DE2715841C2 - Servoanlage zum Steuern einer Steuerfläche eines Flugzeugs - Google Patents

Description

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darstellt, wobei ρ der Laplace-Operator und τ eine bestimmte Zeitkonstante ist.

Die Erfindung betrifft eine Servosteuerung zum Steuern einer Steuerfläche eines Flugzeuges, die an einem mechanischen Steuerorgan, beispielsweise einem Steuerknüppel angeschlossen ist und die zwei doppeltwirkende hydraulische Kraftverstärker gleicher Bauart aufweist, die zur Ausführung gleichgroßer und gleichgerichteter Verstellbewegungen miteinander verbunden sind und jeweils über einen Steuerschieber gesteuert werden, der seinerseits von einem Servoventil gesteuert wird, wobei jedes Servoventil von einer zugeordneten elektrischen Regelkette gesteuert wird, die bei Bewegung des mechanischen Steuerorgans ein elektrisches Steuersignal aussendet und wobei die Regelketten durch Kreuzverbindungen miteinander verbunden sind und Einrichtungen besitzen, die gleiche Signale an die Servoventile liefern.

Eine Servosteuerung dieser Art ist beispielsweise aus der US-PS 30 70 071 bekannt.

Bei derartigen Steuerungen ergeben sich Schiebersteuerfehler, die durch die Unvollkommenheit der Servoventile bedingt sind, d. h. es ist eine ideale Synchronisierung der Schieber, die mechanisch unabhängig voneinander funktionieren müssen, nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servosteuerung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Synchronisierung der Doppelservosteuerung verwirklicht wird und dabei die Unabhängigkeit der Schieber erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Servosteuerung ist, daß sie die Vorteile einer nur von einer einzigen elektrischen Regelkette geleiteten Steuerung, nämlich Genauigkeit und geringe Hysteresis, und die Vorteile einer von zwei getrennten elektrischen Regelketten geleiteten Steuerung in sich vereint, nämlich die Sicherheit bei Versagen einer der beiden Signalverarbeitungsketten.

In weiterer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes ist zwischen dem Ausgang des zweiten Summierers und dem entsprechenden Eingang des dritten Summierers ein Signalbegrenzer geschaltet, so daß bei Ausfall einer der beiden Regelketten das bei der anderen eingegebene Fehlersignal nicht zu große Bedeutung hat. Darüber hinaus ist ein Verstärker mit dem Verstärkungsverhältnis 1/2 zwischen dem Begrenzer und dem entsprechen-

den Eingang des dritten Summierers geschaltet Somit sind bei einem normalen Betriebsablauf der beiden Regelketten, wie später ersichtlich wird, die beiden, die zwei Servoventil speisenden Signale identisch.

Zur Korrektur der Eigenfehler der Servoventile ist es von Vorteil, auf jeder Regelkette zwischen dem Ausgang des ersten Summierers und einem Hilfseingang von diesem eine Tiefpaßrückkoppelung vorzusehen, die das Ausgangssignal mit Verzögerung wieder einführen kann. Somit wird die Hysteresis, die Schwelle und ein Ruhestellungsfehler der Servoventile unterdrückt

Schließlich ist es zur Vermeidung dynamischer Fehler von Vorteil, zwischen der Tiefpaßrückkoppelung und dem Ausgang des ersten entsprechenden Summierers einen Hilfssummierer zu schalten, der auf seinen Eingängen mit unterschiedlichem Vorzeichen einerseits das Ausgangssignal des ersten Summierers und andererseits das Signal vom Schieberpositionsmeßfühler empfängt, der von dem zugeordneten Servoventil betätigt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt einer Doppelkörper-Servosteuerung bekannter Bauart,

F i g. 2 die bekannte Art der Speisung der Servosteuerung von Fig. 1,

F i g. 3 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Speisevorrichtung der Servosteuerung von Fig. 1,

F i g. 4 eine Darstellung, aus der hervorgeht, wie man die statischen Fehler eines Servoventils der Servosteuerung korrigieren kann, und

F i g. 5 eine ähnliche Darstellung, die zeigt, wie man die statischen und dynamischen Fehler eines Servoventils der Servosteuerung korrigieren kann.

