DE2622344A1 - Adaptives regelsystem mit positionsrueckfuehrung - Google Patents

Adaptives regelsystem mit positionsrueckfuehrung

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DE2622344A1 DE19762622344 DE2622344A DE2622344A1 DE 2622344 A1 DE2622344 A1 DE 2622344A1 DE 19762622344 DE19762622344 DE 19762622344 DE 2622344 A DE2622344 A DE 2622344A DE 2622344 A1 DE2622344 A1 DE 2622344A1
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Description

MENGES & PRAHL
Erhardtstrasse 12. D-8000 München 5
Patentanwälte Menges & Prahl. Erhardtstr. 12. D-8000 München 5 Dipl -Ing. Rolf Menges
Dipl.-Chem.Dr Horst Prahl
Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München
IhrZeichen/Yourref.
UnserZeichen/Ourref. U 317
Datum/Date ,Ιδ. MaM976
UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION, Hartford, Connecticut 06101, \/,St.A.
Adaptives Regelsystem mit Positionsrückführung
Die Erfindung bezieht sich auf adaptive, d.h. selbsteinstellende Regelsysteme und betrifft insbesondere ein System, in welchem die Änderung in der Position einer gesteuerten Vorrichtung auf einen diskreten Steuerimpuls hin gemessen und die Dauer des als nächster auftretenden diskreten Steuerimpulses in Abhängigkeit davon verändert wird. Die Erfindung erbringt den Vorteil einer Reduzierung der Kosten und der Komplexität des Servoantriebssystems für die gesteuerte Vorrichtung.
Regelsysteme, wie beispielsweise Folgesteuerungssysteme zum
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Regulieren der Position einer geregelten Vorrichtung auf ein Steuersignal hin sind bekannt. Beispielsweise ist es in der Flugzeugindustrie erwünscht, die Position des Seitenruders, des Höhenruders, der Klappen und anderer Teile auf Eingangssignale hin, die von dem Piloten oder einem automatischen Steuersystem geliefert werden, genau zu steuern. Verschiedene Bestandteile von Turbinentriebwerken, wie beispielsweise Kraftstoffregelventile, Auslaßdüsenstellantriebe und Leitschaufeln mit veränderlicher Geometrie werden ebenfalls auf Steuersignale hin, die durch Regelsysteme erzeugt werden, positioniert.
In der Vergangenheit ist es erforderlich gewesen, komplexe Servosysteme, wie beispielsweise Drehmomentmotoren und hydromechanische Servoverstärker in dem mechanischen Teil des Regelsystems vorzusehen, um sicherzustellen, daß die gesteuerte Vorrichtung ausreichend schnell und trotzdem stabil in eine Soilposition bewegt wird, Diese hydromechanischen Servoeinrichtungen benutzen Vorrichtungen mit innerer Rückführung, um einen schnellen und trotzdem stabilen Betrieb zu erreichen, und sind auf enge mechanische Toleranzen beschränkt. Selbst seit dem Aufkommen von elektronischen Regelsystemen werden ähnliche teuere und komplexe mechanische Systeme benutzt, die auf die elektronischen Steuersignale ansprechen und die Position des beweglichen mechanischen Elements einstellen.
Es sind zwar beträchtliche Fortschritte gemacht worden bei der Senkung der Kosten und der Vergrößerung der Fähigkeiten von elektronischen Regelsystemen durch Verwendung von digitalen
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Rechenverfahren und der Technologie der integrierten Schaltungen, diese Fortschritte ergeben sich jedoch aus der Weiterentwicklung der Technologie der elektronischen Regeleinheit selbst und nicht aus der Weiterentwicklung der zugeordneten mechanischen Einheiten, die auf die elektronischen Signale ansprechen und die Position der beweglichen gesteuerten Vorrichtung einstellen. In allen Fällen werden die Ausgangssignale des elektronischen Teils der Regelsysteme benötigt, um über mechanische oder hydraulische Systeme die gesteuerte Vorrichtung anzutreiben. Wenn die Regelsysteme komplexer werden, werden von den mechanischen Bauteilen mehr benötigt und hinsichtlich der Kosten, der Größe und des Gewichts haben die mechanischen Teile des Systems in dem Gesamtsystem die größte Bedeutung erlangt.
