SE440124B - Elektrohydraulisk servostyrning - Google Patents

Description

vsouass-7 2 de cylindrar är sådana cylindrar som kan manövreras genom an- vändning av ett manövertryck, som antingen verkar mot den ena eller den andra sidan av kolven, i motsats till en enkeltver- kande cylinder, där manövertrycket endast verkar mot den ena sidan. 9 Å andra sidan har en hydraulcylinder med en enkel kolv- stâng en enda kolvstång fäst vid en av drivkolvens ytor, medan en hydraulcylinder med dubbel kolvstång har två kolvstänger, vilka är fästa vid var sin av kolvytorna.

En dubbelverkande cylinder med enkel kolvstáng visas schematiskt i fig. 2, vilken figur visar en av de speciella ut- förinssformer som beskrivits i den franska patentskriften 2.055.698, enligt vilken tvâ konventionella hydraulcylindrar med enkel kolvstång 8 och 9 är kombinerade på ett sådant sätt att en dubbelverkande anordning med symmetrisk verkan erhålles.

De tvâ hydraulcylindrarna 8 och 9 är inbördes lika, stelt för- bundna via sina kolvstänger 81 och 91 och en gemensam balk el- ler ett gemensamt tvärstycke 6. Kolvarna 84 och 94 uppdelar sina tillhörande cylindrar i vardera två kamrar, varvid de öv- re kamrarna betecknas 82 respektive 92 och de undre kamrarna betecknas 85 respektive 95.

Systemet matas med ett fluidum, exempelvis olja, via en fyrvägsventil eller fördelarslidventil 7, som är ansluten till ett arbetstryck Ps och ett referenstryck PO, exempelvis atmosfärtrycket. En hydraulkrets 5 förbinder fördelarsliden 7 med den undre kammaren 85. En hydraulkrets 4 matar likale- des de två övre kamrarna 82 och 92 via fördelarslidventilen 7.

Emedan förhållandet mellan den undre cirkelformiga ytan och den övre ringformiga ytan hos varje kolv är 2, är flödena Q genom kretsen eller hydraulförbindelsen 4 och Q' genom hydraulförbindelsen 5 lika stora, så att anordningen verkar symmetriskt.

På ritningen har sådana läckage visats som existerar hos slid- eller reglerventilen 7 och hos cylindrarna 8 och 9 i form av en läckagekrets, som förbinder förbindelserna 4 och 5 och som innefattar en strypning Rf.

Det erinras om att man med strypning avser en kalibre- rad tryckförlust, som man anbringar i en hydraulförbindelse 3 7904465-7 för att avsiktligt begränsa flödet genom denna förbindelse.

Den undre kammaren 95 hålls vid referenstrycket via en förbindelse l. För det fall att man har en fast obalans kan man mot obalansen använda ett balanseringstryck PG.

Vid en utföringsform enligt konventionell teknik sker styrningen av en belastning, som uppvisar en fast eller varia- bel obalans, enligt klassisk servoteknik såsom framgår av let översiktsschema som visas i fia. 5.

Enligt fia. 5 pâverkas en belastning 506 av en hydraul- cylinder 508, som exempelvis kan vara dubbelverkande och ha en enkel kolvstång. Denna hydraulcylinder matas via en ventil 307, vars spindel styrs elektriskt medelst en styrennet.

Denna styrenhet, liksom samtliga styrenheter för ven- tiler eller reglerventiler, som nyttjas i det följande, kan avbildas schematiskt i form av en förstärkare 512, som matar en magnetspole 500, som påverkar ventilens eller renlerventi- lens spindel. En ventil, reglerventil eller fördelare, som är utrustad med sin styrenhet, kallas för en servoventil, serve- reglerventil respektive servofördelare.

Börvärdet 515 eller det inställda värdet av läget ma- tas till förstärkaren 5l2 hos denna styrenhet via ett block 511, som symboliserar de övriga elementen i den.direktakedjan, exem- pelvis korrektionsnät.

