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Selbsttätige Regeleinrichtung mit nachgiebiger Rückführung Zusatz
zum Patent 737 2295
Das Hauptpatent betrifft eine Regeleinrichtung mit nachgiebiger
Rückführung, insbesondere eine motorische Ruderlegvorrichtung in Flugzeugen, bei
welcher das Schaltorgan des Servomotors durch einen elektrischen Stromkreis (Rückführstromkreis)
mit vom Servomotor verstellbarem Regelglied rückbeeinflußt wird und wobei in diesem
Stromkreis als nachgiebiges Glied ein Stromspeicherelement vorgesehen ist. Dieses
in dem Rückführkreis angeordnete nachgiebige Glied soll eine stabile Regelung, z.
B. die genaue Innehaltung der an dem Impulsgeber eingestellten Sollage des Flugzeuges,
auch dann gewährleisten, wenn die Regelnullage sich verschiebt. Dies ist beispielsweise
bei einer selbsttätigen Flugzeugsteuerung dann der Fall, wenn das Flugzeug dauernd
wirkenden Störmomenten, beispielsweise infolge Vertrimmung, unterworfen ist, welche
Momente nur durch eine entsprechende dauernde mittlere Auslenkung des Ruders ausgeglichen
werden können.
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Es hat sich jedoch praktisch gezeigt, daB -die Regelung auch bei Vorsehung
eines solchen nachgiebigen Gliedes dann nicht mehr stabil gestaltet- werden kann,
wenn von dem durch den Servomotor eingestellten Organ (Ruder) her Momente oder Kräfte
auf den Servomotor rückwirken, denen dieser nachgeben kann. Praktisch sind fast
alle Servomotoren gegen solche Momente oder Kräfte nachgiebig.
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Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist daher im Hauptpatent ferner vorgeschlagen
worden, in dem Rückführstromkreis unter Umgehung des vorgenannten Speicherelementes
eine Spule in Gegenschaltung zur Rückführspule anzuordnen, die bei starker einseitiger
Belastung des Servomotors durch das Ruder
und bei Stromlosigkeit
der vom Steuerimpulsgeber gespeisten Steuerspule entgegen der Rückführbewegung im
Sinne einer geringen bleibenden Auslenkung des Schaltorgans des nicht selbstsperrenden
Servomotors wirkt.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine andere Lösung'der Aufgabe, die
Regelung stabil zu gestalten, dar, und zwar besteht diese Lösung darin, daß der
elektrolytische Stromspeicher in einen Zweig einer elektrischen Brückenschaltung
gelegt ist, deren Ausgleichsstromdas Schaltorgan des Servomotors in Abhängigkeit
von der Stellung des Regelgliedes rückbeeinflußt. Wie nachstehend an Hand eines
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert ist, kommt
in dieser Brückenschaltung dann, wenn infolge länger dauernder einseitiger Auslenkungen
des durch die Regeleinrichtung eingestellten Organs (Ruders) eine entsprechend große
Aufladung des im Rückführkreis liegenden Stromspeicherelementes eintritt, ein Ausgleichsstrom
in dem Sinne zustande, daß auch in der Nullstellung der Regeleinrichtung der Servomotor
einen Impuls erhält, der ihm gestattet, das von dem eingestellten Organ (Ruder)
rückwirkende Moment .in jedem Falle zu halten.
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In Fig. i ist beispielsweise eine selbsttätige Seitenrudersteuerung
mit hydraulischem Servomotor angegeben, und zwar wird das Seitenruder i von dem
Zylindermotor 2 eingestellt, der durch einen Steuerschieber 3 im einen oder anderen
Sinne an die Druckmittclquelle in Form einer Zahnradpumpe q. angeschlossen werden
kann. Die Einstellung des Steuerschiebers 3 erfolgt durch ein Differenzrelais 5,
dessen Anker federgefesselt ist, und welches eine durch einen Kompaß 6 entsprechend
der Abweichung des Flugzeuges vom Sollkurs steuerbare Erregerwicklung 5' und eine
im Rückführstromkreis liegende Gegenerregerwicklung 5" aufweist. Die Wicklung 5'
ist an ein vorn Kompaß betätigtes Potentiometer angeschlossen, wobei der Potentiometerwiderstand
6' auf einen Schneckenrad 7 angeordnet ist, welches über eine Schnecke 7' von der
Handkurbel 8 gemäß Skala g auf den Sollkurs eingestellt werden kann. Die Gegenerregerwicklung
5" liegt in der Diagonale einer aus dem Stromspeicherelement io der im Hauptpatent
näher beschriebenen Ausführung und den drei Widerständen 1i, 12, 13
gebildeten
Brückenschaltung. Die Brückenspeisepunkte sind an die Mitten einer zweiten Brückenschaltung
angeschlossen, welche aus dem Potentiolneter 1d. und den Ergänzungswiderständen
15 und 16 aufgebaut ist. Das Rückführungspotentiometer 14 wird von dein Rudermotor
2 entsprechend Größe und Richtung des Ruderausschlages verstellt. Während eines
normalen Steuervorganges treten die durch den Kompaß gemessenen Kursabweichungen
nur kurzzeitig bzw. periodisch nach beiden Seiten so auf, daß die Kursabweichung
im Mittel Null ist. Alsdann -sind auch die zugehörigen Ausschläge des Ruders nur
von sehr kurzer Dauer, derart, daß das Ruder i im Mittel seine -Nullage beibehält.