Diese Situation wird weiter durch die Tatsache erschwert, daß in der Technologie der servomechanischen Systeme wenig Fortschritte bei der Ausnutzung der logischen Fähigkeiten der elektronischen Regelsysteme erzielt worden sind, von denen viele Digitalrechner enthalten. Tatsächlich sind die servomechanischen Systeme, die in heutigen Regelsystemen benutzt werden, im wesentlichen die gleichen wie die, die in relativ anspruchslosen analogen elektronischen Systemen vor vielen Jahren benutzt wurden. In vielen heutigen elektronischen Triebwerksregeleinrichtungen, die auf Flugzeugen benutzt werden, betragen die Kosten der Elektronik nur ein Viertel der Gesamtkosten des gesamten Regelsystems.
Die Erfindung ist auf ein neues adaptives Regelsystem gerichtet,
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welches vollen Gebrauch von den Fähigkeiten eines elektronischen Steuerrechners macht, um die Kosten, die Komplexität und die Genauigkeitserfordernisse des servomechanischen Teils des Systems zu reduzieren, was zu einem billigen und trotzdem schnell arbeitenden Regelsystem führt, welches eine unendlich kleine Auflösung hat und mittels eines diskreten geschalteten Eingangssteuersignals arbeitet, das dem servomechanischen Teil des Systems zugeführt wird. Infolgedessen werden die Toleranzen und die Beschränkungen hinsichtlich der Kosten und der Konstruktion des servomechanischen Teils des Systems beträchtlich verringert, da in dem servomechanischen System keine komplizierte oder teuere Rückführung benötigt wird, um sicherzustellen, daß die gesteuerte Vorrichtung, ein bewegliches mechanisches Element, das weiten Belastungsänderungen ausgesetzt ist, auf das elektronische Steuersignal hin richtig positioniert ist. Durch Reduzierung der Kosten und des Gewichts des servomechanischen Teils des Systems auf Kosten einer geringen Erhöhung der Komplexität des elektronischen Teils des Systems werden die Gesamtkosten und die Komplexität des gesamten Regelsystems beträchtlich verringert.
Die Erfindung schafft ein neues adaptives Regelsystem für eine gesteuerte Vorrichtung, in welchem die Dauer eines diskreten Steuerimpulses für die gesteuerte Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Ansprechen der gesteuerten Vorrichtung auf den letzten vorherigen Steuerimpuls verändert wird.
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Weiter schafft die Erfindung ein adaptives Regelsystem für eine gesteuerte Vorrichtung, in welchem ein einfaches, billiges servomechanisches System zum räumlichen Positionieren der gesteuerten Vorrichtung auf ein elektronisches Steuersignal hin benutzt werden kann.
Gemäß der Erfindung wird ein Positionsfehlersignal auf die Differenz hin erzeugt, die zwischen einer Sollposition eines beweglichen mechanischen Elements, wie beispielsweise einer AuslaSdüse in einem Turbinentriebwerk, und der Istposition des beweglichen mechanischen Elements besteht und durch einen Positionsfühler gemessen wird. Das sich ergebende Positionsfehlersignal wird verstärkt und kompensiert und aus dem Fehlersignal wird ein diskretes Steuersignal in Form eines Impulses erzeugt, dessen Dauer proportional zu dem Produkt aus dem kompensierten Fehlersignal und dem Regelkreisverstärkungsfaktor ist. Das Steuersignal wird einem Servostellantrieb oder einem anderen servomechanischen System zugeführt, der bzw. das wiederum das mechanische Element in der gewünschten Richtung verstellt. Der Positionsfühler mißt die Änderung, die sich in der Position des beweglichen mechanischen Elements auf das Steuersignal hin ergibt. Da die Positionsänderung des beweglichen mechanischen Elements nicht nur durch die Dauer des Steuersignals festgelegt ist, sondern auch durch die Wirksamkeit des servomechanischen Systems, durch die auf das bewegliche mechanische Element ausgeübte Belastung und durch andere Faktoren in dem Regelsystem, wird die Änderung in der Position des beweglichen mechanischen
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Elements in einer adaptiven Weise benutzt, um den Verstärkungsfaktor, mit dem das Fehlersignal verstärkt wird, und die Dauer des nächsten diskreten Steuersignals zu regulieren.
