DE2831467A1

DE2831467A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern eines servomotors, insbesondere eines pneumatischen servomotors

Info

Publication number: DE2831467A1
Application number: DE19782831467
Authority: DE
Inventors: Jean Lejon
Original assignee: Controle Bailey SA
Current assignee: Controle Bailey SA
Priority date: 1977-08-10
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1979-02-22
Also published as: FR2400128B1; US4326448A; DE2831467C2; GB1576698A; FR2400128A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Servomotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit Hilfe von elektronisch gesteuerten Servomotoren ist es möglich, ein Element so zu steuern, daß es eine bestimmte Position einnimmt, die in Abhängigkeit von der Zeit verändert werden kann.

Die zur Zeit bekannten elektronischen Steuerungsvorrichtungen, die in der Industrie in Gebrauch sind, bedienen sich entweder elektrischer oder pneumatischer Servomotoren.

Bei den elektrischen Servomotoren geschieht die Steuerung eines Geräts im allgemeinen inkremental. Die Regelung der gewünschten Position wird dabei durch Rückübertragung der mit Hilfe eines Positionserkenners festgestellten augenblicklichen Position und der Ansteuerung eines Ein-Stellmotors mit einem Differenzsignal, das der Abweichung zwischen den beiden Positionen entspricht, erreicht.

Dieser Servomotor-Typ hat einen großen Vorteil, der da^- rin besteht« daß dann, wenn aus einem beliebigen Grund die Stromzufuhr der elektrischen Steuerleitung unterbrochen wird, das System seinen Zustand selbst dann noch beibehält, wenn der Motor nicht mehr mit Strom versorgt wird. Andererseits ist bekannt, daß diese elektrischen Servomotoren sehr teuer sind, und zwar kosten sie etwa das vier- bis fünffache eines gleichstarken pneumatischen Servomotors. Sie haben darüberhinaus eine relativ geringe Zuverlässigkeit, weil sie auf Grund ihrer gerinrgen Masseträgheit eine mit dem Motor gekoppelte Thyristor-. Steuerschaltung aufweisen müssen. Außerdem benötigen sie

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ein mechanisches Untersetzungsgetriebe, weil der Motor im allgemeinen mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird. Dies alles macht den elektrischen Servomotor sehr anfällig.

Die pneumatischne Servomotoren sind dagegen viel zuverlässiger, da sie von ihrer Konzeption her viel einfacher und von geringerem Kostenaufwand sind. Auf der anderen Seite jedoch haben sie einen erheblichen Nachteil: die Position des Servomotors wird durch die Lage der Pleuelstange eines doppelt wirkenden Zylinder τ-Μο*- tors bestimmt, deren Positionsänderungen durch Veränderungen der Drucke bewirkt werden, die auf beide Seiten des Kolbens einwirken. Dies stellt eine interne Regelung des Gerätes dar, die mit Hilfe eines elektrischen Steuersignals, welches das analoge Bild des Verlaufs des Kolbens in dem Zylinder ist, die gewünschte Soll-Position einstellt. Man erhält also eine eineindeutige Beziehung zwischen dem Wert des elektrisehen Steuersignals und der Position des Kolbens zu dem Zylinder-Körper. Der große Nachteil dieses Systems besteht darin, daß im Falle einer Unterbrechung der elektrischen Energiezufuhr oder der Versorgung der Regelung das elektrische Signal verschwindet und der Servomotor sehr schnell in eine dem Signal "Null" entsprechende Position zurückgeht. Hieraus ist ersichtlich, daß dies für einige industrielle Steuerung- oder Überwachungsvorgänge katastrophale Folgen haben kann. Solche Folgen treten beispielsweise bei der Steuerung eines Wärmekraftwerks auf, wo innerhalb kürzester Zeit ein Schieber geschlossen wird, der dabei die Tätigkeit des Kessels blockiert und somit den Ausfall des ganzen Kraftwerks herbeiführen kann. Bei einem Kernreaktor, wo die Kontrollstäbe von einem Servomotor gesteuert werden,

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genügt die Blockierung der Stromversorgung, um das Fallen der Stäbe und das Anhalten der Kettenreaktion herbeizuführen.

Man hat zwar versucht, diese Schwierigkeit dadurch zu beheben, daß man die "untere" Position (die dem elektrischen Steuersignal "Null" entspricht) des elektropneumatischen Servomotors als Sicherheitsposition vorsah, wodurch die gravierendsten Nachteile vermieden werden, eine völlige Stillegung einer ganzen Anlage aber trotzdem nicht verhindert werden kann.

