DE2816009A1 - System zur messung der drehgeschwindigkeit einer synchronmaschine mittels einer abtasttechnik - Google Patents
System zur messung der drehgeschwindigkeit einer synchronmaschine mittels einer abtasttechnikInfo
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Description
PHF. 77-333.
- / - DEEN / WJM.
U 20-2-1978.
"System zur Messung der Drehgeschwindigkeit einer Synchron—
maschine mittels einer Abtasttechnik".
Die Erfindung betrifft ein System zum Erzeugen eines Signals, das die Rotationsgeschwindigkeit
einer Synch.ronmasch.ine einerseits unter Verwendung eines
ersten Digitalsignals proportional dem Sinus des Rotationsvinkels der Welle der Synchronmaschine und zum anderen unter
Verwendung eines zweiten Digitalsignals proportional dem Kosinus des erwähnten Winkels darstellt.
Die der Rotationsgeschwindigkeit der Synchronmaschine
entsprechenden Signale haben viele Anwendungsgebiete, insbesondere werden sie in Flugzeugen benutzt, die
nicht mit einer Anordnung zum Anzeigen der vertikalen
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PHP. 77-533* 20-2-1978.
Geschwindigkeit dieser Flugzeuge versehen sind. In diesem Falle werden Signale benutzt, die eine Synchronmaschine
erzeugt (von einem barometrischen Höhenmesser angetrie-' ben), deren Drehgeschwindigkeit der Vertikalgeschwindigkeit
Hi des Flugzeugs proportional ist.
±5
In einem bekannten System wird ein analoges
Verfahren zum Ableiten der Ausgangsspannung dazu benutzt,
auf diese Weise das Geschwindigkeitssignal zu erzeugen, was Probleme hinsichtlich der Empfindlichkeit, der Phasenverzerrung,
der harmonischen Verzerrung des Ausgangsgeräusches und der Anregungsspannung der Synchronmaschine
gibt.
Zur Vermeidung der Schwierigkeiten,· die beim Erzeugen eines Signals auftreten, das gleich der
Ableitung eines Analogsignals ist, ist es möglich, digitale Sinus- und Kosinussignale für die Berechnung des
Tangens des Drehungswinkels der Welle der Synchronmaschine und der Ableitung des Tangens zu benutzen. Da
die Tangensfunktion nur für spitze Winkel linear ist, ist es nicht möglich, diese Ableitung durch ein erstes
Glied einer Reihenentwicklung anzunähern, sondern müssen mehrere Glieder mitgenommen werden, wodurch eine komplizierte
Schaltung erforderlich wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass das erfindungsgemässe System Mittel für eine erste
Abtastung des erwähnten Sinussignals, Mittel für eine
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PHF, 77-533-O
° 20-2-197s.
erste Abtastung des erwähnten Kosinussignals, Mittel
für eine zweite Abtastung des erwähnten Sinussignals nach dem Verlauf einer vorgegebenen Zeit nach der
ersten Abtastung des Sinussignals, Mittel für eine zweite Abtastxmg des erwähnten Kosinussignals nach
dem Verlauf einer vorgegebenen Zeit nach der ersten Abtastung des Kosinussignals, Mittel zur Vervielfachung
des erwähnten zweiten abgetasteten Sinussignals mit dem erwähnten abgetasteten ersten Kosinussignal zur
Bildung eines ersten Produkts, Mittel zur Vervielfachung des erwähnten abgetasteten ersten Sinussignals
mit dem erwähnten abgetasteten zweiten Kosinussignal zur Bildung eines zweiten Produkts, Mittel zum Quadratieren
der erwähnten Sinus— und Kosinussignale, Mittel
zum Addieren der erwähnten quadradierten Sinus- und Kosinussignale zur Bildung einer ersten Summe, Mittel
zur Teilung des erwähnten ersten Produkts durch die erwähnte erste Summe zur Bildung eines ersten Quotienten,
Mittel zur Teilung des erwähnten zweiten Produkts durch die erwähnte erste Summe zur Bildung eines zweiten
Quotienten und schliesslich Mittel zum Subtrahieren des erwähnten zweiten Quotienten vom erwähnten
ersten Quotienten enthält, um auf diese Weise ein Signal zu erzeugen, das die Drehgeschwindigkeit der
Synchronmaschine darstellt.
Die Vorteile des erfindungsgemäs.sen Systems
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werden nachstehend an Hand einer besonderen Ausführungsform des Systems näher erläutert» Die Erfindung basiert
auf folgendem:
Die Variation Δ-^Pdes Drehungswinkels der
Welle der Synchronmaschine wird durch nachstehende Formel gegeben:
Sin (Δ"ι^) = sin ΙΠ(Τ + Te)- (τ) Γ
= sin ι| (Τ + Te) cos ^ (τ) - sin ^ (t)cos ι| (Τ+Te) ,
worin T den ersten Zeitpunkt angibt, zu dem ein erstes Muster der erzeugten Sinus— und Kosinussignale genommen
wird, und T + Te den zweiten Zeitpunkt angibt, zu dem ein zweites Muster der erwähnten Sinus— und Kosinus—
signale genommen wird, während Δ ^P die Änderung im Rotationswinkel
der Welle der Synchronmaschine zwischen dem erwähnten ersten Zeitpunkt und dem erwähnten zweiten
Zeitpunkt der Abtastungen angibt..
