DE3725760C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Regelkreis­ anordnung für eine Waffennachführanlage nach dem Gattungs­ begriff des Patentanspruches 1.

Bei Waffennachführanlagen ist es bislang üblich, die Regelung des Waffenantriebs nach Höhe und Seite analog auszuführen, während auf der anderen Seite digitale Komponenten, wie beispielsweise ein Feuerleitrechner zur Anwendung gelangen. Während die Vorteile des rein analogen Reglers in der großen Bandbreite und dem einfachen Aufbau der Regelelektronik zu sehen sind, genießen digitale Komponenten den Vorteil der höheren Flexibilität infolge der Möglichkeit einer Softwareanpassung.

Aus der DE-PS 23 10 557 ist bereits eine Regelkreisanordnung bekannt, die teilweise digital und teilweise analog ausgebildet ist, wobei jedoch der digitale und der analoge Teil in der Regelschleife aufeinanderfolgen. Dort werden die Istwerte der von einem Stellglied ausgeführten Bewegung mittels Codierer und die Regelabweichung mittels Vor-/Rückwärtszähler digital erfaßt. Da das Stellglied selbst als Gleichstrommotor zu seiner Ansteuerung einen analogen Wert erfordert, wird die digital gebildete Regelabweichung digital/analog gewandelt, um sodann als analoge Größe das Stellglied anzusteuern.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regelkreisanordnung für eine Waffennachführanlage anzugeben, die optimal an die Regelstrecke angepaßt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Regelkreisanordnung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Hybridregler vorgeschlagen, der die Vorteile eines analogen Reglers mit den Vorteilen eines digitalen Reglers kombiniert. Ein solcher Regler gestattet softwaremäßig eine Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten, wobei jeder Teil für die Lösung bestimmter Aufgaben zuständig ist. Durch entsprechende Kompromisse bezüglich der digital zu realisierenden Funktionen bleibt der Hardwareaufwand für den Digitalteil in einem vertretbaren Rahmen. Anderer­ seits gestattet ein solcher Regler eine selbsttätige Regleranpassung an geänderte Streckenparameter in der Nutzungsphase, die Berücksichtigung der Ergebnisse bei Justiervorgängen, die Modifikation von Betriebsarten, eine gewisse Flexibilität bei Prüfaufgaben und die Realisierung von Sonderfunktionen.

Mit dem digitalen Anteil (Prozessorteil) des Hybrid­ reglers werden insbesondere folgende Funktionen realisiert:
Realisierung von fahrzeug- und typspezifischen Funktionen,
eine automatische Driftkompensation,
eine Regelparameteranpassung, und
eine Filtersteuerung im Analogteil.

Darüber hinaus übernimmt der Digitalteil alle die Aufgaben, die sich ohnehin in einfacher Weise digital realisieren lassen, wie beispielsweise die Verwirklichung einer Betriebslogik, Prüf- und Überwachungsaufgaben, Sonderfunktionen und die Bildung nicht linearer Kenn­ linien.

Hingegen übernimmt der analoge Anteil des Hybridreglers die Realisierung von schnellen Regelfunktionen sowie die Realisierung der Proportional- und Differentialanteile im Regelfilter, was bei einer digitalen Realisierung zu einem nicht vertretbaren Aufwand führen würde.

Anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelkreisanordnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die grundlegende Struktur einer Regelkreis­ anordnung für eine Achse (Seite);

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Regelkreisanordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 2a die Aufteilung eines in Fig. 2 verwendeten Regelfilters in einen hoch- und niederfrequenten Anteil; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Aufteilung des Hybridreglers in einen Analogteil und einen Digitalteil.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Nachführanlage für eine in einem seitenrichtbaren Turm 10 höhenrichtbar gelagerte Waffe 12 einen Hybridregler 14. Die Waffennachführung erfolgt mittels dreier in einer Kaskade betriebener Regler, wobei der innerste Regler durch einen Stromregler 16 gebildet wird, der rein analog realisiert ist. Dem Stromregler 16 ist ein Geschwindigkeitsregler 18 überlagert, der über Analog/Digital-Wandler bzw. Digital/Analog-Wandler 20 mit einem digitalen Regler 22, d.h. mit einem Prozessor zusammenwirkt. Dem Geschwindigkeitsregler 18 ist ein Lageregler 24 überlagert, dem ein Lagefehler Δ α über die einem Sicht- und Entfernungsmeßgerät 26 nachgeschaltete Resolverkette zugeführt wird und der als Ausgangssignal einen Sollwert ω _Tist für den Geschwindigkeitsregler 18 liefert. Das Sicht- und Entfernungsmeßgerät 26 wird von dem Richtgriff-Geschwindigkeitssignal ω _RG angesteuert. Andererseits wird das Richtgriff-Geschwindigkeitssignal ω _RG als weiterer Sollwert dem Geschwindigkeitsregler 18 direkt bzw. nach entsprechender Behandlung zugeführt. Ein Kreisel 28 liefert den Istwert ω _Tist für die Seitenrichtbewegung des Turmes 10. Die Geschwindigkeits-Regelabweichung Δω wird als Strom-Sollwert I _soll dem Stromregler 16 zugeführt, wobei der Strom-Istwert I _ist an einem Motor 30 für den Seitenrichtantrieb abgenommen wird.

