DE755164C

DE755164C - System for the electrical transmission of the rotary movement of a command device to a remote-controlled object

Info

Publication number: DE755164C
Application number: DEA78892D
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr-Ing Beyerle
Original assignee: Anschuetz and Co GmbH
Current assignee: Raytheon Anschuetz GmbH
Priority date: 1936-03-21
Filing date: 1936-03-21
Publication date: 1953-03-09

Description

Anlage zum elektrischen Übertragen der Drehbewegung eines Kommandogerätes auf einen ferngesteuerten Gegenstand Die Erfindung betrifft eineAnlage zum elektrischen Übertragen der Drehbewegung eines Kommandogerätes-auf einen ferngesteuerten, eine schwere Masse darstellenden Gegenstand, bei welcher mit dem Kommandogerät ein Geber und mit dem ferngesteuerten Gegenstand ein Empfänger und ein Servomotor verbunden sind. Hierbei sind Geber und Empfänger nach Art von Drehtransformatoren aufgebaut und so erregt und miteinander verbunden, daß der Empfänger eine Steuerspannung zum Betrieb des. Servomotors liefert. Bei einer bekannten Anlage dieser Art sind das Kommandogerät der Geber, der Empfänger und der ferngesteuerte Gegenstand sämtlich im Übersetzungsverhältnis i : i miteinander verbunden. Der Servomotor ist aber zur Erzielung des erforderlichen Drehmoments stark übersetzt, also durch ein Getriebe mit dem Empfänger und dem ferngesteuerten Gegenstand verbunden. Es hat sich gezeigt, daß bei dieser Anordnung der Empfänger sehr stark zu sich selbst erregenden Pendelbewegungen neigt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Ursache dieser Pendelneigung in dem Spielraum und der Elastizität dieses Getriebes zu erblicken ist. Eine nähere Erklärung für diese Erscheinung wird später gegeben werden.System for the electrical transmission of the rotary movement of a command device to a remotely controlled object The invention relates to an electrical installation Transferring the rotary movement of a command device to a remote-controlled one object representing heavy mass, in which a transmitter with the command device and connected to the remotely controlled object, a receiver and a servo motor are. Here, the transmitter and receiver are constructed like rotary transformers and so energized and connected to each other that the receiver supplies a control voltage to the Operation of the servo motor supplies. In a known system of this type, these are Command device of the giver, the receiver and the remote controlled object all connected to each other in the transmission ratio i: i. The servo motor is, however, for Achieving the required torque strongly translated, so through a gear connected to the receiver and the remote controlled object. It has shown, that with this arrangement the receiver very strongly to self-exciting pendulum movements tends. The invention is based on Realizing that the cause to see this tendency to pendulum in the scope and elasticity of this gear is. A more detailed explanation for this phenomenon will be given later.

Erfindungsgemäß wird die Neigung des Empfängers zu Pendelbewegungen dadurch verringert, daß das mechanische Übersetzungsverhältnis, das zwischen dem ferngesteuerten Gegenstand und dem Empfänger angeordnet ist, wesentlich von dem sich annähernd oder genau auf i : i belaufenden mechanischen Übersetzungsverhältnis zwischen dem Kommandoggerät und dem Geber abweicht und durch eine an sich bekannte elektrische Übersetzung zwischen Geber und Empfänger ergänzt ist. Dieser Anordnung zufolge läuft der Empfänger wesentlich schneller um als das mit ihm verbundene Kommandogerät. Man kuppelt daher den Empfänger mit dem Servomotor unmittelbar oder verbindet beide wenigstens durch ein Getriebe von sehr niedrigem Übersetzungsverhältnis und entsprechend kleinem Spielraum und kleiner Elastizität. Infolgedessen erfährt die Neigung des Empfängers zu selbsterregten Pendelbewegungen eine entsprechende Verringerung.According to the invention, the tendency of the receiver to oscillate thereby reduced that the mechanical transmission ratio between the remotely controlled object and the receiver is arranged, substantially from the approximately or exactly to i: i amounting mechanical transmission ratio differs between the command device and the encoder and by a known per se electrical translation between encoder and receiver is added. This arrangement According to the receiver runs much faster than the command device connected to it. The receiver is therefore coupled directly to the servomotor or both are connected at least by a very low gear ratio and accordingly little margin and little elasticity. As a result, the inclination of the Receiver to self-excited pendulum movements a corresponding reduction.