Gemäß der Erfindung mißt ein Steuerrechner den wahren Vei— Stärkungsfaktor des Systems als eine Funktion der Änderung in der Position des beweglichen mechanischen Elements in Abhängigkeit von der Dauer des Steuersignals. Der wahre Verstärkungsfaktor des Systems wird mit einem nominellen Verstärkungsfaktor verglichen, der am Anfang dem System zugeordnet worden ist. Jede Differenz zwischen dem wahren Verstärkungsfaktor und dem nominellen Verstärkungsfaktor erzeugt ein Verstärkungsfaktor— korrektursignal, welches seinerseits zum Verändern der Dauer des Steuersignals benutzt wird. Durch Verändern des Verstärkungsfaktors des Systems und damit der Dauer des Steuersignals in diskreten Intervallen werden Änderungen in dem servomechanischen Teil des Regelsystems und die Belastungsreaktionen automatisch kompensiert, ohne daß ein komplexes servomechanisches System erforderlich ist.
Die Funktion des Regelsystems wird zwar zur Veranschaulichung unter Bezugnahme auf eine analoge Ausführungsform beschrieben, der adaptive Teil des Regelsystems nach der Erfindung kann jedoch ebenso in Verbindung mit einer digitalen Ausführungsform benutzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
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dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben: Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Regelsystems
nach der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Servo-
stellantriebs und des Positionsrückführteils des Regelsystems von Fig. 1 , und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Steuei—
rechners von Fig. 1 .
Fig. 1 zeigt das Regelsystem nach der Erfindung. Das Herz des Regelsystems ist ein Steuerrechner 10, welchem über eine Leitung 12 ein Signal zugeführt wird, das die Sollposition einer gesteuerten Vorrichtung 15 angibt. Das Sollpositionssignal auf der Leitung 12 kann durch eine Steuerlogik (nicht dargestellt), beispielsweise durch einen Kraftstoffregler oder einen Autopiloten, erzeugt werden und es kann beispielsweise die Sollposition eines Kraftstoffventils angeben. Der Steuerrechner 10 kann ein Digitalrechner oder statt dessen ein Analogrechner sein. Taktimpulse aus einer Quelle (nicht dargestellt) werden dem Steuerrechner 10 über Signalleitungen 14ä, b, c zugeführt. Wie weiter unten erläutert, wird dem Steuerrechner 10 außerdem über eine Signalleitung 16 ein Signal zugeführt, welches den nominellen oder Soll-Stellantriebsverstärkungsfaktor angibt. Wenn ein Digitalrechner benutzt wird, kann das Soll-Stellantriebsverstärkungsfaktor-Signal in dem Rechner gespeichert sein.
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Die Istposition der gesteuerten Vorrichtung 15 wird durch einen Positionsfühler 18, beispielsweise ein Potentiometer, über ein mechanisches Gestänge abgefühlt, das schematisch als Linie 20 dargestellt ist. Das Ausgangssignal des Positionsfühlers 18, welches die Istposition der gesteuerten Vorrichtung 15 anzeigt, wird ebenfalls als ein Eingangssignal dem Steuerrechner 10 über eine Signalleitung 22 zugeführt. Der Steuerrechner erzeugt ein Fehlersignal, welches die Differenz zwischen der Sollposition und der Istposition der gesteuerten Vorrichtung angibt. Wie weiter unten erläutert, wird eine Verstärkung, die am Anfang durch den Soll-Stellantriebsverstärkungsfaktor K der Signaileitung 16 festgelegt worden ist, dem Positionsfehlersignal in dem Steuerrechner 10 aufgeprägt und der Steuei— rechner erzeugt ein Steuersignal in Form eines diskreten Impulses, dessen Dauer dem Produkt aus dem Positionsfehlersignal und dem Verstärkungsfaktor äquivalent ist. Der Steuersignalimpuls wird über eine Leitung 24 einem Servostellantrieb 26 zugeführt, welcher seinerseits einen Stellantriebskolben 28 über ein mechanisches Gestänge 30 verschiebt, wobei der Stellantriebskolben 28 die gesteuerte Vorrichtung 15 bewegt, wie durch eine mechanische Verbindung 32 dargestellt. Die Bewegungsrichtung der gesteuerten Vorrichtung 15 ist durch das Vorzeichen des Fehlersignals festgelegt, welches seinerseits die Bewegungsrichtung des Stell antriebskolbens 28 steuert.
