DE2759167C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Drehmeldeverstärker zum Umsetzen von Winkelausgangsinformationen eines Dreileiterdrehmel­ ders gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung betrifft also einen Drehmelderverstärker zum Verarbeiten von Signalen eines Dreileiterdrehmelders zur Steuerung der Trägerphase und -frequenz, während die Winkelinfor­ mation unverändert erhalten bleibt.

Die Phase und die Frequenz des Trägers, die in der Modula­ tionsschaltung moduliert wird, kann so wie es erwünscht ist, ge­ steuert werden. Das modulierte Trägersignal wird in einen Gegen­ kopplungspfad geleitet, in dem es moduliert wird, wobei ein aus­ gewähltes Trägersignal verwendet wird, um ein veränderbares Gleichspannungssignal zu erzeugen, das an den Eingang der Modula­ tionsschleife zurückgeführt wird, so daß bei Nullabgleich das Ausgangssignal des Modulationspfades die Winkelinformation des Dreileiterdrehmelders reproduziert, wobei jedoch die Trägerphase und -frequenz in der gewünschten Weise steuerbar ist.

Bei vielen Steuer- und Anzeigevorrichtungen, wie sei gewöhn­ lich für Bordanlagen von Flugzeugen verwendet werden, wird ein mechanischer Winkelabtaster, beispielsweise ein Dreileiterdreh­ melder, verwendet, um eine Primäranzeige einer Winkelstellung einer Welle zu erhalten. Beispielsweise kann ein Drehmelder mit dem Gyroskop des Flugzeuges verbunden sein, so daß man ein Aus­ gangssignal erhält, das die Winkellage des Gyroskops darstellt. Die Ausgangssignale solch eines Primärabtastgliedes, d. h. des Dreileiterdrehmelders, werden dazu verwendet, verschiedene Steuer- und Anzeigefunktionen in dem Flugzeug auszuführen. Bei­ spielsweise können die die Winkellage wiedergegebenden Signale als Eingangssignale für Kurslenkeinrichtungen, Direktdarstellungsein­ richtungen, Flugdatenverarbeitungseinrichtungen sowie bei Rich­ tungsdarstellungseinrichtungen und anderen Darstellungseinrich­ tungen verwendet werden. In vielen Fällen kann eine einzige derartige Abtasteinrichtung nicht an alle diese Einrichtungen angepaßt werden.

Eine Begrenzung ist dadurch gegeben, daß die Ausgangslei­ stung des Drehmelders begrenzt ist. Wenn zuviele Einrichtungen von dem Ausgangs des Drehmelders angesteuert werdend, dann nimmt die Genauigkeit des Drehmelders ab, und es besteht auch die Ge­ fahr, daß der Drehmelder beschädigt wird, wenn er zu stark be­ lastet ist. Eine andere Begrenzung ist durch die Erdungsverhältnisse sowie durch die Wechselspannungsphasenbedingungen zwischen dem Drehmelder und den verschiedenen Steuer- und Anzei­ geeinrichtungen gegeben, die die Drehmeldersignale weiterverar­ beiten. Jede der verschiedenen Einrichtungen kann Spannungsquel­ len und Schaltungen aufweisen, die bezüglich ihrer Erdung und ihrer Phase verglichen mit der Phase am Ausgang des Drehmelders nicht zusammenpassen. Man will dabei das Drehmeldersignal an die elektrischen Versorgungseinrichtungen für jede der verschiedenen Darstellungseinrichtungen und Steuereinrichtungen, die dieses Signal verwenden, anpassen. Als Folge davon ist es bei den der­ zeit bekannten Anordnungen erforderlich, daß ein Drehmelderpuf­ ferverstärker oder daß mehrere Verstärker verwendet werden. Dies erfordert bei den Drehmelderverstärkern in der einangs erwähnten Art die Verwendung von mechanisch geregelten Drehmeldern, deren Bezugs- oder Speisespannungen in der gewünschten Weise einge­ stellt werden können. Mechanisch geregelte Drehmelder sind jedoch teuer, anfällig für Störungen, sie haben ein langsames Ansprech­ verhalten, und sie sind in ihrer Zuverlässigkeit begrenzt, wie es sich aus ihrem mechanischen Aufbau ergibt.