Die von der Synchronmaschine erzeugten Sinus- und Kosinussignale gelangen derart an einen
. Transformator, dessen Transformationsverhältnis mit K bezeichnet wird, dass die Spannungen an den Klemmen
der Sekundärwicklungen S1 und S2 des erwähnten Transformators
folgende Werte haben:
E1= K. sin 'S . cos i|Wt;
E i = K. cos lP . COs1Pu) t.
Zu den Abtastzeitpunkten T und (T + Te) werden die Spannungswerte der Umhüllenden der Ausdrücke
E1= K. sin 'S . cos i|Wt;
E i = K. cos lP . COs1Pu) t.
Zu den Abtastzeitpunkten T und (T + Te) werden die Spannungswerte der Umhüllenden der Ausdrücke
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ACT
20.2.1978.
K sin Lr cos IaJ t und K cos Φ cos Uzt durch nachstehende
Formeln gegeben:
E1=K. sin lP ,
si Ί '
si Ί '
E=K. cos Ψ .
S *c I
Die Komponente cos K)t gibt die momentane
Amplitude der modulierten Spannring, d.h. die momentane Amplitude der Anregungsspannung der Synchronmaschine.
Sin Δ Φ ausgedrückt in den Spannungen an der Sekundärseite des Transformators ist wie folgt;
Sin (Atf) =K \ sin ij^T+Te) cos^(t) - sin I^ (T) cos vJP (T+Te)j
Der ¥ert sin (Δ*-Ρ) ist vom Transformationsverhältnis K abhängig, das selbst wieder von der Anregungsspannung
der Synchronmaschine abhängig ist. Zur Beseitigung dieser Störungsquelle wird das Verhältnis
zwischen den trigonometrischen Funktionen ausgenutzt:
Die erzeugten Sinus— und Kosinussignale
werden zum Erhalten des Ausdrucks: K2
[ sin2^f (t) + cos2^ (tj]
demoduliert, quadratiert und addiert, welcher Ausdruck danach zum Teilen des Wertes sin (Δ *-P ) benutzt wird:
Sin (Alp = K2 \ sin 'f (T-t-Te)cos ^ (t )-sin ^ (τ) cos^(T+Te)T
2 ( 2^ () 2If ()
^ ^ ^ ( sin2^ (t)+ COs2If (t)j-
= SinL^T+Te) cos ^ (T)-sin v| (τ) cos ^ (Τ+Te)
Der Wert sin ( /i. lP ) ist somit nur vom
Zeitintervall Δ t zwischen den ersten und zweiten Abtast—
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Zeitpunkten T und (Τ+Te) abhängig. Bei kürzerem Zeitintervall
Δ t ist der gemessene Winkel A. Lrkleiner, d.h.
die Schwankungen in der Rotationsg/eschwindigkeit der
Synchronmaschine lassen sich besser unterscheiden. Durch
den Aufbau des Systems werden die ersten und zweiten Signalmuster der erzeugten Sinus- und Kosinussignale
nicht gleichzeitig zu den Zeitpunkten T und (Τ+Te) genommen.
Denn es ist so, dass das erste Sinussignal zürn Zeitpunkt T und das erste Kosinussignal zum Zeitpunkt
(Τ+Τ.. ) abgetastet wird, während die zweite Abtastung
der Sinus- und Kosinussignale zu den Zeitpunkten
(Τ+Te) bzw. (T+Te+T1) erfolgt. Diese Arbeitsweise
bewirkt einen in der Praxis vernachlässigbaren Fehler, weil das Verhältnis zwischen Te = (T+Te)-T und T. =
(T+T.-)-T normalerweise sehr gross ist. Die Zeitpunkte
Te und T1 können selbstverständlich geändert werden,
um die gewünschten Bedingungen durch die Beeinflussung
des Zentraltaktgebers zu erfüllen, der die Synchronisation zwischen den unterschiedlichen Schaltfunktionen
steuert. Erläuterung dieses Vorgangs wird in nachstehenden ausführlichen Beschreibungen gegeben.
Bei geringen Werten von Te ist der Wert von sin(^ lP).£^ Δ ^P , wobei A^? proportional der Rotationsgeschwindigkeit
der Synchronircaschine ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden
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nächsteheiid an Hand dex' Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 das Arbeitsschaltbild eines Systems zum Erzeugen eines Signals, das die Rotationsgeschwin—
diglceit der Synchronmaschine darstellt, wobei die erwähnte Rotationsgeschwindigkeit der in einem Flugzeug
benutzten Geschwindigkeitsschwankung in der barometrischen
Höhe Ή.' entspricht,
■fcj
■fcj
Fig. 2 eine Tabelle mit allen möglichen Kombinationen der Vorzeichen der Sinus— und Kosinus—
signale,
Fig. 3 ein Zeitdiagramm der Signale, die
ein Zentraltaktgeber liefert und welche Signale für die Synchronisation der Steuerungen der verschiedenen Schalt—
funktionen unentbehrlich sind.
