DE3037335A1

DE3037335A1 - Verfahren und einrichtung zur erhoehung der linearitaet eines servosystems

Info

Publication number: DE3037335A1
Application number: DE19803037335
Authority: DE
Inventors: Lennart Dipl.-Ing. Karlskoga Bjurström
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1979-10-02
Filing date: 1980-10-02
Publication date: 1981-05-14
Also published as: GB2059111B; FR2466797A1; US4409531A; SE434573B; IT1128574B; FR2466797B1; IT8049803A0; CH649831A5; DE3037335C2; GB2059111A; SE7908149L

Description

ZUliELASS^NL V£RTF,£TER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

Aktiebolaget Bofors S-691 80 Bofors / Schweden

Verfahren und Einrichtung zur Erhöhung der Linearität eines Servosystems

RICHARD GLAWE DRHNG.

WALTER MOLL DIPL-PHYS. DR RER. NAT. OFF. BEST. DOLMETSCHER

8000 MÜNCHEN 26 POSTFACH 162
UEBHERRSTR. 20 TEL (089) 22 65 48 TELEX 5 22 505 SPEZ

MÜNCHEN A 08

B e se h re i bu η g

KLAUS DELFS DIPL-ING.

ULRICH MENGDEHL DIPL-CHEM. DR. RER. NAT.

HEINRICH NIEBUHR DIPL-PHYS. DR. PHIL HABIL.

2000 HAMBURG 13 POSTFACH 25 70 ROTHENBAUM-CHAUSSEE 58 TEL (040) 410 20 08 TELEX 212 921 SPEZ

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erhöhung der Linearität eines Servosystems beispielsweise für ein Geschütz Servosystem.

Bei gewissen Servosystemen wird eine sehr hohe ZielVerfolgungsgenauigkeit erfordert, die jedoch durch die bisherigen Verfahren schwierig zu erreichen ist. Dies ist insbesondere bei Servosystemen die Geschütze, Visiere etc. zum Zielen auf und Folgen (Verfolgen) eines beweglichen Zieles umfassen, der Fall. Andere Beispiele für ähnliche Servosysteme können im Bereich der Radartechnik gefunden werden.

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BANK: DRESDNER BANK. HAMBURG. 4030448 (BLZ 20080000) · POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 (BLZ 20010020) · TELEGRAMM:SPECHTZIES

Um die Zielverfolgungsgenauigkeit eines derartigen Servosystems zu erhöhen,ist es üblicherweise wünschenswertem System eine möglichst hohe Verstärkung zu haben. Die Anforderung an das System, stabil zu sein,begrenzt jedoch diese Verstärkung. Für niedere Frequenzen ist es möglich, die Verstärkung beträchtlich zu erhöhen, ohne die Stabilität zu beeinträchtigen. Ein Beispiel für ein derartiges System ist in der schwedischen Patentanmeldung No. 78 08148 der

gleichen Anmelderin beschrieben, bei dem die signalaufbereitenden Glieder ein spezifisches, die Genauigkeit erhöhendes Filternetzwerk aufweisen.

Ein Problem,welches durch Einführung eines derartigen Filternetzwerkes nicht gelöst werden kann,ist das Absinken der Verstärkung, das für sehr kleine Signale im Servosystem durch leichte üngenauigkeiten wie beispielsweise Nichtlinearitäten, Spiel, Reibung, Hysteresephänomene etc. bei den das Servosystem bildenden Bauteilen,wie beispielsweise den Ventilen und den Motoren, auftritt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effiziente Linearität und dann auch eine höhere Verstärkung auch für kleine Signale in einem Servosystem

O _

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zu schaffen. Gemäß der Erfindung wird in das System ein sogenanntes Zittersignal eingeführt. Die Verwendung eines Zittersignals an sich ist bereits bekannt aber derartige Signale wurden bisher nicht für diese Aufgabe verwendet und sie haben vor allem nicht die gewünschten Linearcharakteristika weder der einzelnen Komponenten noch des gesamten Systems erzeugt. Der bisherige Zweck für die Einleitung eines Zittersignals

• bestand darin, den Einfluß von Hysteresephänomenen und Reibungen in einzelnen Komponenten, beispielsweise der Magnetnadel eines Steuerventils, zu eliminieren. In diesem Fall wurde die Frequenz des Zittersignals nur mit Bezug auf diese besondere Komponente ausgewählt was keine effiziente Linearwirkung dieser Komponente zusammen mit anderen Komponenten des Systems bedeutet. Dies hängt von der Tatsache ab, daß die bisher für die Zittersignale verwendeten Frequenzen zu hoch waren, d.h. sehr viel höher als die obere Frequenzgrenze des Steuersystems. Eine Linearwirkung wurde in diesem Fall nicht erzeugt, da ein Zittersignal mit derartig hoher Frequenz schnell im System gedämpft wird.

