DE901512C - Einrichtung zur Beeinflussung eines Stellgliedes, z.B. einer Steuerflaeche in Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen - Google Patents

Einrichtung zur Beeinflussung eines Stellgliedes, z.B. einer Steuerflaeche in Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen

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DE901512C
DE901512C DES15425D DES0015425D DE901512C DE 901512 C DE901512 C DE 901512C DE S15425 D DES15425 D DE S15425D DE S0015425 D DES0015425 D DE S0015425D DE 901512 C DE901512 C DE 901512C
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current
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DES15425D
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English (en)
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Dr-Ing Gustav Barth
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/0055Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements
    • G05D1/0066Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements for limitation of acceleration or stress

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Description

  • Einrichtung zur Beeinflussung eines Stellgliedes, z. B. einer Steuerfläche in Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen Bei Regel- und Steuereinrichtungen in Fahrzeugen, wie Luft- und Wasserfahrzeugen, tritt vielfach die Aufgabe hervor, ein Stellglied, z. B. eine Steuerfläche, in Abhängigkeit von zwei oder mehr Gebergrößen einzustellen. So ist es beispielsweise bei selbsttätigen Rudersteuerungen von Flugzeugen erforderlich, ein Ruder entsprechend mehreren Steuerwerten zu verstellen. Zur Verstellung dient ein Hilfsantrieb, der in Abhängigkeit von den genannten Größen gesteuert wird. Dazu müssen die Steuergrößen gleichzeitig und in entsprechendem Maße auf den Hilfsantrieb einwirken.
  • Die in solchen selbsttätigen Steuerungen vorhandenen Steuergeräte liefern in der Regel nur sehr kleine Ströme und Spannungen. Um mit diesen kleinen Strömen bzw. Spannungen einen Hilfsantrieb zu steuern, können Relais vorgesehen werden, die durch diese Ströme und Spannungen betätigt werden und ihrerseits eine Schaltvorrichtung für den Hilfsantrieb steuern.
  • Einrichtungen mit solchen Relaisanordnungen besitzen eine Reihe von Nachteilen. Sie sind räumlich ausgedehnt und schwer, da für jede Steuergröße ein besonderes Relais vorhanden sein muß. Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnungen liegt darin, daß sie direkt nur für Schwarzweißsteuerungen, bei denen jeweils ein Kontakt der einen oder anderen Steuerseite betätigt wird, verwendet werden können und bei Ausbildung einer Verstärkeranordnung, die eine einer Charakteristiksteuerung angenäherte Steuerung ermöglicht, einen großen Aufwand erfordern.
  • Die Empfindlichkeit der Steuergeber kann nicht beliebig gesteigert werden. Es ist daher oft notwendig, einen oder mehrere -der Impulse zu verstärken, z. B. mit Hilfe von Röhrenverstärkern. Bei Änderung der Betriebsbedingungen, wie Spannung und Temperatur, wird der Verstärker seine Charakteristik und seinen Verstärkungsgrad ändern. Dadurch ändert sich das Verhältnis der Einflußnahme der einzelnen Größen zueinander, was z. B. bei Flugzeugsteuerungen Anlaß zu Schwingungen geben und damit zu einer Gefährdung des Flugzeuges führen. kann.
  • Diese Nachteile sind beim Gegenstand der Erfindung beseitigt. Gemäß der Erfindung ist das dadurch erreicht, daß die elektrischen Gebergrößen in einer aus zwei hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise gleichartigen Verstärkereinheiten bestehenden magnetischen Verstärkereinrichtung mit Kerndrosselspulen; deren Arbeitsstrom durch Beeinflussung,der Permeabilität der Spulenkerne mittels magnetischer Durchflutung steuerbar ist, in der Weise zu einer resultierenden Gebergröße vereinigt werden, :daß die Ströme und/oder Spannungen dieser Größen Erregerwicklungen auf den Spulenkernen der Verstärkereinrichtung zugeführt wenden im Sinne der Erzeugung einer den das Stellglied beeinflussenden Arbeitsstrom steuernden resultierenden magnetischen Durchflutung.