In Fig. 1 erzeugt die Synchronmaschine 10 drei Einphasen-Ausgangsspannungen X, Y und Z. Die
Referenz- oder Anregungsspannung 11 ist eine ¥echselspannung
von 26 V und 400 Hz, mit V in Fig. 1 bezeichnet. Eine Kombination der Spannungen an den Ausgangsklemmen
X, Y und Z der S}rnchronmaschine bewirkt das Erzeugen
von Sinus— und Kosinussignalen, die dem Rotationswinkel
M der Welle der Synchronmaschine proportional sind,
so dass
ν(ΧΥ) = sin ^ cos LO t
ν(ΧΥ) = sin ^ cos LO t
V(XZ + YZ) = cos vJ> cos O t
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wobei cos U t die momentane Amplitude der Anregungsspannung ist. Die erwähnte Spannungskombination wird
durch einen Transformator 12 in Scott-Anordnung und mit einem G-esarnttransformationsverhältnis K erreicht, so
dass an den Klemmen der Sekundärwicklungen des Transformators folgende Spannungen auftreten
ES1 = K sin *-? cos UJ t
ES2 = K cos tP cos \^J t.
Eine Zusatzfunktion des erwähnten Transformators besteht darin, die Potentiale der Synchronmaschine
von den Potentialen des tachometrischen Systems unabhängig zu machen. Aus den erwähnten Spannungen bilden
die Demodulatoren 13 und 14 die Umhüllenden der
Sinus- und Kosinussignale, d.h. die Umhüllenden
K sincf bzw. K cos tj>
.
Die sinusförmige Ausgangsspannung des Demodulators
13 wird in einer Speicherschaltung 17 nach
einer ersten Auswahl zum Zeitpunkt T über einen Schalter 16 gespeichert. Auf gleiche ¥d_se wird zum Zeitpunkt
T die kosinusförmige Ausgangsspannung des Demodulators
λΗ über einen Schalter I5 abgetastet und in einer
Speicherschaltung 18 gespeichert. Die erwähnten Schalter 15 und 16 sind nur in kurzen Zeitintervallen (wenige
MikroSekunden) geschlossen, die durch die Impulse aus
dem Taktsystem 60 definiert werden, dass nachstehend näher erläutert wird.
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λ*
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Annähernd gilt, dass die ersten Muster
der Sinus- und Kosinussignale gleichzeitig zum Zeitpunkt
T statt zu den Zeitpunkten T und T+T.. genommen werden,
wie oben erläutert worden ist.
Zum Zeitpunkt T + Te werden die Schalter 20 und 22 gleichzeitig geschlossen, so dass die Ausgangsspannung
K sinus Lr (T + Te) des Demodulators 13 und die Ausgangsspannung K cos Lr (τ) der Speicherschaltung
18 gleichzeitig den Eingängen der entsprechenden Komparatoren 23 und 24 zugeführt werden. Ein jeder dieser
Komparatoren 23 und 24 hat einen Eingang·, der mit
Masse verbunden ist, und die erwähnten Komparatoren werden für die Feststellung des positiven Vorzeichens
der an den anderen Eingängen anliegenden Sinus— und Kosinussignale in bezug auf Masse benutzt. Yenn das
Sinussignal am Eingang 23 positiv ist, wählt der Ausgang des Kotnparators direkt das Sinus signal über den
Schalter 27. Wenn der Komparator angibt, dass das Kosinussignal am Eingang 23 negativ ist, wird das aus
einer Umkehrstufe 25 herrührende Signal über einen Schalter 27 ausgewählt. Wenn das Kosinussignal am Eingang
des Komparators 24 positiv ist, wird auf gleiche Weise das erwähnte Signal vom Schalter 28 gewählt; wenn
dagegen das erwähnte Kosinussignal negativ ist, wird
das Signal vor dem Auswählen durch den Unterbrecher in der Umkehrstufe 2.6 invertiert.
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/15
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Die verschiedenen Quadranten, in denen die Sinus- und Kosinussignale positive und negative
Werte haben, sind in Fig. 2 dargestellt. Wenn, sich die Welle der Synchronmaschine im Gegenihrzeigersinn dreht,
ist die Rotationsrichtung der erwähnten Welle positiv und ist das Signal H* (abgeleitet von H_), dass die
Geschwindigkeitsänderung der barometrischen Höhe darstellt, ein positives Signal, was bedeutet, dass das
Flugzeug im Steigen ist. Wenn dagegen die Welle der S3rnchronmaschine im Uhrzeigersinn dreht, ist die erwähnte
Rotationsrichtung negativ und das Signal H* ein negatives Signal, was bedeutet, dass das Flugzeug abfällt.
Das System gibt für alle diese Fälle eine Lösung durch das ständige Anzeigen des richtigen Vorzeichens
von Hl.
Die durch die entsprechenden Schalter 27
und 28 ausgewählten Ausgangsspannungen K.sin'?(Τ+Te)
und K. cos *■? (τ) sind Eingangsparameter in den entsprechenden
logarithmischen Verstärkungsschaltungen 29 und 30.
Die von diesen Schaltungen erzeugten Ausgangsspannungen,
die gleich log [_ K. sin ^ (T+Tef[ und log £ K. cos ^ (t)Q
gelangen an die positiven Klemmen einer Summierungsanordnung
31 zur Bildung der Summe : log £ K.sin 1^ (T+Te)~j + log [ K.cos^f (tQ .
