbar. Diese Betätigung geschieht in Abhängigkeit einer Abweichung der Sollausrichtung der Rohrwaffe 1 mittels der in F i g. 1 mit dem Kasten 20 angedeuteten und in Fig.2 detaillierter dargestellten Regeleinrichtung. Der Sollwert dieser Regeleinrichtung wird z. B. durch ein optisches Zielerfassungsgerät 21 vorgegeben, das einen Richtwinkel op_soii vorgibt. Dieser Richtwinkel <Psoii wird mit dem an der Regelstrecke 26 gemessenen momentanen Richtwinkel φ,-st der Rohrwaffe 1 veglichen und daraus die Regelabweichung Δφ gebildet. Δφ stellt eine Eingangsgröße für die Regeleinrichtung 20 dar. Gemäß F i g. 2 wird . in einem Baustein 2 der Regeleinrichtung 20 die Geschwindigkeit Δφ der Richtungsabweichung und das Quadrat Δφ Δφ gebildet und jeweils mit einem Faktor foJciM multipliziert, so daß die Größen Ιί^Δφ, &Δφ, ΙϊιΔφ Δφ entstehen. Die Faktoren fa, k\, Jc₂ können je nach der gewünschten Betriebsart veränderbar sein; z. B. kann zum schnellen Ausgleichen großer Richtungsabweichungen (»Richten«) derFaktor k\ klein oder zu Null gemacht werden, während zum Ausgleichen kleiner Richtungsabweichungen (»Stabilisieren«) der Faktor k% klein oder zu Null und der Faktor ko groß gemacht werden kann. Die Größen JM(P, ^Δφ, und Ara&p Δφ werden in einem Summierglied 23 nach einer vorgegebenen Funktion zur Bildung einer dem Sollmoment proportionalen Größe Msoii vereinigt. Diese Größe bildet eine Eingangsgröße für einen Baustein 24, der als zweite Eingangsgröße einen Meßwert M,_st erhält, der dem im Regelkreis hinter der Stellvorrichtung 25 gemessenen Moment proportional ist. Aus Msoil· und M_lst wird die Stellgröße ΔΜ_ίΟιι gebildet, die einen Kerbfilter 70 zugeführt wird. Das Kerbfilter 70 dämpft in einem systembestimmten Frequenzbereich geringer Bandbreite auftretende Eigenfrequenzen. Das Bezugszeichen 70 steht auch für eine Anordnung aus mehreren hintereinandergeschalteten Kerbfiltern zur Dämpfung von Eigenfrequenzen in verschiedenen Frequenzbereichen, insbesondere von mechanischen Eigenfrequenzen der Rohrwaffe, ihrer Aufhängung oder Unterlage und der Winkelmeßkette

to zum Erfassen des Winkels φ.

Das Kerbfilter gibt ein gefiltertes, im übrigen aber ΔΜ_εοιι proportionales Ausgangssignal / an die Stellvorrichtung 25 weiter.

Die Stellvorrichtung 25 umfaßt eine Ventilanordnung, weiche je nach der Schwenkrichtung der zu erzeugenden Nachführdrehung der Rohrwaffe 1 den Kolben 8 oder 9 des Reibkissen 10 oder 11 mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagt, das von einer Pumpe über ein regelbares Durchflußventil zu dem jeweiligen Kolbenraum im Zylinder 6 bzw. 7 gespeist und über eine Festdrossel zu einem Tank abgeführt wird. Durch Anlegen des betreffenden Reibkissens an die zugehörige Bremsscheibe 12 bzw. 13 wird ein von der Drehgeschwindigkeit der Scheibe unabhängiges Reaktionsmoment auf die Schwenkwelle 4 der Rohrwaffe 1 übertragen. Dieses IstrMoment wird mittels einer Kraftmeßdose 27 gemessen und zu dem Baustein 24 (F i g. 2) der Regeleinrichtung 20 zurückgeführt, wo ein neues Stellsignal / gebildet wird. Alternativ kann anstatt des Ist-Momentes M^ auch der Ist-Druck p\ oder pi im Zylinder 6 oder 7 gemessen werden und nach Bildung der Differenz zur Regeleinrichtung 20 zurückgeführt werden (in F i g. 1 zusätzlich zur Rückführung des Ist-Momentes Λίϊ, dargestellt).