  • Die genannte Einrichtung stellt demnach einen Mischverstärker, d. h. eine Anordnung dar, in welcher die Gebergrößen einerseits elektrisch gemischt und andererseits gleichzeitig den gewünschten Anforderungen entsprechend verstärkt werden. Die Einrichtung vereinigt also zwei Geräte in sich, nämlich ein Gerät, das den Mischungsvorgang vornimmt und durch das praktisch beliebig viele,elektrische Größen gemischt werden können, und ein als Verstärker dienendes Gerät, wobei die Verstärkereinrichtung sämtlichen Gebergrößen gemeinsam ist. Infolgedessen bleibt bei Änderung der Betriebsbedingungen, z. B. Spannung und Temperatur, das Mischungsverhältnis vollkommen konstant und damit der Charakter der Steuerung erhalten. Durch die Vereinigung von Mischgerät und Verstärkereinrichtung ist es weiterhin möglich, praktisch jede gewünschte Steuerempfindlichkeit zu erreichen. Die einzelnen Impulsgeber bleiben dabei galvanisch vollkommen voneinander getrennt und können daher aus beliebigen Stromquellen gespeist werden. Die Trägheit des Mischungs- und Verstärkungsvorganges kann jederzeit so klein gehalten werden, daß die den Steuervorgang störend beeinflussenden Eigenschleppungen praktisch nicht in Erscheinung treten. Die Charakteristik der Anordnung (Ausgangsstrom über Eingangsgröße) ist in weiten Grenzen beliebig wählbar, wobei auch :der Grad der Einflußnahme der einzelnen Größen und dadurch auch das Verhältnis der Einflußnahme der Größen zueinander wählbar und während des Betriebes än@derbar ist. Die Anordnung begrenzt selbsttätig den Ausgangsstrom beim Auftreten extrem großer Steuerimpulse und schützt .daher die Steuereinrichtung selbsttätig vor Überlastungen. Raum- und Gewichtsbedarf sind so gering, daß sie gerade bei jenen Steuereinrichtungen, bei denen diese Gesichtspunkte ganz besonders berücksichtigt werden müssen, mit besonderem Vorteil verwendbar ist. Sie enthält keine beweglichen oder sehr empfindlichen Teile, so :daß sie allen. Bedingungen eines rauhen Betriebes, wie er namentlich in Flugzeugen gegeben ist, zu genügen vermag.
  • Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es- zeigt Fig. i eine Ausführungsform des Mischverstärkers mit zwei Verstärkereinheiten, Fig. 2 ein Schaubild einer symmetrischen Charakteristik, Fig. 3 ein Schaubild der Gesamtcharakteristik des Verstärkers mit zwei Einheiten, Fig. 4 die Einzelkerne eines Mischverstärkers in perspektivischer Ansicht mit schematischer Darstellung der Wicklungen, Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Mischverstärkers, Fig.6 ein schematisches Schaltbild der Anordnung gemäß Fig.4. Fig.7 ein Ausführungsbeispiel für die Unterteilung der Steuerwicklungen, Fig.8 ein Schema einer Steuereinrichtung mit Mischverstärker, Fig. g ein weiteres Schema einer Steuereinrichtung mit Mischverstärker, Fig. io ein weiteres Schema einer Geberanordnung mit Mischverstärker, Fig. i i ein Schema einer mit .dem Mischverstärker gebildeten Recheneinrichtung.
  • In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel des Mischverstärkers dargestellt, der zwei hinsichtlich Aufbau 4 und Wirkungsweise gleichartige Verstärker-.einheiten I und II aufweist. Es sei zunächst die Wirkungsweise einer solchen Einheit, beispielsweise der Einheit I, näher erläutert. Diese Einheit I enthält eine Kerndrosselspule mit zwei geschlossenen Einzelkernen i, 2. An Stelle der beiden Einzelkerne könnte, wie aus Fig. i hervorgeht, auch ein :dreischenkeliger Kern Verwendung finden. Die Kerne bestehen aus einem magnetisch gutdurchlässigen Stoff, z. B. einerEisen-Nickel-Legierung. Auf jedem der beiden Spulenkerne ist je eine von Wechselstrom aus einer Stromquelle io gespeiste Wicklung 3, 4 angeordnet, die im gezeichneten Fall in Reihe liegen, die indes auch parallel geschaltet sein können. Im Stromkreis dieser beiden Wicklungen liegt eine Gleichrichteranordnung 5 mit dem Parallelwiderstand 7. An die Gleichstromklemmen ist ein Verbraucher 6 angeschlossen.
  • Die Größe- des in den Wicklungen 3 und 4 fließenden Wechselstromes J.., ist bedingt durch den Wechselstromwiderstand dieser Wicklungen. Es ist also auch der dem Verbraucher 6 zugeführte Ausgangsgleichstrom J=, der eine Funktion des Wechselstromes J- ist, von der Größe des Wechselstromwiderstandes der Wicklungen 3 und q. abhängig. Die Größe des Wechselstromwiderstandes einer Kerndrosselspule hängt ab von der Permeabilität der Spulenkerne entsprechend dem Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie. Den beiden Spulenkernen ist eine Wicklung 8 gemeinsam, die von einem Eingangsgleichstrom i, gespeist ist. Der Wicklungssinn der beiden Wicklungen 3 und q. ist dabei so gewählt, daß die in der Wicklung 8 von den Strömen der Wicklungen 3, q. induzierten Spannungen sich aufheben. Der Eingangsstrom der Wicklung 8 erzeugt eine magnetische Durchflutung der Spulenkerne, die eine Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Magnetisierungskennlinie bewirkt. Mit der Verschiebung des Arbeitspunktes tritt eine Änderung der Permeabilität und damit eine Änderung des Wechselstromwiderstandes der Wicklungen 3 und q. ein. Der Wechselstromwiderstand und damit der Ausgangsstrom J- in dem Verbraucher ist somit eine Funktion des Eingangsstromes ie. In dem Schaubild der Fig. 2 ist der Ausgangsstrom J= in Abhängigkeit vom Eingangsstrom i, aufgetragen. Der Ausgangsstrom J= steigt mit positiven Werten von i, zunächst angenähert geradlinig an und nähert sich dann einem Grenzwert. Fließt der Eingangsstrom i, in entgegengesetzter Richtung, so ergibt sich der entsprechende Teil der Charakteristik durch Spiegelung an der Ordinatenachse, wie in dem Schaubild der Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist.