Die sogenannte Doppelkörper-Servosteuerung nach Fig. 1 ist von bekannter Bauart und weist zwei symmetrische und identische Teile auf. Sie besitzt einen Körper 1, der aus einem einzigen Stück besteht, das sich aus den symmetrischen Teilen 2 und 3 zusammensetzt. In jedem der beiden Teile ist ein Zylinder 4 oder 5 eingelassen, in denen sich die Kolben 6 bzw. 7 bewegen. Diese Kolben 6 und 7 sind durch eine gemeinsame Kolbenstange 8 miteinander fest verbunden, die an aus dem Körper 1 heraustretenden Enden 9 und 10 bei 11 bzw. 12 mit dem Aufbau eines Flugzeuges verankert sind. Somit sind die Stange 8 und die Kolben 6 und 7 gegenüber dem Flugzeug fixiert. Es ist also der Körper 1, der sich gegenüber den Kolben 6 und /, d. h. dem Aufbau des Flugzeuges verschieben kann. Eine Steuerfläche 13 des zu steuernden Flugzeuges ist gegenüber letzterem bei 14 schwenkbar befestigt und über eine mechanische Verbindung 15 mit dem Körper 1 verbunden. An jedem Ende der Zylinder 4 und 5 ist eine Leitung 16, 17, 18 oder 19 vorgesehen, durcn die ein hydraulisches Medium den entsprechenden Zylindern 4 oder 5 zugeführt und von diesen abgeführt wird.

Die Steuerung der Hydraulikflüssigkeit in den Zylindern 4 und 5 geschieht über Schieber 20 und 21, deren Zylinder 22 und 23 auf geeignete Art durch Leitungen 23 und 24 an ein Hydraulikreservoir, das unter Druck steht (und hier nicht dargestellt ist) und durch die Leitungen 25 und 26, 27 an einen Flüssigkeitsauslaß (der ebenfalls nicht dargestellt ist) angeschlossen sind.

Auf dem Körper 1 ist in der Symmetrieebene der Teile 2 und 3 bei 28 eine mechanische Steuerverbindung ' z. B. eine Stange 29 angelenkt Die Enden der Schieber 20 und 21 sind bei 30 auf der Stange 29 mittels Federstangen 31 und 32 angelenkt

Es ist dabei ersichtlich, daß bei Schwenken der Stange 29 um ihr Gelenk 28 (Pfeil F) die Schieber 20 und 21 in ihren Zylindern 22 und 23 in gleicher Richtung verschoben werden und die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit in die Zylinder 4 und 5 auf der einen oder der anderen Seite der Kolben 6 und 7 einströmt, so daß sich die Wirkung der Hydraulikflüssigkeit auf dem einen der Kolben 6,7 zu der auf dem. anderen Kolben 6, 7 hinzuaddiert

An den der Stange 29 gegenüberliegenden Enden sind die Schieber 20, 21 mit den elektrohydraulischen Servoventilen 33 oder 34 über die Schieberstangen 35 bzw. 36 verbunden. Die Servoventile 33 und 34 weisen jeweils einen Zylinder 37 bzw. 38 auf, in denen ein Kolben 39 bzw. 40 formschlüssig mit einer Stange 35 bzw. 36 verbunden ist. Jedes Ende der Zylinder 37 oder

38 (und somit jede Seite der Kolben 39 und 40) liegt über mit Querschnittsminderungen versehenen Leitungen 41, 42 oder 43,44 an der Hydraulikquelle. An jedem Kolben

39 und 40 ist eine Prallplatte 45 bzw. 46 angelenkt, die an ihrem dem Kolben 39,40 gegenüberliegendem Ende mit einem verschiebbaren Weicheisenkern 47 bzw. 48 verbunden ist, der im Innern eines Solenoid 49 bzw. 50 liegt und durch ein zwischen seinen Klemmen 51, 52 bzw. 53, 54 gegebenes elektrisches Signal gespeist werden kann.

