DE2432930A1

DE2432930A1 - Selbstkorrigierende, rueckgekoppelte steuerung

Info

Publication number: DE2432930A1
Application number: DE2432930A
Authority: DE
Inventors: Stanley Hargreaves Ellis
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1973-07-09
Filing date: 1974-07-09
Publication date: 1975-05-07
Also published as: GB1471194A; FR2325096B1; CA1017034A; FR2325096A1; JPS5037983A; US3851157A

Description

UNITED AIRCRAFT CORPORATION?"/j ' IJ £ J /. j* . _{n w} . , _t 400 Main Street ,. Dipl.-lng. Rolf Menges

East Hartford, Conn .0610θ- -—

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8O11 Poring b. München

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HnwaltBakte υ 192

8. Juli

SELBSTKORRIGIERENDE, RÜCKGEKOPPELTE STEUERUNG.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung für eine gesteuerte Vorrichtung und insbesondere eine selbstkorrigierende Steuerung, welche voll betriebsfähig bleibt nach einem oder mehreren Ausfällen der Messwertgeber der Steuerung.

Diese Erfindung betrifft auch Steuerungen für gesteuerte Vor · richtungen, welche von Signalen gesteuert werden,die nicht direkt gemessen werden können, wie z.B. Schub einer Rakete während des Fluges.

Bei der Durchführung der Erfindung werden eine Vielzahl Schätzungen der gesteuerten Veränderlichen als Funktion von Signalen, die von einer Vielzahl Rückkopplungsinesswertgebern erzeugt v/erden, gemacht. Schätzungen, welche um mehr als einen vorgegebenen Betrag von einem bewerteten Schätzungsuiittelwert der gesteuerten Veränderlichen abweichen, so wie es bei der Ausschaltung des ausgefallenen Fühlers vorkäme, und ein Korrigierter, bewerteter Schätzungsmittelwert der Veränderlichen, welcher zur Steuerung des Systems benutzt werden kann, werden erzeugt. In einem spezifischen Beispiel einer Steuerung, wird eine Steuerung für einen Motor beschrieben.

Bei den heutigen Steuerungen besteht eine bestimmte Nachfrage für hohe Zuverlässigkeit bei minimalen Kosten und Komplexität. So ist es z.B. bei Anwendungen in bemannten Raumfahrzeugen erforderlich, dass die elektronische Steuerung sowohl eine hohe Zuverlässigkeit hat, als auch die Fähigkeit normal zu arbeiten, nach zwei aufeinan-

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• · ·— VT » β β β · ·

a · ··· · · ·· a a ββββ

m β β * » w a a

derfolgenden Ausfällen, wobei'fein Gritter "Ausfall keinen Ausfall der Gesamtanordnung bewirkt. Redundante Steuerungen, logische Schaltkreise_; welche ausgefallene Elemente ausschliessen, erfüllen die oben genannten Bedingungen, aber vergrössern die Anzahl der Geräteteile, welche durch die Redundanz erforderlich sind, womit auch die Ausfallrate vergrösBsrt wird.

Es gibt viele bekannte Techniken, welche Ausfälle feststellen, und/ oder verbessern, in den meisten Abteilungen eines digitalen, elektronischen Steuerungssystems. So können z.B. redundante Betätigungsvorrichtungen ausgelegt werden um die Last mittels einer Stromausgleichstechnik zu teilen, wobei die ausgefallene Betätigungsvorrichtung durch eine annormale Stromzunahme festgestellt werden kann. Der Speicher eines Digitalrechners kann automatisch einen oder mehrere Fehler verbessern und das Vorliegen eines weiteren Fehlers feststellen, was auf Kosten weiterer Kernspeicherzellen gescnieht. Verbesserungen in Ausfällen von Rückkopplungsmesswertgebern stellen jedoch ein viel schwierigeres Problem dar, wegen der grossen Anzahl von Messwertgeberarten, welche in den meisten Steaerungssystemen angewandt werden und wegen der grossen Anzcihl von Messwertgebern jeder Type, die erforderlich ist, um die geforderte Ausfalltoleranz zu erfüllen. So umfasst z.B. die Steuerung für einen typischen Raketenmotor mit einem Vorbrenner-■turbopumpenantrieb sechs verschiedene Typen von Rückkopplungsmesswertgebern, welche Messwerte messen, wie etwa die Turbinenaus lasstemperatur, den Brennkammerdruck, den Antriebsmitteldurchfluss und die Pumpengeschwindigkeiten, unter den herkömmlichen, ausfallsicheren Richtlinien können fünf Messwertgeber jeder Type erforderlich sein, mit einer Gesamtzahl von 30 Messwertgebern, was die Anzahl von Verbindungsleitungen, der Oberwachungsausrüstungen und die ^lRechnergrösse für die Steuerung sehr anwachsen lässt.

Die vorliegende Erfindung überwindet die Grenzen bekannter Techniken und stellt eine selbstkorrigierende Steuerung für eine gesteuerte Vorrichtung, wie etwa eine Gasturbine oder ein Ratebenmotor bereit, welche redundante Informationen benutzt, welche aus Kombinationen von Messwertsignalen synthesiert worden sind, um zu ermöglichen,- dass die Steuerung mit den strengen Ausfallsicherheitsbedingungen fertig wird, ohne die Anzahl der bestehenden Messfühler zu vergrössern. Im Fall von Raketenmotoren können die

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Informationen von den sech^ be'steh'e'ndten Messwertgebern paarweise kombiniert werden, um fünfzehn Schätzungen für jede gesteuerte Veränderliche zu liefern, und die Schätzungen werden zu einer besten Schätzung für die Rückkopplung kombiniert, wobei die bewertende Mittelwertbildungstechnik benutzt wird, wobei gegebenen Messwertgeberpaaren mit besseren Messeigenschaften mehr Gewicht gegeben wird. Die Steuerung wird beim Vorliegen von ausgefallenen Messwertgebern aufrechterhalten in dem festgestellt wird, wann ein Ausfall aufgetreten ist_/ indem man die Abweichung jeder einzelnen Schätzung der Veränderlichen von dem Mittelwert mit der Anfangsabweichung vor dem Ausfall verglichen wird. Die Anfangsabweichung kann während Bodentests festgestellt werden, wenn alle Messwertgeber überwacht werden können und im Hinblick auf ordentlichen Betrieb nachgesehen werden können. Diese Art Ausfälle festzustellen und sie von der Mittelwertbildung auszuschliessen wird "Schneiden" genannt, wobei in diesem Zusammenhang Schneiden nicht die permanente Entfernung aus dem System, sondern nur eine zeitweilige Ausschliessung oder Ignorierung der Schätzung der gesteuerten Veränderlichen, welche von dem ausgefallenen Messwertgober geliefert wird, bedeutet.

Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht üarin, dass sie eine Steuerung für ein System liefert, indem das primäre Steuersignal oder Veränderliche nicht direht gemessen werden kann, wie. etwa der Schub eines Raketenmotors während des Fluges. Die erforderliche Information bezüglich der Veränderlichen wird durch Kombinieren der Informationen von Kombinationen der Messwertgeber erzeugt, um Schätzungen der Veränderlichen zu erhalten, welche erwünscht ist, die jedoch nicht direkt gemessen werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein verbessertes Entscheidungsnetzwerk für eine Steuerung bereitzustellen, welche zuverlässige Steuersignale beim Vorliegen von einem oder mehreren fehlerhaften Eingangssignalen erzeugt und dadurch die Genauigkeit der Steuerung verbessert, indem im Steuersignal zusätzliche, zuverlässige Informationen eingeführt werden und extreme Datenwerte aus demselben ausgeschlossen werden, wobei genaue Steuersignale selbst beim Vorliegen von Eingangssignalen von ausgefallenen Messwertgebern erzeugt werden.

In Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfin-

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dung wird eine selbstkorri^iei6nde^#st6uerutig für eine gesteuerte Vorrichtung, wie etwa ein Raketenmotor, bereitgestellt. Die Steuerung umfasst zwei Steuerventile, je eines für beide gesteuerte Parameter, z.B. ein erstes Ventil für die Steuerung des Durchsatzes des Oxydationsmittels in eine Brennkammer vor den Turbinen, welche die Pumpen antreiben und ein zweites Ventil für die Steuerung des Durchsatzes des Oxydationsmittels zu einer Brennkammer nach den Turbinen. Zwei Betriebsveränderliche, die gesteuerten Veränderlichen, Schub- und Mischungsverhältnis, wovon keine direkt gemessen werden kann, werden an Hand der Informationen von einer Vielzahl von Messwercgeberpaareji geschätzt. Mehrere Schätzungen der Betriebsveränderlichen der Steierung werden aus den Informationen der Messwertgeberpaaren gebildet, wobei die Wichtung der von jedem Messwertgeber gelieferten Information verschieden ist. Dia Zahl der möglichen Schätzungen für jede Betriebsveränderliche wird durch die Anzahl der Messwertgeber (M) und die Anzahl der unabhängigen gesteuerten Ventile (N) bestimmt unter Anwendung dec For-

M¹

mel "T · ^{In deni} hierin beschriebenen Beispiel mit zwei unabhängigen Steuerventilen (N = 2) und vier Rückkopplungsmesswertgebern (M = 4) , wird die Anzahl der Messwertgeberkombinationen, wovon jede eine Schätzung jeder der beiden Betriebsveranderlichon

4 3 2 1
liefert, ist 7— = 6. Die verschiedenen Schätzungen werden zu einem bewerteten Mittelwert der gesteuerten Veränderlichen kombiniert und einzelne Schätzungen, welche um mehr als einen bestimmten Wert von dem bewerteten Mittelwert abweicht, werden von der weiteren Auswertung durch ein Schneidverfahren ausgeschlossen. Nach dem Ausschliessen der verschiedenen Veränderlichen, wird ein verbesserter, bewerteter Mittelwert der Systemveränderlichen errechnet, und die verbesserte mittlere Schätzung wird dann mit einem Signal, wie es z.B. vom Piloten als Stellwert für die gesteuerte Veränderliche geliefert wird, verglichen. Ein etwa auftretender Fehler wird dazu benutzt um den Betrieb der Betätigungsvorrichtungen (Ventile) zu regeln, die ihrerseits den Raketenmotor steuern und dadurch das Fehlersignal zu Null machen.

Die Erzeugung der Schätzwerte der gesteuerten Veränderlichen aus den von einer Vielzahl von Rückkopplungsmesswertgeberpaaren gelieferten Informationen kann in eineir digitalen Rechner durchgeführt werden oder kann in analoger Weise geschehen, so wie es weiter unten beschrieben wird.

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β * e~

Die Erfindung wird nun an Hand"der"beiliegenden Zeichnungen, welche eine bevorzugte Ausführungsform derselben darstellen, beispielsweise beschrieben. In den Zeichnungen sind:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer RaketenmotorSteuerung;

Figur 2 ein schematisches Steuerdiagramm für die Steuerung nach der Figur 1;

Figur 3 ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Bewertungsfaktorrechnung der Figur 2 in welcher Trennschalter, welche von Signalen, die in einer Vorrichtung nach der Figur 5 erzeugt werden, geschaltet werden, dargestellt sind;

Figur 4 ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Berechnung der verschiedenen Schätzwerte der gesteuerten Veränderlichen nach der Figur 2;

Figur 5 ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Berechnung der Schneidesignalen, welche in Verbindung mit den Trennschaltern nach der Figur 1 benutzt werden;

Figur 6 ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Berechnung des bewerteten Mittelwertes der gültigen Schätzungen nach der Figur 2; und

Figur 7 ein schematisches Diagramm eines Schaltkreises zur Vergrösserung des erlaubten Fehlers im System nach der Figur 2, während Einschwingvorgängen.

Wie bereits angegeben worden ist, wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf einen Raketenmotor beschrieben, obwohl es für den Fachmann ohne weiteres klar ist, dass irgendeine Steuerung, in welcher Messwertgeber Informationen über den Zustand einer gesteuerten Veränderlichen liefern, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgelegt werden kann. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein Doppelrotorstrahltriebwerk wird auch beschrieben. Es sei bemerkt, dass nichtlineare Systeme, wie etwa ein Bypassturbinentriebwerk Veränderungen dieser oder Zusätze zu dieser Erfindung, wie etwa eine Verg-össerung der zulässigen Abweichungen bei Teillast, nötig machen, aber solche Änderungen sind dem Fachmann klar erkennbar und ändern die grundlegende Lehre der vorliegenden Erfindung nicht.

Eine Forderung der heutigen selbstkorrigierten Steuerungen besteht

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darin, dass mindestens so *v«?ele* ver«c&iedehe iSypen von Messwertsignaleri vorliegen müssen, wie Betätigungsvorrichtungen zu steuern sind, und die Gesamtzahl der Messwertgeber muss grosser als zu steuernde Betätigungsvorrichtungen vorliegen um einen exakten Betrieb nach dem Ausfall eines Messwertgebers zu ermöglichen. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Steuerung für die Steuerung von zwei Betätigungsvorrichtungen beschrieben, deshalb müssen mindestens zwei verschiedene Arten von gemessenen Parametern vorliegen. Es kann eine Vielzahl von Messwertsignalen irgendeiner Type vorliegen, aber dies ist keine Forderung der Erfindung. Eine andere Forderung besteht darin, dass zum Tolerieren von .Ausfällen insgesamt mehr Messwertsignale als Betätigungsvorrichtungen vorliegen und,dass diese Messwertsignale in irgendeiner Weise mit dem zusteuernden Prozess in Beziehung stehen. Für ein System mit zv/ei Betätigungsvorrichtungen müssen deshalb, mindestens zwei verschiedene Arten von gemessenen Signalen vorliegen und drei gemessene Signale lassen einen Ausfall zur vier gemessene Signale lassen zv/ei Ausfälle zu und so weiter. Mit anderen Worten, in einem System in dem zwei Betätigungsvorrichtungen gesteuert werden, müssen mindestens zwei gute Messwertgeber verbleiben nachdem ein Ausfall eingetreten ist. Es müssen auch so viel gesteuerte Veränderliche vorliegen, wie Betätigungsvorrichtungen gesteuert werden.

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Steuerung für einen Raketenmotor. Für den als Beispiel beschriebenen Raketenmotor sind zwei Ventile für die Steuerung des Motors erforderlich, nämlich ein' Oxydationsmittelventil U,, welches den Durchsatz zur Brennkammer oberhalb der Turbinen steuert, welche dazu benutzt werden, um die Brennstoff- und die. Oxydationsmittelpumpe anzutreiben und ein Oxydationsmittelventil U-, welches dazu benutzt wird, den Durchsatz zur Brennkammer unterhalb do·- Turbinen zu steuern. Es sei bemerkt, dass andere Ventile, wie etwa Brennstoffventile, anstelle der Oxydationsmittelventile ausgezählt werden können, u::i den Raketenmotor zu regeln. Liegen einmal die beiden Ventile fost, dann können keine anderen unabhängigen Ventile in der zu besehroibendsn Steuerung benutzt werden. Irgendwelche andere Ventile müssen in Abhängigkeit von den gesteuerten Ventilen arbeiten, d.h. irgendwelche zusätzlichen Ventile müssen irgendwie von denselben Veränderlichen abhängen, welche dazu benutzt werden um die

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₇:-:^::j I ·

wählten Ventile zu steuern. Wenn man z.B. ein drittes, unabhängiges Steuerventil hinzufügte, muss die Steuerung abgeändert v/erden, um Schätzungen aus Kombinationen von drei Messwertsignalen zu erzeugen. Für sechs Messwertgeber (M = 6) und drei Ventile

M¹

(N = 3) ergibt die Formel ^{= 20 Scnatzun}9^en jeder gesteuerten Veränderlichen, d.h. 20 Kombinationen aus Dreiergruppen. Im Gegensatz hierzu wurden die gleichen sechs Messwertgeber mit

einem Zv/eiventilsystem ■ = 15 Schätzungen von zwei gesteuer-

ten Veränderlichen aus 15 Kombinationen von Paaren liefern, während vier Messwertgeber in einem Zweiventilsystem sechs Schätzungen jeder gesteuerten -Veränderlichen ergäbe.