Die elektrische Übersetzung zwischen einem Geber und einem Empfänger derart, daß einer Teildrehung des Gebers eine volle Umdrehung des Empfängers entspricht, bietet an sich nichts Neues.The electrical translation between a transmitter and a receiver in such a way that a partial rotation of the encoder corresponds to a full rotation of the receiver, does not offer anything new in itself.

Auch ist eine Übertragungsanlage der eingangs erläuterten Art bekannt, bei welcher Empfänger und Servomotor starr miteinander gekuppelt und mit dem ferngesteuerten Gegenstand durch ein Getriebe von hohem Übersetzungsverhältnis verbunden sind. Da jedoch der Empfänger mit der gleichen Geschwindigkeit umläuft wie der Geber, muß ein entsprechendes Übersetzungsgetriebe zwischen dem Geber und dem Kommandogerät angeordnet werden, wodurch das Kommandogerät eine erhebliche mechanische Belastung erfährt. Aus diesem Grunde ist diese Anordnung nicht auf solche Fälle anwendbar, bei denen das Kommandogerät wesentliche Reibun gs- und Trägheitswiderstände nicht zu überwinden vermag. Das gilt z. B. dann, wenn das Kommandogerät ein Kreiselgerät ist.A transmission system of the type explained at the beginning is also known, in which receiver and servo motor are rigidly coupled with each other and with the remote controlled Subject connected by a gearbox with a high gear ratio. There however, the receiver must rotate at the same speed as the donor a corresponding transmission gear between the encoder and the command unit be arranged, whereby the command device a considerable mechanical load learns. For this reason, this arrangement is not applicable to cases in which the command unit does not have significant frictional and inertial resistance able to overcome. This applies e.g. B. when the command device is a gyroscope is.

Im Gegensatz hierzu bietet die Erfindung die Möglichkeit, das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Kommandogerät und dem Geber annähernd oder genau auf i :i zu bemessen, obgleich zwischen dem Empfänger und dem ferngesteuerten Gegenstand ein hohes Übersetzungsverhältnis angeordnet ist.In contrast, the invention offers the possibility of the transmission ratio to be measured between the command device and the encoder approximately or exactly to i: i, although there is a high gear ratio between the receiver and the remote controlled object is arranged.

Die Aufgabe, die Neigung des Empfängers zu Pendelbewegungen zu verringern, hat man früher auf andere Weise zu läsen versucht, z. B. dadurch, daß man zwischen Geber und Empfänger einen Drehtransformator eingeschaltet und mit dessen Hilfe Winkeländerungen auf den Empfänger additiv überlagert hat. Diese Einrichtungen bekämpfen \l ängel, die aus anderen: Ursachen eintreten, helfen aber nicht gegen die selbsterregenden Pendelungen., deren Beseitigung das Ziel der Erfindung ist.The task of reducing the tendency of the receiver to oscillate, in the past one tried to read in other ways, e.g. B. by having between Transmitter and receiver switched on a rotary transformer and with its help angle changes has superimposed additively on the receiver. These institutions fight against those from others: causes occur, but do not help against the self-exciting Oscillations., The elimination of which is the aim of the invention.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert werden. In dieser zeigt Abb. i eine zur Erläuterung der Erfindungsaufgabe dienende Darstellung einer Fernsteuerung zur Stabilisierung eines Scheinwerfers im Azimut und Abb. 2 Geber und Empfänger für sich allein herausgezeichnet unter Andeutung der Polpaare.The invention will be explained below with reference to the drawing. In this Fig. I shows a representation serving to explain the object of the invention a remote control to stabilize a headlight in azimuth and Fig. 2 Transmitter and receiver drawn out for themselves, indicating the pole pairs.