Weiterhin war es bisher aus praktischen Gründen nicht möglich ein Zittersignal an gewisse Arten von Bauteilen anzulegen. Die vorliegende Erfindung macht

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es jedoch möglich_;auch derartige Bauteile mit einem Zittersignal zu versehen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Zittersignal einem Steuersignal des Servosystems überlagert, dessen Frequenz unterhalb, ungefähr gleich oder etwas oberhalb der oberen Frequenzgrenze des Servosystems liegt. D.h. daß die Frequenz wesentlich niedriger • als die der oben stehend beschriebenen Zittersignale ist. Beispielsweise kann für ein Geschütz-Servosystem die Frequenz bei ungefähr 8 Hz liegen.

Im folgenden werden die Einzelheiten der Erfindung anhand der einzigen Figur beschrieben, die ein Servosystem , bei dem die Erfindung verwendet werden kann, in schematischer Darstellung zeigt. Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung für solche Servosysteme von spezifischem Interesse, bei denen eine sehr hohe Genauigkeit erforderlich ist. Das Zielsystem eines Geschützes, Radarsysteme, Visiere etc. sind Beispiele für derartige Servosysteme _f und im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit einem derartigen System beschrieben. Anzumerken ist jedoch, daß die Erfindung

ein

nicht auf derartiges System begrenzt ist,sondern innerhalb des Schutzumfanges der Patentansprüche variiert werden kann.

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- 4 -ORiQiNAL INSPECTED

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Das in der Figur gezeigte Servosystem kann beispielsweise das Zugsteuersystem oder das Höhenrichtsteuersystem für ein Geschütz repräsentieren und weist Vergleicherbauteile wie beispielsweise Drehmelder auf, in denen ein Eingangssignal x, der Steuerwinkel in der Zugeinrichtung oder Höhenrichteinrichtung mit dem wirklichen Winkel y in der Zug- oder Höhenrichteinrichtung verglichen wird. Das Vergleicherbauteil 1 erzeugt ein Fehlersignal x-y welches dem Unterschied zwischen dem befohlenen Winkel und dem wirklichen Winkel, dem Winkelfehler entspricht. Durch signalaufbereitende Glieder 2 wird das Fehlersignal in einer geeigneten Form aufbereitet und über Summierglleder 3, Betätigungselementen 4 und einem Motor 5 zum Antreiben des Geschützes zugeführt, bis der Winkelfehler Null wird.

Die Geschützsteuerung umfaßt normalerweise zwei Phasen, die Zielerfassungsphase und die Zdelverfolgungsphase. Während der Zielverfolgungsphase ist eine sehr genaue Verfolgung des Ziels mit kleinen Winkelabweichungen erwünscht. Wie bereits erwähnt ist es wünschenswert daß die.Verstärkung des Systems so hoch als möglich ist. Um eine Reduzierung der Verstärkung in Verbindung mit

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• a·

kleinen Signalen im System in Folge von leichten Ungenauigkeiten wie beispielsweise Nichtlinearitäten, Spiel, Reibungen, Hysteresephänomenen etc.,die immer in den das System bildenden Bauteilen vorhanden sind, zu verhindern,wird ein sogenanntes Zittersignal einem Steuersignal, welches durch die signalaufbereitenden Glieder 2 abgegeben wird, überlagert. Ein derartiges Zittersignal hat einenvergleichsweise linearen Effekt, wenn die Zitterfrequenz unterhalb,ungefähr gleich oder etwas oberhalb der oberen Frequenzgrenze des Servosystems liegt. Wie in der Zeichnung dargestellt,wird das Zittersignal in einem Zitteroszillator 6 erzeugt, der in diesem Fall permanent auf eine Frequenz von 8 Hz eingestellt ist. Ein Zittersignal mit dieser Frequenz und einer mäßigen Amplitude hat gezeigt, daß es in das gesamte System selbst für sehr niedrige Signale eindringt und linearisiert. Als eine Alternative kann das Zittersignal dem Eingangssignal χ vor dem Vergleicherbauteil 1 addiert werden, aber die vorstehend beschriebene Anordnung ist im allgemeinen zu bevorzugen.