Die hier beschriebene Steuerung betrifft die logischen Schaltkreise, welche die Steuerung von zwei Primärventilen U, und U~ an Hand von Fehlern in der beiden gesteuerten Veränderlichen

Schub- (Y,) und Mischungsverhältnis (Y_.). Keine der Veränderlichen A ο

von Schub- oder Mischungsverhältnis kann direkt während des Fluges gemessen werden.

Figur 1 zeigt wie eine Steuerung, welche digitale elektronische Steuereinheiten benutzt, ausgelegt sein kann; elektronische Steuerungen können für bestimmte Anwendungen die bevorzugte Ausführungsform sein. Die Betriebsbedingungen das Raketenmotors 10 werden mittels vier Messwertgebern geschätzt, wobei Sj. den Brennkammerdruck S~/ die Brennstoffpumpengeschwindigkeit, S^, die Oxydationsmittelpumpengeschwindigkeit und S- die Turbinenauslasstemperatur kennzeichnet. Die vier Signale, welche die Werte der gemessenen Parameter S-,-S. darstellen, werden einer digitalen elektronischen Steuereinheit zugeführt, in welcher die Schätzungen von zwei Steuerveränderlichen,Schub-und Mischungsverhältnis errechnet werden. Die Schätzungen der gesteuerten Veränderlichen werden mit den erforderlichen Werten der gesteuerten Veränderlichen verglichen, welche der digitalen elektronischen Steuereinheit 12 über die Bedienungshebel des Piloten als Eingangssignale zu geführt werden können. Die beiden Ventile U, und U- werden dann so eingestellt, um den Oxydationsmitteldurchsatz zu den Brennkammern jeweü vor und hinter den Turbinen zu steuern, um dadurch die Veränderliche^ Schub- und Mischungsverhältnis^ zu steuern. j

Die Schätzungen der beiden gesteuerten Veränderlichen Schub- und MJschungsverhältnis können aus irgendeinem Paar von gemessenen

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3 2 9 3 Q/

_ R ·— ·

Parametern abgeleitet werden. Es**is£* jedoch* erke'nntlich, dass
einige Messungen viel besser als andere sind. Von den vier verschiedenen Messwertsignalen, wobei wir vier Typen von Messwertgebern annehmen, die je ein Signal erzeugen, bestehen sechs Möglichkeiten von nicht in ihrer Rangordnung festgelegten Paaren,
welche eine Schätzung von dem Schub als auch vom Mischungsverhältnis geben. Wenn die Schätzungen der sechs : verschiedenen Paaren
zu bewerteten, mittleren Schätzungen von Schub- und Mischungsverhältnis kombiniert werden, wird eine grössere Genauigkeit erzeugt, ' als wenn man nur die Rückkopplung von irgendeinem gegebenen Messwertgeberpaar benutzt,, weil der Mittelwert vieler Messwerte eine niedrigere, statistische Abweichung aufweist, als irgendeine der einzelnen Schätzungen.

Irgendeines von verschiedenen Verfahren kann dazu benutzt v/erden, um den Bewertungsfaktor jedes Parameterpaares, welches zum Schätzender gesteuerten Veränderlichen benutzt wird, zu bestimmen. So kann den besseren Schätzwerten ein höheres Gewicht
gegeben werden indem jede Schätzung durch den quadratischen Mittelwert fehler der gesteuerten Veränderlichen, welcher von einer

Standardabweichung des Fehlers in beiden in der Schätzung benutzdividiert.
ten Parameter erzeugt wird,/Zusatzliches Gewicht kann Paramererpaaren irgendeiner Type gegeben werden, wenn redundante Ablesungen innerhalb spezifischer Grenzen liegen. Wenn z.B. in einem
vereinfachten Fall zwei Signale einer Art innerhalb spezifischer Grenzen miteinander übereinstimmen; kann ihnen ein zusätzliches
Gewicht von zwei gegeben werden, während dann wenn redundante
Signale nicht miteinander übereinstimmen, oder wenn nur ein Signal einer bestimmten Type vorliegt, kann der zusätzliche Wichtungsfaktor gleich eins gesetzt werden. Diese zusätzlichen Wichtungs- oder Bewertungsfaktoren wurden dann mit den vorbestimmten Wertungsfaktoren wie bereits beschrieben multipliziert werden.
Bei:m Auswählen der Bewertungsfaktoren ist es wichtig die Freiheit eines Signales zu begrenzen um zu verhindern, dass schlechte Signale zurückbehalten und gute Signale geschnitten werden. Eine
bevorzugtes Verfahren ist Bewertungsfaktoren auszuwählen, welche die Stimmrechte irgendeiner Messwertgebers auf weniger als 4 5%
der gesamten Stimmrechte begrenzt.

Ein schematisches Steuerungsdiagramm, welches die Prinzipien der

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2Λ32930- **

Erfindung beschreibt, ist in der "Figur 2**dargestellt. Die vier verschiedenen Signalarten vom Raketenmotor 10 der Figur 1, welche mittels Messwertgebern erzeugt und mit S-, bis S₄ bezeichnet werden, werden einem Block 14 zugeführt in dem die verschiedenen Schätzungen der gesteuerten Veränderlichen Schub- und Mischungsverhältnis aus jedem Messwertgeberpaar erzeugt werden. Die vorbestimmten Bowertungsfaktoren werden jedem Signal im Block 16 zugeteilt und in einem bewerteten Mittelwert im Block 17 kombiniert.

Schneidgrenzen, auf denen Schneidentscheidungen basieren, werden mittels der Steuerung beidseitig des mittleren Schätzwertes der gesteuerten Veränderlichen festgelegt. Individuelle Schätzwerte, welche sich ausserhalb der Schneidgrenzen befinden, werden in einem Block 18 ausgeschaltet und die bewerteten Mittelwerte worden nairaals im Block 20 aus den verbleibenden, gültigen Schätzungen errechnet.

Die korrigierten, bewerteten, mittleren Schätzungen jeder der gesteuerten Veränderlichen Y und Y , welche im gegebenen Beispiel Schub- und Mischungsverhältnis sind, v/erden dann mit den Sollwerten in den Vergleichern 22 und 24 verglichen um Fehlersignale Y und Y -Fehler zu erzeugen aus denen die Ventilverstellung bestiifjnt und im Block 26 erzeugt wird. Die Sollwerte der gesteuerter Veränderlichen können z.B. als Folge der Verstellung des Leitungshebels durch den Piloten bewirkt werden.

Die Figuren 3-6 zeigen eine spezifische analoge Ausführungsform der in Figur 2 schematisch dargestellten Steuerung und insbesondere einen Signalverarbeitungsschaltkreis zum Erzeugen eines Schätzwertes einer der gesteuerten Veränderlichen Y₇. oder Y_n der Figur 2. Der Einfachheit halber wird die Beschreibung nur für den Teil der Schaltkreises gegeben, welcher die gesteuerte Veränderliche Y bestimmt. Ein ähnlicher Schaltkreis, mit anderen Verstärkungswerten, aber den gleichen Eingangssignalen, wäre nötig um den Schätzwert für die andere gesteuerte Veränderliche Y_n zu erzeugen.

