DE3037335C2 - - Google Patents
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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- G05D3/12—Control of position or direction using feedback
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- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Einrichtung zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens
eines Servosystems, wobei ein sogenanntes Zittersignal
dem Steuersignal des Servosystems überlagert wird.
Bei gewissen Servosystemen wird eine sehr hohe Zielver
folgungsgenauigkeit erfordert, die jedoch durch die bis
herigen Verfahren schwierig zu erreichen ist. Dies ist
insbesondere bei Servosystemen, die Geschütze, Visiere
etc. zum Zielen auf und Folgen (Verfolgen) eines bewegli
chen Zieles umfassen, der Fall. Andere Beispiele für ähn
liche Servosysteme können im Bereich der Radartechnik
gefunden werden.
Um die Zielverfolgungsgenauigkeit eines derartigen Servo
systems zu erhöhen, ist es üblicherweise wünschenswert,
im 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. In einem derartigen
System weisen beispielsweise die signalaufbereitenden
Glieder ein spezifisches, die Genauigkeit erhöhendes Fil
ternetzwerk auf.
Ein Problem, welches durch Einführung eines derartigen
Filternetzwerkes nicht gelöst werden kann, ist das Absin
ken der Verstärkung, das für sehr kleine Signale im Ser
vosystem durch leichte Ungenauigkeiten wie beispielsweise
Nichtlinearitäten, Spiel, Reibung, Hysteresephänomene
etc. bei den das Servosystem bildenden Bauteilen, wie
beispielsweise den Ventilen und den Motoren, auftritt.
Aus der DE-OS 22 32 566 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
bekannt, mit einem elektromagnetisch betätigten
Wegeventil, wobei dessen elektrischer Regler mit einer
Grundfrequenz ausgelegt wird, um das Verklemmen eines
Steuerkolbens zu verhindern und die Magnethysteresis zu
reduzieren. Diese Grundfrequenz wird zusätzlich von einer
Zifferfrequenz (Wobbelfrequenz) überlagert, um so die
Reibungshysteresis des Hauptventilkolbens auszuschalten.
Der bisherige Zweck für die Einleitung eines Zittersi
gnals bestand also darin, den Einfluß von Hysteresephäno
menen und Reibungen in einzelnen Komponenten, wie dem
Hauptventilkolben des aus dem Stand der Technik bekannten
Wegeventils, zu eliminieren. In diesem Fall wird die
Frequenz des Zittersignals nur in bezug auf diese
besondere Komponente, nämlich dem Hauptventilkolben,
ausgewählt, was keine effiziente Linearwirkung dieser
Komponente zusammen mit anderen Komponenten des Systems
erzeugt.
Weiterhin war es bisher aus praktischen Gründen nicht
möglich, ein Zittersignal an gewissen Arten von Bauteilen
anzulegen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Servosy
stem mit überlagertem Zittersignal in seinem dynamischen
Verhalten so zu verbessern, daß eine höhere Verstärkung
auch für kleine Signale und damit eine effizientere Line
arwirkung aller Komponenten des Systems erreicht wird.
Die Aufgabe wird beim Verfahren gemäß Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß die Frequenz des
Zittersignals unterhalb ungefähr gleich oder etwas ober
halb der oberen Frequenzgrenze des Servosystems liegt.
Mit der vorliegenden Erfindung treten die vorstehenden
Probleme nicht mehr auf. Bei einem Geschütz-Servosystem,
beispielsweise, tritt die erfindungsgemäße Verbesserung
des dynamischen Verhaltens des Servosystems bei einem
Zittersignal mit einer Frequenz von ungefähr 8 Hz auf.
Zudem können die Bauteile mit einem Zittersignal versehen
werden, bei denen dies bisher nicht möglich war.
Im folgenden werden die Einzelheiten der Erfindung
anhand der einzigen Figur beschrieben, die ein Servo
system, bei dem die Erfindung verwendet werden kann,
in schematischer Darstellung zeigt. Wie bereits er
wähnt, ist die Erfindung für solche Servosysteme von
spezifischem Interesse, bei denen eine sehr hohe Ge
nauigkeit erforderlich ist. Das Zielsystem eines Ge
schützes, Radarsysteme, Visiere etc. sind Beispiele
für derartige Servosysteme, und im folgenden wird die
Erfindung in Verbindung mit einem derartigen System
beschrieben.