Die Ausgangsspannungen der Demodulatoren
13 und 14 werden ebenfalls in Quadratierschaltungen 32
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Ab
- . . 20-2-1978.
ο ρ
und 33 quadratiert, um so die Produkte K sin *-P(t) und
K cos'' *-? (t) zu verwirklichen, die anschliessend in
einer Summierschaltung ^h zur Bildung der Summe K .
sin *η (t) + cos *-f (t) J addiert werden. Die Ausgangsspannung
der Summierungsschaltung Jk erreicht eine logarithmische
Schaltung 35j deren Ausgangsspannung log
tor 2 η 2 λ Χ Γ
K" Ί sin H (t) + cos *-? (t)F I der negativen Klemme
der Summierungs schaltung 3"· zugeführt wird. Auf diese
Weise ist die Ausgangsspannung dieser Sumraierungsschaltung
31 durch nachstehende Formel gegeben
log £ K sin ^ (T)+ Te)] + log £ Kcos 1J (t)J - log
Diese Ausgangsspannung selbst gelangt an
eine Schaltung "}6, die den Antilogarithmus ihrer Ein—
gangsspannung zum Erhalten nachstehenden Ausdrucks
bildet:
K2 [sin ^f(T +Te) cos ^ (τ)]
L ι I 1
Wie bereits in der Beschreibung erwähnt, ist dieser Ausdruck gleich dem Ausdruck: sin<-?(T+Te)
cos If(τ). über den Schalter 37 wird die Ausgangsspannung
36 in die Speicherschaltung 39 gespeichert. Das Schliessen
des Schalters 37 erfolgt im kurzen Zeitintervall (einige Md krοSekunden), in dem der Quotient am Ausgang
der Schaltung 36 zur Verfügung steht.
Die zweiten Abtastungen der Ausgangsspan—
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nungen der Demodulatoren 13 und lh erfolgen etwa zum
Zeitpunkt T+Te. Wie bereits beschrieben, erfolgt die zweite Abtastung der Spannung K.sin ^P zum Zeitpunkt
(T+Te) für die Berechnung des Ausdrucks: sin *| (T+Te) cos
Sobald der diesem Ausdruck entsprechende Wert in eine Speicherschaltung 39 geschrieben ist,
werden die Schalter 20 und 22 gleichzeitig geöffnet und die Schalter 19 und 21 gleichzeitig geschlossen,
urn die Ausgangs spannungen der Speichers chaltungen 17 und des Demodulators 14 den entsprechenden Komparatoren
23 und 2k zuzuführen.
So erfolgt die zweite Abtastung der Spannung K. cos M zum Zeitpunkt (T+Te) + T1, worin T1 der
Zeitpunkt ist, zu dem der Ausdruck cos ^ (T+Te) sin^(T)
gebildet wird, wobei T1 einige Mikrosekunden betragt.
Wie bereits erwähnt, ist dadurch, dass der Wert T1 =
(T+T )-T klein in bezug auf Te = (T+Te)-T ist, der dadurch verursachte Fehler in der Berechnung vemachlässigbar
klein, so dass angenommen sei, dass die zweiten Abtastungen zum Zeitpunkt (T+Te) erfolgen.
Die Komparatoren 23 und 2k untersuchen
die Signale sin *-P (τ) und cos 4* (T+Te) zum Auswählen
der positiven Werte über die Schalter 27 und 28. Wie
im obigen Fall werden die Ausgangsspannungen der logarithmischen Schaltungen 29 und 30 an die positiven Klemme
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der Summierungsanordnung 31 angelegt und gelangen die
Ausgangsspannungen der Demodulatoren 13 und 14 an die
negative Klemme der Summierungsanordnung 31 über die
Quadratierungsschaltungen 32 und 33» die Summierungsschaltung
3h und die logarithmische Schaltung 35·
Die Ausgangs spannung der Summierungsanordnung 31 ergibt also den Ausdruck:
log £k sin Lf (T)J + log £ K cos ^P (T+Te)J - log ]_ K2 j sin2
Die Schaltung 36 ergibt den Antilogarithmus dieses Ausdrucks und dieser Antilogaritlimus ist:
K2 Γ sin Lf (T) cos Φ (T+Te)]
_ sin Mj(T) cos H(T+Te)
Dieser zweite Quotient wird in die Schaltung ^O über den Schalter 38 geschrieben, der durch
einen Impuls in einem Zeitintervall von einige Mikrosekunden geschlossen wird. Der so in die Schaltung ko
geschriebene Quotient wird anschliessend von dem in die Schaltung 39 geschriebenen Quotienten 1 subtrahiert
und diese Subtraktion erfolgt in einer Subtraktionsschaltung 41 zum Erhalten folgenden Ausdrucks:
= sin IP(T+Te) cos ^ (τ) - sin ^ (τ) cos tf (T+Te)
Bei geringen Werten von Δ I? ist sin Δ
etwa gleich Δ i? , wobei dieser Wert der ¥inkel proportional
der Rotationsgeschwindigkeit der Synchronmaschine ist. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform wird in
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einem Digitalsystem benutzt, das eine Warnung hinsichtlich des Abstands zum Boden gibt und mit einem Analog-Digital-Wandler
mit einem Auflösungsvermögen (Auflösung) von 1 1 bedeutsamen Biiiärziffern plus Vorzeichen versehen
ist, d.h. das maximale Auflösungsvermögen ist gleich
η = 20^7 *
Ein Flugzeug, in dem Synchronmaschinen für die Berechnung der Geschwindigkeitsänderung in der
barometrischen Höhe Hl benutzt werden, wird normaler-
weise mit S3rstemen ausgerüstet, die in der Luftfahrt
meistens mit "KIFIS" oder "FINE SYNCHRO" bezeichnet werden, in welchen Systemen 18000 (Englische) Fuss 1
Umdrehung der Welle der Synchronmaschine im System "KIFIS" und 5000 (Englische) Fuss einer Umdrehung der
Welle der Synchronmaschine im System "FINE SYNCIIRO" entsprechen.