Weiter von dem Beispiel eines Raketenmotors ausgehend, wird angenommen, dass die zu schätzende gesteuerte Veränderliche Y der Schub ist, und dass die vier Raketenmotormesswertgebersignale, der Brennkammerdruck S₁, die Brennstoffpumpengeschwindigkeit S~, die Oxydationsmittelpumpengeschwindigkeit S3 und die Turbinenaus-

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gangstemperatur S. sind. Andere Parameter* können" selbstverständlich an Stelle der eben ausgewählten Parameter gemessen werden.

Die Figuren 3-6 sind untereinander verbunden _f aber die Verbindungslinien zwischen den Blöcken sind der Einfachheit halber weggelassen worden. Die Verbindungen werden durch gleiche Symbole in jedem Block angedeutet.

Aus den vier Signalen S,-S. werden sechs Kombinationen von Signalpaaren in sechs parallelen Schaltkreisen der Figur 3 benutzt. Zum Zweck der Beschreibung wird angenommen, dass die Signale S,-S. elektrische, mittels geeigneten Messwertgebern erzeugte Signale sind, und dass die Komponenten der Figur 3-6 elektronische Bauelemente sind, aber es ist selbstverständlich, dass die Ausführung der Erfindung auch mit mechanischen, hydraulischen, pneumatischen oder anderen Mitteln durchgeführt werden kann.

Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, werden die Signale mittels Potentiometer P₁-P₁₂ ^aiS Funktion der Beziehung des Rückkopplungssignals zur gesteuerten Veränderlichen kalibriert und jedes kalibrierte Signalpaar wird mittels SumrcLerverstärkern A-,-A_fi kombiniert

der
um sechs individuelle Schätzwerte/_zu steuernden Veränderlichen Y zu erzeugen. Die Schätzwerte der Veränderlichen sind als Y--Yg bezeichnet. Die Einstellung der Potentiometer P₁ ^-Pg wird konstant gehalten und durch das Verfahren bestimmt um gleich den übertragungsfaktoren zur Oberführung der Kombinationen der gemessenen Parameter in Schätzungen der gesteuerten Veränderlichen zu sein. Ein Beispiel, welches ein bevorzugtes Verfahren zum Erstellen dieser Übertragungsfaktoren darstellt, ist weiter unten gegeben. Man nehme man, dass P-,_A# ^P2A' ^"*"^e ^^{er Einste}H^un9 ^^er Potentiometer P-, , P~ in der Figur 3 entsprechenden Übertraguugsfaktoren sind, welche die erste Schätzung einer gesteuerten Veränderlichen Y,. aus den Signalen S, und S₂ erzeugen. In ähnlicher Weise seien P,_ß und P„ die entsprechenden Übertragungsfaktoren um Y_lB aus S₁ und S₂ zu schätzen. Zwei Versuche werden auf dem Motor oder einem Modell des Motors gemacht, welche jede Veränderungen eines der Ventile U, und U₂ umfassen. Die entsprechenden Änderungen von S₁, S₀, Y und Y werden notiert. Die erhaltene Information entspricht den Differenzialgliedern (As,, Z\s„, Δϋ., -, ΔΥ ) in den nachfolgenden Gleichungen (l) bis (8).

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₁ = * 1 /ν U₁ Gleichung (1)

^S2 ^ U₂ Gleichung (2)

7)

ΔΥ = ^ ^YA _Λ U₁ Gleichung (3)

ΰ U₁
ΔΥ_Π = ^ ^YB _Λ U₁ Gleichung (4)

C) U,

AS, = 3_fl Δ^υ9 Gleichung (5)

^S2 /V₁U₉ Gleichung (6)

= c> ^ya λ U₉ Gleichung (7) ^ U

A Y_D = ^ ^YB AU₉ Gleichung (8) ~3Γ~ϊϊ—

Die Gleichungen (1) bis (8) werden gelöst um die Partialableitungen * 1 , _£ 2./ ^Af B, ^ 1 _f & 2, Q A, ο β, zu erhalten. Diese Partialableitungen können dann vom Fachman in die Matrizalgebra überführt werden, um die Ubertragungskoeffizienten Pi λ / Pin, ^pon/ P-ir. ⁱⁿ ^^en Gleichungen (9) und (10) zu schätzen.

XA Xo ZA Δϋ

Ay_a = P_1A'A S₁ + Ρ_2Α·Α S₂ Gleichung (9)

Die Matrizendarstellung der Gleichungen (1) , (2) ,. (5) , und (6) , wird durch die Gleichung (11), gegeben; die Gleichungen (3), (4), (7) und (8) werden durch Gleichung (12) dargestellt und die Gleichungen (9) und (10) werden durch die Gleichung (13) dargestellt.

AS = A Δ υ Gleichung (11)

Ay = β Α υ Gleichung (12)

Ay = P A s Gleichung (13)

Die MatrizeE wird von den Matrizen A und B durch die Matrizengleichung (14) bestimmt.

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— 1

P = BA

A =

Gleichung (14)

U₁

B =

¹I

P =

IA 2A

U^P1B

2Bj

In einigen Anwendungen kann es notwendig sein, dem Eichfaktor mittels eines Additionskreises ein konstantes Glied beizufügen. Die Werte der Schätzungen der Veränderlichen Y,-Y_ß werden abgegriffen um in der Figur 5 weiterverarbeitet zu werden.

Die Wich tungs faktor en W-.-W, v/erden auf die entsprechenden Werte der Veränderlichen Y mittels Potentiometer Ρ,^-Ρ^ angewandt. Wie bereits beschrieben worden ist, sind die Bewertungsfaktoren ausgewählt um sichereren Kombinationen von gemessenen Signalen zur Schätzung der Veränderlichen mehr Gewicht zu geben und eine bevorzugte Art die Bewertungsfaktoren auszuwählen, besteht darin, dieselben dem quadratischen Mittelwert Fehler der Veränderlichen Y, der aus einer Standardabweichung des Fehlers in jedem gemessenen Parameterpaar Sn-S. resultiert, umgekehrt proportional zu machen.

Jedes der Potentiometer Pto-Ptq ^^st ^e*~ⁿ Doppelpotentiometer, eins zum Bewerten df»r Schätzung der Veränderlichen Y, -Y-, und ein anderes zum Definieren des benutzten Bewertungsfaktors. Wie es schematisch in der Zeichnung dargestellt ist, wird dem zweiten Potentiometer eine konstante Bezugsspannung zugeführt. Der Ausgang dieses Potentiometers ist gleich dem Bewertungsfaktor. Somit erzeugen die Doppelpotentiometer P,^" Pig jedes zwei Ausgangssignale, wobei eines den bestätigten, bewerteten Schätzungen der Veränder-