Für einen Höhenrichtantrieb 32 für die Waffe 12 kann prinzipiell die gleiche Regelkreisanordnung verwendet werden, wobei zwar getrennte analoge Regler vorzusehen sind, der Digitalregler aber im Multiplexbetrieb mit dem analogen Regelkreis im Dialog stehen kann.

Gemäß Fig. 2 ist die Regelkreisanordnung für eine Koordinate (Seite oder Höhe) in einem Blockschaltbild detailliert dargestellt.

Ein Richtgriff 40 liefert den Geschwindigkeits-Sollwert ω _soll für den Geschwindigkeitsregelkreis 18. Der Geschwindigkeits-Istwert ω _ist wird über einen mit einer Last 42, z.B. dem Turm eines Panzers gekoppelten Kreisel 44 gewonnen und einem Soll/Istwert-Vergleichs­ glied 46 zugeführt. Die Geschwindigkeits-Regelabweichung Δ ω beaufschlagt die Parallelschaltung bestehend aus einem Proportionalglied 48 und einem Differentialglied 50. Ferner wird über ein hierzu parallelgeschaltetes Integrationsglied 52 aus der Geschwindigkeits-Regel­ abweichung Δ ω ein Lage- bzw. Stabilisierungsfehler Δ ϕ gewonnen. Die Ausgangsgrößen des P-, D- und I-Gliedes werden sodann in einem Vergleichsglied 54 miteinander kombiniert.

Wenn die Last 42, d.h. die Waffe einem Sichtgerät 55 nachgeführt wird, so wird die Lageregelabweichung über die nachgeschaltete Resolverkette 56, 60 bzw. 58, 60 gebildet, wobei ein Schalter 50 die Umschaltung auf einen Indexresolver 58, d.h. auf einen Lagegeber für eine feste Position gestattet. Die auf diese Weise gebildete Lageregelabweichung wird über den Lageregler 24 dem Vergleichsglied 54 zugeführt, wobei ein Schalter Sl die Verbindung herstellt und gleichzeitig den Anteil des I-Gliedes 52 abtrennt.

Über einen mit der Lageregelabweichung der Resolverkette beaufschlagten Fensterkomparator 62 wird ein Koinzidenz­ fenster vorgegeben, wobei nur unterhalb eines bestimmten Wertes der Lageregelabweichung ein Koinzidenzsignal erzeugt und ein Schuß freigegeben wird.

Wesentliche Bestandteile des Geschwindigkeits-Regel­ kreises 18 bilden ein dem Vergleichsglied 54 nachge­ schaltetes Regelfilter 64, ein selektives Filter 66 und ein steuerbarer Begrenzer 68. Das Regelfilter 64 sorgt für die zum Erreichen der geforderten Genauigkeit notwendige Verstärkung im unteren Frequenzbereich und für die für die Dynamik erforderliche Verstärkung im mittleren Frequenzbereich. Gemäß Fig. 2a können der mittel- bzw. hochfrequente Teil 64 a und der nieder­ frequente Teil 64 b getrennt realisiert werden und beide Anteile in einem Summationsglied 64 c additiv überlagert werden.

Das selektive Filter 66 dient zur Filterung von Resonanzen, wobei bei Waffenstabilisierungsanlagen die durch die Waffe erzeugte Resonanz im Bereich von ungefähr 20 Hz besonders ausgeprägt ist. Schließlich dient der steuerbare Begrenzer 68 dazu, den Sollwert des Motor­ stromes I _soll in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors und der Motortemperatur auf die zulässigen Werte zu begrenzen.