Für das System "FINE SYNCHRO" entspricht der Winkel l-i also der Änderung in der barometrischen
Höhe Hl :
Hl = fass
x _±__ _ 0,3887 Fuss/Minute (maxi-
° 2TnRa.dian.ten '
male Auflösung).
Zum anderen ist für das System "KIFIS" die
entsprechende Änderung von H" :
TT. 18000 Fuss 1 Λ ι, _ /,,. , / ,
Ή. = χ ~öKiv7 ~ s Fuss/Mxnute (rnaxxinale
2TTRadianten '
Auflösung).
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Die Wahl des Massstabs für das System
"FINE SYNCHRO" oder für das System "KIFIS" wird durch. die Komponente 42 durchgeführt, die eine Massstabwählschaltung
mit einem Verstärker 43 und Kalibrierungswiderständen
46 und 47 ist. Die Wahl zwischen den Systemen "KIFIS" und "FINE SYNCHRO" erfolgt durch ein Auswahlsignal
KIF/FS und findet in der ¥arnungsanordnung hinsichtlich
des Abstands zum Boden entsprechend den Spezifikationen der Norm ARINC 594 statt. Bei der Verwendung
des Systems "FINE SYNCHRO" wird der Massstabfaktor von der Umkehrstufe 48 und vom Widerstand 46 bestimmt, der
durch das Schliessen des Schalters 44 anspricht. Bei der Verwendung des Systems "KIFIS" spi-icht der Widerstand
37 durch das Schliessen des Schalters 4-5 zum Erhalten
des geeigneten Massstabfaktors direkt an. Die Ausgangsspannung der Massstabwälilschaltung 42 ist H* und kann
für die Bodenentfernungswarnungsanordnung nach einer
Analog—Digital—Wandlung benutzt werden. Bei der Verwendung
des Systems "KIFIS" wird ein Signal von 26 V, 400 Hz (VKIF) nach der Verstärkung in der Schaltung 51
dem Auswahlsignal KIF/FS in einem UND-Gatter 50 beigemischt, um ein Gültigkeitssignal "KIFIS" zu erzeugen.
Beim System "FINE SYNCHRO" wird normalerweise kein einziges Gültigkeitssignal erzeugt: Jedoch wird das Signal
am Ausgang der Summierungsschaltung ^h in einem ODER—
Gatter 23 und in einem UND-Gatter 49 mit dem Wählsignal
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FS des Systems "FINE SYNCHRO" zum Erhalten eines Gültig- : keitssignals "FINE SYNCHRO" am Ausgang kombiniert. Bestimmte
barometrische Höhenmesser vom Typ "FINE SYNCHRO" erzeugen jedoch ein Gleichstrom-Gültigkeitssignal "FINE
SYNCHRO" (VFS). Dieses Signal VFS gelangt an das ODER-Gatter 53 gleichzeitig mit dem Signal aus der Summierungsschaltung
2>h zum Erzeugen eines Gültigkeitssignals
"FINE SYNCHRO" auf diese Weise am UND-Gatter hs. Beide
Gültigkeitssignale gelangen über ein ODER-Gatter 52 in
Form eines Gültigkeitssignals für das System "KIFIS" (SVKIF) oder in Form eines Gültigkeitssignals für das
System "FINE SYNCHRO" (SVFS) an den Ausgang und werden direkt für die Bodenentfernungswarnungsanordnung benutzt.
Die gestrichelten Linien zeigen die verschiedenen an Hand der Fig. 1 beschriebenen Schalter,
die vom Taktsystem 60, in Fig. 1 mit einem Rechteck angegeben, gesteuert und synchronisiert werden. Fig. 3
ist ein Zeitdiagramm der Signale für die Steuerungen der Schalter und für die Synchronisation, die das Taktsystem
60 bewirkt.