Auf beiden Seiten der Prallplatte 45 oder 46 sind zwei aufeinandergerichtete Düsen 55, 56 bzw. 57, 58 angeordnet, die mit den Enden der Zylinder 37 und 38 der Kolben 39 und 40 verbunden sind. Im Gleichgewichtszustand (der in der F i g. 1 dargestellt ist) wird die Wirkung auf die Prallplatte 45 (oder 46) des aus der Düse 55 (oder 57) austretenden Hydraulikstrahls durch den aus der Düse 56 (oder 58) austretenden Strahl ausgeglichen, woraus sich ergibt, daß die Drücke in den Düsen 55,56 und 57, 58 und die Drücke beiderseits der Kolben 39 und 40 identisch sind. Demzufolge bleiben sie im Gleichgewicht.

Sobald demgegenüber ein elektrisches Signal zwischen den Klemmen 51, 52 oder 53, 54 angelegt wird, verschiebt sich der entsprechende Kern 47 oder 48 und nähert sich der Prallplatte 45 oder 46 einer der Düsen 55 oder 56 (bzw. 57 oder 58), wodurch das System außer Gleichgewicht kommt. Einer der auf einer der Seiten eines Kolbens 39 oder 40 herrschenden Drücke wird größer als der auf der anderen Seite und der entsprechende Kolben 39, 40 verschiebt sich, wobei er den zugeordneten Schieber 20 oder 21 antreibt und den Körper 1 dazu bringt, sich gegenüber den festen Kolben 6 und 7 zu verschieben.

Somit kann die Steuerfläche 13 entweder von Hand durch die mechanische Steuerung oder durch zwischen den Klemmen 51, 52 bzw. 53, 54 angelegte elektrische Signale betätigt werden.

Wenn die beiden Klemmenpaare 51, 52 und 53, 54 vom gleichen elektrischen Signal gespeist werden, so ist klar, daß sich die Wirkungen der beiden Servoventile 33 und 34 addieren, um den Körper 1 zu verschieben und die Steuerfläche 13 zu steuern. Wenn dagegen die Klemmenpaare 51, 52 und 53, 54 von getrennten Signalen gesteuert werden, so ist es unerläßlich, daß sie gens'iestens synchronisiert sind, um zu vermeiden, daß — wenn auch vorrübergehend — eine in eine Richtung und die andere in die entgegengesetzte Richtung gehende Wirkung ausgelöst wird, d. h. einander

entgegenwirkende Zustände auftreten.

Um diesen Aspekt klarer herausgestellen, wurde in der F i g. 2 noch weiter schematisiert als in F i g. 1 die doppeltwirkende Servosteuerung dargestellt, der die Stromspeisungsketten der Servoventile 35 und 34 hinzugefügt wurde. Diese werden jeweils von zwei Stromverstärkern 60 und 61 gespeist, die jeweils ihre Signale von einem Summierer 62 und 63 empfangen. Jeder Summierer 62, 63 empfängt einerseits an seinem + Eingang ein Signal θι oder Q₂ der vom Kraftverstärker angesteuerten Position vom Verarbeiter 64 oder 65, der die Verschiebungen des mechanischen Steuerorgans (Knüppel, Handrad, Pedale) ermittelt, und andererseits auf seinem -Eingang ein Signal R\ oder R₂ der Kraftverstärkerrückstellposition vom Meßfühler 66 oder 67. Ein derartiger Meßfühler kann am Körper 1 oder an der Steuerfläche 13 angeordnet sein.

Selbstverständlich sind θι und θ₂ die beiden Werte einer gleichen Größe θ; θι und θ₂ müßten gleich sein. Da jedoch die Meßfehler der Vorrichtungen 64 und 65 zu berücksichtigen sind, sind diese Werte nicht gleich. Zum Beispiel θι=θ + όι, während θ₂ = θ + <52, wobei <5i und <5₂ gegenüber θ klein sind.

Gleichermaßen sind R\ und R₂ zwei Werte einer gleichen Größe R. Man kann schreiben R\ = ä + ei und R₂ = R+62, wobei ει und 62 gegenüber R niedrig sind.