Zur Zeit gibt es also keinen Servomotor, der alle Vorteile der beiden beschriebenen Typen in sich vereinigt. Dies ist insofern bedauerlich, als nahezu alle pneumatischen Servomotoren in ihrem Preßluft-Versorgungssystem einen Pufferspeicher haben, der im allgemeinen eine autonome Versorgung des Systems von zwischen 10 und 30 Minuten gewährleistet, und zwar selbst dann, wenn die Stromversorgung der Kompressoren vollständig unterbrochen ist. Bis jetzt hat man allerdings von dieser Möglichkeit noch keinen Gebrauch gemacht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein 25· Steuerungsverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wobei diese Pufferenergie in Form von komprimierter Luft ausgenutzt wird, um einen Speicher zu realisieren, und um die Position eines elektropneumatischen Motors auch nach einer Unterbrechung der Stromversorgung beizubehalten.

Diese Aufgabe wird gemäß den Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.

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Ausgehend von einem Verfahren zum Steuern eines Servomotors, bei dem als Antrieb ein Zylinder-Motor vorgesehen ist, der über einen Druckmodulator mit einem unter Druck stehenden flüssigen oder gasförmigen Medium versorgt wird und bei dem eine erste Rückkopplung vorgesehen ist, welche den Zylinderr-Motor veranlaßt, sich in eine bestimmte Soll-Position zu steuern, wird erfin^ dungsgemäß jede Soll-Position mit Hilfe mechanischer und beweglicher Reibungsmittel abgespeichert, wobei diese Mittel den Druckmodulator tragen und über eine abschaltbare zweite Rückkopplung bewegt werden \ind wobei die abschaltbare zweite Rückkopplung die erste Rückkopplung bei einer Veränderung der Soll-Position err setzt und ihre Energie zum Verschieben der beweglichen mechanischen Reibungsmittel direkt dem Zylinder-Motor entnimmt.

Bei einer ersten Ausgestaltung der Erfindung sind die mechanischen Reibungsmittel geradlinig verschiebbar, wobei der Stand der geradlinigen Verschiebung analog zur Soll-Position des Servo-Motors ist.

Bei einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung sind die mechanischen Reibungsmittel rotierend beweglich, wobei der Stand der Rotation analog zur Sollr-Position des Servo-Motors ist.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist folgende Merkmale auf; - eine bewegliche Speicherplatte mit Reibung, die so« wohl den Druckmodulator trägt als auch eine Meßvor-rrichtung zur Messung der Position der Platte in jedem Augenblick;

- eine erste Rückkopplung bezüglich der Soll^Position

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des Servomotors, die eine erste Vorrichtung zum Verbinden der Stange des Zylinder-Motors mit der Steu^ erung des Druckmodulators aufweist, wobei diese Vorrichtung eine mechanische Anpassungsfähigkeit besitzt, die kleine und vorübergehende Verschiebunrgen der Steuerung des Modulators in Bezug auf die Speicherplatte ermöglicht;

- eine zweite Rückkopplung zum Verschieben der Speicherplatte, wenn diese von einer Soll-Position zu einer anderen Soll-Position gelangt, die eine abschaltbare zweite Vorrichtung zum Verbinden der Stange des Zy^- lindermotors mit der Speicherplatte aufweist, und die außerdem eine Einrichtung zum Unterdrücken der ersten Rückkopplung besitzt, welche gleichzeitig mit dem Einschalten der zweiten Vorrichtung auf die Steuerung des Druckmodulators einwirkt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Antrieb mit einem unter Druck stehenden flüssigen oder gasförmigen Medium vorgesehen, wobei dieser Antrieb eine unter Druck stehende und mit einer gewissen Re-=-. serve ausgestattete Quelle für dieses Medium aufweist _t ferner einen doppelt wirkenden Kolben, dessen Stange die Soll-Position des zu steuernden Elements darstellt, weiterhin ein zum Verteilen des unter Druck stehenden Meτ-diums bestimmtes Relais, das aus einem geradlinig beweglichen Schieber in eine zentrale Zylinderbohrung des Relaiskörpers in Verbindung mit drei Öffnungen besteht, wobei die erste Öffnung den ständigen Zufluß des unter Druck stehenden Mediums sicherstellt und die beiden anderen Öffnungen die Verteilung des Mediums in jede der beiden Kammern des doppelt wirkenden Kolbens gewähr-

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leisten. Dieser Antrieb weist folgende Merkmale auf:

- eine erste Verbindungseinrichtung zwischen der Stange des Zylinder-Motors und dem Schieber des Relais, welche die geradlinige Bewegung des Schiebers in der zentralen Zylinderbohrung steuert, damit dieser in jedem Augenblick der geradlinigen Bewegung der Stange in den Zylinder-Motor folgt, wobei die Verbindungsreinrichtung eine mechanische Geschmeidigkeit aufweist, die geringfügige und vorübergehende geradlinige Ver-Schiebungen des Schiebers in Bezug auf die Stange zuläßt;