Wie noch ausführlicher beschrieben werden wird, wird das in dem Steuerrechner 10 erzeugte Positionsfehlersignal zusammen mit einer adaptiven Logik, die in dem Rechner enthalten ist,
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benutzt, um das diskrete Steuersignal für den Servostellantrieb zu erzeugen. Der Servostellantrieb steuert den Strom von Hydrauliköl zu dem Stellantriebskolben 28, so daß der Kolben verschoben und das berechnete Positionsfehlersignal zu Null gemacht wird. Die elektronischen Bauteile des Regelsystems von Fig. 1 können entfernt angeordnet oder in die anderen Teile des Regelsystems integriert sein.
Ein als Beispiel gewähltes Servosystem ist ausführlich in Fig. 2 dargestellt. Wie im folgenden beschrieben, erzeugt der Steuerrechner 10 Eingangssteuersignale für den Servostellantrieb 26, die in Fig. 2 als diskrete Steuerimpulse 31 und 31' dargestellt sind, welche auf Leitungen 24' bzw. 24" erscheinen und UND-Schaltungen 32 bzw. 34 zugeführt werden. Elektrischer Gleichstrom wird den UND-Schaltungen 32 und aus einer Quelle 36 geliefert. Da nur einer der Impulse 31 und 31' während jedes Taktzyklusses erzeugt wird, wird nur eine der UND-Schaltungen 32 oder 34 betätigt werden und den auf einer der Signalleitungen 24* oder 24'' erscheinenden Impuls durchlassen. Nimmt man an, daß der Steuerrechner 10 eine Zunahme in der Position der gesteuerten Vorrichtung 15 verlangt, so wird die UND-Schaltung 32 betätigt und der auf der Leitung 24' erscheinende Impuls wird von dieser UND-Schaltung zu einem Verstärker 38 durchgelassen. Ein ähnlicher Verstärker 40 ist mit der UND-Schaltung 34 verbunden. Das Ausgangsöic,.ial des Verstärkers 38 betätigt einen Elektromagneten 42, welcher eine Verschiebung eines Hebels 44 in der geeigneten Richtung bewirkt.
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Ebenso betätigt ein Ausgangssignal des Verstärkers 40 einen Elektromagneten 42', äer eine Verschiebung des Hebels 44 in der entgegengesetzten Richtung bewirkt.
Der Hebel 44 ist an einer Hebelunterlage 46 drehbar gelagert und verschiebt seinerseits einen Schieberkolben 48, der mit dem entgegengesetzten Ende des Hebels 44 verbunden ist. Mechanische Anschläge 50 und 52 sind in der in Fig. 2 dargestellten Weise angeordnet, um die Bewegung des Hebels 44 zu begrenzen. Federn 54 und 56 werden benutzt, um den Hebel 44 in eine angenäherte Mittellage zwischen den Anschlägen 50 und 52 zurückzuführen, wenn keiner der Elektromagnete 42 oder 42* erregt ist.
In der Mittellage blockiert der Schieberkolben 48 zwei Öffnungen 58 und 60, die über Hydraulikleitungen 62 bzw. 64 mit jeder Seite des Stellantriebskolbens 28 verbunden sind. Eine Hochdruck-HydrauHkspeiseleitung 66 ist mit den beiden Hydraulikleitungen 62 und 64 über Drosseldüsen 68 und 70 in einem Kanal 71 "verbunden. Wenn einer der Elektromagnete 42 oder 42' erregt wird, wird der Schieberkolben 48 durch die Bewegung des Hebels 44 verschoben und die betreffende Öffnung 58 oder 60 wird geöffnet, was das Abfließen des Hydrauliköls zu einer AuslaSöffnung 72 oder einer Auslaßöffnung 74 gestattet, das mit einem entsprechenden Druckabfall auf derjenigen Seite des Stellantriebskolbens 28 verbunden ist, welche zu der Auslaßöffnung hin geöffnet ist. Das hydraulische Ungleichgewicht an dem Kolben
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bewirkt, daß der Kolben in einer Richtung, die durch den Druck auf den Kolben festgelegt ist, und mit einer Geschwindigkeit verschoben wird, die von der Druckdifferenz, der auf den Kolben einwirkenden Reibungsbelastung in dem Stellantrieb
26 und der Trägheit der sich bewegenden mechanischen Teile abhängig ist. Der Stellantriebskolben 28 ist mit der gesteuerten Vorrichtung 15 verbunden und bewegt dieselbe durch seine Bewegung. Es ist zu beachten, daß kein Versuch gemacht wird, die Bewegung des Stellantriebskolbens 28 oder der gesteuerten Vorrichtung 15 durch Vorrichtungen mit innerer Rückführung, durch Toleranzkontrolle oder durch irgendeine andere Maßnahme zu steuern. Sogar ein Lecken durch den Schieber hindurch zu den Auslaßöffnungen, wenn der Schieberkolben 48 in seiner Mittellage ist, ist unkritisch. Das dargestellte System gestattet, den Servo_stellantrieb und den Stellantriebskolben mittels billiger Verfahren herzustellen. Das Servo^^system wirkt grundsätzlich wie ein integrierendes Ein-Aus-Ventil. Andere Servosysteme können an Stelle des in Fig. 2 dargestellten Systems benutzt werden, und zwar aufgrund der Anpassungsfähigkeit des Regelsystems und der adaptiven Art der Regelkreislogik, die in dem Steuerrechner 10 enthalten ist und anhand von Fig. 3 beschrieben wird.