Somit sind die beiden Servoventile 33 und 34 gleichzeitig wirksam:

Im Normalbetrieb hat man eine Hysteresis und Steuerschwellen, die Funktionen der algebraischen Summe der Fehler δι und O₂, die bei der Verarbeitung der Steuerbefehle θι und Θ2 auftreten, und der Fehler ει und ε₂ sind, die vom Meßwertgeber kommen (Nachbildung der Stellung der Kraftverstärker).

Im Störungsfalle einer Steuerkette wird der Wirkung des Kraftverstärkers, dessen Schieber schlecht eingestellt ist, die Wirkung des Körpers 1 entgegengesetzt, dessen Schieber von einer fehlerfreien Kette eingestellt wird, was somit zur Steuerbefehlslöschung führt.

Um die Nachteile auszuräumen, die oben erwähnt wurden, schlägt die Erfindung vor, einer »Duplex«-Lösung (gleichzeitige Steuerung der beiden Servoventile) die Vorteile einer »Simplex«-Lösung beizugesellen (sehr genaue Synchronisierung der Steuerschieber durch Steuern eine; einzigen Servoventils oder durch Verwenden einer einzigen Servoventil-Schieber-Kraftverstärkereinheit).

Nimmt man demnach an, daß jeder Steuerschieber von einem Servoventil geleitet wird und daß jedes Servoventil wenigstens von einer Steuersignalverarbeitungskette gesteuert wird, so haben die Positionsunterschiede zwischen den Steuerschiebern zwei Ursprünge:

— Fehler, die auf die Servoventile selbst zurückgehen und

— Fehler, die sich bei der Verarbeitung der an die Servoventile gegebenen elektrischen Signale ergeben (aufgrund der Meßfühler und der Verarbeitung ihrer Signale im besonderen).

60

Die in F i g. 3 dargestellte Vorrichtung zielt darauf ab, die Fehler der oben erwähnten zweiten Art zu beseitigen. Jedes Servoventil 33 und 34 wird, wie ersichtlich, von einer einander baugleichen eigenen Regelkette 70 oder 71 gespeist

Jede Regelkette 70, 71 umfaßt, wie oben, eine Verarbeitungsschaltung 64 oder 65 eines Steuersignals Θ. Diese Schaltung 64 oder 65 kann z. B. ein mit einer Handführungssteuerung gekoppelter Meßfühler oder ein das Signal des Meßfühlers empfangender Rechner sein, der die Signale der Flugzeugbelastung, der Fluggestaltung etc. verarbeitet.

Der Ausgang der Verarbeitungsschaltung 64 oder 65 liegt am + Eingang eines ersten Summierers 72 oder 73. Jeder Summierer 72 oder 73 empfängt an seinem - Eingang ein vom entsprechenden Meßfühler 66 oder 67 für Zylinderstellung (oder Steuerflächenstellung) stammendes Signal. Der Ausgang der Summierschaltung 72 oder 73 liegt andererseits am + Eingang einer zweiten Summierschaltung 74 oder 75 und andererseits parallel zum + Eingang einer dritten Summierschaltung

76 oder 77.

Der Ausgang der dritten Summierschaltung 76 oder

77 liegt über den Stromverstärker 60 oder 61 am entsprechenden Servoventil 33 oder 34.

Die zweite Summierschaltung 74 oder 75 jeder Kette 70, 71 empfängt an ihrem — Eingang über eine Leitung

78 oder 79 das von der ersten Summierschaltung 73 oder

72 der anderen Kette 70,71 stammende Signal.

Der Ausgang der zweiten Summierschaltung 74 oder 75 liegt über einen Schaltungsbegrenzer 80 oder 81, der mit einem Verstärker 82 oder 83 mit dem Verstärkungsverhältnis 1/2 in Serie geschaltet ist, am — Eingang der dritten Summierschaltung 76 oder 77.

Jede Kette 70, 71 verarbeitet demnach ein Steuersignal θ und empfängt ein Rückstellsignal (Stellungsrückkehrsignal) R.

Wie bereits erwähnt, stellt sich ein Fehler Oi oder O₂ in der Verarbeitung von θ ein und das Rückstellsignal ist mit einem Fehlersi oder ε₂ behaftet.