Das in der Figur gezeigte Servosystem kann bei
spielsweise das Zugsteuersystem oder das Höhenricht
steuersystem 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 Höhenricht
einrichtung verglichen wird. Das Vergleicherbauteil 1
erzeugt ein Fehlersignal x - y, welches dem Unterschied
zwischen dem befohlenen Winkel und dem wirklichen Win
kel, dem Winkelfehler entspricht. Durch signalaufbe
reitende Glieder 2 wird das Fehlersignal in einer ge
eigneten Form aufbereitet und über Summierglieder 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 Zielverfolgungs
phase. Während der Zielverfolgungsphase ist eine sehr
genaue Verfolgung des Ziels mit kleinen Winkelabweichun
gen 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
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 einen vergleichsweise linearen Effekt,
wenn die Zitterfrequenz unterhalb, ungefähr gleich oder
etwas oberhalb der oberen Frequenzgrenze des Servo
systems liegt. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird
das Zittersignal in einem Oszillator 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 Alter
native kann das Zittersignal dem Eingangssignal x
vor dem Vergleicherbauteil 1 addiert werden, aber
die vorstehend beschriebene Anordnung ist im allge
meinen zu bevorzugen.
Selbst wenn der Lineareffekt, der mittels des
Zittersignals erzielt werden kann, für alle Servo
systeme, in denen eine genaue Zielverfolgung erforder
lich ist, von Bedeutung ist, ist es jedoch bei derarti
gen Servosystemen insbesondere vorteilhaft, bei denen
die signalaufbereitenden Bauteile spezielle, die Genauig
keit erhöhende Filernetzwerke, 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 Fre
quenz an. Bei dieser Frequenz muß die Verstärkungsspanne
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 Bau
teile, die das Zielsystem bilden, linear sind. Durch Ein
führen eines Zittersignals mit seinem signifikanten
Lineareffekt ist es dann möglich, besagtes Filter unge
achtet der konditionellen 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, an das System nur während
einer spezifischen Phase der Operation angeschlossen
zu werden, d. h. wenn eine sehr genaue Steueroperation
erforderlich ist, beispielsweise während der Zielver
folgungsphase in einem Zielsystem eines Geschützes.
In diesem Fall kann es nützlich sein, den
Oszillator mit besagtem, die Genauigkeit erhöhenden
Filter zusammenzuschalten. In der Figur sind Schalt
glieder 7 dargestellt, die so gesteuert werden können,
daß der Oszillator 6 an das System nur dann an
geschlossen wird, wenn das die Genauigkeit erhöhende
Filter ebenfalls an das System angeschlossen ist.
In der Figur ist nur ein Oszillator 6 dar
gestellt und dieser Oszillator ist auf eine Frequenz
von 8 Hz fixiert. Das System kann jedoch mit einem
oder mehreren weiteren Oszillatoren, 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
Oszillatoren verwendet werden, kann es zweckmäßig sein
das Anschließen dieser zusätzlichen Oszillatoren
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 ausge
wählt, daß die Frequenz unterhalb, ungefähr gleich oder
etwas oberhalb der oberen Frequenzgrenze des Servo
systems liegt. Dank dem durch das Zittersignal erzeugten
Lineareffekt wird eine höhere Verstärkung im System
selbst für sehr kleine Signale erzielt.
Claims (5)
1. Verfahren zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens
eines Servosystems, wobei ein sogenanntes Zittersignal
dem Steuersignal des Servosystems überlagert wird, da
durch gekennzeichnet, daß die Frequenz
des Zittersignals unterhalb, ungefähr gleich oder etwas
oberhalb der oberen Frequenzgrenze des Servosystems liegt.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Servosystem Bauteile (6) zum Überlagern eines sogenann
ten 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 gekenn
zeichnet, daß die Bauteile (6) zur Erzeugung
des Zittersignals einen Oszillator mit fixierter Fre
quenz aufweisen.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Frequenz des Oszillators (6)
bevorzugt im Bereich von 5 bis 20 Hz liegt.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Servosystem signalaufbereitende
Glieder (2) mit einem oder mehreren integrierenden Filter
netzwerken zweiter Ordnung aufweist.
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