Eine Strom-/Drehzahl-Kennlinie kann durch einen entsprechenden Kennliniengeber 70 realisiert werden, wobei die Motortemperatur jeweils als Parameter dient. Die Drehzahl N wird durch ein Tachometer 72 ermittelt, das mit der Welle eines Motors 74 gekoppelt ist, welcher über ein Getriebe 76 die Last 42 antreibt. Der Ausgang des steuerbaren Begrenzers 68 bildet den Strom-Sollwert I _soll , der mit dem den Motor 74 speisenden Strom-Istwert I _ist des Stromes in einem Vergleichsglied 78 verglichen wird. Die Strom-Regelabweichung Δ I steuert über einen Stromregler 80 und eine Endstufe 82 den Motor 74 an.

Gemäß Fig. 3 ist erkennbar, daß das von der Resolver­ kette gebildete Signal für die Lageregelabweichung und das Signal des Tachometers 72 dem Digitalteil 22 des Hybridreglers 14 zugeführt werden. Ferner findet über verschiedene analoge Eingangssignale, die dem Analogteil des Geschwindigkeits-Regelkreises entnommen werden und über Analog/Digital-Wandler 84 und einen Bus 86 einer zentralen Verarbeitungseinheit CPU 88 mit Prozessor und Speicher zugeführt werden, ein Eingriff in den Analogteil des Geschwindigkeits-Regelkreises statt, wobei die entnommenen Signale verarbeitet werden und über den Bus 86 und einen Digital/Analog-Wandler 90 bestimmte Elemente des Regelkreises beeinflussen.

So kann beispielsweise die Verstärkung des Proportional­ gliedes 48 und des Differentialgliedes 50 durch den Digitalteil 22 geändert und angepaßt werden. Ferner wird der niederfrequente Anteil 64 b des Regelfilters 64 in dem Digitalteil 22 realisiert. Die Resonanzfrequenz des Selektivfilters 66 kann in Abhängigkeit von den Gegebenheiten durch den Digitalteil 22 entsprechend eingestellt werden. Ferner wird die Strom-/Drehzahl-Kenn­ linie des Kennliniengebers 70 digital gebildet und für die Steuerung des Strombegrenzers 68 benutzt. Der Integrator 52, der Lageregler 24 und der Komparator 62 gemäß Fig. 2 werden ebenfalls durch die zentrale Verarbeitungseinheit CPU 88 des Digitalteils 22 verwirklicht.

Über einen Ein-/Ausgabe-Anschluß 92 können logische Signale ein- und ausgegeben werden, die z.B. der Betriebsüberwachung dienen.

Claims (6)

1. Regelkreisanordnung für eine Waffennachführanlage, bestehend aus einem Strom-, Geschwindigkeits- und Lageregelkreis, die in einer Kaskade angeordnet sind, gekennzeichnet durch die parallele Anordnung eines digitalen Prozessors (22, 84-90) zu einem analogen Regelkreis, wobei der digitale Prozessor den Lagerregelkreis (24) vollständig und den Geschwindigkeitsregelkreis (18) teilweise implementiert und dem digitalen Prozessor über Analog/Digital-Wandler (84) analoge Größen des Geschwindigkeitsregelkreises zugeführt werden, um nach entsprechender Signalverarbeitung über Digital/Analog-Wandler (90) in den analogen Teil des Geschwindigkeitsregelkreises einzugreifen.

2. Regelkreisanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer einem Sichtgerät (55) nachgeführten Waffe (42) die durch eine Resolverkette (56, 58, 60) gebildete Lageregel­ abweichung dem digitalen Prozessor (22) zugeführt wird und die digital verarbeitete Lageregelabweichung dem Geschwindigkeitsregelkreis aufgeschaltet wird.

3. Regelkreisanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung eines Koinzidenzfensters hinsichtlich der Lageregel­ abweichung digital erfolgt.

4. Regelkreisanordnung nach Anspruch 1 mit einem Tachometer, das mit der Welle eines die Waffe ansteuernden Motors gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Tachometers (72) dem Digitalteil (22) zwecks Bildung einer Strom-/Drehzahl-Kennlinie zugeführt wird und daß gemäß dieser Kennlinie die Amplitude eines Begrenzers (68) im Geschwindigkeitsregelkreis (18) gesteuert wird.

5. Regelkreisanordnung nach Anspruch 4 mit einem Regel­ filter und einem Selektivfilter im Geschwindigkeits­ regelkreis, dadurch gekennzeich­ net, daß ein niederfrequenter Anteil (64 b) des Regelfilters (64) im Digitalteil (22) realisiert ist und einem hochfrequenten Anteil (64 a) im Analogteil additiv überlagert wird und daß die Resonanzfrequenz des Selektivfilters (66) von dem Digitalteil (22) steuerbar ist.

6. Regelkreisanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Digitalteil (22), der mit mehreren analogen Regelkreisen in einem Multiplexbetrieb einen Dialog ausführt.