- eine zweite abschaltbare Verbindungseinrichtung zwischen der Stange des Zylinder-Motors einer beweglichen Speicherplatte, die für den Relaiskörper als Stütze dient, mit einer Schaltkupplung, die es gestattet, die erwähnte zweite Verbindungseinrichtung abschaltbar zu machen und mit zwei Erregungselektromagneten, die je^ weils an den Enden des Schiebers angebracht sind und es ermöglichen, daß dem Schieber in der einen oder der anderen Richtung in Bezug auf den Relaiskörper ein Eewegungsimpuls gegeben wird;

- eine Meßeinrichtung zum Messen der Position der Platte in jedem Augenblick sowie eine elektrische Schaltungsanordnung, die es ermöglichen:

a. entweder unter gleichzeitiger Erregung eines der beiden Elektromagneten und der Schaltkupplung der zweiten Verbindungseinrichtung die Verschiebung der Stange des Zylinders und der Platte von einer Soll-Position zur anderen zu bewirken,

b. oder, im Augenblick eines Stromausfalls, den Zustand des Systems durch die Position der Speicher*- platte zu speichern, wobei dieser Zustand so lange festgehalten wird, bis ein neuer Befehl vorliegt.

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Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere in der beweglichen Platte , die über lösbare Mittel mit der Bewegung des Kolbens des Zylindermotors verbunden ist und durch diese Bewegung verschoben wird, sobald die vorgeschriebenen Positionsänderungen stattgefunden haben. Hierbei wird die Energie der Preßluft, die der Versorgung des Systems dient, als Bewegungsenergie ausgenutzt. Diese Platte, die die Rolle einer Speicherplatte spielt, da ihre Position in jedem Moment in eineindeutiger Verbindung mit der des Kolbens steht, ist mit einem Reibungssystem verbunden, das'die Platte in dem Zustand hält, in dem sie sich gerade befindet, wenn keine Bewegungen vorliegen. Im Falle einer Panne am elektrischen Steuersystem des Servo·; motors setzt das Preßluftreservoir die Verteilung des nötigen Drucks auf jeder Seite des Kolbens fort, um ihn in seinem Zustand des Gleichgewichts zu halten, und die Speicherplatte verharrt ebenfalls in dieser Position.

Die Platte kann sich im wesentlichen auf zwei verschiedene Weisen bewegen, entweder einfach und geradlinig parallel zu der Kolbenstange *- in diesem Falle ist es der Zustand dieser geradlinigen Bewegung, der die Speicherung der Position des Kolbens realisiert - oder um eine Achse rotierend, wobei es nun die Winkelstellung dieser Speicherplatte um diese Achse ist, welche die Position des Kolbens analog abbildet.

Selbstverständlich besitzt der erfindungsgemäße elektropneumatische Servomotor wie jedes Gerät dieser Art eine klassische Rückkopplung, die dadurch realisiert wird, daß sie über eine mechanische Flexibilität die geradlinige Bewegung des Schiebers in die zentrale Zylinderbohrung des Relais' mit der Bewegung des Kolbens in dem

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Zylinder-Motor direkt verbindet. Praktisch wird diese Flexibilität übrigens durch zwei Federblätter realisiert, die mit einer ersten starren Stange verbunden sind, die ihrerseits mit der Kolbenstange verbunden ist, und wobei das eine Federblatt von dem anderen Federblatt um die Länge des Stößels des Schiebers entfernt ist.

Erfindungsgemäß trägt diese Platte auch den Relaiskörper, wobei die Schaltkupplung es gestattet, sie mit einer zweiten Verbindungseinrichtung mit der Stange des Zylinder-Motors zu verbinden. Ebenso sind zwei Erregungselektromagneten vorgesehen, die sich an jeweils einem Ende des Schiebers befinden und es ermöglichen, auf diesen einen Impuls für die geradlinige Bewegung in die eine oder die andere Richtung, bezogen auf den Relaiskörper, zu geben. Diese Federblätter müssen eine Flexibilität besitzen, die folgendermaßen umschrieben werden kann: einerseits müssen sie starr genug sein, um den Schieber, der gewissermaßen zwischen den beiden Federblättern eingekeilt ist, in seiner Position zu halten, aber andererseits müssen sie biegsam genug sein, daß der Schieber nach einer vorgeschriebenen Positionsänderung des Systems zeitweise auf einen der beiden Elektromagneten reagieren und sich geringfügig verschieben kann, z. B. einige Zehntelmillimeter in der einen oder der anderen Richtung bezogen auf die Stange des Zylindermotors, und zwar so lange, bis der Servomotor seine Gleichgewichtsposition mit den Ringen des Schiebers in Bezug auf zwei Auslaßöffnungen des Relais' wiedergefunden hat.

Die Schaltkupplung, die verwendet wird, um die Platte über eine zweite Verbindungseinrichtung zeitweilig mit

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mit dem Kolben zu verbinden, kann eine beliebige, an sich bekannte Kupplung sein; doch ist es erfindungsgemäß von Vorteil, auf einen pneumatischen Zylinder zurückzugreifen, der direkt über einen elektropneumatitischen Schieber von dem Preßluftspeicher der Einrichtung mit Energie versorgt wird.