In Fig. 3 wird die Zeitachse für die Dauer der dargestellten Impulse in Mikrosekunden und die Zeitachse
für die Impulsintervalle in Millisekunden gemäss den Diagrammen CL1 bis CL5 ausgedrückt. CLl zeigt ein
Taktsignal, das in einer monovibrierenden Schaltung,
die einen kurzen Impuls erzeugt, erze^ιgt wird. Der Impuls
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61, dessen Vorderflanke zura Zeitpunkt T auftritt, erzeugt
die ersten Muster der Sinus— und Kosinussignale
durch das Schliessen der Schalter I5 und 16 (Fig. 1)
während der Dauer des Impulses 61. Das Diagramm CL2 zeigt, dass ein Impuls 62 zum Zeitpunkt (Τ+Te) auftritt,
der um ein Zeitintervall A t nach dem Ende des Impulses 61 liegt. In Fig. 3 geben die Pfeilspitzen in gestrichelten
Linien die zeitlichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Taktsignalen an. Für die Dauer des Impulses
62 werden die zweiten Muster der Sinussignale zum Zeitpunkt (τ+Te) durch das Schliessen des Schalters 20 erzeugt
und wird der erste Ausdruck sin <-P (Τ+Te) cos tP (τ)
durch das zum letztgenannten Zeitpunkt erfolgende Schliessen des Schalters 22 gebildet. Nach einem bestimmten
Zeitraum (ungefähr einige MikroSekunden) nach der Vorderflanke
des Impulses 62 und nach der Beendung der Berechnungen des Sin *-P (Τ+Te) cos LP (τ) zeigt das Diagramm
CI/3, dass ein Impuls 63 auftritt. Für die Dauer des Impulses 63, die einige Mikrosekunden beträgt, wird
der erste Ausdruck in eine Speicherschaltung 39 durch das Schliessen des Schalters 37 gespeichert. Der erwähnte
Impuls 63 wird in einer monostabilen Schaltung erzeugt. Die Rückflanke des Impulses 63 bewirkt nach
einiger Zeit das Beenden des Impulses 62, dex" selbst
wiedei' den im Diagramm ClA dargestellten Impuls 64 startet.
Der Schalter 37 ist geöffnet, wenn der Impuls
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zu Ende ist, und die Schalter 20 und 21 werden gleichzeitig
geöffnet, wenn der Impuls 62 ebenfalls zu Ende ist. Die Vorderflanke des Impulses 6k tritt zum Zeitpunkt
(T+Te+T1) auf, zu dem die zweiten Muster des Kosinussignals durch das Schliessen des Schalters 21
erzeugt werden. Für die Dauer des Impulses 6k, die einige Mikros elcund en betx^ägt, ist der Schalter 19 gleichzeitig
mit dem Schalter 21 geschlossen, während gemäss der Beschreibung für den Impuls 62 der zweite Ausdruck
sin \P (Τ) cos <-P (Τ+Te+T ) berechnet wird. Dieser Ausdruck
entspricht annähernd dem Ausdruck sin ^-τ (τ) cos ^P
(Τ+Te) gemäss obiger Beschreibung· Die Vorderflanke des Impulses 6k bewirkt nach einiger zeitlichen Verzögerung,
der im Zeitdiagrarnm CL5 dargestellte Impuls 65} in weleher
zeitlichen Verzögerung die Berechnung des zweiten Ausdrucks durchgeführt wird. Der Impuls 65, der dem
Impuls 63 vergleichbar ist, dient zur Speicherung des zweiten Ausdrucks in die Speicherschaltung k0 durch das
Schliessen des Schalters 38· Die Ruckflanke des Impulses
65 bewirkt das Ende des Impulses 6k. Dei- Schalter 38
wird geöffnet, wenn der Impuls 65 zu Ende ist, und die
Schalter 19 und 21 werden gleichzeitig geöffnet, wenn der Impuls 6k zu Ende gegangen ist.
Die Impulse in den Diagrammen CL1, CI/3 und
CL5 können mit Hilfe gesteuerter monostabiler Schaltungen
abgeleitet werden, während die Impulse in den Diagrammen
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CL2 und ClA mit Hilfe bistabiler Schaltungen erzeugt
werden können. Der Impuls 61 kann entweder autonom funktionieren, oder mit den Taktimpulsen einer Bodenentfernungswarnungsanordnung
zusammenfallen. Wenn in letzterem Fall die erwähnte Warnungsanordnung pro Sekunde .beispielsweise
30 Abtastwerten hinsichtlich der Höhe H* empfängt,
beträgt die Dauer zwischen den aufeinanderfolgenden Impulse
6i ungefähr 33 MikrοSekunden. Die Dauer T beträgt
etwa 15 Millisekunden und die Dauer T1 einige Mikrosekünden.
Die Ausgangsspannung des Signals H* bleibt von der Rückflanke des Impulses Gh bis zur Vorderflanke des
Impulses 62 im nächsten Zyklus konstant und der erwähnte Zeiti'aura beträgt etwa 33 Millisekunden. Die Schwankungen
in der Spannung H* während der Abtastung können dem—
JtJ
gemäss vernachlässigt werden und die erhaltenen Werte können aus den momentanen Werten der Muster assimiliert
werden.