Der um eine senkrechte- Achse schwenkbare Scheinwerfer 8 so-11 auf dem Schiff 3 im Azimut stabilisiert werden, und zwar unter Fernsteuerung durch ein Kreiselgerät 2, das ebenfalls um eine senkrechte Achse schwenkbar ist und seine Lage gegenüber dem Meridian beibehält. Die Fernsteuerung für den verhältnismäßig schiveren Gegenstand 8 erfolgt durch ein elektromagnetisches System zur Übertragung der relativen Drehbewegung des Kreiselgerätes 2 auf den Scheinwerfer B. Dieses elektromagnetische System besteht aus einem Geber und einem Empfänger, die durch Fernleitungen. verbunden sind. Der Geber stellt einen primär einphasig erregten Drehtransformator i dar, dessen mehrphasige Sekundärwicklung an eine. ebenso. aufgebaute Wicklung des Empfängers q. angeschlossen ist. Der Geberläufer ist mit der senkrechten Welle des Kreiselgerätes 2 unmittelbar gekuppelt, und seine Wicklung wird durch eine Wechselstromquelle gespeist. Die mehrphasige Wicklung des Geberständers ist an eine ebenso aufgebaute Wicklung im Ständer des Empfängers .1. angeschlossen, dessen Läufer mit der senkrechten Welle des Scheinwerfers 8 bewegungsschlüssig verbunden ist.The headlight 8 so-11, which can be pivoted about a vertical axis, is on the ship 3 are stabilized in azimuth, under remote control by a Gyroscope 2, which is also pivotable about a vertical axis and its Maintains position opposite the meridian. The remote control for the relative Schiveren object 8 is carried out by an electromagnetic system for transmission the relative rotational movement of the gyroscope 2 on the headlight B. This electromagnetic System consists of a transmitter and a receiver connected by trunk lines. tied together are. The encoder represents a primarily single-phase excited rotary transformer i, its polyphase secondary winding to a. as well. built-up winding of the receiver q. connected. The encoder rotor is with the vertical shaft of the gyro device 2 is directly coupled, and its winding is fed by an alternating current source. The multi-phase winding of the encoder stator is connected to an equally structured winding in the stand of the receiver .1. connected, its rotor with the vertical shaft of the headlight 8 is positively connected to movement.

Die vom primärenWechselfeld in der mehrphasigen, Geberwicl:lungerzeugten sekundären Spannungen bewirken zwischen i und 4 verlaufende Ausgleichsträme. Diese wiederum erzeugen auch im Empfänger ein Wechselfeld, das alle am Läufer des Gebers eingeleiteten Drehbewegungen. mitmacht. Dieses sekundäre Wechselfeld induziert in dem einphasig gewickelten Läufer des Empfängers .4 eine Spannung, die über Schleifringe dem Eingangsstromkreis eines Verstärkers 5 zugeführt wird. Der Ausgangsstromkreis des Verstärkers ist an einen Motor 6 angeschlossen, der durch ein Getriebe 9 von an sich beliebig wählbarem Übersetzungsverhältnis den Scheinwerfer 8 antreibt. Die Zuordnung der Wirkungen ist dabei so, daß der Motor 6 den Läufer des Empfängers 4 stets in eine solche Lage zu bringen sucht, in der die Ebene der Läuferwicklung des Empfängers in die Richtung des sekundären Wechselfeldes fällt, wobei die Differenzspannung Null ist.Those generated by the primary alternating field in the multi-phase, encoder winding secondary tensions cause equalizing currents between i and 4. These in turn also generate an alternating field in the receiver, all of which are located on the encoder's rotor initiated rotary movements. participate. This secondary alternating field induces in the single-phase wound rotor of the receiver .4 a voltage that is transmitted via slip rings is fed to the input circuit of an amplifier 5. The output circuit of the amplifier is connected to a motor 6, which is driven by a gear 9 of Any transmission ratio that can be selected in itself drives the headlight 8. the Assignment of the effects is so that the motor 6 the rotor of the receiver 4 always seeks to bring in such a position in which the plane of the The rotor winding of the receiver falls in the direction of the secondary alternating field, where the differential voltage is zero.

