WO2009127577A1 - Linearisierung hysteresebehafteter aktoren - Google Patents

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WO2009127577A1
WO2009127577A1 PCT/EP2009/054234 EP2009054234W WO2009127577A1 WO 2009127577 A1 WO2009127577 A1 WO 2009127577A1 EP 2009054234 W EP2009054234 W EP 2009054234W WO 2009127577 A1 WO2009127577 A1 WO 2009127577A1
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WO
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actuator
linearization
control voltage
linearization device
control
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PCT/EP2009/054234
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Inventor
Konrad Lentner
Original Assignee
Eads Deutschland Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/062—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. for removing hysteresis

Definitions

  • the invention relates to the linearization of hysteresis actuators.
  • the invention relates to a linearization device for linearizing a hysteresis-type actuator, the use of a linearization device in an aircraft, an aircraft with a linearization device and a method for controlling a hysteresis-type actuator.
  • actuators exhibit hysteresis in their movement. This means that the actuator moves from the undeflected output state to a deflected state upon application of a control signal. If the control signal is reduced back to zero, however, the actuator does not return completely to the non-deflected initial state. Particularly in the case of large-signal operation of piezoelectric actuators, there is a non-linear, hysteresis-related relationship between the applied control voltage and the controlled path of the actuator. This is disturbing for many applications.
  • the described embodiments equally relate to the linearization device, the use, the aircraft and the method.
  • a linearization device for linearizing a hysteresis-type actuator is specified, wherein the linearization device has a control loop with a reference actuator and a regulator.
  • the control loop is designed to generate a predetermined relationship between a control voltage applied to the linearization device and a deflection of the reference actuator from a non-deflected state.
  • the predetermined relationship between the control voltage and the deflection of the reference actuator is effected by feedback.
  • the predetermined relationship between the applied control voltage and the deflection of the reference actuator is set by the control loop, the relationship between the actual main actuator (hereinafter also referred to simply as actuator) and its corresponding control voltage can be adjusted automatically.
  • the predetermined relationship may be linear or non-linear, depending on the application. For example, it may be advantageous for certain applications if the deflection of the actuator is quadratic or exponential increases with increasing control voltage. This relationship can be achieved with the control circuit according to the invention of the linearization device.
  • the reference actuator has a hysteresis behavior which corresponds to a hysteresis behavior of the (main) actuator, which is to be linearized, for example.
  • the two actuators have an analogous, uniform hysteresis behavior.
  • the two actuators can be identical actuators. It may also, according to a further embodiment of the invention, act in the reference actuator to a smaller sized actuator whose hysteresis but is still in a defined relationship to the hysteresis of the main actuator. In this case, the gain of the control voltage in the control loop, for example, is significantly lower than the gain of the control voltage of the main actuator.
  • the control loop can be designed as an independent component electrically isolated.
  • the amplification of the control voltage in the control loop can take place independently of the amplification of the control voltage of the actuator.
  • the predetermined relationship is a linear relationship.
  • the control loop can be adjusted such that a doubling, tripling, etc. of the control voltage leads to a doubling, tripling, etc. of the deflection of the reference actuator and thus also to a corresponding deflection of the main actuator.
  • the linearization device can be set such that a doubling, tripling, etc. of the control voltage to a quadruple, sixfold, etc. of the deflection of the reference actuator and thus also to a corresponding Deflection of the main actuator leads.
  • other relationships linear or nonlinear, possible, depending on the application.
  • control loop has a first power amplifier for amplifying a voltage applied to the reference actuator.
  • main actuator has a second power amplifier for amplifying a voltage applied to the main actuator.
  • the two actuators are piezoelectric actuators.
  • the linearization device is designed as an analog linearization device.
  • the use of digital components is not necessary. Due to the analogue design of the linearization device, digital, time-consuming linearization processes can be avoided.
  • an electrical tap is provided behind the controller, the tap being connected to the second power amplifier of the main actuator, so that the first one Power amplifier of the reference actuator and the second power amplifier are supplied with the same voltage.
  • a voltage generated for linearization of the reference actuator can thus be passed directly to the main actuator.
  • control loop further comprises a measuring device for measuring the relationship between the control voltage applied to the linearization device and the deflection of the reference actuator from the undeflected state.
  • the resulting measurement signal is forwarded to the controller, which then makes a corresponding control of the voltage, so that the predetermined relationship between the deflection and the control voltage is set.
  • the measuring device for measuring the deflection of the reference actuator is executed from the undeflected state.
  • control loop is designed as an independent component for connection to the actuator to be linearized.
  • the control loop can thus be retrofitted easily and is the Häaktuator (Hauptakuator) simply upstream.
  • a linearization device described above in an aircraft is specified.