  • Aus dem Schaubild der Fig.2 ergibt sich, daß die Charakteristik der vorbeschriebenen Anordnung in bezug auf die Ordinatenachse symmetrisch ist. Das bedeutet, daß eine solche Anordnung die Richtung des Eingangsstromes nicht unterscheiden kann. Um zu erzielen, daß die Verstärkereinheit nur bei einer Richtung des Eingangsstromes anspricht, ist es erforderlich, zu diesem Zweck die Charakteristik in bezug auf die Ordinatenachse unsymmetrisch zu gestalten. Hierzu ist den beiden Spulenkernen eine weitere gemeinsame Wicklung 9 zugeordnet, die in Reihe mit dem Verbraucher 6 an den Gleichstromklemmen der Gleichrichteranordnung 5 liegt. In der Wicklung 9 fließt also der gleichgerichtete Wechselstrom der Wicklungen 3, d. Die Wirkung des gleichgerichteten Stromes besteht darin, daß in analoger Weise wie im vorstehenden für die Wirkung des Eingangsstromes ausgeführt wurde, die Permeabilität der Spulenkerne und damit der Wechselstromwiderstand der Wicklungen 3,4 geändert wird.
  • Für die Ausgestaltung der Charakteristik ist maßgebend das Zusammenwirken der von den Wicklungen 8 und 9 erzeugten magnetischen Durchflutungen. Es sei angenommen, daß der Wicklungssinn der Wicklung 9 in bezug auf denjenigen der Wicklung 8 so gewählt ist, daß bei positiver Richtung des Eingangsstromesdie von den beiden Wicklungen erzeugten magnetischen Durch.flutungen gleichen. Richtungssinn besitzen; dann sind bei negativer Richtung des Eingangsstromes die beiden Durchflutungen einander entgegengesetzt gerichtet. Die Verhältnisse, die sich hierbei ergeben, sind in dem Schaubild der Fig.3 durch die für die Einheit I angegebene Verstärkercharakteristik J1 gekennzeichnet. Bei dieser Charakteristik ist der Ausgangsstrom J1 in Abhängigkeit vom Eingangsstrom i, dargestellt. Bei positiv gerichtetem Eingangsstrom addieren sich die magnetischen Gleichflüsse, mit wachsendem Eingangsstrom steigt der Ausgangsstrom an, bei negativ gerichtetem Eingangsstrom kompensieren sich die Gleichflüsse derart, daß in dem auszusteuernden Bereich der Wert -des Ausgangsstromes im wesentlichen unterhalb seines Wertes für ie=o bleibt. Aus dieser Charakteristik ist ersichtlich, daß die Verstärkereinheit I nur wirksam wird für Eingangsströme, die die vorerwähnte positive Richtung besitzen, während sie für negative Werte des-Eingangsstromes im wesentlichen unwirksam bleibt.
  • Ganz analoge Verhältnisse ergeben sich für die Verstärkereinheit II, die in gleicher Weise aufgebaut ist und eine entsprechende Wirkungsweise besitzt, wie die Einheit I. Die Einheit II weist ebenfalls zwei Spulenkerne i i, i2 auf, denen die aus der gleichen Stromquelle io gespeisten Wicklungen 13, 14 zugeordnet sind. Im Stromkreis dieser Wicklungen befindet sich eine Gleichrichteranordnung 15 mit Parallelwiderstand 17, an deren Gleichstromklemmen ein Verbraucher 16 und eine den beiden Spulenkernen gemeinsame Wicklung i9 liegt, die von dem gleichgerichteten .Wechselstrom .der Wicklungen 13, 14 durchflossen ist. Als Eingangswicklung ist für diese Einheit eine Wicklung 18 vorgesehen, die in Reihe mit der Eingangswicklung 8 der Einheit I liegt und von dem gleichen Eingangsstrom i, wie diese durchflossen ist. Die beiden Wicklungen 18 und i9 erzeugen in der im vorstehenden näher erläuterten Weise magnetische Durchflutungen in den Spulenkernen der Einheit II, durch welche der Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie verschoben wird. Hierbei tritt in entsprechender Weise eine Änderung der Permeabilität der Spulenkerne der Einheit II und damit eine Änderung des Wechselstromwiderstandes der Wicklungen 13, 14 und dementsprechend auch eine Änderung des sie durchfließenden Wechselstromes ein. Beim Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der Wicklungssinn der von dem Eingangsstrom durchflossenen Steuerwicklung 18 derselbe ist wie derjenige der Eingangswicklung 8 der Einheit I. Infolgedessen besitzen die von den beiden Wicklungen 8 und 18 erzeugten magnetischen Durchflutungen den gleichen Richtungssinn. Der Wicklungssinn,der Wicklung i9 ist bei gegebener Gleichrichteranordnung so gewählt, daß bei positiv gerichtetem Eingangsstrom die von diesem und von dem gleichgerichteten Wechselstrom der Wicklungen 13, 14 erzeugten magnetischen Durchflutungen einander entgegengesetzt gerichtet sind, während diese Durchflutungen bei negativ gerichtetem Eingangsstrom den gleichen Richtungssinn haben. Die aus dieser Anordnung sich ergebende Verstärkercharakteristik der Einheit Il ist im Schaubild der Fig. 3 in zur Abszissenachse spiegelbildlicher Darstellung angegeben. Aus dem Schaubild ist ersichtlich, daß bei der Einheit II der Ausgangsstrom im Verbraucher 16 für negative Werte des Eingangs- Stromes ansteigt, während er bei positiven Werten des Eingangsstromes im wesentlichen unterhalb seines Ausgangswertes für i, = o bleibt.