Die Signale an den Eingängen der Summierer 72 und

73 sind demzufolge jeweils:

θι =θ + <5ι und R\ = R+E\ für den Summierer 72 θ₂ = θ + O₂ und R₂ =R+ε₂ für den Summierer 73

Die Fehler, die von den Stromverstärkern 60 und 61 und von den Servoventilen 33, 34 eingeführt werden, gelten als unerheblich oder werden auf nachfolgend beschriebene Art kompensiert

Der Summierer 72 liefert demnach an seinem Ausgang ein Signal

Der Summierer 73 liefert an seinem Ausgang ein Signal

X2=iß+62)~(R+e2).

Der Summierer 74 liefert an seinem Ausgang ein Signal

Υί=Χί-Χ2=δί-ό2+ο2-ε\.

Der Summierer 75 liefert an seinem Ausgang ein Signal

>'2 = Λ'2-ΛΊ=Λ2-α1+ε1-ε2.

Das Signal Y\ wird nach Durchlaufen des Schaltungsbegrenzers (Amplitudenbegrenzer) 80 — der nachstehend noch genauer beschrieben wird — und des Verstärkers 82 vom Signal Xi im Summierer 76 abgezogen. Demnach ist das an seinem Ausgang liegende Signal 71:

Das gleiche gilt für das Signal Yl, das nach Durchlaufen des Begrenzen Il und Teilungdurchjveiin Ventfek« φ vom Signal X 2 im Summierer 77 abgezogen wird. Das Signal Z2 an seinem Ausgang lautet demnach:

Z2 = \θ + 62)-(R +ti)-1/2(02-61+el-ε2)

Die beiden Stromverstärker 60 und 61 werden von den identischen Signalen gespeist und die beiden Schieber 20 und 21 sind vollkommen synchronisiert.

Auf einen erteilten Steuerbefehl wird die Ausgleichstellung erreicht, wenn die beiden Schieber 20, 21 bei Null liegen, d. h. wenn:

^ . <Π+<52

wobei

wenn also demnach das algebraische Mittel beider ausgearbeiteten Befehle gleich ist dem algebraischen Mittel beider Rückstellsignale.

Die Rolle der Amplitudenbegrenzer 80 und 81 ist wesentlich. Es ermöglicht den Einfluß eines Ausfalls einer der beiden Ketten 70, 71 in bezug zur anderen zu begrenzen.

Wenn z. B. ein Ausfall in der Verarbeitung von θ+ 01 auftreten und einen bedeutenden Fehler mit sich bringen würde, so begrenzt der Begrenzer (oder Amplitudenbegrenzer) 81, der dem Summierer 75 nachgeschaltet ist, den Wert des Signals Y2 (das man als Synchronisierungssignal definieren kann). Demzufolge wird das am Ausgang des Summierers 77 liegende Signal nicht mehr dem Signal gleich sein, das am Ausgang des Summierers 76 liegt, weshalb die beiden Schieber 20, 21 nicht synchronisiert sind. Jedoch ist die sich ergebende Wirkung weit geringer, als wenn die Synchronisierung mit einer bedeutenden Verzögerung zwischen gewünschtem Steuerbefehl und erteiltem Befehl erhalten worden wäre.

Wenn z. B. eine Servosteuerung eine Steuerfläche 13 in einem Winkelbereich von mehr oder weniger als 30° verstellt, so läßt sich abschätzen, daß der Gesamtfehler (δ+ ε) einer Kette 70,71 einen Maximalwert von 1 Grad haben kann.

Es ist demnach angebracht, den Begrenzungswert bei 2 Grad (Maximalwert δ1+ε1+<$2+ε2) festzulegen. Unter diesen Umständen hätte dann das Signal Y1/2 oder Y2/2 einen Maximalwert von 1 Grad.

