DK148456B - Reguleringsmetode og -kobling til at drive en motordrevet belastning og udligne dennes resonans - Google Patents

Description

i 148456 o

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til at drive en mekanisk belastning ved hjælp af en motor og en kobling imellem belastningen og motoren, hvilken kobling udviser mekanisk resonans, g ved driftsfrekvenser der overstiger koblingens mekaniske resonansfrekvens, under anvendelse af servomekaniske kredsløb, omfattende en måling af motorens omløbstal og en frembringelse af et første signal proportionalt med omløbstallet og en generering af et fejlsignal ved subtraktion af det første 10 signal fra et styresignal.

I fig. 2, hvor koblingsresonanszonen er indikeret ved (62) af den sammensatte^fuldt optrukne kurve (60), virker en konventionel servomekanisme simpelthen ikke som følge af, at 15 sløjfeforstærkningen over en vis frekvens (ved 70) er mindre end én. Servomekanismen er derfor begrænset til rotationshastigheder under den nævnte frekvens, hvilket ved flere anvendelser er en alvorlig begrænsning; eksempelvis i forbindelse med moderne våben, der skal kunne opspore og åbne ild mod 20 meget hurtige mal.

Ifølge opfindelsen imødegås den mekaniske koblingsresonans imellem motoren og belastningen ved, at et andet signal, der er proportionalt med motorens strømforbrug, tilbagekobles 25 positivt gennem et filter og adderes til fejlsignalet, idet motoren drives ved hjælp af det herved frembragte sumsignal,^ hvorved belastningens drivbåndbredde overstiger den mekaniske resonansfrekvens.

30

Derved dæmpes eventuelle svingninger i nærheden af den mekaniske resonansfrekvens.

Opfindelsen angår også en servomekanisme til udøvelse af frem- „ gangsmåden ifølge opfindelsen, til at drive en belastning 35 via koblingsorganer med en mekanisk resonans, ved frekvenser, der overstiger resonansfrekvensen, hvilken servomekanisme omfatter summationsorganer med en første og en anden additiv indgang og en subtraherende indgang og en udgang, idet 2

O

148456 en motor s tyresignalkilde er forbundet til den anden additive indgang, en motor, en belastning og koblingsorganer, der forbinder motoren til belastningen, et første netværksorgan, der for-5 binder udgangen af summationsorganerne til motoren, et første negativt tilbagekoblingsorgan med en udgang, der er forbundet til den subtraherende indgang af summationsorganerne, og en indgang, der kan reagere på motorhastigheden. Servo-mekanismen er ejendommelig ved, at der desuden er indrettet 10 organer til at overvåge motorens strømforbrug og positive tilbagekoblingsorganer med en indgang, der er forbundet til strømovervågningsorganerne, og en udgang, der er forbundet til den første additive indgang af summationsorganerne,for forøgelse af energitilførslen til motoren, når overvågnings-15 organerne aftaster et voksende strømforbrug af motoren og derved indikerer en mekanisk resonans af koblingsorganerne. Derved opnås en særlig enkel servomekanisme.

Krav 3 og 4 angår særligt hensigtsmæssige udførelsesformer for servomekanismen.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor 25 fig. 1 viser et diagram over en servomekanisme ifølge opfindelsen, og fig. 2 nogle kurver til illustration af servomékanismens virkemåde .

30 I fig. 1 er der vist en servomekanisme til styring af en belastnings 36 hastighed i overensstemmelse med en styreordre fra en signalkilde 10. Belastningen 36 aktiveres ved hjælp af en motor 20, hvis drivaksel står i forbindelse med belastnin-35 gen 36 via en aksel/gearkobling 32. Servomekanismen omfatter en tilbagekoblingssløjfe I til styring af omløbstallet af motoren 20, hvilken tilbagekoblingssløjfe I er af konventionel udformning og sammen med en udgangsterminal fra signal-

O

3 148456 kilden 10 er ført til lineære suiranationsorganer 12, der er efterfulgt af et filterarrangement 13, 16 med en overføringsfunktion G (oJ). I sin enkleste udformning omfatter f ilterarrange-