  • Die beiden Verbraucher 6 und 16 können beispielsweise die Wicklungen eines elektromagnetischen Relais sein, wobei die beiden Wicklungen in Differentialschaltung angeordnet sind. In den beiden Wicklungen kommt also die Differenz der Ausgangsströme J1, 12 zur Wirkung. Die Gesamtcharakteristik der Verstärkeranordnung mit zwei Einheiten ist im Schaubild mit J bezeichnet und ergibt sich als Differenz der Ausgangsströme der beiden lEinheiten zu J = 1i - 12' Sie besteht aus einem durch den Nullpunkt gehenden geradlinigen Teil, der für große Steuerwerte in einen gekrümmten Teil übergeht, der einem Grenzwert zustrebt. Für die Verwendung der Anordnung sind insbesondere zwei Eigentümlichkeiten der Charakteristik von Bedeutung. Die eine Eigentümlichkeit liegt :darin, daß der geradlinige Teil der Charakteristik eine verhältnismäßig große Länge besitzt, die sich durch die Ausbildung des Mischverstärkers mit zwei Einheiten dadurch ergibt, daß von den Charakteristiken der beiden Einheiten auch der um den Nullpunkt liegende Teil zur Bildung des geradlinigen Teiles der Gesamtcharakteristik voll ausgenutzt wird. Die andere Eigentümlichkeit besteht darin, daß die Gesamtcharakteristik zentralsymmetrisch zum Nullpunkt verläuft. Das bedeutet, daß der Steuervorgang sowohl nach der einen als auch nach der anderen Seifte vollkommen gleichartig verläuft. Das ist deshalb von Bedeutung, weil .durch die Mischung der einzelnen Steuergrößen extrem große resultierende Steuergrößen auftreten können; die eine Aussteuerung in den gekrümmten Teil der Charakteristik hinein zur Folge haben, ohne dabei eine Unsymmetrie hervorzurufen. Die Ausnutzung des gekrümmten Teiles der Charakteristik ist aus dem Grunde erwünscht, weil dieser Teil einen Schutz der Steuereinrichtung gegen überbeanspruchung bedeutet.
  • In Fig. 4 sind die einzelnen Kerne mit den im vorstehenden beschriebenen vom Wechselstrom, vom gleichgerichteten Wechselstrom und vom Eingangsstrom durchflossenen Wicklungen in perspektivischer Darstellung gezeigt. Dabei ist angenommen, daß die vier Kerne aufeinanderliegen, .die nur in der Zeichnung dieser Figur der besseren Übersichtlichkeit wegen räumlich voneinander getrennt dargestellt sind. Die einzelnen Kerne sind mit i, 2, 11, 12 bezeichnet, während mit 3, 4, 13, 14 die auf den einzelnen Kernen angeordneten von Wechselstrom durchflossenen Wicklungen bezeichnet sind, .deren Verbindung untereinander und mit den übrigen Schaltelementen in dieser Figur nicht,dargestellt ist. Die vom gleichgerichteten Drosselspulenstrom gespeisten Wicklungen sind mit 9 und i9 bezeichnet. Die Steuerwicklungen 8, 18 sind bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine den. beiden Verstärkereinheiten gemeinsame Eingangswicklung io8 ersetzt. Die von den gleichgerichtetenWechselströmen durchflossenen Wicklungen können allen vierKernen gemeinsam zugeordnet werden. In einer derartigen Anordnung würde der von der Gleichrichteranordnung 5 gelieferte Strom eine entsprechend der Wicklung io8 angeordnete Wicklung und ebenso der vor der Gleichrichteranordnung 15 gelieferte Strorr eine weitere allen Kernen gemeinsame Wicklung durchfließen. Die vom Eingangsstrom gespeister Wicklungen. würden dann so wie in dem gezeichneten Beispiel die Wicklungen g und i9 jeweils zwei Kernen gemeinsam sein.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel des Mischverstärkers, das in analoger Weise wie das der Fig. i ausgebildet ist, ist in Fig. 5 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind wiederum zwei Verstärkereinheiten vorgesehen, die die Spulenkerne 34 32 und 33, 34 aufweisen. Auf den einzelnen Kernen sind die von Wechselstrom durchflossenen Wicklungen 35, 36, 37, 38 angeordnet, die vier Zweige einer Brückenschaltung bilden, die in Fig.6 schematisch dargestellt ist. In dem einen Diagonalzweig der Brückenschaltung liegt eine Wechselstromquelle 3o, die zur Speisung der vorgenannten Wicklungen dient, während in dem anderen Diagonalzweig ein Verbraucher an den Ausgangsklemmen a, b liegt. Mit 39 und 4o sind die von dem Eingangsstrom gespeisten Steuerwicklungen bezeichnet. Der durch die Gleichrichteranordnungen 44 4-2, 43, 44 gleichgerichtete Wechselstrom wird den Wicklungen 45, 46, 47, 48 zugeführt und dient zürErzeugung einer zusätzlichen magnetischen Durchflutung der Spulenkerne in analoger Weise, wie dies im vorstehenden an Hand der Fig. i erläutert wurde. Die Wicklungen 39, 40 und die Wicklungen 45, 46, 47, 48 sind wiederum den Kernen in der Weise zugeordnet, daß in ihnen keine Induktionswirkungen der in den Wicklungen 35, 36, 37, 38 fließenden Ströme auftreten können. Bei den Gleichrichteranordnungen sind wiederum wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. i Parallelwiderstände 49, 50, 51, 52 vorgesehen, die dem gleichen Zweck wie dort dienen.
  • Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 5 und 6 ist folgende: Wenn der Eingangsstrom i, - o wird, sind die Widerstände der Wicklungen 35, 36. 3'7, 38 bei gleichartiger Ausbildung der Kerne und -der diesen zugeordneten Wicklungen gleich groß. Die Brückenschaltung ist in diesem Fall im Gleichgewicht und die Spannungsdifferenz zwischen den Punkten a und b gleich Null: Fließt ein Eingangsgleichstrom i, :durch die Wicklung 39, so erzeugt dieser Strom in den, Spulenkernen der Einheit I eine magnetische Durchflutung. Der Wicklungssinn der Wicklungen 39, 45, 4'6 ist so gewählt, daß die durch die beiden letztgenannten Wicklungen erzeugte magnetische Durchflutung den gleichen Richtungssinn wie die durch den positiv gerichteten Eingangsstrom i, erzeugte Durchflutung besitzt. Bei der anheit II ist eine Wicklung 40 vorgesehen, die von .dem gleichen Eingangsstrom i, durchflossen ist wie die Wicklung 39. Der Wicklungssinn der Wicklungen 40, 47 und 48 ist so gewählt, daß die durch die beiden letztgenannten Wicklungen erzeugten magnetischen Durchflutungen in den Spulenkernen der Einheit II der durch den positiv gerichteten Strom der Wicklung 4o erzeugten magnetischen Durchflutung entgegengesetzt gerichtet sind. In der Einheit I unterstützen also die Ströme in den Wicklungen 45 und 46 die Wirkung des Eingangsstromes ie, während in der Einheit II die in den Wicklungen 47 und 48 fließenden Ströme dem Eingangsstrom ie entgegenarbeiten. Kehrt der Eingangsstrom i, seine Richtung um, so kehren sich auch die im vorstehenden beschriebenen Wirkungen in den beiden Einheiten um. Je nach der Richtung des Eingangsstromes i, werden somit entweder die Brückenzweige 37 und 38 oder die Brückenzweige 35. 36 gleichzeitig geändert. Beim Durchgang durch die Nullage kehrt der Strom in der Brücke der Brückenschaltung seine Phase um. Die Steuerwicklungen können sowohl in diesem Beispiel als auch in dem der Fig. i parallel geschaltet sein.