Dreht sich das: vom Geber her übertragende sekundäre Wechselfeld infolge einer Verstellung des Geberläufers, so wird in der Läuferwicklung des Empfängers .4 eine Steuerspannung induziert, die zur Folge hat, daß der Läufer durch den Motor 6 im Sinn. einer Verkleinerung dieser Steuerspannung angetrieben wird. Die Elemente 4, 5 und 6 bilden somit einen elektromechanischenRückführungskreislauf, durch welchen: der Läufer des Empfängers 4 stets den Bewegungen des sekundären Wechselfeldes. und somit des Gebers i nachgeführt wird.If the: secondary alternating field transmitted by the encoder rotates as a result an adjustment of the encoder rotor, then in the rotor winding of the receiver .4 induces a control voltage, which has the consequence that the rotor is driven by the motor 6 in mind. a decrease in this control voltage is driven. The Elements 4, 5 and 6 thus form an electromechanical feedback circuit through which: the runner of the receiver 4 always to the movements of the secondary alternating field. and thus the encoder i is tracked.

In diesem Anwendungsbeispiel werden die Relativbewegungen eines Kreiselgerätes gegenüber dem Schiff 3 rückwirkungsfrei auf den schweren Körper 8 übertragen derart, daß dieser richtungsgleich zum Kreiselrahmen gehalten: wird.In this application example, the relative movements of a gyroscope transferred to the heavy body 8 without any retroactive effects in relation to the ship 3 in such a way that that this is held in the same direction as the gyro frame: is.

An der vertikalen Drehachse des Scheinwerfers; 8 werden: im allgemeinen kleinere Drehgeschwindigkeiten etwa bis zu 2 oder 3 Umdr./min verlangt, so daß der Elektromotor 6, wie Abb. i zeigt, durch ein Getriebe 9 ins Schnelle übersetzt werden muß.On the vertical axis of rotation of the headlight; 8 become: in general lower rotational speeds about up to 2 or 3 rev / min required, so that the Electric motor 6, as Fig. I shows, can be translated into high speed by a gear 9 got to.

In Anlehnung an die Anordnung des Gebers i, der starr, ohne Zwischengetriebe mit dem Kommandogerät 2 gekuppelt ist, hat man bisher auch den Empfänger 4 unmittelbar mit dem Scheinwerfer 8 gekuppelt und das Getriebe zwischen Läufer 4 und Motor 6 eingeschaltet. Bei dieser Anordnung aber bildet das Rückführungssystem 4, 5, 6 einen Selbstschwinger, wenn: das Getriebe eine, wenn auch geringfügige Lose hat. Denn der Augenblickswert des Drehwinkels des Empfängers 4 eilt dann demjenigen des Motors 6. um die Getriebelose nach. Da das Motordrehmoment der Differenzspannung und somit dem Drehwinkel des Läufers relativ zum sekundären Wechselfeld im Empfänger 4 proportional ist, sollange es sich nur um kleine Winkelbeträge handelt, eilt auch dieses Drehmoment den Bewegungen des Motors zeitlich nach. Das beim Selbstschwingen des Empfängers nahezu harmonisch pulsierende Motordrehmoment läßt sich unter diesen Umständen in eine mit dem Drehwinkel des Motors phasengleiche und eine diesem zeitlich um eine Viertelschwingung nacheilende Komponente zerlegen. Die Amplitude der eintretenden Empfängerschwingung ist dabei wesentlich größer als die im Getriebe 9 zustande kommende Lose. Wenn dementsprechend die zuletzt genannte -Komponente des Motormoments klein ist gegenüber der ersteren, so bildet sie doch mit der Augenblicksgeschwindigkeit des Motors, multipliziert ein stets positives: Produkt. Dieses hat die physikalische Bedeutung einer Leistung und dient dazu, den Energiebedarf des Selbsts.chwingungsvorgangs zu decken.Based on the arrangement of the encoder i, which is rigid, without an intermediate gear is coupled to the command device 2, you have so far also the receiver 4 directly coupled with the headlight 8 and the gearbox between rotor 4 and motor 6 switched on. In this arrangement, however, the return system 4, 5, 6 forms one Self-oscillating, if: the gearbox has some, albeit minor, slack. Because the instantaneous value of the angle of rotation of the receiver 4 then rushes that of the motor 6. to the gearless after. Since the motor torque of the differential voltage and thus the angle of rotation of the rotor relative to the secondary alternating field in the receiver 4 proportional is, as long as it is only a question of small angular amounts, this torque also rushes the movements of the motor in time. That when the receiver vibrates itself Motor torque pulsing almost harmoniously can be converted into one in phase with the angle of rotation of the motor and one with this in time by one Decompose the quarter-wave lagging component. The amplitude of the entering The receiver oscillation is significantly greater than that occurring in the transmission 9 Lots. Accordingly, if the last-mentioned component of the engine torque is small is opposite to the former, it forms with the speed of the moment of the engine, multiplies an always positive: product. This has the physical Significance of a performance and serves to meet the energy requirements of the self-oscillation process cover up.