Die Verschiebung des Stellantriebskolbens 28 wird durch den Positionsfühler 18 abgefühlt, der mit ihm über eine mechanische Verbindung 20 verbunden ist, und ein Positionsruckführsignal wird von dem Positionsfühler 18 über die Signalleitung 22 an
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den Steuerrechner 10 abgegeben. Es ist zu beachten, daß der Positionsfühler 18 nicht mit dem Stellantriebskolben 28 verbunden zu sein braucht, sondern statt dessen direkt mit der gesteuerten Vorrichtung 15 verbunden sein kann, wie in Fig. 1 schematisch gezeigt, solange das Ausgangssignal des Positionsfühlers 18 eine Funktion der Position der gesteuerten Vorrichtung 15 ist.
Das Istpositionssignal auf der Leitung 22 und das Sollpositionssignal auf der Signalleitung 12 werden in einem Summierungsknotenpunkt 80 (vgl. Fig. 3) summiert. Das resultierende Positionsfehlersignal auf einer Leitung 82 wird mit einem Verstärkungsfaktor K und einer stabilisierenden Führungsdynamikkompensationsfunktion (τ + 1) in einem Block 84 multipliziert. Die Werte von K und τ werden für jede einzelne Stellantriebsschleife gemäß den Leistungserfordernissen und den Belastungskennwerten gewählt. Für die Zwecke der Beschreibung wird angenommen, daß der Verstärkungsfaktor K in dem Block 84 mit dem Soll-Stellantriebsverstärkungsfaktor K, der auf der Signalleitung 16 erscheint, identisch ist.
Das kompensierte Fehlersignal wird von dem Block 84 über eine Signalleitung 85 an eine Verstärkungsmultipliziereinheit 86 abgegeben, deren Funktion weiter unten beschrieben ist. Nach der Verstärkungsmultiplikation in der Einheit 86 wird das Fehlersignal über eine Leitung 87 an einen Impulsdauergenerator 88 abgegeben, welcher aus einem Transistorschalter bestehen kann,
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welcher als ein Ausgangssignal eine diskrete Spannung für eine Zeitspanne liefert, die durch die Größe des Fehlersignals auf der Leitung 87 festgelegt ist. Taktinnpulse werden dem Impulsdauergenerator 88 über die Leitung 14a zugeführt, so daß das Ausgangssignal des Impulsdauergenerators 88 bei jedem Taktimpuls auf den neuesten Stand gebracht wird. Infolgedessen würde ein Sollwertabweichungssignal von beispielsweise 100 % aus der Verstärkungsmultipliziereinheit 86 zu einem kontinuierlichen Betrieb des Impulsdauergenerators 88 führen, während ein Sollwertabweichungssignal von 50 % aus der Verstärkungsmultipliziereinheit 86 zu einem Impuls aus dem Impulsdauergenerator 88 für 50 % des Arbeitszyklusses führen würde0 Ein typischer Arbeitszyklus für die Taktimpulse beträgt etwa 20 ms.
Das Ausgangssignal der Verstärkungsmultipliziereinheit 86 wird außerdem über eine Leitung 90 einer Vorzeichendetektorschaltung 92 zugeführt, die das Vorzeichen des Fehlersignals bestimmt und entsprechend ein Relais 94 betätigt, welches seinerseits einen Schalter 96 verstellt, damit ein Kontakt mit einer der Ausgangsleitungen 24 J oder 24J' hergestellt wird. Das an dem Ausgang des Impulsdauergenerators 88 über den Schalter 96 an eine der Ausgangsleitungen 24' oder 24" abgegebene Steuersignal führt zu einer Verschiebung des Stellantriebskolbens 28 (Fig. 2) während jedes Impulszyklusses.