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O₀ co oo »Di see« ·

'«_ β c

e ο β · ·

• β

• ο a o

liehen entspricht und als Y₁W,, ¹^₂W**. . ./Χ' dargestellt ist, und das andere der entsprechende Bewertungsfaktor W₁, ^w ₂'* *^W6 ^ist* Wie weiter unten beschrieben v/erden wird, wird eine Schätzung einer Veränderlichen, welche um mehr als einen bestimmten Betrag von der bewerteten mittleren Schätzung der Veränderlichen abweicht, von der weiteren Arbeit ausgeschlossen. Ob die Schätzung der Veränderlichen, welche von einem spezifischen Paar von Rückkopplungssignalen erzeugt wird, in der korrigierten Schätzung der Veränderlichen benutzt wird oder nicht, wird von einem Schneidesignal V bestimmt, welches für jede Schätzung der Veränderlichen errechnet wird. Wenn z.B. die bewertete Schätzung der Veränderlichen Y,W,, welche aus der Kombination der Rückkopplungssignale S ,S- erzeugt wird, als ungültig betrachtet wird, wird ein Sohneidesignal V, in der Figur 1 erzeugt, welches von positiver Polarität ist, und ein normaler Weise geschlossener, zweipoliger Schalter Q, wird geöffnet, wodurch sowohl die bewertete Schätzung der Veränderlichen Y,W,' und der entsprechende Bewertungsfaktor yleich Null gesetzt werden. Wenn das Schneidesignal V, gleich Null ist, wodurch angedeutet wird, dass die Scnätzung der Veränderlichen, welche aus der Kombination der Rückkopplungssignale S, und S^ erzeugt wird, gültig ist, dann bleiDt der Schalter Q₁ geschlossen und die validierten Ausgangssignale /,ti ' und W-' sind gleich den von den Potentiometern Ρ,-* erzeugten Signale Y₁W-, und W,. Die validierten Signale y.l·^¹ und W,¹ werden in den Schaltkreis der Figur 6 weitergeleitet, während die nicht validierten Signale Y,W, und W. in den Schaltkreis der Figur 5 weitergeleitet werden. Entsprechende Schneidesignale W₂ ^-Wg und entsprechende zweipolige Schalter Q₂ ^-Qg erfüllen die gleichen Rechnungen für die SchäLzungen der Veränderlichen ^Y ₂~^Y6' ^we-"-^ch^{e aus} *^^sn fünf weiteren Kombinationen der Messwertgebersignalen erzeugt werden.

Die Figur 4 zeigt wie die bewertete mittlere Schätzung der Veränderlichen vor dem Schneiden erzeugt wird. Die in der Figur 4 durchgeführten Berechnungen sind analog zu denen im Block 17 der Figur 2 dargestellten Berechnungen.

In der Figur 4 werden die sechs bewerteten Schätzungen der gesteuerten Veränderlichen Y₁W₁-YgWg in einem Verstärker A_ addi.ert, während die Bewertungsfaktoren der sechs bewerteten Schätzungen W^-Wg in einem Verstärker A_g addiert werden. Die Ausgangssignale

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von jedem der Verstärker A^ und ⁰A** werde».·'einem bivi»sionsschaltkreis D, zugeführt, welcher die summierten Veränderlichen Schätzungen durch die summierten Bewertungsfaktoren dividiert um die bewertete, mittlere Schätzung der gesteuerten Veränderlichen Ϋ vor dem Schneiden zu erhalten.

Die Schneidesignale V, -V_fi, welche in den Berechnungen der Figur 3 benutzt v/erden, v/erden in der Figur 5 bestimmt. Hier sind wieder sechs identische parallele Schaltkreisse vorgesehen, je einer pro Schätzung der gesteuerten Veränderlichen. In den Schaltkreisen der Figur 5 wird der Unterschied zwischen den Schätzungen der gesteuerten Veränderlichen Y,-Y,-, die in dem Stromkreis der Figur 3

L b

erzeugt werden, und der mittleren, bewerteten Schätzung der gesteuerten Veränderlichen Ϋ, welche in dem Stromkreis der Figur 4 berechnet wird, mit einem zulässigen Fehler E verglichen. Wenn der Unterschied jeder Schätzung der gesteuerten Veränderlichen und der mittleren, bewerteten Schätzung klein ist und innerhalb das zulässige Band des Fehlers fällt, geschieht nichts und die Originalschätzung der gesteuerten Veränderlichen wird in der Endschätzung der gesteuerten Veränderlichen nach der Figur 6 benutzt. Wenn jedoch eine Schätzung der gesteuerten Veränderlichen Yt"Yg merklich von der bewerteten, mittleren Schätzung der gesteuerten Veränderlichen Y abweicht, kann sie leicht ausserhalb des Bandes des zulässigen Fehlers E fallen und wird deshalb geschnitten werden indem der zugehörige Bewertungsfaktor gleich Null gesetzt wird. Die geschnittene Schätzung wird dadurch aus der Berechnung der Endschätzung nach der Figur 6 eliminiert.

In der Figur 5 wird ein Signal, welches einen zulässigen Fehler E darsstellt, einer Vielzahl von Divisionsschaltkreisen D₂ ^-D- zugeführt. Der zulässige Fehler E kann'in irgendeiner bekannten Weise bestimmt werden und wird selbstverständlich von den Eigenschaften der Steuerung und der zulässigen Abweichung der Schätzung der gesteuerten Veränderlichen abhängen. Im Beispiel einer spezifischen Ratezenmotors mit dem Schub als gesteuerte . Veränderliche, hat sich herausgestellt, dass eine Schneidgrenze von zwei Standardabweichungen minimalen Fehler ergibt; d.h., wenn der Unterschied zwischen der Schätzung, wie etwa Y,, die von dem Rückkopplungsmesswertgebern S-, und S„ bestimmt wird, sich innerhalb zwei Standardabweichungen von der bewerteten, mittleren Schätzung Ϋ be-

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findet, dann wird die Schätzung »d^r .e^sCejletten J/er ander liehen als gültig betrachtet und wird nicht aus dem System ausgeschlossen. Wenn der Unterschied grosser als die beiden Standardabweichungen ist, dann wird der Schneidevorgang diese Schätzung der gesteuerten Veränderlichen aus der Berechnung ausschliessen. Das System v/ird zufriedenstellend innerhalb eines breiten Bandes von zulässigen Fehlern arbeiten, z.B. zwischen 1 und 12 Standardabweichungen vom Mittelwert, je nach den Eigenschaften der Steuerung. Höhere Werte führen zu höheren Fehlern, wenn ein Messwertgeberausfall auftritt, während niedrigere Werte zu einem erhöhten Schneiden führen wird.

Nach der Figur 5 wird der zulässige Fehler E den Divisionsschaltkreisen D -D_ zugeführt. Jeder der Divisionsschaltkreise v/ird auch mit dem zugehörigen Bewertungsfaktor W₁-W₆ versorgt und der zulässige Fehler E wird durch den geeigneten Bewertungsfaktor dividiert um ein erlaubtes Fehlersignal E für jeden der parallelen Kreise zu erzeugen. Dieser Vorgang erlaubt einen höheren Fehler für jene Schätzungen der gesteuerten Veränderlichen, denen ein niedrigeres Gewicht zugeordnet ist.

Die bewertete, mittlere Schätzung der Veränderlichen Ϋ, welche im Schaltkreis nach der Figur 4 erzeugt wird, wird jedem der . Differenzverstärker A -A . zugeführt. Die individuellen Schätzungen der Veränderlichen Y,-Y_fi werden auch den zugehörigen Verstärkern A -A . zugeführt. Die Ausgangssignale der Verstärker A -A . stellen den Unterschied zwischen dem bewerteten· mittleren Schätzwert der Veränderlichen Ϋ und jedem individuellen Schätzwert der Veränderlichen dar. Diese Unterschiede werden dann in einem Absqlutwertschaltkreis C,-C₆ weiterverarbeitet und der Absolutwert des Fehlers E_A in jedem der parallelen Schaltkreise wird einem Differenzverstärker ^Ai5~^A20 ^mit positiver Polarität zugeführt, während der zulässige Fehler E in jedem der parallelen Schaltkreise den Verstärkern ^A ₁₅~^A20 ^mit negativer Polarität zugeführt wird. Die resultierenden Ausgangssignale der Verstärker A,r-A.. werden den UND-Schaltkreisen B,-B, zugeführt.