Die erste Voraussetzung für die Konstruktion eines sich pendlungsfrei einstellenden Empfängersystems der hier beschriebenen Art ist offenbar die Beseitigung der für das Selbstschwingen in Betracht kommenden Energiequellen.The first requirement for the construction of a free commute The hiring receiver system of the type described here is apparently the elimination of the energy sources that can be considered for self-oscillation.

Da ein spielfreies mechanisches Getriebe nicht zu schaffen ist, muß das Getriebe 9 aus dem Rückführungskreislauf verschwinden. Man könnte daran denken, zu diesem Zweck nicht nur den Empfängerläufer, sondern auch den Motoranker starr mit dem Scheinwerfer 8 zu kuppeln:. Doch müßte der Motor dann für sehr kleine Drehzahlen geeignet sein. Das würde aber einen hohen Energieverbrauch, hohes Gewicht und großen Raumbedarf mit sich bringen. Aus diesem Grunde wird, wie an sich bekannt, der Servomotor 6 unmittelbar mit dem als Empfänger wirkenden Übertragungselement 4 gekuppelt und das. Getriebe 9 zwischen dem Servomotor 6 und dem fernzusteuernden Gegenstand 8 eingeschaltet. Würden bei dieser Anordnung der Geber i und der Empfänbger 4 die, gleiche Winkelgeschwindigkeit haben, so müßte ein zweites Getriebe 9 von gleichem übersetzun:gsverhältnis zwischen dem Kommandogerät 2 und dem Geber i eingeschaltet werden, wie dies auch bereits vorgeschlagen worden ist. Dadurch würde aber das Gerät 2 in unzulässiger Weise belastet werden:. Erfindungsgemäß sind daher bei starrer Kupplung der Elemente und 6 Geber und Empfänger so ausgebildet, daß diese ein elektrisches Geschwindigkeitsübersetzungsgetriebe darstellen, bei welchem einer Teildrehung des Gebers eine volle Umdrehung des Empfängers entspricht. Der Läufer des Empfängers.4 wird also unmittelbar mit dem Antriebsmotor 6 gekuppelt, aber gegen die vertikale Achse des Scheinwerfers 8 durch das Getriebe 9 übersetzt. Eine gleiche Übersetzung, die dem Getriebe 9 entspricht, ist auf elektrischem Wege zwischen dem Geber i und dem Empfänger ,4 angeordnet, während der Geberläufer unmittelbar mit dem Kommandogerät .2 gekuppelt ist. Das, kann in der Weise geschehen, daß der Geber i eine vielfach so große Polpaarzahl hat wie der Empfänger 4. In Abb. 2 ist dies veranschaulicht. Hier sieht man, da.ß der Geber i vier Polpaare hat, der Empfänger 4. aber nur ein Polpaar. Diese Maßnahme hat zur Wirkung, daß der Empfänger bzw. das in ihm erzeugte sekundäre Drehfeld sich im Verhältnis der Polpaarzahlen der beiden zusammenarbeitenden Übertragungssysteme schneller dreht. Macht man das Verhältnis der Polpaarzahlen gleich dein Übersetzungsverhältnis des Getriebes 9, so ist die Wirkung dieselbe als ob der Empfänger 4 unmittelbar auf der Achse des Scheinwerfers 8 angeordnet, also vom Motor 6 über das Getriebe 9 angetrieben würde, nur mit dem Unterschied, daß die unerwünschten Schwingungserscheinungen fortfallen.Since a backlash-free mechanical gear can not be created, must the gear 9 disappear from the feedback circuit. One could think of for this purpose not only the receiver rotor, but also the motor armature rigid to couple with the headlight 8 :. But the motor would then have to work for very low speeds be suitable. But that would involve high energy consumption, heavy weight and large Bring space requirements with them. For this reason, as is known per se, the servomotor 6 coupled directly to the transmission element 4 acting as a receiver and the gear 9 between the