Es ist auch schon eine Leitungsverstärker-Vorrichtung nach der DE-OS 20 64 391 bekannt, bei der als Gleichspannungswerte vorliegende Winkel proportionale Signale ohne die Verwendung elektronischer Bauteile in verstärkte Trägerfrequenzsignale be­ liebiger Frequenz umgesetzt werden. Eine solche Leitungsverstär­ ker-Vorrichtung ist auch als Drehmelderverstärker verwendbar. Wenn bei dieser Schaltungsanordnung die Gleichstromsignale, die den mechanischen Winkel oder Wellenwinkel darstellen, als Sinus oder Kosinus abgeleitet sind, werden sie getrennten Multiplizie­ rern als Einstellvorrichtungen zugeführt, wobei der Ausgang der Verstärker der Ausgang der gesamten Schaltungsanordnung ist. Die Ausgangssignale der Verstärker werden miteinander kombiniert und über einen Gleichrichter einer Subtrahierschaltung zugeführt, in der sie mit dem Ausgangssignal einer Bezugsspannungsquelle ver­ glichen werden. Das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung wird dann integriert und mit einem gewünschten Trägersignal in einem Multiplizierer moduliert. Das modulierte Ausgangssignal wird dann den als Multiplizierern ausgebildeten Einstellvorrichtungen zuge­ führt. Der Zweck dieser bekannten Schaltungsanordnung besteht darin, die Ausgangssignale des Drehmelderverstärkers, die uner­ wünschte Änderungen in ihrer Größe aufweisen können, entsprechend zu regeln. Es soll also ein Ausgangssignal geschaffen werden, das unabhängig von unerwünschten Amplitudenänderungen ist und das der tatsächlichen Lage der Rotorwelle weitestgehend entspricht.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Drehmel­ derverstärker der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der keine mechanisch bewegten Teile benötigt.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.

Voraussetzung für die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Drehmelderverstärkers ist es, daß zunächst das dreiphasige Signal in zweiphasige Signale mit Hilfe eines Drei-Phasen-/Zwei-Phasen- Übertragers umgesetzt wird, wobei die beiden zweiphasigen Signale den Sinus und den Kosinus des mechanischen Winkels oder Wellen­ winkels darstellen. Jedes dieser Gleichstromsignale wird dann einer der getrennten Einrichtungen zum Modulieren mit jeweils einer Gegenkopplungseinrichtung zugeführt, in der ein Trägersi­ gnal der gewünschten Phase und Frequenz durch die Winkelinforma­ tion moduliert wird. In den Gegenkopplungseinrichtungen werden die Ausgangssignale der Modulatoren unter Verwendung der Träger­ signal ausgewählter Phase und Frequenz demoduliert.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein Ausgangssignal gebildet, das unabhängig von unerwünschten Amplitudenänderungen ist und das der tatsächlichen Lage der Rotorwelle stets weitest­ gehend entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an­ hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Dabei zeigt

die einzige Figur eine schematische Darstellung des Festkörper­ verstärkers mit wellbarer Trägerphase und -frequenz.