Wird angenommen, daß die Kette 70 ausfällt, so addiert das Signal Y2/2 am Ausgang des Teilers 83 1 Grad im Sinne des Ausfalls zum von der Kette 71 gelieferten Fehlersignal hinzu. Diese Differenz wird gelöscht durch das Rückstellsignal R, wenn sich die Steuerfläche 13 um 1 Grad verschoben hat Demnach wird ausgehend von dieser gegenüber dem gewünschten Befehl um 1 Grad verschobenen Stellung das Signal der zweiten Kette 71 vorherrschend und der Schieber 21 entsynchronisiert sich vom Schieber 20, was entgegengesetzte Kräfte auf die Kolben 6,7 zur Folge hat

Die Vorrichtung ermöglicht somit, die Vorteile einer Steuerung mit zwei Schieber und einer einzigen Regelkette (sehr genaue Synchronisierung der beiden Schieber) und einer Steuerung mit zwei getrennten Regelketten (Gegenautomatik beim Ausfall einer Kette durch die Wirkung der zweiten) zu vereinen.

Die Präzision eines Schiebers etwa nach F i g. 2 kann aber auch durch die Eigenfehler der Servoventile 33 und 34 beeinträchtigt werden.

Derartige Fehler sind:

— Schieber weicht von der Nullstellung ab

— die Hysteresis,

— eine Abschaltschwelle,

— ein Verstärkungsfehler und

— Nichtlinearitäten.

35

Wenn θ die gewünschte Stellung der Steuerfläche 13, R die wirkliche Stellung der Steuerfläche 13, wie sie vom Meßfühler ermittelt wurde, U die Stellung des Steuerschiebers 20 ist, wie sie vom Potentiometer 84 (s. F i g. 4) übermittelt wurde, so ist das Fehlersignal der erfaßten Stellung des Körpers 1 e=0 — R, und im Funktionsbereich des Schiebers 20 kann die Stellung des Steuerschiebers 20 wiedergegeben werden mit

U= e+Δ.

Bei U= 0 (Schieber geschlossen) ist die Servosteuerung unbeweglich.

Einem Wert von U entspricht eine öffnung des Schiebers, demnach eine öldurchlaufmenge und folglich eine Verschiebungsgeschwindigkeit des Körpers 1. Die statischen Fehler sind Fehler, die die durch einen erteilten Befehl stabilisierte Position beeinträchtigen.

Bei stabilisierter Position ist U-Q und demnach

Die Summe der statischen Fehler des Servoventils 33, 34 kommt demnach einer Positionsabweichung gleich:

eo= -Δ

Die dynamischen Fehler sind Fehler, die die Verschiebungsgeschwindigkeit der Servosteuerung beeinflussen.

Sie kommen durch die Fehlerhäufigkeit am Verstärker, durch Nichtlinearitäten und vorhergegangener Fehler zustande, wenn UΦ Ο.

Demzufolge ist es wichtig, um eine Nachbildung oder genauest mögliche Abbildung der Steuerbefehle zu erreichen, die unterschiedlichen Unvollkommenheiten der verwendeten Servoventile 33, 34 auszugleichen oder zu kompensieren. Diese Unvollkommenheiten sind jedoch nicht konstant und entwickeln sich in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Verschleiß usw.

Die F i g. 4 zeigt eine schematische Darstellung, in der die Korrektur statischer Fehler des Servoventils 33 durchgeführt wird. Selbstverständlich wird auch eine gleiche Korrektur am Servoventil 34 vorgenommen.

In der Korrekturschaltung der F i g. 4 wird das vom

ίο

Summierer 72 kommende Signal, das den Positionsfehler anzeigt, über eine Schaltung 86 mit Tiefpaßcharakteristiken wieder dem + Hilfseingang zugeführt, so daß auf Dauer der entsprechende Ausgangswert aufrechterhalten wird.

Die Tiefpaßcharakteristiken der Rückkopplungsschaltung 86 ermöglichen somit, daß keine Instabilität auftritt.

Die Schaltung 86 liefert übrigens eine Antwort in Form von

Ι + τρ

wobei ρ der Laplace-Operator und τ eine bestimmte Zeit darstellen.

Das Positionsfehlersignal wird demzufolge mit Verzögerung rückgeführt.