Durch die Rückführung des Ist-Momentes bzw. -Druckes läßt sich die beispielsweise infolge von Reibwertschwankungen aufgrund von unterschiedlichen Temperaturen nichtlineare Charakteristik der Stellvorrichtung linearisieren. Genauer gesagt wird durch die Druckrückführung allein die Kennlinie der Ventilanordnung linearisiert, während durch die Momentenrückführung zusätzlich Reibwertschwänkungen kompensiert werden.
Die mit der beschriebenen Vorrichtung aufgebrachten Stellmomente sind unabhängig vom Nickwinkel der Unterlage und durch Veränderung des Anpreßdruckes der Reibkissen stufenlos einstellbar.

Fig.3 zeigt in einem Diagramm den Amplitudenfrequenzgang, d. h. den Verlauf des Quotienten aus Ausgangsgröße zu Eingangsgröße der Kerbfilteranordnung 70 in F i g. 2.

Auf der Ordinate ist das Amplitudenverhältnis A in db aufgetragen, während auf der Abszisse die Frequenz /in Hz aufgetragen ist. Das Diagramm zeigt

den durch drei hintereinandergeschaltete Kerbfilter bewirkten Amplitudenabbau. Dabei baut der erste Kerbfilter die Amplitudenspitze die durch mechanische Resonanzbiegeschwingungen der Rohrwaffe im Bereich der Frequenz f\ auftritt, um etwa 54 db ab. Die Frequenz /i liegt bei einer praktischen Anwendung zwischen 15 und 25 Hz.

Das zweite Kerbfilter baut im Bereich der Frequenz 4 die bei 50 Hz liegen kann, die Amplitudenüberhöhung einer Resonanzfrequenz um 60 db ab. Diese Resonanzfrequenz kann von eingefangenen elektrischen Störungen herrühren.

Der dritte Kerbfilter baut bei einer Frequenz /₃, die bei 40 Hz Hegen kann, Resonanzschwingungen um 67 db

ab, wobei diese Resonanzschwingungen aus der Winkelmeßkette zum Erfassen des Winkels φ herrühren können.

. Die Bandbreiten der Frequenzen, bei denen die drei Kerbfilter dämpfen, liegen bei praktisch ausgeführten Fällen in der Größenordnung von <0,1 Hz.

Eine elektrische Schaltung für eine ausgeführte Kerbfilteranordnung zeigt F i g. 4. Die Schaltung enthält zwei Doppel-T-Glieder, von denen das eine zwei Widerstände R_x und R₂ im Querzweig und einen Kondensator C$ im Längszweig und das andere zwei Kondensatoren Q und C₂ im Querzweig und einen Widerstand R3 im Längszweig hat. Die Längszweigglieder C3, i?3 liegen beide im Rückführkreis eines nicht invertierenden Verstärkers V₂. Ein solcher Verstärker Vi ist auch am Eingang der Schaltung vorgesehen. Ein Kondensator Ct verbindet den Verstärkereingang des Verstärkers V₂ mit der Signalrückleitung L.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu sämtlichen Freiheitsgraden beweglich auf einer Unterlage gelagerten tragen 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 und mindestens einem an der Unterlage angeordneten, relativ zum ersten Teil bewegbaren zweiten Teil erzeugt wird, nach Patent 22 17 684, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kerbfilter (70) den · Regelkreis vor dem Eingang in die Stellvorrichtung (25) eingeschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Kerbfilter (70) zu einer Dämpfung eines Frequenzbandes bis zu ± 1 Hz um die jeweils zu dämpfende Frequenz ausgelegt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kerbfilter (70) zur Dämpfung unterschiedlicher Frequenzen hintereinandergeschaltet sind.

4. Vorrichung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kerbfilter (70) für die Dämpfung einer Frequenz zwischen 15 und 25 Hz mit einem Amplitudenabbau von 54 db vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kerbfilter für die.35 Dämpfung einer Frequenz um 50 Hz und ein drittes Kerbfilter für tue Dämpfung einer Frequenz um 400 Hz vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Kerbfilter (70) auf veränderliche Eigenfrequenzen und/oder Störfrequenzen im Regelkreis durch Eingriff von außen oder selbttätig einstellbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Kerbfilter (70) einen Tilgungseffekt in einem Frequenzbereich 0,2 Hz hat.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Doppel-T-Glied, von denen das eine T-Glied zwei Widerstände (R\ und R₂) im Querzweig und einen Kondensator (Cz) im Längszweig und das andere T-Glied zwei Kondensatoren (C\ und C₂) im Querzweig und einen Widerstand (R3) im Längszweig hat und die Längszweigglieder beide im Rückführkreis eines nicht invertierenden Verstärkers (V₂) liegen, und einen Kondensator (Q), der den Verstärkereingang des Verstärkers (V₂) mit der Signalrückleitung verbindet.