Die modulierten dreiphasigen Ausgangssignale eines Drei­ leiterdrehmelders, die eine Winkellage darstellen, werden als Eingangssignal einem Drei-Phasen/Zwei-Phasen-Übertrager 10 nach Scott zugeführt. Der Drei- Phasen/Zwei-Phasen-Übertrager 10 weist eine sterngeschaltete Primärwicklung nach Art eines Drehmelders auf, die nicht darge­ stellt ist, der das dreiphasige Signal des Dreileiterdrehmelders zugeführt wird. Die Sekundärwicklung des Drei-Phasen/Zwei-Phasen- Übertragers nach Scott, die nicht dargestellt ist, weist zwei orthogonal gewickelte Windungen auf, so daß das dreiphasige Ausgangssignal des Drehmelders, das die Winkelinformation dar­ stellt, in zwei Ausgangssignale umgesetzt wird, die den Sinus und Kosinus des Drehmelderwellenwinkels R darstellen. Drei- Phasen/Zwei-Phasen-Übertrager nach Scott sind gute bekannte Bau­ elemente, um entweder ein zweiphasiges Eingangssignal in ein dreiphasiges Ausgangssignal oder umgekehrt umzuformen, und der in der Figur darstellte Drei-Phasen/Zwei-Phasen-Übertrager nach Scott überträgt ein dreiphasiges Eingangs­ signal in ein zweiphasiges Ausgangssignal. Es wird hierzu ver­ wiesen auf das Buch mit dem Titel "Alternating Current Machinery", L. V. Bulay, McMillen Co., N. Y. (1949), und zwar insbesondere auf die Seiten 89 bis 91, auf denen die grundlegenden Eigenschaften des Drei-Phasen/Zwei-Phasen-Übertragers nach Scott beschrieben sind.

Die modulierten Sinus R- und Kosinus R-Signale werden zwei Signalverarbeitungsschaltungen 11 und 12 zugeführt, wobei das Sinus R- und das Kosinus R-Signal zunächst demoduliert und dann in einer Modulierschaltung mit geschlossenem Regelkreis wieder moduliert werden, um ein moduliertes Ausgangssignal zu bilden, das die Winkelinformation am Ausgang des Dreileiterdrehmelders reproduziert, wobei jedoch die Phase und/oder Frequenz des Träger­ signals so ausgewählt ist, daß sie die Phasen-, Frequenz- und Leistungsanforderungen der verschiedenen Einrichtungen ergänzt, die die Signale des Dreileiterdrehmelders ver­ wenden. Die modulierten Signale werden dann einem weiteren Drei-Phasen/Zwei-Phasen-Übertrager 13 nach Scott zugeführt, der mit den Signalverarbeitungsschaltungen verbunden ist, um die zweiphasigen Sinus R- und Kosinus R- Signale in Dreileitersignale umzuformen, die für die Ausgangs­ einrichtungen verwendet werden.

Die Sinus R- und Kosinus R-Ausgangssignale des Drei-Phasen/ Zwei-Phasen-Übertragers 10 werden jeweils als Eingangssignale phasenempfindlichen Demodulatoren 14 und 15 der Kanäle 11 bzw. 12 zugeführt. Die anderen Eingangssignale für die Demodulatoren 14 und 15 sind ein rechteckförmiges Bezugsträgersignal, das die gleiche Frequenz aufweist, wie die Erregungsspannung für den Drei­ leiterdrehmelder. Zu diesem Zweck wird eine sinusförmige Spannung von der Erregungsspannungsquelle für den Dreileiterdrehmelder auch dem Isolierübertrager 16 zugeführt, um den Verstärker von dem Dreileiterdrehmelder zu isolieren. Das Signal des Isolier­ übertragers 16 wird dem Vergleichsverstärker 17 zugeführt, dessen andere Eingangsanschlußklemme geerdet ist. Der Verstärker 17 ist bei sehr geringen positiven und negativen Spannungswerten gegenüber Masse gesättigt, so daß die ankommende Sinusschwingung begrenzt wird, wodurch eine rechteckförmige Spannung an seinem Ausgang entsteht, die die gleiche Frequenz und Phase wie die Er­ regerspannung für den Dreileiterdrehmelder hat. Ein rechteck­ förmiges Trägerbezugssignal wird für den Fall vorgezogen, daß die phasenempfindlichen Demodulatoren 14 und 15 phasenempfindliche Schaltdemodulatoren sind, da Schaltvorrichtungen genauer und rascher auf rechteckförmige Schwingungen ansprechen, als auf ein sinusförmiges Trägerbezugssignal. Die Ausgangssignale der De­ modulatoren 14 und 15 sind deshalb veränderliche Gleichspannungen, die proportional dem Sinus bzw. dem Kosinus des Wellenwinkels R sind.