Das Rückführpotentiometer 14 liefert also nur kurzzeitige Ströme in den Rückführstromkreis,
so daß das Speicherelement io praktisch nur sehr wenig aufgeladen wird und demzufolge
keinen nennenswerten Ohmschen Widerstand darstellt. Für diesen Fall gilt das in
Fig. a dargestellte Ersatzschaltbild, gemäß welchem sich der von dem Rückführpotentiometer
abgegriffene Strom J in die drei Teilströme i12, i und i11 aufteilt. Die Ströme
i11 und i12 sind Verlustströme und müssen durch entsprechende Bemessung der Widerstände
ii und 12 im Verhältnis zu dem Steuerstrom i möglichst klein gehalten werden. Der
Steuerstrom i durchfließt die Gegenwicklung 5" in solchem Sinne, daß deren Erregung
jener der Steuerwicklung 5' gleich groß und entgegengesetzt gerichtet ist.
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Falls etwa infolge einer um die Hochachse des Flugzeuges auftretenden
Vertrimmung am Kompaß eine längere Zeit einseitige Kursabweichung gemessen wird,
wird dementsprechend auch das Ruder i längere Zeit nach der gleichen Richtung (im
Sinne des Ausgleichs jener Kursabweichung) ausgelenkt stehen. Alsdann fließt der
vom Rückführpotentiometer 1q. abgenommene Strom längere Zeit in derselben Richtung,
so daß dementsprechend. allmählich auch das Stromspeicherelement io sehr weit aufgeladen
wird und einen außerordentlich hohen Ohmschen Widerstand annimmt. Dies hat gemäß
dem Hauptpatent bekanntlich zur Folge, daß der Rückführstrom allmählich ganz abklingt
und demzufolge das Ruder ausgelenkt stehenbleiben kann, auch wenn die Kursabweichung
am Kompaß behoben ist. Bei der Einrichtung nach dem Hauptpatent steht dann der Steuerschieber
des Rudermotors in seiner -Nullstellung. Das im Sinne des Ausgleichs des Vertrimmungsmomentes
ausgelenkte Ruder i stützt sich mit seinem Moment an dem Motor 2 ab. Dieser Motor
ist insbesondere in der Nullstellung des Steuerschiebers durchaus nicht unnachgiebig,
vielmehr sind an den Steuerkanten des Steuerschiebers immer gewollte oder nichtgewollte
LTidichtigkeiten vorhanden, die einen Kurzschließweg zwischen den beiden Arbeitsräumen
des Rudermotors ermöglichen. Der Rudermotor 2 will also dem am Ruder i vorhandenen
Moment nachgeben. Damit der Motor dies nicht tun kann, ist eine entsprechende @@uslenkung
des Steuerschiebers. also eine
entsprechende Erregung des Relais
$ erforderlich. Diese Erregung des Steuerrelais 5 erfolgt bei der Schaltung gemäß
Fig. i durch die Wicklung 5", und zwar wird diese Wicklung 5" nach Aufladung des
Kondensators io im umgekehrten Sinne erregt wie vor Rufladung dieses Kondensators.
Da der Kondensator.io praktisch (im Vergleich zu den Widerständen i i, 12, 13) einen
unendlich großen Widerstand erreicht hat, ergibt sich das in Fig. -3 angegebene
Ersatzschaltbild. Aus diesem ist ersichtlich, daß der Steuerstrom i seine Richtung
tatsächlich umgekehrt hat, also in der Lage ist, den Steuerschieber 3 in solchem
Sinne auszulenken, daß der Rudermotor 2 eine das Ruder in der jeweils erforderlichen
Auslenkstellung haltende Stellkraft aufbringt. Die Größe des gemäß Fig. 3 fließenden
Kompensationsstromes i ist vom Ruderausschlag abhängig und muß der Ruderwirkung
angepaßt sein. Letzteres erfolgt durch entsprechende Bemessung des Widerstandes
i i. Eine vollkommene Kompensation ist nur für eine ausgewählte Ruderkennlinie zu
erreichen, es sei denn, daß der Widerstand i i, wie es an sich bekannt ist, der
Fluggeschwindigkeit entsprechend laufend eingestellt wird.