5 A

mentet et lavpasfilter med en overføringsfunktion efterfulgt af en forstærker 16 med en forstærkning på B. En efterfølgende modstand 19 vil ikke blive nærmere omtalt på nuværende tidspunkt. I den primære tilbagekoblingssløjfe I er der indskudt et tachometer 30, der kan afføle omløbstallet 10 af motoren og tilvejebringe et dermed proportionalt signal, der tilføres til en subtraherende indgang af summationsorganerne 12. Den primære tilbagekoblingssløjfe I er velkendt og vil derfor kun blive beskrevet ganske kort. Signalkilden 10 tilfører et i tid varierende signal E. (t), der angiver det øn-15 in skede omløbstal for belastningen 36. Dette signal E^n(t) sammenlignes med det øjeblikkelige hastighedssignal (Θ) fra tacho-meteret 30, og enhver afvigelse i form af et fejlsignal tilføres via summationsorganerne 12 til indgangen af filterarrangementet 13, 16. Udgangssignalet af filterarrangementet 20 tilføres til motoren 20. Ved ligevægt og under antagelse af en passende frekvenskarakteristik af motoren 20 virker den primære tilbagekoblingssløjfe I til at forebygge eller mindske fejlen på udgangen af summationsorganerne 12, således at motorens hastighed holdes på den foreskrevne værdi , For frekvenser inden for båndbredden af den åbne sløjfe vir ker systemet på den ovenfor beskrevne måde til styring af belastningen. Motorens 20 drivaksel er imidlertid forbundet til belastningen 36 via en aksel/gearkobling 32 repræsenteret ved en fjeder 34 i parallel med et friktionselement 33. Fjederen 34 repræsenterer aksel/gearkoblingens fjedren, slør og lignende, medens friktionselementet 33 symboliserer indre molekylære friktioner. Repræsentationen 33, 34 og analysen af samme kendes fra mekaniske bevægelsesberegninger. Vanskelighederne ved de kendte hastighedsservomekanismer af den

OO

type, der kun har én tilbagekoblingssløjfe, er egenresonansen af koblingen 32. I særdeleshed ved en resonansfrekvens for elementerne 33, 34, 36 bliver det meget vanskeligt for 148456 4 o motoren at drive belastningen 36, eftersom udgangsbevægelsen og energien fra motoren 20 simpelthen absorberes af elementerne og således ikke når frem til belastningen 36. Dette 5 er illustreret i fig. 2, hvor kurve 60 viser en karakteristik af systemet med den primære tilbagekoblingssløjfe X, idet kurve 50 har en zone 52, der udviser en sådan resonans dér, hvor motorens drivaksel ikke effektivt kan udføre ordren. Det samme gælder for den normaliserede, lukkede sløjfekarakteristik 10 63. Fig. 2 viser desuden en kurve 67 over motorens strømfor brug, som øges væsentligt i resonansområdet, eftersom motoren 20 under disse omstændigheder belastes langt hårdere.

Konsekvensen af ovenstående er, at tilbagekoblingssløjferne 15 « begrænses til signalfrekvenser under resonansfrekvensomradet og i særdeleshed til frekvens.er (Oo), der ligger mærkbart under det punkt 70, hvor sløjfeforstsrkningen antager værdien én.· En sådan begrænset karakteristik er imidlertid ikke altid tilfredsstillende, eksempelvis ved an- 20 vendelser, hvor udgangsbelastningen omfatter et kanontarn eller lignende, som skal affyre mod et hurtigt bevægende mål.

Det skal også bemærkes, at resonansområdet 62 ikke ligger fast, eftersom akselkoblingens 32 parametre ændres med niveauet af indgangssignalet. F.eks. er den effektive koblingsfjeder-25 faktor (elementet 34) afhængig af sløret, som igen afhænger af niveauet af det påtrykte hastighedssignals E^n(t) variationer.

I de kendte arrangementer er værdien af "b", der indikerer 30 indfaldstiden af primærsløjfens lavpasfilter 13, valgt betydeligt under punktet 70, dvs. væsentligt under begyndelsesområdet af resonanszonen 62 for at sikre en korrekt tilbageføring. Begrænsningen i denne sløjfekarakteristik er i nogle tilfælde uønsket og i andre tilfælde uacceptabel.