Schließlich wird die elektrische Steuerung des erfindungsgemäßen Servomotors im wesentlichen von einem Differenzverstärker durchgeführt, der an seinem Eingang außer einer Analogspannung, die für die Position der Platte (Verschiebung oder Rotation) charakteristisch ist, auch noch mit einer Steuerspannung beaufschlagt wird, mit deren Hilfe das System eine bestimmte vorgeschriebene Position einnehmen kann. Dieser Differenzverstärker gibt an seinem Ausgang ein Differenzsignal ab, das einerseits der Steuerung des pneumatischen Schiebers der Schaltkupplung und andererseits parallel hierzu den beiden Wicklungen der Elektromagneten des Schiebers des Relais über zwei entgegengesetzt gepolte Gleichrichter zugeführt wird.

Die Analogspannung, die elektrisch die Position der Speicherplatte darstellt, kann durch jede an sich bekannte Einrichtung erzeugt werden, wobei eine der einfachsten Einrichtungen ein Potentiometer ist, auf dem ein mit der Platte verbundener Zeiger eine variable Spannung abgreift, die eine Funktion der Position dieser Platte ist. Dank dieses Systems kann man entweder a) die Verschiebung der Zylinder-Stange und der Platte von einer Soll-Position in eine andere bewirken, indem gleichzeitig einer der beiden Elektromagneten und die Schaltkupplung erregt werden oder b) den Zustand des Systems durch die Position der

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Platte speichern, wobei dieser Zustand so lange erhalten bleibt, bis ein neuer Steuerbefehl eintrifft.

Wenn die Bewegung der Platte eine Rotationsbewegung um eine Achse darstellt, so wirkt auf diese Achse selbst eine Reibungsvorrichtung ein, damit die Platte im Falle einer System-Panne ihre Position immer beibehalten und. ihre Rolle als Speicher weiterspielen kann. Außerdem wird in diesem Fall die Ausführungsform mit den starren Stangen, die bei der geradlinigen Verschiebung der Speicherplatte die Rolle der ersten und zweiten mechanischen Verbindungseinrichtungen des Schiebers und der Platte mit der Kolbenstange spielen, durch ein Gestänge ersetzt, das die geradlinige Bewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung d.er Platten-Achse umwandelt und die Einstellung des Zeigers des Schiebers als direkte Funktion der Verschiebung des Kolbens ermöglicht. Mit Hilfe einer rotierenden Schaltkupplung kann der Teil der Achse, der unter der Wirkung dieses Gestänges einer ständigen Rotation unterworfen ist, mit dem Teil verbunden werden, der die Platte trägt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben: Fs zeigen:

Fig. 1 eine allgemeine Darstellung eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Servomotors, bei dem die Verschiebung der Speicherplatte geradlinig und. parallel zur Kolbenbewegung erfolgt; Fig.2 eine vereinfachte Darstellung des Servomotors

d.er Fig. 1;

Fig.3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Speicherplatte rotierend bewegt wird.

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In der Fig.l ist ein auf einem allgemeinen Grundrahmen 1 befestigter Zylinder 2 dargestellt, in dem sich ein doppeltwirkender Kolben 3 verschieben kann. Dieser Kolben 3 treibt eine Stange 4 an, die entsprechend einer bestimmten Vorschrift die Position eines hier nicht dargestellten Elements steuert, wobei die Position dieses Elements mit Hilfe eines Verbindungs-Gabelgelenks 5 verändert wird.

In an sich bekannter Weise versorgt ein Preßluftspeicher 6 über eine Druckluftleitung 7 ständig die zentrale Zylinderbohrung 8 eines pneumatischen Relais 9, und zwar über eine Einlaß-Öffnung 10, die in den mittleren Bereich der zentralen Zylinderbohrung einmündet. In diese zentrale Zylinderbohrung 8 münden auch die beiden Austritts-Öffnungen 11 und 12, die über die Druckluftleitungen 18 und 19 mit den Kammern 13 und 14 des Zylinders 2 verbunden sind. Ein Schieber 15, der aus einem Stößel und zwei Ringen 16,17 besteht, kann sich frei in der zentralen Zylinderbohrung 8 bewegen. Die Druckluftleitungen 18 und 19, die die Austritts*-Öffnungen 11 und 12 mit den Kammern 13 und 14 verbinden, bestehen aus einem biegsamen Material, welches die relative Verschiebung der vorhandenen Bauteile gestattet. Das gleiche gilt übrigens für die Verbindung der Druckluftleitung 17 mit der Einlaßöffnung 10.