  • Die vorerwähnten Eigenschaften des Verstärkers, nämlich einerseits die große Empfindlichkeit, die besonders im Bereich um .den Nullpunkt sehr vorteilhaft ist, und andererseits der große _ Aussteuerbereich für beide Steuerseiten, der in besonders vorteilhafter Weise für den geradlinigen Teil der Charakteristik zur Verfügung steht, machen den Verstärker in besonderer Weise als Mischgerät geeignet, durch welches die das Stellglied beeinflussenden Steuergrößen zu einem resultierenden Steuerwert unter gleichzeitiger elektrischer Verstärkung dieses Wertes zusammengefaßt werden. Zur Bildung des resultierenden Steuerwertes werden die einzelnen Steuerwerte als elektrische Größen, Ströme oder Spannungen abgebildet und dem Eingang des Verstärkers zugeführt. Zu diesem Zweck ist für jede Steuergröße eine besondere Steuerwicklung auf den Spulenkernen jeder der beiden Einheiten vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. i sind als Steuerwicklungen die oben bereits beschriebenen Eingangswicklungen 8 und 18, die von einem Steuergeber 2o gespeist sind, sowie die weiteren (Eingangswicklungen 2 1,:22,23 auf den Spulenkernen der Einheit I und die Wicklungen 24, 2,5, 26 auf den Spulenkernen der Einheit II vorgesehen, die von Steuergebern 27, 28, 29 gespeist sind. Die resultierende magnetische Durchflutung aller Eingangsströme in den vorgenannten Wicklungen entspricht exakt dem aus den zusammengefaßten einzelnen Steuerwerten gebildeten resultierenden Steuerwert. Die Steuerung der das Stellglied beeinflussenden Ausgangsströme erfolgt demnach in exakter Weise entsprechend dem so gebildeten resultierenden Steuerwert. Bei der Vereinigung der einzelnen Steuergrößen zu einem resultierenden Steuerwert kann in zweckmäßiger Weise der Grad der Einflußnahme der einzelnen Steuergrößen ohne weiteres berücksichtigt werden. So können z. B. die von den einzelnen Steuergrößen gespeisten Steuerwicklungen, die selbst verschiedene Windungszahlen haben können, als unterteilte Wicklungen ausgeführt werden, wobei die einzelnen Teilwicklungen in einem gewünschten Windungszahlenverhältnis zueinander stehen können. Ein Beispiel für eine derartige Unterteilung der Steuerwicklung ist in Fig. 7 dargestellt. Die drei Teilwicklungen sind durch die Windungszahlen n, 3R, 9n festgelegt. Bei dieser Aufteilung ergeben sich durch Hintereinander- und Gegenschalten der Wicklungen dreizehn verschiedene Aufschaltungsmöglichkeiten in laufender Reihe, wodurch es möglich ist, die Aufschaltung eines Gebers sehr fein zu variieren und die Rufschaltung verschiedenartiger Impulsgeber vorzusehen.
  • Die zur Erzeugung der resultierenden magnetischen Durchflutung dienenden Steuerwicklungen sind untereinander induktiv gekoppelt. Sind die Steuerströme zeitlich veränderliche Ströme, so wird infolge der induktiven Kopplung jeder Steuerstrom einer Steuerwicklung Induktionsströme in den übrigen Steuerwicklungen erzeugen: Das bedeutet, daß der Strom einer Steuerwicklung nicht nur von den elektrischen Daten, wie Widerstand, Steuerspannung usw. des zugehörigen Stromkreises, sondern auch von den elektrischen Größen der übrigen Stromkreise abhängt.
  • Trotz der außerordentlich verwickelten Vorgänge erfolgt, wie in eingehenden Versuchen festgestellt worden ist, der Mischvorgang ,in idealer Weise. Solange im linearen Teil der Charakteristik, was praktisch der Regelfall ist, gearbeitet wird, wirkt jeder Steuerimpuls unabhängig von gleichzeitig auftretenden anderen Impulsen so, wie wenn er nur allein vorhanden wäre. Vorausgesetzt ist hierbei, daß die Frequenzen der steuernden Impulse unterhalb der Frequenz des Arbeitsstromes des Mischverstärkers bleiben. Die zeitlich veränderlichen Steuerimpulse können urigedämpft oder gedämpft sein.
  • Als Beispiel für eine Regeleinrichtung, bei welcher mehrere Steuerimpulse dem Mischverstärker zugeführt und in diesem gemischt und gleichzeitig verstärkt werden, ist in Fig:8 ein Schema einer selbsttätigen Rudersteuerung für Flugzeuge dargestellt. Handelt es sich beispielsweise um die selbsttätige Steuerung um .die Hochachse des Flugzeugs zum Zweck der Einhaltung eines gewünschten Kurses und der Zurückführung des Flugzeuges in diesen Kurs beim Auftreten von Störungen, so muß die Steuereinrichtung eine Auslenkung des Seitenruders bewirken zur Erzeugung von Rückdrehmomenten, die die Wirkung der Störmomente kompensieren. Die Bewegung des Ruders erfolgt durch einen Hilfsmotor, beispielsweise einen hydraulischen Kolbenmotor, nach einem Steuergesetz, das einem Richtgeberwert eine bestimmte Ruderstellung oder einem anderen Richtgeberwert. eine bestimmte Ruderleggeschwindigkeit zuordnet. Im einfachsten Fall ordnet z. B. das Steuergesetz einer Kursabweichung einen bestimmten Ruderausschlag oder einer Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges um die Hochachse eine bestimmte Ruderleggeschwindigkeit zu. Die Wirkung des Ruders stoppt die Bewegurig des Flugzeuges ab-und bringt es nach beendeter Störung in die Sollage zurück. Dabei führt das Flugzeug Schwingungen um, die Gleichgewichtslage aus, die durch *die Drehenergie der Flugzeugmassen bedingt sind. Zur Dämpfung und zur -Verbesserung der Kurs altigkeit, z. B. bei einseitigen Störungen, muß das Steuergesetz erweitert und der Ruderausschlag oder die Ruderleggeschwindigkeit einer Summe von Größen gleichgesetzt werden. Die einzelnen Summanden sind dabei proportional Größen, die den Flugzustand beschreiben, wie Kursabweichung und von ihr abgeleitete Größen (Drehgeschwindigkeit, Drehbeschleunigung, Zeitintegrale, Ruderausschlag und von ihm entsprechend abgeleitete Größen, zusätzliche Größen, z. B. Vorgaben, fremdeingesteuerte Größen, z. B. Pfeilgrößen usw.).