For at forebygge ovenstående er der ifølge opfindelsen desuden gjort brug af en anden tilbagekoblingssløjfe II. I det- 35

O

5 148456 te tilfælde.afføles motorens øjeblikkelige strømforbrug ved hjælp af en strømovervågende modstand 19, der er indskudt imellem forstærkeren 16 og motorens 20 forsyningsterminal.

5 Spændingen over modstanden 19 forstærkes hensigtsmæssigt i en differentialforstærker 21 til tilvejebringelse af et signal, der via tilbagekoblingssløjfen II's filter 25 føres til en additiv indgang af summationsorganerne 12. Overføringsfunktionen af tilbagekoblingssløjfen II kan med fordel være 10 dvs. en faktor γ (et tal mellem nul og en), der er multipliceret med den reciprokke værdi af filterets 13,16 overføringsfunktion G(i»>). Dette giver et stabilt system med en stor reaktionshastighed. Filteret 25 vil således for et lavpas- eller forsinkelsesnetværk 13 blot omfatte et højpas- eller kapa-15 citivt netværk. ,

Virkemåden af den yderligere tilbagekoblingsvej vil nu blive beskrevet. Når der i resonanszonen 62 (fig. 2) sker en hurtig ændring af styreordren E. (t), afføles den voksende motor- 20 in strøm 67 over modstanden 19, idet det affølte signal føres gennem differentialforstærkeren 21 og filteret 25, hvorved der fremkommer et voksende potentiale ved den øvre additive indgang af summationsorganerne 12. Derved øges signalet fra summationsorganerne, hvorved der automatisk tilføres en for-25 øget effekt ved resonans af motoren 20 til supplering af det drejningsmoment, der tilføres til koblingen 32 og belastningen 36. Når skalafunktionen γ antager værdien 1, bliver koblingsresonansen næsten fuldstændigt udlignet, således at overføringsfunktionen af det samlede system med åben sløjfe stræk-30 ker sig ud over resonansomradet 62. Overføringsfunktionen for servomekanismen omfatter begge tilbagekoblingssløjferne I og II, der er vist ved hjælp af en stiplet kurve 65 og strækker sig ud til et knækpunkt 72 ved en frekvens, der afhænger af lavpasfilteret (værdien "b", der definerer filterpasbån-35 det) og af abensløjfeforstærkningen.

Claims (2)

1A 845 δ Ο Systemet med flere tilbagekoblingssløjfer resulterer følgelig i en bredbåndet belastningspåvirkning, således at der dannes et system med forbedret frekvenskarakteristik og belast-5 ningsstyring. Til illustration af dette er en affutage til svært artilleri med en mekanisk koblingsresonans på omkring 8 Hz ved et kendt system, der kun har én tilbagekoblingssløjfe, begrænset til 5 Hz eller mindre. Ved hjælp af systemet ifølge opfindelsen med to tilbagekoblingssløjfer kan der til-10 yejebringes et system med et lavpasfilter på ca. 10 Hz. Opfindelsen kan også anvendes i forbindelse med hydrauliske, pneumatiske eller andre påvirkningsenheder til såvel lineære bevægelser som drejningsbevægelser. I forbindelse med sådanne 15 ♦ arrangementer anvendes en yderligere positiv tilbagekoblingssløjfe, der som indgangssignal anvender et mål for det påtrykte drev. 20

1. Fremgangsmåde til at drive en mekanisk belastning (36) ved hjælp af en motor (20) og en kobling (32) imellem belastningen og motoren, hvilken kobling udviser mekanisk resonans, 25 ved driftsfrekvenser, der overstiger koblingens mekaniske resonansfrekvens, under anvendelse af servomekaniske kredsløb, omfattende en måling af motorens omløbstal og en frembringelse af et første signal proportionalt med omløbstal- let og en generering af et fejlsignal ved subtraktion af det 30 første signal fra et styresignal, kendetegnet ved, at et andet signal, der er proportionalt med motorens (20) strømforbrug, tilbagekobles positivt gennem et filter (25) og adderes til fejlsignalet, idet motoren (20) drives ved hjælp af det herved frembragte sumsignal, hvorved belastnin-35 . gens drivbåndbredde overstiger den mekaniske resonansfrekvens. .

2. Servomekanisme til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 til at drive en belastning via koblingsorganer med en me-