  • an aircraft is specified with a linearization device described above.
  • the aircraft is, for example, an airplane or a helicopter.
  • the use of a linearization device described above is advantageous because the use of digital, complex circuits can be avoided by the analog design. In this way, the control speed of the device can be increased and the probability of failure lowered.
  • a method for controlling a hysteresis-attached actuator in which a control voltage is applied to a linearization device. Furthermore, a relationship between the control voltage applied to the linearization device and a deflection of a reference actuator from a non-deflected state is measured, and the control voltage is regulated on the basis of the measured deflection. The regulated control voltage is then used to control the hysteresis-based actuator.
  • control of the control voltage is analog.
  • control of the control voltage leads to a linearization of a deflection of the actuator.
  • Fig. 1 shows a schematic circuit diagram of a piezoelectric actuator with a power amplifier.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a circuit diagram of a power amplifier according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 4 shows two aircraft according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a circuit diagram of a piezoelectric actuator 201.
  • the actuator 201 is supplied via the supply line 101 with a control voltage U st .
  • the control voltage is applied to an upstream power amplifier 203, which is connected via line 102 to the actuator 201.
  • the actuator 201 is deflected accordingly. This deflection is symbolized by the arrow 215.
  • the actuator 201 which is, for example, a piezoelectric actuator, does not return to the starting position when the control voltage is lowered to zero volts. not deflected state) back. If you want to reach the undeflected state, you must first apply a corresponding reverse voltage.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a linearization device 200 according to an exemplary embodiment of the invention, which is connected to a main actuator 201.
  • the linearization device 200 has a regulator 203, an amplifier 204, a reference actuator 202 and a measuring device 206.
  • a control voltage U st via line 217 to the Contact 213 created.
  • the controller 203 is connected, which is connected via the line 209 to the amplifier 204 of the reference actuator 202.
  • the amplifier 204 and the reference actuator 202 are connected to each other via the line 210.
  • the reference actuator for example, a piezoelectric reference actuator
  • the reference actuator 202 is deflected, as symbolized by the arrow 216.
  • the measuring device 206 Via the line 211 of the reference actuator 202 is connected to the measuring device 206, which is designed to detect the deflection of the reference actuator 202.
  • the measuring device 206 in turn is connected via the line 212 to the contact 213 in order to supply the controller 203 with the corresponding measured values.
  • the controller 203 regulates the voltage such that the desired relationship between the control voltage U st and the deflection of the reference actuator 202 is achieved.
  • the measuring device 206 may also be a non-contact measuring device which is not connected to the reference actuator 202 via the line 211.
  • it may be an optical measuring device which detects the deflection of the reference actuator, for example via a laser scan.
  • a kind of scale may be mounted on the reference actuator, which is displaced upon deflection of the reference actuator 202 relative to a stationary scale.
  • the relative displacement of the two scales relative to each other can likewise be detected optically, so that it is possible to deduce the deflection of the reference actuator 202.
  • the deflection of the reference actuator via sliding contacts can be done in conjunction with a variable resistor.
  • the measurement of the deflection can also take place via the change of a capacity.
  • a corresponding measured value is transmitted to the controller 203, if necessary after a preparation or analysis.
  • the processing or analysis of the measured value can also take place in the controller 203.
  • a terminal 207 is provided, at which the control voltage U st 'for the power amplifier 205 and the main actuator 201 is tapped.
  • the power amplifier 205 and the actuator 201 are connected to each other via the line 214.
  • the reference actuator 202 and the main actuator 201 have an analogous one
  • the reference actuator is operated in the control loop.
  • the controller 203 high loop gain
  • the control voltage U st ' is the same voltage, which also linearizes the main actuator 201.
  • the high loop gain required for the linearization can be realized in the reference branch with low electrical power.
  • step 301 a control voltage U st is applied to a linearizer. Then the relationship between the control voltage applied to the linearization device and a
  • step 302 Deflection of the reference actuator measured from a non-deflected state (step 302).
  • step 303 the control voltage is then regulated on the basis of the measured deflection, so that the relationship between control voltage and deflection follows a predetermined relationship, for example a linear relationship.
  • step 304 the adjusted control voltage is then used to control the actuator to be linearized.
  • Fig. 4 shows schematic embodiments of aircraft according to the invention.
  • the linearizers 200 are housed in the wing 403, the fuselage 404, and the tail 405.
  • the actuators to be linearized are used, for example, to damp vibrations or vibrations or to change a material deformation.
  • the aircraft 402 is a helicopter in which linearization devices 200 are accommodated in the rotor blades 406 in order, for example, to control flaps in the rotor.
  • linearization devices 200 are accommodated in the rotor blades 406 in order, for example, to control flaps in the rotor.
  • “comprising” and “having” does not exclude other elements or steps, and "a” or “an” does not exclude a plurality.
  • features or steps described with reference to any of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limitations.