  • Bei der Anordnung nach Fig. 8 arbeitet das Misch- und Verstärkergerät auf einen Drehmagneten D. Der Drehmagnet betätigt das in einem Steuerschieber S bestehende Steuerventil eines hydraulischen Rudermotors M, der zur Verstellung des Ruders R dient. Der Differenzstrom 1=J,-j2, dem das Drehmoment des Drehmagneten proportional ist, ist gleich einer Summe von fünf Steuergrößen. Diese Summanden sind in dem Ausführungsbeispiel proportional der Kursabweichung a bzw. der Drehgeschwindigkeit einer Funktion des Ruderausschlages ß, einer Größe c, z. B. einer Winkelvorgabe für den Kurvenflug oder Anflug, und einer Größe d, z. B. einem konstanten Wechselstromimpuls, der dazu dient, die Reibung der Ruhe :des Drehmagneten D zu beseitigen. Selbstverständlich können auch irgendwelche anderen Bedingungen in das Steuergesetz eingeführt und einen besonderen Flugzustand charakterisierende Größen zur Bildung einer resultierenden Steuergröße benutzt sein.
  • Bei der Steuerung gemäß der Fig.8 ist angenommen, .daß jede Steuergröße durch ein besonderes Steuergerät geliefert wird. Als Steuergeräte können Kreiselgeräte, Kompasse u. dgl. vorgesehen sein. Die von diesen Geräten gelieferten Steuerwerte werden mit Hilfe von elektrischen Abgriffen, z. B. Potentiometer- oder Bolometeranordnungen, in elektrische Gebergrößen, Ströme oder Spannungen umgeformt. Jeder Gebergröße und damit jedem Steuergerät ist eine besondere Steuerwicklung im Mischverstärker zugeordnet.
  • Ein anderes Beispiel einer Steuereinrichtung ist in Fig.9 dargestellt. Bei dieser Einrichtung ist lediglich ein Steuergerät; z. B. ein Wendezeigerkreisel 6o, vorgesehen, der eine der Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges, z. B. um die Hochachse, entsprechende Steuergröße liefert. Diese Geschwindigkeit wird mit Hilfe eines Potentiometers 61 abgegriffen und als Grundsteuergröße dem Mischverstärker I, II zugeführt. Der von dem Potentiometer 61 abgegriffene Strom, der der Winkelgeschwindigkeit proportional ist, durchfließt gleichzeitig,die mit dem Widerstand 66 in Reihe liegende Primärwicklung 62 eines Transformators, dessen Sekundärseite 63 die erste Ableitung liefert, die als weitere Gebergröße dem Mischverstärker zugeführt wird. Dieser Strom betätigt weiterhin eine Integrationsvorrichtung 6q., die nach Art eines elektrischen Zählers arbeitet und mit Hilfe einer Potentiometeranordnung 65 eine dem Zeitintegral der Winkelgeschwindigkeit proportionale Größe dem Mischverstärker zuführt. Der Grad der Einflußnahme der einzelnen Größen kann dabei durch das Verhältnis der Windungszahlen der Steuerwicklungen passend gewählt werden.
  • Als Grundsteuergröße kann beispielsweise auch die Kursabweichung benutzt werden. Mit Hilfe von Differentiationsvorrichtungen mit Transformatoren oder Kondensatoren kann ein der Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges entsprechender Wert, mit Hilfe von Integrationsvorrichtungen eine dem Zeitintegral der Winkelabweichung proportionale Größe gebildet werden. Diese Größen werden in analoger Weise in dem Mischverstärker gemischt und gleichzeitig verstärkt.
  • Die erwähnten Fälle sind nur Beispiele für die Ausbildung von Steuerungen nach bestimmten Steuergesetzen. In analoger Weise können Steuerungen anderer Art ausgebildet werden; die nach anderen Steuergesetzen arbeiten.
  • Kann ein Steuergeber nur Steuerströme abgeben, die zur direkten Betätigung von Differentiations-bzw. Integrationsvorrichtungen nicht genügen, kann hierzu verstärkterAusgangsstrom des Mischverstärkers verwendet werden. Ein Beispiel für eine solche Anordnung zeigt Fig. io. Bei dieser Anordnung werden dem Mischverstärker Eingangsströme zugeführt, die einem Steuerwert a sowie der zeitlichen Ableitung ä dieses Steuerwertes proportional sind. Der Ausgangsstrom J wird beispielsweise einer Transformatoranordnung zugeführt, deren Sekundärstrom eine weitere Steuerwicklung des Mischverstärkers speist.
  • Die Verstärkeranordnung ist nicht auf die Verwendung für Regel- und Steuervorgänge beschränkt. Sie kann allgemein zur Ausbildung von Rechengeräten verwendet werden.