Gemäß der Erfindung ist eine Speicherplatte 20 so angeordnet, daß sie entlang eines Schafts 21 über eine Friktionsreibung 22 bewegbar ist. Auf Grund dieser Friktionsreibung kann sie ihre Lage, die sie nach Maßgabe des Betriebs des Servomotors einnimmt, beibehalten, wenn eine nennenswerte mechanische Beanspruchung ausbleibt. Auf dieser Platte 20 sind die Elemente des Relais .9 und

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die beiden Erregungs-Elektromagneten 23 und 24 vorgesehen, wobei diese Magneten 23,24 jeweils an den beiden äußeren Enden des Schiebers 15 befestigt sind. Außerdem befindet sich an der Platte 20 eine pneumatische Schaltkupplung 25, welche über einen elektropneumatisehen Schieber 26 und die biegsame Leitung 27 Preßluft aus dem Preßluft-Speicher 6 erhält.

Auf der Stange 4 des Zylinders 2 ist ein Gestell 28 angeordnet, auf dem wiederum starre Stangen 29 und 30 befestigt sind, welche die ersten und zweiten Verbindungseinrichtungen zwischen dem Kolben 3 und der übrigen Einrichtung darstellen. Erfindungsgemäß gleitet die Stange 29, auf der die beiden Federblätter 31 und 32 befestigt sind, in dem Punkt 33 frei durch den Grundrahmen 1. Die beiden Federblätter 31 und 32 sind hierbei auf der Stange 29 angeordnet, und zwar jeweils auf einem solchen Niveau, daß der normale Abstand zwischen diesen beiden Federblättern der Länge des Stößels des Schiebers 15 entspricht, so daß der Stößel gehalten wird und die Federblätter 31,32 diesem Stößel Bewegungen vermitteln, die den Bewegungen des Kolbens entsprechen und zu diesen parallel sind. Wenn die Schaltkupplung 25 nicht unter Druck steht, dann gleitet die Stange 30 frei in einer zylindrischen Führung 34, die die Platte 2o durchquert.

Die Verschiebungs-Position der Platte 20 wird von einem Zeiger 35 markiert, der sich vor dem Potentiometer-System 36 verschiebt. Hierdurch kann an der elektrischen Leitung 37 eine Spannung abgegriffen werden, die den Verschiebungszustand der Speicherplatte 20 analog darstellt.

Zum Verständnis des elektrischen Teils der Darstellung

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der-Fig.l ist folgendes festzustellen: Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist die Darstellung unifilar, und mit 37 und 38 sind die beiden Eingänge des Differenzverstärkers 39 bezeichnet, wobei der Eingang 38 für die Eingabe des Sollwerts der Lage des Servomotors vorgesehen ist. Die Ausgangsleitung 40 dieses Differenzverstärkers ist mit drei parallelen Erregungsspulen verbunden, und zwar mit der Spule 23 über eine mitgeschaltete Diode 41 und mit der Spule 24 über eine gegengeschaltete Diode 42 und schließlich mit der Erregungsspule 43 für den elektropneumatischen Schieber 26 ohne Zwischenschaltung einer Diode. Zur weiteren Verdeutlichung sind die drei Erregungsspulenwicklungen 23,24 und 43 an zwei verschiedenen Stellen dargestellt. Zum einen sind, sie bei der elektrischen Schaltungsanordnung und zum andern an der räumlichen Stelle, wo sie an der Vorrichtung tatsächlich angebracht sind, gezeigt.

Nachdem nunmehr die verschiedenen Elemente des Servomotors definiert sind, wird die Funktionsweise der Anordnung beschrieben.

Wenn der Servomotor eine bestimmte Position erreicht hat, die ihm durch die Wahl der Steuerspannung V₁ zuge-

wiesen worden ist, welche an dem Eingang 38 des Differenzverstärkers 39 anliegt, besteht zwischen den Spannungen an den Eingängen 37 und 38 kein Unterschied, und der Verstärker 39 ist an seiner Ausgangsleitung spannungslos. Unter diesen Umständen sind, die Relais 23,24 und 43 abgeschaltet. Einerseits bedeutet dies, daß sich der Schieber 15 in der in der Fig.l dargestellten Position befindet, wobei die Ringe 16 und 17 in Bezug auf die Austrittsöffnungen 11 und 12 symmetrisch angeordnet sind und auf diese Weise ein Gleichgewicht zwischen den

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Drücken in den Kammern 13 und 14 sowie eine Stabilisierung des Kolbens 3 herbeiführen. Andererseits wird die Schaltkupplung 25 nicht mit Preßluft versorgt, und die Platte 20 wird in der Position gehalten, die sie auf Grund der Reibungsbremse 22 einnimmt. Der von dem System eingenommene Zustand dauert so lange, wie kein Befehl zum Positionswechsel vorliegt.