Durch die Schaltung 86 kann ein Signal an den + Hilfseingang des Summierers 72 gegeben werden, das die Fehler kompensiert, die vom Summierer 76 und von den unterhalb davon liegenden Bauelementen eingeführt wurden.

Darüber hinaus stellt die Rückführung eines Stromanteils des Servoventils 33 in den Summierer 76 (durch dessen Hilfseingang) eine Gegenkopplung des Stromverstärkers 60 dar.

In der Praxis hat sich für eine von einem nach dem Verfahren von F i g. 4 korrigierten Servoventil geleitete Servosteuerung gezeigt:

— daß man eine vollständige Korrektur der statischen Fehler erreicht, die bis zu 50% der vollen Operationsbreite des Servoventils darstellen (die Fehler liegen normalerweise jedoch unter 20%);

— daß eine Zeitkonstante von 350 Millisekunden für die Schaltung 86 ausreicht um eine ausreichende Stabilisierung zu erzielen;

— daß jegliche Hysteresis mit der Positionssteuerung verschwindet; und

— daß sich der Frequenzgang der Servosteuerung, insbesondere die Phasenverschiebung bei niedrigen Frequenzen (Langsambewegungen) verbessert

Erfährt die Servosteuerung Geschwindigkeitssättigungen über längere Zeiträume (Schnelligkeit der Steuerbewegungen liegt höher als die Schnelligkeit des möglichen Ansprechens der Steuerfläche) oder Sättigungen in der Belastung (Fluggestaltung, die auf der Steuerfläche zu einer aerodynamischen Belastung führt, die die mögliche Belastung des oder der Kräfteverstärker Übersteigt), kann die Vorrichtung nach F i g. 4 ein nicht berechtigtes Korrektursignal liefern.

Tatsächlich ist in diesen beiden Fällen das Fehlersignal e nicht einzig und allein auf Fehler der Servoventile zurückzuführen.

Zum Beispiel wird im Falle der Belastungssättigung das Kompensierungssignal am Ende von 3τ 95% des möglichen maximalen Wertes erreichen.

Demgegenüber erhält man bei Vergleichen von e mit

einem von einem Meßfühler gelieferten Signal, das die Position des mechanischen vom Servoventil 33,34 (der Steuerschieber der Servosteuerung) gesteuerten Schiebers 20, 21 mitteilt, den Wert der Fehler, die zwischen der Meßstelle e und dem gesteuerten Schieber 20, 21 (demnach auch die Fehler, die vom Stromverstärker 60) eingeführt wurden.

Die F i g. 5 zeigt eine Vorrichtung, durch die der erwähnte Nachteil beseitigt und die dynamischen Fehler des Servoventils 33 korrigiert werden können. Die Zeichnung zeigt einen Potentiometer-Meßfühler 84, der an einem Steuerschieber 20 liegt und das bezeichnende Signal Uder Stellung des Steuerschiebers 20 liefert. Das Signal U wird mit dem Minusvorzeichen an einen

ι s Summierer 88 gegeben, der auch das vom Summierer 72 mit + Vorzeichen versehene Signa! e empfängt. Der Ausgang des Summierers 88 liegt am Eingang der Tiefpaßrückkopplung 86 und hat, wie bereits erwähnt, die Form:

Somit wird ein übermäßiges Fehlersignal automatisch

verringert durch das vom Meßfühler 84 hergeleitete Signal U.

In der Schaltung der F i g. 5 kann die Zeitkonstante r viel geringer sein als bei der Schaltung der F i g. 4, denn die Ansprechzeit der Servoventil-Schiebereinheit ist auch viel kürzer als die Ansprechzeit der Servosteuerung (die Gefahren übermäßiger Signale durch Sättigung sind ja beseitigt).

Versuche, die mit der vorhergehenden Schaltung durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß die Stabilität der Einheit mit einer Zeitkonstante von 33 Millisekunden ausgezeichnet ist.

Die Vorrichtung nach F i g. 5 ermöglicht somit eine statische und dynamische Fehlerkorrektur der Einheit und insbesondere der Servoventile.