Die Verstärkungsmultipliziereinheit 86 nimmt eine Verstärkung des Fehlersignals in Abhängigkeit von der Änderung in der
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Position der gesteuerten Vorrichtung vor, die durch den Positionsfühler 18 während jedes vorangehenden Taktzyklusses gemessen wird. Der Verstärkungsfaktor in der Multipliziei— einheit 86 wird über eine Leitung 120 geliefert und wird bei jedem Zyklus auf den neuesten Stand gebracht. Um den Verstärkungsfaktor auf den neuesten Stand bringen zu können, wird das Istpositionssignal auf der Leitung 22 über eine Leitung 97 einer Tastspeicherschaltung 98 zugeführt, welcher außerdem eine Reihe von Taktimpulsen über die Leitung 14c zugeführt wird. Das Istpositionssignal auf der Leitung 22 wird außerdem einem Summierungsknotenpunkt 100 über eine Leitung 102 zugeführt. Die Tastspeicherschaltung 98 speichert das Istpositionssignal bei dem letzten vorangehenden Taktimpuls. Bei Empfang des nächsten Taktimpulses werden die neuen Positionsdaten als ein Eingangssignal der Tastspeicherschaltung 98 zugeführt und die letzten vorangehenden Positionsdaten werden dem Summierungsknotenpunkt 100 über eine Leitung 104 zugeführt. Die Tastspeicherschaltung 98 kann ein Schieberegister enthalten. Bei jedem Taktimpuls empfängt der Summierungsknotenpunkt 100 dadurch über die Leitung 102 ein Signal, welches die gegenwärtige Position der gesteuerten Vorrichtung angibt, und über die Leitung 104 ein Signal, welches die Position der gesteuerten Vorrichtung bei dem letzten vorangehenden Taktimpuls angibt. Das Ausgangssignal des Summierungsknotenpunktes 100 ist infolgedessen ein Signal, welches die Änderung in der Position der gesteuerten Vorrichtung zwischen den Taktimpulsen angibt. Dieses mit Δ χ bezeichnete Signal wird über eine Leitung 106 einer Dividierschaltung
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108 zugeführt.
Das Ausgangssignal der Verstärkungsmultipliziereinheit 86 auf der Leitung 87 wird über eine Leitung 110 einer Tastspeicherschaltung 112 zugeführt, die der Tastspeicherschaltung 98 ähnlich ist. Taktimpulse werden an die Tastspeicherschaltung 112 über die Leitung 14b abgegeben. Die Tastspeicherschaltung speichert das Ausgangssignal der Verstärkungsmultipliziereinheit 86, das bei dem letzten vorangehenden Taktimpuls erschienen ist. Das Ausgangssignal der Verstärkungsmultipliziereinheit 86 ist ein Signal, dessen Amplitude proportional zu der Dauer des Steuerimpulses ist, der in dem Impulsdauergenerator 88 erzeugt wird. Bei dem nächsten Taktimpuls auf der Leitung 14b gibt die Tastspeicherschaltung 112 über eine Leitung 114 an eine Dividier schaltung 108 das Signal ab, welches das letzte vorhergehende Ausgangssignal der Verstärkungsmultipliziereinheit 86 darstellt und mit W bezeichnet ist.
Die Dividierschaltung 108 dividiert die Positionsänderung der gesteuerten Vorrichtung während des letzten vorangehenden Zyklusses, Δ x, durch das Impulsdauersignal W und erzeugt ein Signal G, welches auf einer Leitung 116 erscheint und den Istverstärkungsfaktor des Servorstellantriebssystems darstellt. Negative Werte des Verstärkungsfaktors, die während eines vorübergehenden Überschwingens der gesteuerten Vorrichtung auftreten können, werden durch einen Begrenzer 121 verhindert, welcher eine Null meldet, wenn ein solcher negativer Wert vorhanden ist.