Will man nun von einer derart eingenommenen Soll-Position in eine andere Soll-Position übergehen, so muß man die Steuerspannung V-, die an den Eingang 38 des Verstärkers 39 anliegt, mehr oder weniger stark verändern. Der Verstärker 39 überträgt nun die Differenz zwischen der neuen Sollwert-Spannung V und der mit dem Zeiger 35 auf dem Speicherpotentiometer 36 abgegriffenen Spannung als positive oder negative Spannung auf seine Ausgangsleitung 40. Wie man anhand der Schaltungsanordnung erkennt, wird die Erregungsspule 43 unabhängig von dem Vorzeichen der Aüsgangsspannung erregt, so daß infolgedessen das entsprechende Relais des Druckwandlers 26 geschlossen wird. Hierdurch gelangt Preßluft in die Schaltkupplung 25, welche in diesem Augenblick die Stange 30 der Platte 20 arretiert und somit die normale Steuerung des Servomotors unterbricht.

Außerdem wird die auf der Leitung 4O befindliche Spannung, je nachdem, ob sie positiv oder negativ ist, über die Diode 41 oder die Diode 42 auf einen der beiden Erregungselektromagneten 23 oder 24 gegeben, was eine leichte Verschiebung des Schiebers 15 zur Folge hat.

Wird beispielsweise der Elektromagnet 23 erregt, dann findet die Verschiebung des Schiebers 15 nach oben statt, wodurch das Federblatt 31 in die Position 31a gebracht wird, die in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist. Es ist zu erkennen, daß die von der Einlaß-

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öffnung 10 ankommende Preßluft in dem Relais 9 eher durch das Ansatzrohr 11 austritt als durch das Ansatzrohr 12. Der Luftdruck erhöht sich somit in der Kammer 14 und verringert sich in der Kammer 13, wodurch eine Abwärtsbewegung des Kolbens 3 mitsamt seiner Stange 4 erfolgt. Da erfindungsgemäß eine korrelierte Verschiebung unter dem Einfluß der Bewegung des Kolbens 3 stattfindet, und zwar einerseits im Hinblick auf die Speicherplatte 20 und andererseits im Hinblick auf den Schieber 15 des Relais 9, verschiebt sich die Kombination aus Platte 20 und Relais 9 unbeschränkt nach unten, solange der Elektromagnet 23 erregt ist, da die Ringe 16 und 17 in Bezug auf die Austrittsöffnungen 11 und 12 dezentriert sind. Wenn die neue an den Eingang 38 angelegte Spannung auf Grund der Verschiebung des Zeigers 35 gleich der neuen an dem Potentiometer am Eingang 37 anstehenden Spannung ist, geht die Spannung an der Ausgangsleitung 40 wieder auf Null zurück, und die Erregung des Elektromagneten 23 hört unter dem Einfluß der Federn 31 und 32 auf, während der Schieber 15 wieder seine Gleichgewichtslage im Relais 9 einnimmt. Diese Gleichgewichtslage wird durch das Erreichen von Drücken in den Kammern 13 und 14 bestimmt, deren Einwirkung auf den Kolben 3 die Kraft kompensiert, die von dem (nicht dargestellten) zu steuernden Mechanismus ausgeht. Die Erregung des Relais 43 hört ebenfalls auf, und der Schieber 26 öffnet sich wieder, wodurch die Schaltkupplung 25 ausgekuppelt und die Speicherplatte 20 in ihrer neu erreichten Position freigegeben wird.

Schließlich kann man an Hand der schematischen Darstellung sehr leicht erkennen, daß im Falle einer elektrischen Panne oder im Falle einer Unterbrechung der System-Stromversorgung der Verstärker 39 kein Signal mehr über die

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erwähnte Ausgangsleitung 40 abgibt und daß die Elektromagneten 23 und 24 ebenso wie das Relais 43 entregt werden. In diesem Augenblick kann keine Krafteinwirkung mehr auf den Schieber 15 ausgeübt werden, und die ausgekuppelte Speicherplatte 20 wird in ihrer Position gehalten. Diese auf Grund der Friktionsreibung 22 gehaltenen Position stellt den Speicher des Systems dar. Da der Luftdruck weiterhin von dem Preßluftspeicher 6 aufrecht erhalten wird, wird die normale Steuerung des Servomotors durch die Stange 29 fortgesetzt. Eine erneute Befehlsänderung ist möglich, sobald die vorhergehende Position durch die Platte 20 gespeichert ist.

Man sieht also, daß es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelungen ist, einen elektropneumatischen Servomotor herzustellen, der mit einem echten Speicher ausgestattet ist, wodurch die Vorteile dieses Servomotor-Typs mit den Vorteilen des elektrischen Servomotors verbunden werden.