Die Erfahrung hat gezeigt daß man bei einer doppelt wirkenden »Duplex«-gesteuerten Servosteuerung mit einer Vorrichtung, die die Fehlerkompensierelemente der Servoventile unter Verwendung von linearen Schieberstellungsmeßfühlern und der Synchronisie rungsvorrichtung mit begrenztem Operationsbereich zwischen den beiden Ketten (Operationsbereich von mehr oder weniger als 1 Grad) aufweist

im Normalbetrieb eine ausgezeichnete Synchronisierung erreicht; die unter diesen Umständen gemessene Hysteresis beträgt 1 Winkelminute, während sie bei Simp'.exstcucrur.g ein und eine halbe Minute beträgt und dies ohne Fehlerkompensation der Servoventile;

eine fast vollständige Löschung der Wirkung des Ausfallens einer Kette durch Gegenüberstellung der anderen erzielt und

eine dynamische Leistungswiedergabe wie mit einer Simplexsteuerung erhält

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Servosteuerung zum Steuern einer Steuerfläche eines Flugzeuges, die an einem mechanischen Steuerorgan, beispielsweise einem Steuerknüppel, angeschlossen ist und die zwei doppeltwirkende hydraulische Kraftverstärker gleicher Bauart aufweist, die zur Ausführung gleichgroßer und gleichgerichteter Verstellbewegungen miteinander verbun- den sind und jeweils über einen Steuerschieber gesteuert werden, der seinerseits von einem Servoventil gesteuert wird, wobei jedes Servoventil von einer zugeordneten elektrischen Regelkette gesteuert wird, die bei Bewegung des mechanischen Steuerorgans ein elektrisches Steuersignal aussendet und wobei die Regelketten durch Kreuzverbindungen miteinander verbunden sind und Einrichtungen besitzen, die gleiche Signale an die Servoventil liefern, dadurch gekennzeichnet, daß jede Regelkette (70,71) drei Summierer (72,73,74,75,76, 77) mit je zwei Eingängen und einem Ausgang aufweist, von denen der erste Summierer (72,73) an einem Eingang das elektrische Steuersignal und an dem anderen Eingang ein der effektiven Verschiebung der Steuerfläche (13) entsprechendes Signal empfängt, während sein Ausgang jeweils den einen Eingang des zweiten Summierers (74, 75) und des dritten Summierers (76, 77) ansteuert, der zweite Summierer (74, 75) an seinem anderen Eingang den Ausgang des ersten Summierers (72,73) der anderen Regelkette (70, 71) empfängt und der dritte Summierer (76, 77) an seinem anderen Eingang das Ausgangssignal des zweiten Summierers (74, 75) empfängt und der Ausgang des dritten Summierers (76,77) das jeweils zugeordnete Servoventil (33,34) speist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des zweiten Summierers (74, 75) und dem entsprechenden Eingang des dritten Summierers (76, 77) ein Begrenzer (80,81) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker (82, 83) mit dem Verstärkungsverhältnis 1/2 zwischen den Begrenzer (30,81) und den entsprechenden Eingang des dritten Summierers (76,77) geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromverstärker (60,61) zwischen den dritten Summierer (76,77) jeder Regelkette (70, 71) und dem entsprechenden Servoventil (33, 34) geschaltet ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tiefpaßrückkopplung (86), durch die das Ausgangssignal mit Verzögerung wieder eingespeist werden kann, zwischen den Ausgang des ersten Summierers (72, 73) und einem Hilfseingang des ersten Summierers (72,73) geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Wiedereinspeisung eines das entsprechende Servoventil (33, 34) passierenden Stromanteils an einem Hilfseingang des dritten Summierers (76,77) einer Regelkette (70, 71) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Tiefpaßrückkoppelung (86) und dem Ausgang des entsprechenden ersten Summierers (72, 73) ein Hilfssummierer (88) vorgesehen ist, der auf den Eingängen mit unterschiedlichen Vorzeichen einerseits das Ausgangssignal des ersten Summierers (72, 73) und andererseits ein vom Schieberpositionsmeßfühler (84) des zugeordneten Servoventil (33, 34) stammendes Signal.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefpaßrückkoppelung (86) einen Frequenzgang der Form