Ein positives. Bezugssignal wird jedem der UND-Schältkreise B_n-B, zugeführt. Wenn der absolute Fehler E für irgendeinen der sechs parallelen Schaltkreise grosser als der zulässige Fehler E ist, dann v/ird a*.s in den entsprechenden UND-Schaltkreis vom Differenzverstärker eintretende Signal positiv sein und der UND-Schaltkreis

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wird ein positives Ausgangssignal· *e»eeugc"ii, * welches iiurch die Dioden R weiterläuft und einen positiven Wert für die Signale V, V, erzeugt. Wenn der absolute Fehler E kleiner als der zulässige Fehler E ist, dann ist das Ausgangssignal am UND-Schaltkreis negativ und ein negatives Signal wird nicht durch die Diode R hindurchlauf en, wodurch den Schneidesignalen V,-Vg der Wert Null gegeben wird. Die Schneidesignale V. -V- werden zurück zu den Schaltern in der Figur 3 geführt, wobei ein positives Schneidesignal seinen zugehörigen zweipoligen Schalter Q,-Qr- betätigt, um so die · entsprechenden Werte der Schätzungen der gesteuerten Veränderlichen Y, W, ' - xVVig' und den Bewertungs faktor W '-W,¹ gleich Null zu setzen.-Wenn das Schneidesignal gleich Null ist, dann bleibt der zugehörige Schalter Qi^-Qg geschlossen und die Schätzungen der gesteuerten Veränderlichen und der Bewertungsfaktor, welche in den Berechnungen der Figur 6 benutzt werden, bleiben gleich den Originalwerten der Schätzungen, welche in den in der Figur 4 durchgeführten Berechnungen benutzt wurden.

Die validierten, bewerteten Schätzungen der Veränderlichen ^Yi^w, ^I-Y,-W_ί-^I _ί werden in der Figur 6 einem Summierverstärker A--, zugeführt, während die entsprechenden Werte der Bewertungsfaktoren W₁'-W_r'

χ b

einem Summierverstärker A_p zugeführt werden. Eines oder mehrere der den Verstärker A₂, und A-₂ zugeführten Signale können in Abhängigkeit von den Validierungsberechnungen der Figur 5 gleich Null sein. Die summierten Signale der Verstärker A„, und A„₂ werden einem Divisionsschaltkreis D„ zugeführt, welcher die validierte Schätzung der gesteuerten Veränderlichen Y¹ liefert. Dieses Signal wird dann mit dem Sollwert der Veränderlichen Y, welche von irgendeiner Quelle, wie etwa dem Leistungshebel 32, bestimmt wird, verglichen um im Verstärker A_n^ das Fehlersignal Y Fehler zu erzeugen, welches benutzt wird um die Betätigungsvorrichtungen zu steuern, welche den Motor oder das Verfahren regeln und das Fehlersignal zu Null machen.

Schaltkreise ähnlich den Schaltkreisen in den Figuren 3 bis 6 wären erforderlich um die Schätzwerte der anderen Systemveränderlichen Y zu berechnen, wie es schematisch in der Figur 2 dargestellt ist.

Der Schneidevorgang, welcher in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist_r eliminiert individuelle Schätzun-

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gen der gesteuerten Veränderlich*».« anstatt Sie Messwertgeber. Der Messwertgeber, welcher das Signal liefert, wird nicht auf Grund seines eigenen Fehlers bewertet, aber auf Grund des Fehlers in der Schätzung der gesteuerten Veränderlichen. Dieser Schneidevorgang eliminiert nicht nur fehlerhafte Signale, aber auch einen ausgleichenden Teil der guten Signale um Polarisierungen zu verhindern, welche aus dem Schneiden nur des fehlerhaften Signales folgen können. Das nachfolgende Beispiel soll dazu dienen, diesen Punkt zu klären.

Betrachten wir ein System mit vier Signalen, wie es eben beschrieben worden wird. Jeder der sechs Kombinationen der Signale sollen gleiche Bewertungsfaktoren zugeordnet sein. Die nachstehende TabelLe zeigt typische Werte der Signale S,-S., welche als Prozentwert des Maximalwertes ausgedrückt sind, typische Werte der Übertragungsfaktoren Ρη-Ρ-ιτ' typische Werte der sechs Schätzungen der gesteuerten Veränderlichen Y (Y, bis Y_g) und typxsche Werte der Komponenten jeder Schätzung (Y, = ^si^ri ^{+ S}2^P2^{f Y}2 ^{= S}1^P3 ^{+ S}-s^P4' usw.).

TABELLE 1
8^86,4 S₂=79,l ^S3⁼⁷⁶ S₄=⁸⁰;^{1 Y} _A ^w

P₂=Q,65

Υ_χ=95_;5

P₃=I, 21 P₄-₁

S₁P₃=I(M_xS S₃P₄=-9_f0 ^Y2⁼⁹⁵/^{5 W}2⁼¹

P₅=l,l P₆=0,OO62

^S1^P5⁼⁹⁵'° S₄P₆=⁰15 Y₃=95,5 W₃=I

P₇=I, 43

P₈=-0,23

₂₇ S₃P₈=-17,5 Y₄=95,5 W₄=I

P₉M), 60 ^P10⁼⁰·⁶⁰

b₂P₉=47,5 S₄P1O=48 Y₅=95_;5 W₅=I

P₁₁=-^,22 Ρ^₂=3,3 ^ll""¹⁶⁸*^{8 S}4^P12⁼²⁶⁴'^{3 Y}5⁼⁹⁵j^{5 W}6⁼¹

Der Mittelwert von Y_A wird durch die Summe aller gültigen Glieder geteilt durch die Summe der Bewertungsfaktoren gegeben, nämlich:

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γ, + Y₂ + Y₃ + Yj..+ E₅ ⁵ '+^:£· : ' : T

. · ^YA - Gleichung (15) .

95,5 + 95,5 + 95,5 + 95,5 + 95,5 + 95,5 ^YA 1+1+1+1+1+1

Y_A = 95,5.

Wenn der Messwertgeber S₃ zum Beispiel ungültig wäre und alle Glieder mit S-j geschnitten würden, indem die zugehörigen Bewertungsfaktoren gleich Null gesetzt würden, dann würden W-_f W^ und W₆ gleich Null werden und die resultierende Schätzung von Y_A bliebe unverändert:

95,5 + 0 + 95,5 + 0 + 95,5 + 0 A 1 +0+1 +0+1 +0

* Y = 95,5%, was eine korrekte Schätzung ist.

Wenn im Gegensatz hierzu der Wert von Y in herkömmlicher Weise geschätzt würde, aus den Partialableitungen, dann würde derselbe Wert erhalten, wenn alle Messwertgeberwerte gültig wären, abpr ein falscher Wert könnte gegeben werden, wenn ein Messwertgeber ausgeschieden würde, nämlich:

^υλ = ΆΐΑα ⁺ A^c + 2io ⁺ 12a_c Gleichung (IG

Für dieses Beispiel gilt:

Y. = 0,470 χ 86,4 + 0,447 χ 79,1 - 0,428 χ 76 + 0,651 χ 80_r

Y_A = 40,6 + 35,3 - 32,5 + 52,1

Y. = 95,5, welches aich eine richtige Schätzung ist.

Wenn jedoch der Messwertgeber S^ aus dem Schätzwert von Y, ausschiede, würde:

γ = 0,470 χ 86,4 + 0,447 χ 79,1 - 0 + 0,651 X 80,1

Y_& = 128, welches eine falsche Schätzung ist.

Man erkennt, dass durch das alleinige Streichen eines MesswerL-gebers auch einem Verband zu einem falschen Schätzwert der gesteuerten Veränderlichen führen kann, während das Schneideverfahren, welches individuelle Schätzwerte der gesteuertee Veränderlichen ausscheidet, dies auf Grund der Schneidepolarisation verhindert.