Die Fig.3 zeigt schließlich eine Variante des elektropneumatischen Servomotors mit einem Speicher, bei dem die Speicherplatte 20 als Rotationselement ausgebildet ist. Im allgemeinen sind in der Fig.3 alle Elemente der Fig.l mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Das Gestell 28 ist durch ein Gestänge ersetzt, welches auf Grund der Verschiebungs-Befehle des Kolbens 4 den Teil 50a der Achse 50 rotierend antreibt. Dieses gleiche Gestänge treibt einen starren Rahmen 29 an, der die beiden Federn 31 und 32 in der gleichen Art, wie sie für die Ausführungsform der Fig.l beschrieben wurde, verschiebt und die erste Rückkopplung der Vorrichtung darstellt. Die Speicherplatte 20 rotiert zusammen mit dem Teil 50b der Achse 50, der eine Reibungsvorrichtung 11 enthält

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und mittels einer rotierenden pneumatischen Schaltkupplung 25 nach Belieben mit dem Teil 50a der Achse 50 verbunden bzw. von ihr getrennt werden kann. Bei dieser Varianten ist es also der Teil 50b der Achse, der die zweite Rückkopplung darstellt. Im übrigen handelt es sich um eine Winkelverschiebung, die der Gleitzeiger 35, der mit der Achse 50b verbunden ist, des Potentiometer-Systems 36 berücksichtigen muß, um die von der Speicherplatte 20 erreichte Position in ein analoges elektrisches Signal umformen zu können.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Varianten; sie kann vielmehr auch auf einen Servomotor mit einfach wirkendem Kolben angewendet werden, bei dem einer der Drucke auf den Kolben durch eine Ausgleichsfeder und der Schieber durch ein Schaufel-Düsen-System ersetzt werden. Die beiden Ausführungsbeispiele müssen als äquivalent angesehen werden. Es geschah lediglich aus dem Bemühen um größtmögliche Verständlichkeit, daß die vorhergehende Beschreibung auf einem Beispiel mit doppeltwirkendem Kolben beruhte. Die Erfindung ist auch nicht auf gasförmige Medien beschränkt, anhand derer sie beschrieben wurde _t sondern sie kann auch bei flüssigen Medien Anwendung finden, wenngleich die gasförmigen Medien einige Vorteile aufweisen-

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Leerseife

Claims

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CONTROLE BAILEY 5, avenue Newton 92140 Clamart Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Servomotors, insbesondere eines pneumatischen Servomotors

Patentansprüche

'!._) Verfahren zum Steuern eines Servomotors, bei dem als Antrieb ein Zylinder-Motor vorgesehen ist, der über einen ^ruckmodulator mit einem unter Druck stehenden flüssigen oder gasförmigen Medium versorgt wird, und bei dem eine erste Rückkopplung vorgesehen ist, welche den Zylinder-Motor veranlaßt, sich in eine bestimmte Soll-Position zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß jede Soll-Position mit FiIfe mechanischer und beweglicher Reibungsmittel abgespeichert wird, daß diese Mittel den Druckmodulator tragen und über eine abschaltbare zweite Rückkopplung bewegt werden, wobei die abschaltbare zweite Rückkopplung die erste Rückkopplung bei einer Veränderung der Soll-Position ersetzt und ihre Energie zum Verschieben der beweglichen mechanischen Reibungsmittel direkt dem Zylinder-Motor (2,3) entnimmt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Reibungsmittel geradlinig verschiebbar sind, wobei der Stand der geradlinigen Verschiebung analog zur Soll-Position des Servomotors (2,3) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Reibungsmittel rotierend beweglich sind, wobei der Stand der Rotation analog zur Soll-Position des Servomotors (2,3) ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- eine bewegliche Speicherplatte mit Reibung (20), die sowohl den Druckmodulator trägt als auch eine Meßvorrichtung zur Messung der Position der Platte (20) in jedem Augenblick·

- eine erste Rückkopplung bezüglich der Soll-Position des Servomotors (2,3), die eine erste Vorrichtung zum Verbinden der Stange (4) des Zylinder-Motors (2,3) mit der Steuerung des Druckmodulators aufweist, wobei diese Vorrichtung eine mechanische Anpassungsfähigkeit besitzt, die kleine und vorübergehende Verschiebungen der Steuerung des Modulators in Bezug auf die Speicher, platte (20) ermöglicht;

- eine zweite Rückkopplung zum Verschieben der Speicherplatte (20), wenn diese von einer Soll-Position zu einer anderen Soll-Position gelangt, die eine abschaltbare zweite Vorrichtung zum Verbinden der Stange (4) des Zylinder-Motors (2,3) mit der Speicherplatte (20) aufweist, und die außerdem eine Einrichtung zum Unterdrücken der ersten Rückkopplung besitzt, welche gleichzeitig mit dem Einschalten der zweiten Vorrichtung auf die Steuerung des Druckmodulators einwirkt.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der ein Antrieb mit einem unter Druck stehenden flüssigen oder gasförmigen Medium vorgesehen ist, wobei dieser Antrieb eine unter Druck stehende und mit einer gewissen Reserve ausgestattete Quelle für dieses Medium aufweist, ferner einen doppelt wirkenden Kolben, dessen Stange die Soll-Position des zu steuernden Elements darstellt, weiterhin ein zum Verteilen des unter Druck stehenden Mediums bestimmtes Relais, das aus einem geradlinig beweglichen Schieber in eine zentrale Zylinclerbohrung des Relaiskörpers in Verbindung mit drei Öffnungen besteht, wobei die erste Öffnung den ständigen Zufluß des unter Druck stehenden Mediums sicherstellt und die beiden anderen Öffnungen die Verteilung des Mediums in jede der beiden Kammern des doppelt wirkenden Kolbens gewährleisten, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- eine erste Verbindungseinrichtung zwischen der Stange