Die Gleichspannungsausgangssignale der Demodulatoren 14 und 15 werden zur Modulation eines Trägersignals ausgewählter Phase und Frequenz verwendet, um ein moduliertes Ausgangssignal zu bilden, das die Winkelinformation des Dreilei­ terdrehmelders reproduziert, das jedoch die gewünschten Träger­ signalphasen- und -frequenzeigenschaften aufweist.

Gegengekoppelte Modulationsschaltungen 18 und 19 sind bei der Spannung 0 abgeglichen, wo­ bei das ankommende Gleichspannungssignal dazu verwendet wird, ein Trägersignal ausgewählter Phase und Frequenz zu modulieren. Das modulierte Ausgangssignal wird auch in jeder Modulationsschal­ tung einem Gegenkopplungsweg zugeführt. Die Gegenkopplungs­ pfade enthalten auch geeignete Demodulatoren 36, 37, die von der Träger­ schwingung ausgewählter Phase und Frequenz angesteuert werden, um ein Gegenkopplungsgleichspannungssignal zu bilden, welches mit den veränderbaren Ausgangsgleichspannungen der Demodulatoren 14 und 15 verglichen wird. Wenn irgendein Unterschied zwischen den Ausgangsgleichspannungssignalen der Demodulatoren in den negativen Rückkopplungspfaden besteht, werden die Modulations­ schaltungen 18 und 19 so angesteuert, daß sie einen Abgleich auf 0 erzwingen, wodurch die Genauigkeit der Ausgangssignale der Festkörperverstärker vergrößert wird.

Die Gleichspannungsausgangssignale der Demodulatoren 14 und 15, die die Sinus R- und Kosinus R-Information wiedergeben, werden als ein Eingangssignal Summierschaltungen 20 bzw. 21 zu­ geführt. Die demodulierenden Gleichspannungssignale der Gegen­ kopplungspfade in den Modulationsschaltungen 18 und 19 sind die anderen Ein­ gangssignale für diese Summierschaltungen. Die Signale werden verglichen, um die Anordnung zum Nullabgleich zu bringen. Die Differenzausgangssignale der Summierschaltungen 20 und 21 werden als ein Eingangssignal Summierschaltungen 20 bzw. 23 zugeführt. Die Ausgangssignale der Summierschaltungen 22 und 23 werden Verstärkern 24 und 25 mit großer Ver­ stärkung, die sich in den Modulationsschaltungen 18 und 19 be­ finden, zugeführt. Tiefpaßfilter 26 und 27 sind in die Gegen­ kopplungspfade der Verstärker 24 und 25 geschaltet. Die anderen Eingangssignale der Summierschaltungen 22 und 23 am Eingang der Verstärker 24 und 25 werden von den Tief­ paßfiltern abgegeben. Die Tiefpaßfilter 26 und 27 sind vorge­ sehen, damit die Schleifen nicht zu schwingen beginnen. Es er­ gibt sich eine genügend große Dämpfung, so daß verhindert wird, daß das modulierte Ausgangssignal raschen Veränderungen unter­ worfen wird. Das bedeutet, daß das Drehmeldeausgangssignal in vielen Fällen "zittern" könnte. Wegen der Tiefpaßfilter in den Gegenkopplungspfaden der Verstärker 24 und 25 sind die Aus­ gangssignale dieser Verstärker jedoch gedämpft, und als Folge davon ist das Ausgangssignal des Festkörper-Drehmeldeverstär­ kers in entsprechender Weise gedämpft, und es können sich keine Verzerrungen aufgrund des Zitterns im Ausgangssignal des primären Abtastgliedes, d. h. des Dreileiterdrehmelders ergeben.