Regleringen sker medelst en slinga, som innefattar en givare 510 för belastningens läge, vilken givare avger en sig- nal, som subtraheras från börvärdessignalen 515 i en kompara- tor 515, varvid komparatorn avger en felsignal 514.

I detta fall kompenseras obalansen, exempelvis belast- ningens vikt, inte hydrauliskt direkt vid cylindern och det är därför den elektrohydrauliska styrningen som kompenserar obalan- ísen i enlighet med variationerna i felsignalen 314.

I fallet med en avskjutningsranxp behövs att en tryck- kraft kontinuerligt verkar nedifrån och uppåt utöver den kraft som uppkommer på grund av börvärdessignalen för att uppväga rampens vikt. Följaktligen kommer i fallet med en dubbelver- kande cylinder tryckdífferens mellan servoventilens anslutning- ar att kvarstå vid en förhöjd nivå även vid ett stillastående lägesbörvärde. 790lslæ65F7 L» Tidigare kända system lät kompenseringen av obalansen ske genom elektrohydraulisk reglering, vilket innebar en rela- tivt hög effektförbrukníng även då lägesbörvärdet kvarstod oförändrat. U Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en hydraulisk kompensering av lastens obalans vid en servostyrning, i synnerhet när obalansen varierar, på ett sä- dant sätt att effektförbrukningen minimeras, särskilt under det att differentialtrycket mellan servoventilens anslutningar hålls nära noll i genomsnitt.

Uppfinningens kännetecken framgår av patentkraven.

Man åstadkommer således modulering av en balanserings- kraft eller ett balanseringstryck, som tillföres till en av hydraulcylinderns kamrar och styrs enligt variationer hos oba- lansen.

Ytterligare kännetecken och fördelar med uppfinningen kommer att framgå av nedanstående beskrivning av ett utfÖrin;s~ exempel under hänvisning till bifogad ritning, på vilken fig. l visar en schematisk vy av en raketutskjutnings- ramp, fig. 2 schematiskt visar en dubbelverkande hydraulcy- lindar med enkel kolvstång, i fig. 5 visar ett översiktsschema av en konventionell styranordning, som innefattar en servoventil och en hydraulcy~ linder, fin. 4 schematiskt visar en speciell utförinasform av servostyrningen enligt föreliggande uppfinning och fia. 5 visar en detalj hos en variant av utföringsfor- men enligt tig. 4.

Nedanstående beskrivning avser ett sådant fall då hydraulcylindern är av den typ som visats i fig. 2 och som be- skrivits i den franska patentskriften 2.065.698 ovan och där den utnyttjas för elevationsstyrning av en utskjutningsramp.

Fig. 4 kan uppdelas i tre underenheter, nämligen dels '?904h65-? en anordning för elevationsmanövrering av en utskjutningsramp med likartad konstruktion som enligt fig. 5 och innefattande en dubbelverkande hydraulcylinder med en enkel kolvstång, vars delar är betecknade med samma hänvisníngsbeteckningar som i fig. 2, dels ett hydraulsystem, som alstrar det tryck Pe som tillförs hydraulcylinderns kammare 93, vilket hydraulsysten in- nefattar såväl hydraulförbindelser 1, 2 och 5 som en ackumule- tor 25, och dels en elektrisk regleranordning för det hydrau- liska systemet, vilken regleranordning åskådliggjorts genom blocken lö - 24.

Anordningen för reglering eller manövrering av utskjut- ningsrampens elevation är organiserad enligt det ovan beskriv- na klassiska schemat och visas i fig. 5. Nedanstående hänvis- ningsbeteckningar inom parentes anger motsvarande element i ïig. É.

En börvärdessignal 15 (515) för läge leds till en kom- parator l5 (515) för åstadkommande av en felsignal l4 (514).