Die vorangegangene Beschreibung befasste sich mit einem Raketenmotor. Dieselbe Art von Steuerung könnte benutzt werden für ein

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nicht leistungsgesteuertes Doppei^rotbrtur*bihentriebv;erk mit einer veränderlichen Ausgangsöffnung. Die vier Messsignale S-^-S₄ könnten z.B. die Niederdruckrotorgeschwindigkeit, die Hochdruckrotorgeschwindigkeit, der Brennkammerdruck und die Auslastfläche sein. Die Veränderlichen, welche gesteuert werden, könnten die Turbineneinlasstemperatur und die Abführgrenze des Niederdruckrotors, welche beide nicht direkt gemessen werden können. Die Betätigungsvorrichtung würde den Brennstoffdurchsatz und die Strahlöffnung steuern.

Für solche Motoren, welche einen beträchtlichen Unterschied im dynamischen Ansprechen auf die Messwertgebersignale aufweisen, kann es notwendig sein, den zulässigen Fehler E während den übergängen zu vergrössern, um die Ausschaltung guter Signale zu verhindern, Εε ist auch wichtig, dass unechte übergänge, wie etwa solche die durch den Ausfall eines Messwertgebers oder durch das Schneiden bewirkt v/erden, kein falsches Schneiden bedingen. Ein bevorzugter Schaltkreis zur Bereitstellung eines grösseren, zulässigen Fehlers E während eines Überganges ist in der Figur 7 dirge-3te lit. Nach dieser Figur 7 wird die nicht beschnittene Schätzung der Veränderlichen Ϋ als Eingangssignal einem Servomotor 30 zugeführt, welcher langsamer anspricht als der Motor. Aus Figur 7 geht hervor, dass das Ausgangssignal des Servomotors 30 zum Eingang über einen Verstärker ruckgekoppelt ist um einen Stellungsfehler /\Y zu liefern, welcher gleich der Nacheilung des Servomotors 30 ist und welcher proportional zum übergang ist, dem der Schätzwert der gesteuerten Veränderlichen Ϋ unterliegt. Der Stellungsfehler &Ϋ kann direkt in einer digitalen Steuerung aas dem Unterschied der Werte von Y zwischen aufeinanderfolgenden Auswahlperioden erhalten werden» Das Übergangsgeschwindigkeitssignal Zj Ϋ wird ·>τοη einem Potentiometer P, _g kalibriert und durch einen Absolutwertkreis C- gegeben, um während des Übergangs eine Vergrösserung des zulässigen Fehlers zu bewirken. Die Vergrösserung des Fehlers wird zu dem zulässigen Fehler in einem Verstärker A₃₄ hinzu addiert um einen veränderten Fehler E zu liefern, welcher in der Figur 1 anstelle von E benutzt werden kann.

Wie bereits angedeutet, liefern die Schaltkreise der Figuren 3-6 eine Schätzung einer Veränderlichen und mindestens ein weiterer ähnlicher Schaltkreis wird in der Steuerung nach der Figur 2 er-

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forderlich sein, um die Schätzung der anderen Veränderlichen zu berechnen. Der ähnliche Schaltkreis kann die gleiche Anzahl von Elementen enthalten, wobei das Schneiden getrennt für jede Veränderliche durchgeführt wird. Z.B. können im Fall eines Raketenmotors für den Schub andere Kombinationen von Messwertgebern ausgeschieden werden als für das Mischungsverhältnis. Andererseits, wenn eine kleinere Präzision für eine der Veränderlichen annehmbar ist, z.B. für das Mischungsverhältnis, dann können die Schneideentscheidungen, welche an Hand des Schubs gemacht werden, auf die Berechnung des Mischungsverhältnisses angewandt werden, und die Stromkreise der Figuren 4 und 5 können vom Schaltkreis für die Bestimmung des Mischungsverhältnisses weggelassen werden, v/eil sie redundant wären.

Ähnliche Schaltkreise wie die der Figuren 3-6 können auch aus Sicherheitsgründen benutzt werden. So könnten z.B. drei gesteuerte Schaltkreise in einem Raketenmotor benutzt werden, nämlich für Schub-, Mischungsverhältnis und Kraftstoffpumpengeschwindigkeit. Das Kraftstoffpumpengeschwindigkextssignal würde von dem Schubsteuerkreis übersteuert, wenn die Geschwindigkeitsgrenze erreicht wäre.

Obschon die vorliegende Erfindung an Hand eines Steuersystems zu einem Motor beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene andere Steuersysteme in der Form einer selbstkorrigierenden Steuerung, wie eben beschrieben durchgeführt werden können.

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Claims

PATEN

1. Selbstkorrigierende Steuerung für eine gesteuerte Vorrichtung mit mindestens zwei Betatigungsvorrichungen zum Regulieren von mindestens zwei Betriebsveränderlichen der gesteuerten Vorrichtung, mit einer Vielzahl von Messwertgebern, wovon jeder ein Signal erzeugt, welches eine Betriebsbedingung der gesteuerten Vorrichtung anzeigt und welche eine Funktion von mindestens einer der Betriebsveränderlichen der gesteuerten Vorrichtung ist, wobei aus den Messwertgcbersignalen eine Schätzung der einen Betriebsveränderlichen erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine Kalibrierungsvorrichtung (Ρ,-Ρ,-) für jedes Messwertgebersignal· zum Kalibrieren desselben in Abhängigkeit von der einen Betriebsveränderlichen, Mittel (A,-A) zum Erzeugen aus einer Vielzahl von Kombinationen von mindestens zwei der kalibrierten Messwertgeber-Signalen von einer Vielzahl von unabhängigen Schätzungssignalen (Y,-Yg), wovon jedes dem Wert einer der Betriebsveränderlichen entspricht, Mittel (A₇,A_ft,D,) zum Erzeugen eines Mittelwertsignales (Y) entsprechend dem Mittelwert der Vielzahl von Schätzungssignalen (Y₁-Y₆), Mittel (A₉-A₁₄, C₁-C₆, D₂-D₇, A₁₅-A₂₀, B₁-B₅), welche auf den Unterschied zwischen den Schätzungssignalen (Y,-Y_fi) und dem Mittelwertsjgnal (Y) ansprechen um irgendeines der Er.hätzungssignale (Y.-Y-) gleich Null zu setzen, wenn es ausserhalb einem vorgegebenen Bereich liegt, und Mittel (A₃₁,A₃₃, D„) zum Erzeugen eines verbesserten Mittelwertsignales (Ϋ¹) , der einen Veränderlichen in Abhängigkeit von den verbleibenden Schätzungssignalen (Y₁-Y₆)·

2. Steuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (P₁O-P-13) zum Erzeugen eines bewertenden Signales (W,-W_fi) für jede Schätzung, Mittel (P.^-P.J zum Ändern der Schätzungen in Übereinstimmung mit seinem zugehörigen bewertenden Signal (W-.-W-) um eine Vielzahl von bewerteten Schätzungen (Y_nW₁-Y-W,.), Mittel (A₀)

J-Xoo ο

zum Addieren der bewertenden Signale (W,-W-) zum Erzeugen eines summierten bewertenden Signales (2LWj) und Mittel zum Erzeugen aus den bewerteten Schätzungen (Y₆W₆) und der summierten bewertenden · Signale ( Ϋ) eines bewerteten mittleren Signales, welches der bewerteten mittleren Schätzung der einen Veränderlichen entspricht.