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Das Istverstärkungssignal G auf der Leitung 116 wird an eine Dividierschaltung 118 abgegeben, welcher außerdem das Soll— oder nominelle Stel lantriebsverstärkungsfaktorsignal K zugeführt wird, das auf der Leitung 16 erscheint. Die Dividier— schaltung 118 dividiert den Istverstärkungsfaktor des Systems auf der Leitung 116 durch den nominellen oder Soll-Stellantriebs— verstärkungsfaktor K auf der Leitung 16 und erzeugt auf einer Leitung 120 ein Verstärkungsfaktorkorrekturglied , welches seinerseits der Verstärkungsmultipliziereinheit 86 zugeführt wird. Das Verstärkungsfaktorkorrekturglied wird dann während des nächsten Arbeitszyklusses benutzt, um den Verstärkungsfaktor des Fehlersignals in der Verstärkungsmultipliziereinheit 86 einzustellen und daraufhin die Dauer des nächsten diskreten Ausgangsimpulses aus dem Impulsdauergenerator 88 zu regulieren, damit das System an die Betriebsveränderlichen des Servostellantriebssystems angepaßt wird, welche die Bewegung des Stellantriebskolbens 28 und die Positionsänderung der gesteuerten Vorrichtung 15 beeinflussen. Infogedessen werden Änderungen aufgrund von Veränderungen in der Stellantriebskolbenbelastung, der Reibung, des hydraulischen Servospeisedruckes, usw. kompensiert, was zu einer Stellantriebsansprechgeschwindigkeit führt, die beständig ist und mit den Anforderungen des geschlossenen Regelkreises übereinstimmt. Diese Anforderungen führen dazu, daß eine Sollzykluszeit gebildet wird, um die Regelkreisleistung mit den verschiedenen möglichen Stellantriebsbelastungskenndaten zu optimieren. Wenn der Istverstärkungsfaktor G gleich dem SoIl-Stellantriebsverstärkungsfaktor K ist, erfolgt in der Verstärkungsmultipliziereinheit 86 keine Korrektur. Es sei beachtet, daß das
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Ausgangssignal der Verstärkungsmultipliziereinheit 86 implizit auf einen 100 %-Arbeitszyklus des Impulsdauergenerators 88 begrenzt ist.
Trotz der Darstellung in Analogformat, die in Fig. 3 gegeben ist, ist zu beachten, daß der Steuerrechner 10 die Form eines geeignet programmierten Digitalrechners annehmen kann. Außerdem ist zu erkennen, daß im Rahmen der Erfindung weitere Änderungen im Aufbau und in der Anordnung der verschiedenen Bestandteile des Regelsystems vorgenommen werden können.
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Claims (12)

  1. Patentansprüche :
    Ii Adaptives Regelsystem zum Positionieren einer gesteuerten Vorrichtung in Abhängigkeit von Sollpositionssignalen und von SoUverstarkungssignalen, die von einer Signalquelle geliefert werden, gekennzeichnet durch:
    eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals, welches die Istposition der gesteuerten Vorrichtung angibt, eine Einrichtung zum Summieren des Istpositionssignals und des Sollpositionssignals und zum Erzeugen eines Positionsfehlersignals, das zu der Differenz zwischen den Ist- und Sollsignalen proportional ist,
    eine Multipliziereinheit zum Verstärken des Fehlersignals, um daraus ein Steuersignal zu erzeugen,
    eine auf das Steuersignal ansprechende Servoeinrichtung zum Verändern der Position der gesteuerten Vorrichtung, eine Einrichtung, die auf die Änderung in der Position der gesteuerten Vorrichtung, welche durch das Steuersignal erzeugt wird, anspricht und ein Istverstärkungssignal erzeugt, und eine Einrichtung zum Verändern der Verstärkung der Multipliziereinheit in Abhängigkeit von dem Istverstärkungssignal.
  2. 2. Regelsystem nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen einer Reihe von Taktimpulsen und durch eine Einrichtung zum Verändern der Verstärkung der Multipliziei— einheit nur auf das Erscheinen jedes der Taktimpulse hin.
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  3. 3. Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Impulsdauergenerator, der mit der Servoeinrichtung vei— bunden ist und ein diskretes Ausgangssignal erzeugt, dessen Dauer proportional zu der Amplitude des Steuersignals ist, wobei die Servoeinrichtung eine Stellantriebseinrichtung enthält, die auf die Dauer des diskreten Ausgangssignals anspricht und die Position der gesteuerten Vorrichtung verändert.