Denna signal leds i sin tur till blocket ll (511), som repre- senterar element i den direkta kedjan, exempelvis korrektions- nät, och blocket ll är anslutet till styrkretsen 12 (512 och 300) för en servoventil 7 (307) av fyrvägstyp, vilken matar en dubbelverkande hydraulcylinder med en enkel kolvstång (508), vilken hydraulcylinder innefattar två konventionella hydraul- cylindrar 8 och 9, vars kolvstänger 81 och 91 är stelt förbund- na. Den mekaniska kopplingen mellan dessa kolvstänger tillför- säkras medelst den mekaniska elevationsstrukturen 106, som ut- gör en del av systemets belastning (506). En lägesgivare lC (šlO), som är förbunden med denna mekaniska struktur, alstrar en signal, som är signifikativ för höjdläget, och denna signal sänds till komparatorn l5 (315) för att där subtraheras från börvärdessienalen lå (515). Förhållandet mellan givaren 10 och rampen 106 symboliseras medelst en streckad linje, efter- som den exempelvis ër av mekanisk typ.

Servoventilen 7 tillsammans med cylindrarna 8 och 9 har beskrivits ovan och återfinnas i fig. 4 med samma symbo- ler och hänvisningsbeteckningar som i fig. 2 med det enda un- dantaget att det gemensamma tvärstycket 6 enligt fig. 2 i fin. 4 ersatts med den mekaniska elevationsstrukturen 106 hos ut- 'YSÛMGS-'ï 6 skjutningsrampen.

Hydraulsystemet, som alstrar balanseringstrycket Fe, som leds till den undre kammaren 95, innefattar en oleopneuma- tisk aokumulator 25 och tre hydraulförbindelser l, 2 och 5.

Det är laddningen av denna ackumulator 25 som styr trycket Fe.

Förbindelserna 2 och 3 tjänar till laddning respektive avlastning av ackumulatorn 25. Kretsen 2 förbinder ackumule- torn med arbetstrycket lg via en strypning H2 och en servoför- delare D2. Förbindelsen 5 förbinder ackumulatorn med referens- trycket PO via en strypning H5 och en servofördelare D5. 7 Servofördelarna eller -ventilerna D2 och D5 fungerar såsom brytare. De medger passage av fluidumet, när de är öpp- na, och förhindrar flödet, när de är stängda.

Strypningarna R2 och R5, som ger kalibrerade tryckför- luster, bestämmer ackumulatorns 25 laddnings- och avlastnings- hastighet. Tryckförlusternas storlek beror i huvudsak på oba- lansens variationsfunktion, dvs beror i detta speciella fall på ordningsföljden vid avskjutningen av raketerna. Det är ge- nom lämpligt val av strypningarna som anordningens prestations- förmåga kan optimeras.

Ackumulatorn 25 är förbunden med den undre kammaren 95 via hydraulförbindelsen l, i vilken en strypning Rl är an- bragt, som tillförsäkrar dämpning eller borttagande av stör- ningstillstånd hos den mekaniska strukturen. Ned störninga- tillstånd avses sådana mekaniska vibrationer som uppkommer i belastningen. I det här behandlade speciella fallet med en raketutskjutningsramp kan dessa vibrationer exempelvis fram- kallas genom att en raket lämnar rampen.

I vissa fall begränsar strypningen Rl systemets gen- svarshastighet för mycket, i synnerhet när man genomför en målföljning eller inställning av rampen för avskjutning mot ett mål. För att avhjälpa denna brist förbikopplas strypning- en Rl med en förbikopplingskrets, som innefattar en servoven- til Dl. Servoventilen Dl fungerar såsom en brytare. Den är sluten vid normal drift, varvid fluidumet passerar genom gre- nen Rl, medan den är öppen under en snabbinställning-eller återställning, varvid fluidumet passerar genom grenen Dl.

Den elektriska regleranordningen för det hydrauliska 7 vsonuss-1 systemet B påverkar det senare medelst styrenheter 2l, 22 och 25 för de tre servoventilerna Dl, D2 och D,.

Styrningen av servoventilen Dl sker medelst en manuell styrning 24, som kan utgöras av en omkopplare med två lägen.