(4) des Zylinder-Motors (2) und dem Schieber (15) des Relais (9), welche die geradlinige Bewegung des Schiebers (15) in der zentralen Zylinderbohrung (8) des Relais (9) steuert, damit dieser in jedem Augenblick der geradlinigen Bewegung der Stange (4) in den; Zylinder-Motor (2) folgt, wobei die Verbindungseinrichtung eine mechanische Geschmeidigkeit aufweist, die geringfügige und vorübergehende geradlinige Verschiebungen des Schiebers (15) in Bezug auf die Stange

(4) zuläßt;

- eine zweite abschaltbare Verbindungseinrichtung zwischen der Stange (4) des Zylinder-Motors (2) und einer beweglichen Speicherplatte (20), die für den Relaiskörper (9) als Stütze dient, mit einer Schaltkupplung (25) , di'e es gestattet, die erwähnte zweite Verbindungseinrichtung abschaltbar zu machen und mit zwei Erregungselektromagneten (23 24), die jeweils an den Enden des Schiebers (15) angebracht sind und es ermöglichen, daß dem

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Schieber (15) in der einen oder der anderen Richtung in Bezug auf den Relaiskörper (9) ein Bewegungsimpuls gegeben wird;

- eine Meßeinrichtung zum Messen der Position der
Platte (20) in jedem Augenblick sowie eine elektrische Schaltungsanordnung, die es ermöglicht:-

a. entweder unter gleichzeitiger Erregung eines der beiden Elektromagneten (23, 24) und der Schaltkupplung (25) der zweiten Verbindungseinrichtung die Verschiebung der Stange (4) des Zylinders (2) und der Platte (20) von einer Soll-Position zur anderen zu bewirken,

b. oder, im Augenblick eines Stromausfalls, den Zustand des Systems durch die Position der Speicher^- platte (20) zu speichern, wobei dieser Zustand so lange festgehalten wird, bis ein neuer Befehl vorliegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplatte (20) mit einer Reibungsbremse (22) verbunden ist, die sich parallel zur Stange (4) des Zylinder-Motors (2) befindet, wobei die Ortsvervschiebungen der Platte (20) parallel und gleich den Verschiebungen der Stange (4) sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (20) drehbar und mit einer Reibung um eine Normalachse auf ihrer Ebene ausgebildet ist, wobei ihre Winkelposition in jedem Augenblick, die Position der Stange (4) des Zylinder-Motors (2) abbildet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn ζ ei chnet, daß der Kolben (3) des Servomotors mit Hilfe eines

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Gestänges (28) den ersten Teil (5Oa) einer Achse zum Rotieren bringt, die in starrer Verbindung mit der ersten Verbindungseinrichtung zwischen der Stange (4) des Zylinder-Motors (2) und dem Schieber (15) des Relais (9)" des Kolbens (3) steht und mit Hilfe einer rotierenden Schaltkupplung (25) den zweiten Teil (50b) der Achse, die die Speicherplatte (20) hält,, betätigt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Verbindungseinrichtung mechanischer Art und in der Form von zwei festen Stangen (29, 30) ausgebildet sind, die an einem mit der Stange (4) des Motor-Zylinders (2) verbundenen Gestell (28) angebracht sind, wobei sich diese Stangen (29, 3O) geradlinig gleich und parallel zur Stange (4) des Zylinder-Motors (2) bewegen und wobei die mechanische Flexibilität zwischen die erste Verbindungseinrichtung und den Schieber (15) geschaltet ist, und zwar in Form zweier Federblätter (31, 32), die an der ersten festen Stange (29) befestigt sind und. die Federblätter (31,/32) die ersten Mittel in einem gegenseitigen Abstand voneinander darstellen, der der Länge des Schiebers (15) entspricht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung (25) der Platte (20) auf der zweiten festen Stange (30), die die zweite Verbindungseinrichtung darstellt, von pneumatischem Typ ist, die von einem Preßluftspeicher (6) gespeist und von einem elektropneumatisehen Schieber (26) gesteuert wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltungsanordnung

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einen Differenzverstärker (39) aufweist, der an seinem Eingang eine: für die Position der Platte (20) charakteristische analoge Spannung sowie die Steuerspannung (V₁) für die Position des Servomotors empfängt und der an seinem Ausgang ein Differenzsignal abgibt, welches das Antriebsorgan des elektropneumatisehen Schiebers

(26) der Schaltkupplung (25) und parallel hierzu die beiden Wicklungen (23, 24) der Elektromagneten des Schiebers (15) über zwei Gleichrichter (41, 42) mit einander entgegengesetzter Polarität speist-

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