Die verstärkten, gedämpften gleichspannungsmodulierenden Spannungen, die dem Sinus und Kosinus des Wellenwinkels R ent­ sprechen, werden als ein Eingangssignal den Multiplizierschaltungen 28 und 29 zugeführt. Das andere Eingangssignal für die Multiplizierschaltungen 28 und 29 ist ein Trägersignal ausgewählter Phase und Frequenz. Dieses Trägersignal wird von einer sinusförmigen Bezugsspannungs­ quelle, die nicht dargestellt ist, abgegeben, die einem isoliertem Übertrager 30 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des isolierten Übertragers 30 wird über eine Leitung 31 als anderes Eingangs­ signal den Multiplizierschaltungen 28 und 29 zugeführt. Die Ausgangs­ signale der Multiplizierschaltungen 28 und 29 sind aus diesem Grunde linear, und es sind amplitudenmodulierte Signale, die propor­ tional dem Sinus und Kosinus des Wellenwinkels R sind, wobei jedoch das Trägersignal die gewünschte Phase und Frequenz auf­ weist. Modulierte Ausgangssignale der Multiplizierschaltungen 28 und 29 werden Leistungsverstärkern 32 und 33 zugeführt, in denen die Signale verstärkt und dann einem Drei-Phasen/Zwei-Phasen-Über­ trager 13 nach Scott zugeführt werden, in dem das zweiphasige Signal in ein dreiphasiges Signal umgesetzt wird, wobei das dreiphasige Signal dann mit Steuer- oder Anzeige­ einrichtungen, so wie es gewünscht ist, verbunden sein kann.

Die Ausgangssignale der Verstärker 32 und 33 werden auch Gegenkopplungseinrichtungen 34 und 35 zugeführt, die zwischen den Ausgang der Verstärker und die Summierschaltungen 20 und 21 geschaltet sind. Die negativen Rückkopplungspfade ent­ halten phasenempfindliche Demodulatoren 36 und 37, die die Signale demodulieren, um eine veränderbare Gleichspannung zu erzeugen, die proportional der Sinus R- und Kosinus R-Information ist. Die Gleichspannungen werden als andere Eingangssignale den Summierschaltungen 20 und 21 zugeführt. Die Trägersignale, die den phasenempfindlichen Demodulatoren 36 und 37 zugeführt werden, weisen Rechteckform auf und haben die gleiche Phase und Frequenz wie die sinusförmigen Trägersignale, die den Multiplizier­ schaltungen 28 und 29 zugeführt werden. Zu diesem Zweck wird das sinusförmige Bezugsträgersignal des isolierten Übertragers 30 auch einem Vergleichsverstärker 38 zugeführt, dessen andere Eingangsanschlußklemme geerdet ist. Der Vergleichsverstärker 38 ist bei sehr geringen positiven und negativen Spannungs­ werten gegenüber Masse gesättigt, so daß das sinusförmige Si­ gnal begrenzt wird, und eine Rechteckkurve, die die gleiche Phase und Frequenz wie das sinusförmige Trägersignal aufweist, am Ausgang des Verstärkers entsteht. Diese Rechteckkurve wird als anderes Eingangssignal den Demodulatoren 36 und 37 zuge­ führt, indem die verstärkten, modulierten Signale der Multiplizier­ schaltungen 28 und 29 demoduliert werden. Wie bereits weiter oben erwähnt, wird durch die geschlossene Schleife das Ausgangs­ signal der Demodulierungsschaltungen gesteuert, so daß die Ausgangssignale der Schaltungen die Winkelinformation des Dreileiterdrehmelders reproduzieren, wobei jedoch die Phase und die Frequenz des demodulierten Signals denjenigen Werten des neuen Trägersignals der neuen Bezugsspannungsquel­ le entsprechen.

Mit Hilfe der Drei-Phasen/Zwei-Phasen-Übertrager nach Scott, die am Eingang und Ausgang der Schaltung verwendet werden, und der Isolierübertrager wird eine vollständig elektrische Iso­ lierung an den Eingängen und den Ausgängen sowie zwi­ schen den Trägerfrequenzquellen, erreicht.