Omkopplaren eller brytaren 24 påverkar matningen av en styren- het 21 för servoventilen Dl.

Det elektriska reglersystemet för laddningen av acku- mulatorn 25 innefattar hydraulförbindelser 40 och 50, enheter 16 -_20 liksom styr- eller manöverenheterna 22 och 2?.

Hydraulförbindelserna 40 och 50, som är anslutna till hydraulcylinderns matningsförbindelser 4 och 5, leder till en differenstryckgivare 16. Givaren 16, som lämpligen är av trad- töjningsgivartypen, levererar således en signal, som är repre- sentativ för tryckdifferensen mellan förbindelserna 4 och 5, således mellan trycket i de övre kamrarna (82, 92) och trycket i den undre kammaren (85). Vid en första approximation är den- na differens representativ för skillnaden mellan obalansen och balanseringstrycket Pe. Eftersom utskjutningsrampen är regle- rad med avseende på elevationen, så är i själva verket felsig- nalen i allmänhet liten, och den tryckdifferens som åstadkom- mes mellan förbindelserna 4 och 5 medelst servoventilen 7 är i allmänhet ringa i jämförelse med den som uppkommer till följd av obalansvariationer.

Likväl är det vid sådana övergångsskeden då elevations- börvärdes signalen 15 ändras nödvändigt att icke teakta den tryckdifferens som uppkommer genom denna ändring av börvärdet såsom en skillnad mellan obalansen och balanseringstrycket.

För detta ändamål är enheten 16 ansluten till en inhiberings- enhet 17, som dessutom mottager felsignalen 14. Inhiberings- enheten innefattar en tröskel- eller niväkrets och en brytare.

Allteftersom felsignalen 14 är större eller mindre än absolut- värdet för enhetens l? tröskelnivå påverkas eller påverkas icke brytaren, varvid enheten 17 antingen avger en utgångssig- nal lika med noll eller den signal som levereras av enheten 16.

Inhiberingsenheten 17 är kopplad till en enhet 18.

Enheten 18 utgöres av ett lågpassfilter, som elimine- rar eventuella sådana snabba differenstryckvariationer som upp- i kommer vid exempelvis vibrationer framkallade genom avskjut- _ 7901M69? ' 8 ning av en raket. Filtret 18 är anslutet till en enhet 19.

Enheten 19 utgöres av en tröskel- eller nivåkrets, som möjliggör bortskaffande av små variationer hos den signal som levereras av filtret 18, eftersom de icke nödvändigtvis är re- presentativa för en skillnad mellan obalansen och trycket Pe.

Nivåkretsen 19 är ansluten till en logisk styrkrets 20.

Den logiska styrkretsen 20 är påverkbar av tre ingångs- signaltyper, nämligen följande positiva signaler, negativa sig- naler och signaler lika med noll. Den har tvâ utgångar, som är kopplade till var sin styr- eller manöverenhet 22 respektive 25, vilka tillhör servoventilerna D2 respektive D5..

Ifall ingângssignalen till den logiska kretsen 20 är positiv, vilket innebär att trycket i förbindelsen 4 är större än trycket i förbindelsen 5, så öppnar logikkretsen 20 servo- ventilen D5 och håller D2 stängd, så att balanseringstrycket Pe minskas.

Ifall logikkretsens 20 ingångssignal däremot är negativ, så öppnas D2 och stängs D5, så att Pe ökas. lfall logikkretsens 20 ingângssignal är noll, vilket anger antingen att en av enheterna 17, 18 eller 19 har inhibe- rat den av givaren 16 levererade signalen eller att kompense- ringen av obalansen är fullständigt genomförd, håller logikkret- sen 20 de båda servoventilerna stängda.

Man har således åstadkommit en slinga för hydraulisk kompensering av obalansen, varigenom systemet bevarar sina go- da dynamiska egenskaper vid ett tillstând av snabb operation, exempelvis under en fas av inställning mot ett mål, och vari- genom prestationsförmågan optimeras under ett tillstånd av långsam operation, exempelvis vid målföljning.