  4. 4. Regelsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung, die den Impulsdauergenerator mit der Stell— antriebseinrichtung verbindet, wobei die Schalteinrichtung eine erste Position, in welcher die Stellantriebseinrichtung veranlaßt wird, die Position der gesteuerten Vorrichtung in einer ersten Richtung zu verändern, und eine zweite Position hat, in welcher die Stellantriebseinrichtung veranlaßt wird, die Position der gesteuerten Vorrichtung in zu der ersten Richtung entgegengesetzter Richtung zu verändern, und durch eine auf die Polapität des Steuersignals ansprechende Einrichtung zum Verstellen der Schalteinrichtung in die erste oder in die zweite Position.
  5. 5. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen eines Istverstärkungssignals enthält:
    eine erste Speichereinrichtung zum Speichern eines Signals, welches die vorhergehende Position der gesteuerten Vorrichtung angibt,
    eine zweite Speichereinrichtung zum Speichern des als letztes
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    auftretenden Steuersignals,
    eine Einrichtung zum Summieren des Signals in der ersten Speichereinrichtung, das die vorhergehende Position der gesteuerten Vorrichtung angibt, und des Istpositionssignals, das auf das als letztes auftretende Steuersignal hin erzeugt wird, um ein Positionsänderungssignal zu erzeugen, und eine erste Dividierschaltung zum Dividieren des Positionsänderungssignals durch das als letztes auftretende Steuersignal, das in der zweiten Speichereinrichtung gespeichert ist, um das Istverstärkungssignal zu erzeugen.
  6. 6. Regelsystem nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Begrenzerschaltung zum Verhindern von negativen Werten des Istverstärkungssignals.
  7. 7. Regelsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verändern der Verstärkung der Multipliziereinheit in Abhängigkeit von dem Istverstärkungssignal enthält:
    eine zweite Dividierschaltung zum Dividieren des Sollverstärkungssignals durch das Istverstärkungssignal, um ein Verstarkungskorrektursignal zu erzeugen, und
    eine Einrichtung zum Einstellen der Verstärkung der Multipliziereinheit entsprechend dem Verstärkungskorrektursignal.
  8. 8. Verfahren zum adaptiven Regeln der Position einer gesteuerten Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Vorhandensein von Sollverstärkungssignalen und Sollpositionssignalen, gekennzeichnet durch
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    folgende Schritte:
    - Erzeugen eines Signals, welches die Istposition der gesteuerten Vorrichtung angibt,
    - Summieren des Sollpositionssignals und des Istpositionssignals, um daraus ein Positionsfehlersignal zu erzeugen,
    - Verstärken des Positionsfehlersignals, um daraus ein Steuersignal zu erzeugen,
    - Verstellen der gesteuerten Vorrichtung auf das Steuersignal hin,
    - Bestimmen der Positionsänderung der gesteuerten Vorrichtung, die durch das Steuersignal erzeugt worden ist, und Erzeugen eines Istverstärkungssignals in Abhängigkeit davon, und
    - Verändern der dem Positionsfehlersignal gegebenen Verstärkung in Abhängigkeit von dem Istverstärkungssignal.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8," gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    - Erzeugen eines diskreten Impulssignals auf das Steuersignal
    hin, wobei das Impulssignal eine zu dem Steuersignal proportionale Dauer hat, und
    - Verstellen der gesteuerten Vorrichtung für eine Zeit, die durch die Dauer des diskreten Impulssignals festgelegt ist.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte;
    - Abfühlen der Polarität des Steuersignals, und
    - Verstellen der gesteuerten Vorrichtung in einer Richtung, die durch die Polarität des Steuersignals festgelegt ist.
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  11. 11 . Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzeugens eines Istver— Stärkungssignals folgende Schritte umfaßt:
    - Speichern des vorangehenden Steuersignals,
    - Speichern eines Signals, welches die vorhergehende Position der gesteuerten Vorrichtung angibt,
    - Erzeugen eines Signals, welches die gegenwärtige Position der gesteuerten Vorrichtung angibt, nachdem diese auf das Steuersignal hin verstellt worden ist,
    - Summieren des vorhergehenden Positionssignals und des gegenwärtigen Positionssignals, um ein Positionsänderungssignal zu erzeugen, und
    - Dividieren des Positionsanderungssignals durch das gespeicherte vorhergehende Steuersignal.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:
    - Erzeugen eines Signals, welches eine Sollverstärkung angibt,
    - Dividieren des Sollverstärkungssignals durch das Istverstärkungssignal, um ein Verstärkungskorrektursignal zu erzeugen, und
    - Verändern der dem Positionsfehlersignal gegebenen Verstärkung auf das Fehlerkorrektursignal hin.
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