  • Bei dem in Fig. i i dargestellten Ausführungsbeispiel werden mit Hilfe von Widerstandsanordnungen 67, 68, 69 dem Mischgerät I, II elektrische Größen als Abbildungen bestimmter Zahlenwerte zugeführt. Die elektrischen Größen können dabei durch entsprechende Ausbildung der Zahlenwertgeber beliebigen Funktionen dieser Zahlenwerte, z. B. Winkelfunktionen, Logarithmen usw., entsprechen. Der Ausgangsstrom J wird einer Vorrichtung 70 zugeführt, die zur Darstellung der Rechenergebnisse dient und z. B. eine Schreibvorrichtung sein kann. Die Anordnung kann. somit zur Berechnung von Summen, Produkten, Quotienten, zur Zusammensetzung von Schwingungen, zur Ausführung von Differentationen und Integrationen üsw. dienen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Beeinflussung eines Stellgliedes, z. B. einer Steuerfläche in Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen, durch zwei oder mehr elektrische Gebergrößen unter gleichzeitiger elektrischer Verstärkung dieser Größen, dadurch gekennzeichnet"daß die Gebergrößen in einer aus zwei hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise gleichartigen Verstärkereinheiten bestehenden magnetischen Verstärkereinrichtung mit Kerndrosselspulen, deren Arbeitsstrom durch Beeinflussung der Permeabilität der Spulenkerne mittels magnetischer Durchflutung steuerbar ist, in der Weise zu einer resultierenden Gebergröße vereinigt werden, daß die Ströme und/oder Spannungen dieser Größen Erregerwicklungen auf den Spulenkernen der Verstärkercinrichtung zugeführt werden im Sinne der Erzeugung einer den das Stellglied beeinflussenden Arbeitsstrom steuernden resultierenden magnetischen Durchflutung.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung der resultierenden magnetischen Durchflutung dienenden Ströme und/oder Spannungen von Steuergeräten, durch welche das Stellglied entsprechend den von diesen Geräten gelieferten Steuerwerten, z. B. Winkel, Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung und/oder dgl., elektrisch beeinflußt wird, z. B. mit Hilfe von Potentiometeranordnungen geliefert werden.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, .dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende magnetische Durchflutung durch den Strom und/ oder die Spannung einer Grundsteuergröße und die aus dieser mit Hilfe von Differentiations-und/oder Integrationsvorrichtungen abgeleiteten Ströme und/oder Spannungen erzeugt wird. q:. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Ausgangsstrom mit Hilfe von Differentiations- und/oder Integrationsvorrichtungen abgeleitete Ströme und/oder Spannungen zusätzlich zur Erzeugung der resultierenden magnetischen Durchflutung mitbenutzt werden. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis q., dadurch gekennzeichnet, daß der Strom und/oder die Spannung einer durch das vom Ausgangsstrom beeinflußte Stellglied z. B. mit Hilfe einer Potentiometeranordnung gelieferten Gebergröße zur Erzeugung der resultierenden magnetischen Durchflutung mitbenutzt wird. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis 5, mit einer magnetischen Verstärkereinrichtung, bei welcher zwei hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise im wesentlichen gleichartige Verstärkereinheiten vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Gebergröße eine besondere den Kernen der beiden, Verstärkereinheiten in entsprechender Weise zugeordnete Erregerwicklung vorgesehen ist. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Erregerwicklung als unterteilte Wicklung mit zwei oder mehr vorzugsweise in einem gewünschten Windungszahlenverhältnis zueinander stehenden Wicklungsteilen ausgebildet ist. B. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von den einzelnen Strömen und/oder Spannungen erzeugte magnetische Durchflutung mit Hilfe der unterteilten Erregerwicklungen entsprechend dem gewünschten Grad der Einflußnahme der einzelnen Steuergröße einstellbar ist. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den die resultierende magnetische Durchflutung erzeugenden Erregerwicklungen eine zusätzliche von 'dem ganz oder teilweise gleichgerichteten Arbeitsstrom gespeiste, vorzugsweise unterteilte Ernegerwicklung, durch welche eine zusätzliche, der Steuerdurchflutung gleich- bzw. entgegengesetzt gerichtete magnetische Durchflutung erzeugt wird, zugeordnet ist. io. Einrichtung nach Anspruch 9 mit einer Vollweggleichrichterschaltung zur Gleichrichtung des Arbeitsstromes, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichterschaltung ein Widerstand, der ein linearer oder nichtlinearer Widerstand sein kann, parallel geschaltet ist. i i. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis g, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung der resultierenden magnetischen Durchflutung dienenden Ströme und/oder Spannungen Wechselströme bzw. Spannungen sind, deren Frequenz geringer als diejenige des Arbeitsstromes ist. 12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die verschiedenen elektrischen Gebergrößen zu beeinflussende Stellglied ein Teil einer Anzeige- oder Schreibvorrichtung ist, durch welche der Resultatwert mehrerer durch entsprechende Rechenoperationen zu vereinigender Zahlenwerte dargestellt wird, wobei dieser Resultatwert mittels der durch die die Zahlenwerte abbildenden Ströme und/oder Spannungen erzeugten resultierenden magnetischen Durchflutung des als Rechner arbeitenden magnetischen Mischverstärkers gebildet wird.
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