Hos en variant av den ovan beskrivna utföringsformen ersätts den av differenstryokgivaren 16 alstrade signalen av strömmotkopplingssignalen från styrenheten 12 för servoventi- len 7. Denna variant är mera ekonomisk vad gäller använda ele- ment (elimination av givaren 16) men har sämre prestationsför- måga.

Fig. 5 visar schematiskt den hos denna variant införda modifikationen.

Enheten 12 kan uppdelas i en förstärkare 120, en spole 9 790l»l|65-7 l2l och tva resistanser R och r, varvid resistansen r är belä- gen i motkopplingskretsen, medan resistansen R bildar en jord- förbindelse. Resistansen R är mycket liten i förhållande till resistansen r. Strömmen I genom R är emellertid mycket stor i förhållande till strömmen i genom r och kan således sättas un- gefär lika med strömmen (I + i) genom spolen 121. Potentialen RI i förbindelsepunkten N mellan resistanserna R, r och spolen l2l är således representativ för förskjutningen av ventilens 7 spindel. Man betraktar denna spänning såsom ett mätt för tryck- differensen mellan förbindelserna 4 och 5.

Emellertid är inhiberingsenheten hos denna variant an- sluten med sina ingångar till punkten M och till felsignalen lä.

Eliminerandet av givaren 16 sker till priset av en försämring av nofiârannheten och drift vid styrningen av balanseringstryck- et ke på grund av sådana bristfälligheter som vidlåder servo- ventilen, närmare bestämt dess tröskelvärde, dess hysteres och dess drift.

Ovanstående beskrivning av en hydraulisk servostyrnlnm har genomförts för ett föredraget fall av elevationsstyrning av en raketutskjutningsramp. Men servostyrningen enligt före- liggande uppfinning, som kännetecknas av sin hydrauliska kom- penseringsslinga för obalans, är även användbar såsom sådan oberoende av orsakerna eller riktningen av denna obalans för såvitt som hydraulcylindern hos denna servostyrning är dubbel- verkande och för såvitt som man där har en kammare, där man kan applicera balanseringstrycket åtskilt från styrtrycket.

Denna servostyrning är speciellt väl lämpad för sådana fall då obalansen från belastningen uppvisar starka variatio- ner sàsom fallet är vid en raketutskjutningsramp.

Claims (2)

7904465--7 10 Patentkrav

1. Elektrohydraulisk Servostyrning för en föränderlig last innefattande åtminstone två dubbelverkande arbetscylind- rar (8,9) med var sin enkel kolvstång, varvid kolvstängerna (81,91) är mekaniskt, stelt förbundna samt en första regler- slinga med en servostyrventil (7) för lägesreglering och en andra reglerslinga för kompensering av lastförändringar me- delst en pneumatisk/hydraulisk ackumulator (25), som är för- bunden med den ena arbetscylinderns arbetskammare, k ä n n e - t e c k n a d av att en differenstryckgivare (16) är anordnad att mäta tryckskillnaden mellan arbetscylindrarnas (8,9) övre kammare (82,92) och den med servostyrventilen (7) förbundna nedre kammaren (83) hos den ena arbetscylindern (8), varjämte differenstryckgívarens (16) utgângssignal vid över- eller underskridande av ett konstruktionsbetingat tröskelvärde mins- ; kar eller ökar trycket från fall till fall i ackumulatorn (25) ' via en elektrisk koppling (17,18,19,20), via var sin manöver- enhet (É2,23) och via respektive av denna styrd ventil (D2,D3).

2. Servostyrning enligt krav 1, k ä n n e t e c k ~ n a d av att en första av nämnda ventiler (D2) förbinder en arbetstryckkälla (PS) med ackumulatorn (25) via en första strypning (R2), varjämte den andra av nämnda ventiler (D3) förbinder en referenstryckkälla (PO) med ackumulatorn (25) 1 via en andra strypning (R3). Ä