Selbst wenn der Lineareffekt, der mittels des Zittersignals erzielt werden kann, für alle Servosysteme.in denen eine genaue Zielverfolgung erforder-

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lieh ist _t von Bedeutung ist, ist es jedoch bei derartigen Servosystemen insbesondere vorteilhaft,bei denen die signalaufbereitenden Bauteile spezielle,die Genauigkeit erhöhende Filternetzwerke, beispielsweise wie in der schwedischen .Patentanmeldung No. 78 08148 der gleichen Anmelderin beschrieben, aufweisen. Ein derartiges Filter erhöht die SystemverStärkung woraus folgt, daß auch die Zielverfolgungsgenauigkeit erhöht ist,aber gleichzeitig steigt eine sogenannte konditio-

nelle Stabilität im System bei einer spezifischen Frequenz an. Bei dieser Frequenz muß die Verstarkungsspanne so hoch sein, daß die Nichtlinearität im System keine Eigenschwingung mit unterscheidbarer Amplitude erzeugt. Durch Einführung eines die Genauigkeit erhöhenden Filters ist es dann von noch größerer Bedeutung, daß die Bauteile ι die das Zielsystem.bilden linear sind. Durch Einführen eines Zittersignals mit seinem signifikanten Lineareffekt ist es dann möglich, besagtes Filter ungeachtet der konditioneilen Stabilität,die auftreten wird und selbst wenn die Linearität der Bauteile"des Systems nicht so gut ist, zu verwenden.

Filternetzwerke der vorstehend beschriebenen Art dienen üblicherweise dazu_fan das System nur während

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einer spezifischen Phase der Operation angeschlossen zu werden, d.h. wenn eine sehr genaue Steueroperation erforderlich ist, beispielsweise während der Zielverfolgungsphase in einem Zielsystem eines Geschützes. In diesem Fall kann es nützlich sein den Zitteroszillator mit besagtem, die Genauigkeit erhöhenden Filter zusammenzuschalten. In der Figur sind Schaltglieder 7 dargestellt, die sogesteuert werden können, daß der Zitteroszillator 6 an das System nur dann angeschlossen wird wenn das die Genauigkeit erhöhende Filter ebenfalls an das System angeschlossen ist.

In der Figur ist nur ein Zitteroszillator 6 dargestellt und dieser Oszillator ist auf eine Frequenz von 8 Hz fixiert. Das System kann jedoch mit einem oder mehreren weiteren Zitteroszillatoren, die auf andere Frequenzen eingestellt sind versehen sein um beispielsweise den Einfluß von Hysterese und Reibungen in einzelnen Bauteilen des Systems zu eliminieren und die an sich bekannt sind und daher in der Figur nicht dargestellt sind. Für den Fall, daß mehrere Zitteroszillatoren verwendet werden kann es zweckmäßig sein das Anschließen dieser zusätzlichen Zitteroszillatoren

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ja·

ebenfalls durch Schalter 7 zu steuern.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erhöhung der Linearität eines Servosystems beispielsweise eines Geschützservosystems. Das Servosystem weist einen Oszillator 6 auf der eine fixierte Frequenz hat um ein sogenanntes Zittersignal einem Steuersignal des Servosystems zu überlagern. Die Frequenz des besagten Zittersignals ist so ausgewählt, daß die Frequenz unterhalb ungefähr gleich oder etwas oberhalb der oberen Frequenzgrenze des Servosystems liegt. Dank dem durch das Zittersignal erzeugten Lineareffekt wird eine höhere Verstärkung im System selbst für sehr kleine Signale erzielt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erhöhung der Linearität eines Servosystems beispielsweise für ein Geschütz , dadurch gekennzeichnet / daß ein sogenanntes Zittersignal dem Steuersignal des Servosystems überlagert wird und die Frequenz des Zittersignales unterhalb, ungefähr gleich oder etwas oberhalb der oberen Frequenzgrenze des Servosystemes liegt.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Erhöhung der Linearität eines Servosystems beispielsweise für ein Geschütz nach Anspruch 1 , dadurch g e k -e η η ze ichnet^, daß das Servosystem Bauteile (6) zum

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BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG, 4 030448 (BLZ 20080000) · POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 (BLZ 20010020) · TELEGRAMM: SPECHTZIES

•a-

überlagern eines sogenannten Zittersignals auf ein Steuersignal des Servosystems aufweist, wobei das Zittersignal eine Frequenz aufweist die unterhalb, ungefähr gleich oder etwas oberhalb der oberen Frequenzgrenze des Servosystems liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , daß die Bauteile (6) zur Erzeugung des Zittersignals einen Zitteroszillator mit fixierter Frequenz aufweisen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz des Zitteroszillators (6) bevorzugt im Bereich von 5 bis 20 Hz liegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , daß das Servosystem signalauf- bereitende Glieder (2) mit einem oder mehreren integrierenden Filtemetzwerken zweiter Ordnung zur Erhöhung der Zielverfolgungsgenauigkeit des Servosystems aufweist.

6. Einrichtung -nach Anspruch 5 , dadurch g e— kenn ζ e :i."c h η e t , daß Schalter (7) vorgesehen sind, die den Zitteroszillator Ϊ6) nur dann anschließen,

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wenn die integrierenden Filter zweiter Ordnung an das System angeschlossen sind.

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