3. Steuerung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel (A₉-A₁₄), welche auf den Unterschied zwischen jeder Schätzung (Y,-

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Y_fi) und der mittleren Schätzung tY) an'spficht* um "die entsprechenden bewertenden Signale (W-.-W,) , welches jeder Schätzung, welche gleich Null gesetzt wird, zugeordnet ist, gleich Null zu setzen, durch Mittel (A₅ρ) zum Summieren der verbleibenden, bewertenden Signale (W-, '-W ')/ welche nicht gleich Null gesetzt worden sind, zum Erzeugen eines korrigierten, summierten, bewertenden Signales, und Mittel (D_ß) zum Verändern des korrigierten, mittleren Signales, in Abhängigkeit von dem korrigierten, summierten, bewertenden Signal zum Erzeugen eines korrigierten, bewerteten mittleren Signales (Ϋ¹) der einen Veränderlichen.

4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Mittel zum Wiedereinsetzen jedes Schatzungssignales, welches gleich Null gesetzt worden ist, wenn das Schätzungssignal vom mittleren Signal um weniger als einen vorgegebenen Betrag abweicht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Mittel (32) zum Erzeugen eines Bezugssignales, welches dem Sollwert der Veränderlichen entspricht, Mittel (A₂₃) zum Vergleichen des korrigierten, mittleren Signales (Y¹) mit dem Bezugssignal (Y) zum Erzeugen eines dem unterschied zwischen diesen genannten Signalen proportionalen Steuersignales und Mittel zum Zuführen des Steuersignales an mindestens eine Betätigungsvorrichtung um dadurch das Steuersignal zu Null zu machen.

6. Steuerung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (Ρ-ιο^ΐο) ^zum Erzeugen eines bewertenden Signaies und die Mittel (P-, -3"^₁ ο) ^ZUItl Verändern jeder Schätzung zum Erzeugen eines bewerteten Schatzungssignales, je ein an jedes Srhätzungssignal angeschlossenes Doppelpotentiometer umfassen.

7. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den unterschied zwischen den Schätzungssignalen und dem mittleren Schätzungssignal, Mittel zum Erzeugen eines zulässigen Fehlersignales (E), Mittel (^Ai5~^A20^ ^zum Vergleichen des Unterschiedsignales (^E _Ai~^Eflg) ^mit äem zulässigen Fehlersignal und zum Erzeugen eines Schneidesignales CV,-V,), wenn das Differer.zsignal (E ,-E ,) das zulässige Fehlersignal (E) übersteigt und Mittel (Q,~Q_ß)/ welche auf das Auftreten des Schneidesignales (^vi"~^vg) ansprechen, um die entsprechenden Schätzungs-

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Signale .gleich Null zu setzen',* umfasst!. · · ·

8. Steuerung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel (Figur 7) zum Verändern des zulässigen Fehlersignales, wenn das korrigierte mittlere Signal sich mit einer eine vorgewählte /.nderungsgeschwindigkeit übersteigenden Änderungsgeschwindigkeit ändert..

9. Steuerung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Mittel (£₂~ö₇) zum Dividieren des zulässigen Fehlersignales (E) durch das bewertende Signal (W₁-W,) für jedes Schätzungssignal um ein korrigiertes, zulässiges Fehlersignal £ir jedes Schätzungssignal zu erzeugen und Mittel (A₁ t-'A ) zum Vergleichen des Differenzsignales jedes Schätzungssignales mit dem zugehörigen, Korrigierten, zulässigen Fehlersignal um jedes der Schneidesignnle zu erzeugen.

10. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierungsmittel (P₁-P₁-) ein mit jedem Messwertgeber verbundenes Potentiometer umfassen.

11. Verfahren zum Schätzen des Wertes einer Betriebsveränderlichen, in einer selbstkorrigierenden Steuerung für eine gesteuerte Vorrichtung mit mindestens zwei Betätigungsvorrichtungen zum Regeln von mindestens zwei Betriebsveränderlichen der gesteuerten Vorrichtung, in der ein dem Wert einer Betriebsveränderlichen entsprechendes Signal aus einer Vielzahl von Messwe3:tgebersignalen erzeugt wird, wovon jedes einer Betriebsbedingung der gesteuerten Vorrichtung entspricht und eine Funktion der Betriebsveränderlichen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwertgebersignale als Funktion ihrer Abhängigkeit von der Betriebsveränderlichen kalibriert v/erden, dass aus ausgewählten Kombinationen der kalibrierten Messwertgebersignalen eine Vielzahl von unabhängigen Schätzungssignalen erzeugt wird, wovon jedes den Wert der Betriebsveränderlichen darstellt, dass die Vielzahl von Schätzungssignalen summiert wird und daraus ein mittleres Schätzungssignal erzeugt wird, welches dem Mittelwert der Vielzahl von Schätzungssignalen entspricht, dass jedes Schätzungssignal mit dem mittleren Schätzungssignal verglichen wird und jedes Schätzungssignal, welches vom mittleren Schätzungssignal um mehr als einen vorgegebenen Wert abweicht, gleich Null gesetzt wird, und dass die verbleibenden Schätzungssignale addiert werden, um ein korrigiertes

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Schätzungssignal, das der Scllö£zuifg ej.rtet der! Betfriebsveränderlichen entspricht, erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein bewertendes Signal für jedes Schätzungssignal erzeugt wird, dass jedes Schätzungssignal in Abhängigkeit von seinem zugehörigen, bewertenden Signal verändert wird um eine Vielzahl von bewerteten Schätzungssignalen zu erzeugen, dass die bewertenden Signale summiert werden um ein summiertes, bewertendes Signal zu erzeugen, dass die bewerteten Schätzungssignale summiert werden, um ein summiertes, bewertetes Schätzungssignal zu erzeugen, und dass das summierte, bewertende Schätzungssignal durch das summierte bewertende Signal dividiert wird um ein bewertetes, mittleres Schätzungssignal der einen Veränderlichen zu erzeugen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das dem gleich Null gesetzten Schätznngssignal entsprechende bewertende Signal gleich Null gesetzt wird, dass die verbleibenden bewertenden Signale summiert v/erden, um ein korrigiertes ,summiertes bewertendes Signal zu erzeugen und dass das korrigierte, mittlere Schätzungssignal durch das korrigierte, summierte, bewertende Signal dividiert wird um daraus ein korrigiertes, bewertetes , mittleres Schätzungssignal entsprechend der Schätzung der einen Veränderlichen zu erzeugen.

14. Verfahren zum Schätzen des Wertes einer Veränderlichen eines Prozesses, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Signalen erzeugt wird,wovon jedes einen Betriebszustand des Prozesses darstellt und mit der Betriebsveränderlichen in Beziehung steht, dass aus einer Vielzahl von Kombinationen cer Signale eine Vielzahl von unabhängigen Schätzungen des Wertes der Betriebsveränderlichen erzeugt wird, dass jeder unabhängigen Veränderlichen ein Bewertungsfaktor zugeordnet wird, um eine Vielzahl von unabhängigen, bewerteten Schätzungen des Wertes der Betriebsveränderlichen zu erzeugen, dass jene Vielzahl der bewerteten Schätzungen und der Bewertungsfaktoren addiert wird, um daraus eine bewertete, mittlere Schätzung des Wertes der Betriebsveränderlichen zu erzeugen, dass die bewerteten Schätzungen des Wertes der Betriebsveränderlichen, welche vom bewerteten mittleren Schätzwert um mehr als einen vorgegebenen Betrag abweichen, gleich Null gesetzt werden, dass die Bewertungsfaktoren, welche den be-

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werteten Schätzungen des WerSe» 4l*^r* fee.^rieb'svjera'jdez-lichen, welche gleich Null gesetzt worden sind, gleich Null gesetzt werden,
und dass aus den bewerteten Schätzungen des Wertes der Betriebsveränderlichen, welche nicht gleich Null gesetzt worden sind, und aus den dazu gehörigen bewertenden Faktoren eine bewertete, mittlere Schätzung des Wertes der Betriebsveränderlichen erzeugt wird,

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