Nach Bedarf kann die Zeit Te leicht zum Erhalten einer höheren Präzision geändert werden; solches
ist ebenso der Fall für die Impulswiederholungszeit des Impulses 61, wenn höhere Abtastgeschwindigkeiten
zur Verfügung stehen müssen. Die Auflösungsmöglichkeiten
von 1,4 Fuss pro Minute für das System "KIFIS" und von 0,3887 Fuss pro Minute für das System "FINE
SYNCHRO" bedeuten keine Beschränkungen, die der beschriebenen
Ausfühiiingsform hinsichtlich der Rotations-
809843/0759
2816üüy
20-2-1978.
geschwindigkeit der Synchronmaschine innewohnen, aber wohl für den aufgeführten Analog-Digital-Wandler; die
Verwendung genauer arbeitender Analog-Digital-Wandler wird die Auflösungsmöglichkeiten des Systems erhöhen,
wenn solches erfordert wird. Alle Schalter sind vom elektronischen Typ und vorzugsweise Feldeffekttransistoren.
Es sei klargestellt, dass das beschriebene System nur eine besondere Ausführungsform der Erfindung
darstellt. Die in erster Linie und in zweiter Linie abgetasteten Sinus- und Kosinussignale, wobei die erwähnten
Abtastungen zu den Zeitpunkten T, (Τ+Τ.. ), T+Te) und
T+Te+T.) erfolgen, worin Te)/ T., könnten dem Eingang
einer Bodenentfe rnung s Warnung sau ο ϊ-dnung über einen Analog-Dlgital-¥andler
direkt zugeführt werden, der synchron mit den Abtastperioden arbeiten. Ein als Bodenentfernungswarnungsanordnung
ausgeführter Mikroprozessor könnte alle Berechnungen durchführen, die nach einem
bestimmten Programm erforderlich sind, und solches in gleicher Rangordnung, die für die dargestellte Ausfülirungsform
beschrieben wurde, um auf solche Weise das erforderliche Signal Ή.' zu erzeugen.
Jd
Umgekehrt wäre es möglich, eine digitale
Ausführungsform zu verwirklichen, bei der die gleichen
Grundlagen wie nach der Beschreibung für das System in Fig. 1 ausgenutzt werden. In einer derartigen Ausführungs-
809843/07 5 9 ORIGINAL INSPECTED
PHF. 77-5^3-2 b 1 Ö U Ü 3
20-2-1978.
form können die Sinus— und Kosinussignale gemäss der
Beschreibung hinsichtlich Fig. 1 abgetastet werden, wahrend alle Recheneinheiten durch eine arithmetische
logische Einheit ersetzt werden können, in der ein mikroprogrammierbares
logisches Netzwerk für die Durchführung der Multiplikationen, Divisionen, Additionen und Subtraktionen
verwendet wird, die in der bereits beschriebenen Reihenfolge erforderlich sind. Die Speicherschal—
tungen können durch Register ersetzt werden. Eine wei— tere Bedingung ist das gesonderte einmalige Berechnen
und Speichern des Ausdrucks:
K2 Isin2ÜJ(t) + cos2^ (t)J ,
um diesen Ausdruck mit jedem entwickelten Produkt zu verwenden. Diese Ausgangsspannung H* kann durch die
Bodeuentfernuiigswarnuiigsauordnung direkt abgetastet
ver>] en.
"'ORIGINAL INSPtCTtD
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Leerseite
Claims (2)
- Philips' e!i:r.c::;cr.;V::: ''':, ?."·"v a 28 1 6QO9PHF. 77-533 20-2-1978.PATENTANSPRÜCHE.1 .j System zum Erzeugen eines Signals, das dieRotationsgeschwindigkeit einer Synchronmaschine einerseits unter Verwendung eines ersten Digitalsignals proportional dem Sinus des Rotationswinkels der Welle der Syachrojimaschine und zum anderen unter Verwendung eines zweiten Digitalsignals proportional dem Kosinus des erwähnten Winkels darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das System ebenfalls Mittel für eine erste Abtastung des erwähnten Sinussignals, Mittel für eine erste Abtastung des erwähnten Kosinussignals, Mittel für eine zweite Abtastung des erwähnten Sinussignals nach dem Verlauf einer vorgegebenen Zeit nach der ersten Abtastung des Sinussignals, Mittel für eine zweite Abtastung des erwähnten Kosinussignals nach dem Verlauf einer vorgegebenen Zeit nach der ersten Abtastung des Kosinussignals, Mittel zum Vervielfachen des erwähnten zweiten abgetasteten Sinussignals mit dem erwähnten abgetasteten ersten Kosinussignal zur Bildung eines ersten Produkts, Mittel zum Vervielfachen des erwähnten abgetasteten ersten Sinussignals mit dem erwähnten abgetasteten zweiten Kosinussignal zur Bildung eines zwei— tennProdukts, Mittel zum Quadratieren der erwähnten Sinus- und Kosinussignale, Mittel zum Addieren der erwähnten quadratierten Sinus- und Kosinussignale zur Bildung einer ersten Summe, Mittel zum Teilen des er—80 9843/07 5 9 ^^ 1NSPECTED28 1 60Ü3PHF. 77-533. 20-2-1978.wähnten ersten Produkts durch die erwähnte erste Summe zur Bildung eines ersten Quotienten, Mittel zum Teilen des erwähnten zweiten Produkts durch die erwähnte erste Stimme zur Bildung eines zweiten Quotienten und schliesslich Mittel zum Subtrahieren des erwähnten zweiten Quotienten vom erwähnten ersten Quotienten enthält, um auf diese Weise ein Signal zu erzeugen, dass die Rota— tionsgeschwindigkeit der Synchronmaschine darstellt.