servomotor 6 and the object 8 to be remotely controlled switched on. If, with this arrangement, the encoder i and the receiver 4 would have the same angular velocity, a second gear 9 would have to be of the same type Translation: ratio between the command device 2 and the transmitter i switched on as has already been suggested. But this would cause the device 2 are charged in an inadmissible manner :. According to the invention are therefore more rigid Coupling of the elements and 6 transmitter and receiver designed so that this is an electrical Represent speed reduction gear, in which a partial rotation of the Encoder corresponds to one full turn of the receiver. The recipient's runner. 4 is therefore coupled directly to the drive motor 6, but against the vertical Axis of the headlight 8 translated by the gear 9. Same translation which corresponds to the transmission 9 is electrically between the encoder i and the receiver, 4 arranged, while the encoder runs directly with the command device .2 is coupled. This can be done in such a way that the giver i a multiple has as large a number of pole pairs as the receiver 4. This is illustrated in Fig. 2. Here you can see that the encoder i has four pole pairs, the receiver 4. but only one Pole pair. This measure has the effect that the recipient or that produced in him secondary rotating field itself in the ratio of Pole pair numbers of the two cooperating transmission systems rotates faster. Do you make the ratio the number of pole pairs is equal to your transmission ratio of the gear 9, then the Effect is the same as if the receiver 4 is directly on the axis of the headlight 8 arranged, so would be driven by the motor 6 via the gear 9, only with the The difference is that the undesirable vibration phenomena are eliminated.

Die Vorteile, die sich aus der starren Kupplung des Gebers mit dem Kommandogerät ergeben, bleiben bei dieser Anordnung gewahrt.The advantages that result from the rigid coupling of the encoder with the Command device are preserved with this arrangement.

Claims

PATENT CLAIM: System for the electrical transmission of the rotary movement of a command device to a remote-controlled object representing a heavy mass, which means that a transmitter is connected to the command device and a receiver and a servo motor are connected to the remote-controlled object, and transmitter and receiver are connected in the manner of rotary transformers. constructed and so excited and connected to each other that the receiver supplies a control voltage for operating the servomotor, characterized in that the mechanical transmission ratio, which is arranged between the remotely controlled object (8) and the receiver (4), substantially different from that approximately or exactly to i: i amounting mechanical translation ratio between the command device (2) and the encoder (i) deviates and is supplemented by a known electrical translation between encoder (i) and receiver (4.). so that the transmission ratio between receiver (.4) and servomotor approaches the value i: i or reaches this in a manner known per se, whereby the tendency of the receiver to self-excited pendulum movements is reduced. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following publications were taken into account in the granting procedure: German Patent Nos. 93 912, 217062, 281421, 328811, -10 () 2-1; 7. 417 831, 425 1 0 9, 452 684; USA. Patent Nos. 1 547 392 # 1 684 137, 1,684,138, 1,977,624.