Man erkennt, daß die Genauigkeit der Anordnung durch die direkte Demodulation, Verstärkung und Modulation stark erhöht ist, da der Modulator und die Verstärker sich alle innerhalb einer geschlossenen Regelschleife befinden. Aus diesem Grund sind die Hauptursachen für Fehler die Demodulatoren 14 und 15, 36 und 37, und die Verstärker 24 und 25. Diese Schaltungsele­ mente lassen sich jedoch mit einem Minimum an Aufwand genau herstellen. Modulatoren 28 und 29 und die Ausgangsleistungs­ verstärker 32 und 33, die normalerweise Präzisionsschaltungs­ elemente und Schaltungen erfordern, müssen nicht mehr mit der gleichen Genauigkeit hergestellt werden, da die Nullabgleich­ schleife Fehler korrigiert, die sich aufgrund der Bauelemente ergeben können. Man erkennt auch, daß durch Einfügen der Lei­ stungsausgangsverstärker 32 und 33 in die Regelschleife der Leistungspegel der verstärkten Signale erhöht ist, so daß viele Einrichtungen angesteuert werden können, ohne daß die Genauig­ keit der verstärkten Signale irgendwie beeinflußt ist. Auf diese Weise wird eines der Probleme, das sich dann ergibt, wenn man versucht, zu viele Einrichtungen durch das Ausgangssignal des Drehmelders zu betreiben, nämlich ein Verlust an Genauigkeit und eine Überlastung des Drehmelders vermieden oder unbeacht­ lich gemacht.

Claims (3)

1. Drehmeldeverstärker zum Umsetzen von Winkelausgangsinforma­ tionen eines Dreileiterdrehmelders, die als dreiphasige amplitu­ denmodulierte Signale einer bestimmten Trägerphase und -frequenz ausgebildet sind, in dreiphasige amplitudenmodulierte Signale, die die gleiche Winkelinformation auf einem zweiten Trägersignal jedoch mit ausgewählter Phase und Frequenz enthalten,
mit Einrichtungen zum Umsetzen der dreiphasigen Signale des Drehmelders in zwei Signale, deren Amplitude dem Sinus und Kosi­ nus des Winkels R der Welle des Drehmelders proportional sind,
mit Einrichtungen zum Demodulieren der beiden Signale, um zwei Gleichspannungssignale zu bilden, die proportional dem Sinus und Kosinus des Wellenwinkels R sind und
mit einer Regeleinrichtung, die die Phase und Frequenz des Ausgangssignals des Drehmeldeverstärkers an Nachfolgeschaltungen anpaßt,
gekennzeichnet durch

• 1. eine Trägersignalquelle auswählbarer Phase und Frequenz für das zweite Trägersignal,
• 2. Modulationseinrichtungen (18, 19), die das Signal (31) der Trägersignalquelle mittels Multiplizierschaltungen (28, 29) mit den beiden Gleichspannungssignalen modulieren,
• 3. eine Gegenkopplungseinrichtung (34, 35) für jede der beiden Modulationseinrichtungen, in der das Ausgangssignal der Multipli­ zierschaltung (28 bzw. 29) nach Demodulation in einen phasen­ empfindlichen Demodulator (36 bzw. 37) über eine Summierschaltung (20 bzw. 21) zum Vergleich mit dem dem Sinus bzw. Kosinus des Wellenwinkels R proportionalen Gleichspannungssignals auf den Eingang der Modulationseinrichtung (18 bzw. 19) zurückgeführt werden und
• 4. Einrichtungen (13), um die modulierten Sinus R- und Kosinus R-Signale mit wählbarer Trägerphase und -frequenz in dreiphasige Signale umzusetzen.

2. Drehmelderverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufnahme und zum Umsetzen der dreiphasi­ gen Signale ein Drei-Phasen-/Zwei-Phasen-Übertrager nach Scott (10) ist.

3. Drehmelderverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Umsetzen der modulierten Signale der einzelnen Modulationseinrichtungen (18, 19) mit geschlossener Schleife in dreiphasige Signale ein Drei-Phasen-/Zwei-Phasen- Übertrager nach Scott (13) ist.