- 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System ebenfalls Mittel zum elektrischen Isolieren der erwähnten Sinus- und Kosinussignale in bezug auf die Ausgangsspannung der Synchronmaschine enthält.3· System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin Mittel zum Dernodulieren der erwähnten Sinus- und Kosinussignale, die eine modulierte Referenzspannungskomponente enthalten, erste und zweite Schaltmittel zur Durchführung einer ersten Abtastung der erwähnten Sinus- und Kosinussignale, erste und zweite Speicherelement;e zur Speicherung der erwähnten einer ei-sten Abtastung unterworfenen Sinus- und Kosinussignale in diese Elemente, dritte und vierte Schaltmittel zum Durchführen einer zweiten Abtastung der erwähnten Sinus— und Kosinussignale nach einem vorgegebenen Zeitintervall nach den erwähnten ersten Ab- tastungen, ein fünftes Schaltmittel zum gleichzeitigen Zuführen der erwähnten, ersten und zweiten Abtastungen80 9843/07 5 9ORIGINAL INSPECTEDPHF. 77-533 20-2-1978.untei"worf eneii Kosinus- und Sinussignale an Vervielfachung s mitt el zur Bildung eines ersten Produkts, Mittel zum Quadratieren der erwähnten Sinus- und Kosinussignale, Mittel zum Addieren der erwähnten quadratierten Signale zur Bildung einer ersten Summe, Mittel zum Zuführen des erwähnten ersten Produkts und der erwähnten ersten Summe an Teilmitteln zum Erhalten eines ersten Quotienten, ein sechstes Schaltmittel zum Abta.sten des erwähnten ersten Quotienten, ein drittes Speicherelement zur Speicherung des erwähnten abgetasten ersten Quotienten in diesem Element, ein siebtes Schaltmittel zum Zuführen der erwähnten, einer ersten Abtastung unterworfenen Sinussignale und der erwähnten, einer zweiten Abtastung unterworfenen Kosinussignale gleichzeitig an ein Verviel— fachnungsmittel zur Bildung eines zweiten Produkts, ein Mittel zum Ziiführen des erwähnten zweiten Produkts und der erwähnten ersten Summe an das erwähnte Teilmittel zur Bildung eines zweiten Quotienten, ein achtes Schaltmittel zum Abtasten des erwähnten zweiten Quotienten, ein viertes Speicherelement zur Speicherung des erwähnten zweiten abgetasteten Quotienten in dieses Element, und schliesslich Subtraktionsmittel zum Subtrahieren des erwähnten zweiten Quotienten vom erwähnten ersten Quotienten zur Bildung eines Signals enthält, das die Rotationsgeschwindigkeit der Synchronmaschine darstellt. ^· System nach Anspruch 3, dadurch gekenn-809843/0759 .PHF3 77-533-20-2-I978.zeichnet, dass das System ebenfalls neunte und zehnte Schaltmittel zum Auswählen eines geeigneten Masstabs für das erwähnte Signal enthält, das die Ratationsgeschwindigkeit der Synchronmaschine darstellt.5. System nach Anspruch. 3, dadurch gekennzeichnet, dass das System ebenfalls Komparatoren zum Feststellen der Polarität der erwähnten, ersten und zweiten Abtastungen unterworfenen Sinus- und Kosinussignale enthält.6. System nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass das System ebenfalls elfte und zwölfte Schaltmittel zum Auswählen der positiven Werte der erwähnten ersten und zweiten Abtastungen unterworfenen Sinus- und Kosinussignale enthält.7. System nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, dass das System ebenfalls ein Taktsystem zum Erzeugen von Taktimpulsen für die Steuerung und die Synchronisation der erwähnten Schaltmittel enthält.8. System nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass das System ebenfalls Mittel zum Erzeugen eines ersten Taktimpulssignals mit bestimmter Dauer für die Steuerung der erwähnten ersten, und zweiten Schalt— mittel, Mittel zum Erzeugen eines zweiten Impulssignals nach einem bestimmten Zeitintervall nach dem erwähnten ersten Taktsignal für die Steuerung der erwähnten dritten und fünften Schaltmittel, Mittel zum Erzeugen eines809843/07596009PHF. 77-533· 20-2-1978.dritten Inipuls signals bestimmter Dauer nach einem Zeitintervall nach der Vorderflanke des zweiten Impuls— signals für die Steuerung der erwähnten sechsten Schaltmittel, Mittel zum Erzeugen eines vierten Impulssignals am Ende des erwähnten zweiten Impulssignals für die Steuerung der erwähnten vierten und. siebten Schaltmittel, und Mittel zum Erzeugen eines fünften Impulssignals nach einem bestimmten Intervall nach dem erwähnten vierten Impulssignal für die Steuerung des achten Schaltmittels enthält.9« System nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erwähnte Signal, das die Rotationsgeschwindigkeit der Synchronmaschine darstellt, die GeschwindigkeitsSchwankung in der barometrischen Höhe H* proportional dem Rotationswinkel der ¥elle der Synchronmaschine darstellt.809843/0759
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