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

Gemäß der Erfindung wird die Bewegung eines hysteresebehafteten Aktuators (201) mit Hilfe einer analogen Regelschleife (200) linearisiert, indem ein Referenz- Aktuator (202) und ein Regler (203) eingesetzt werden. Der Referenz- Aktuator wird vermessen und die Steuerspannung derart angepasst, dass der gewünschte Zusammenhang zwischen der ursprünglich angelegten Steuerspannung Ust und der Auslenkung (215) erreicht wird. Die Aktuatoren wesen jeweils eigene Leistungsverstärker (204, 205) auf.

Description

Linearisierung hysteresebehafteter Aktoren
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Linearisierung hysteresebehafteter Aktuatoren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Linearisierungseinrichtung zur Linearisierung eines hysteresebehafteten Aktuators, die Verwendung einer Linearisierungseinrichtung in einem Luftfahrzeug, ein Luftfahrzeug mit einer Linearisierungseinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines hysteresebehafteten Aktuators.
Technologischer Hintergrund
Viele Aktuatoren weisen bei ihrem Bewegungsablauf eine Hysterese auf. Dies bedeutet, dass der Aktuator sich bei Anlegen eines Steuersignals von dem nicht ausgelenkten Ausgangszustand in einen ausgelenkten Zustand bewegt. Wird das Steuersignal wieder auf Null zurückgefahren, kehrt aber der Aktuator nicht mehr vollständig in den nicht ausgelenkten Ausgangszustand zurück. Insbesondere beim Großsignalbetrieb piezoelektrischer Aktoren besteht ein nicht linearer, hysteresebehafteter Zusammenhang zwischen der angelegten Steuerspannung und dem gesteuerten Weg des Aktuators. Für viele Anwendungen ist dies störend.
Digitale Verfahren zur Linearisierung solcher Aktuatoren sind oft rechenzeitaufwändig .
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Linearisierung eines hysteresebehafteten Aktuators bereitzustellen. Es sind eine Linearisierungseinrichtung zur Linearisierung eines hysteresebehafteten Aktuators, eine Verwendung, ein Luftfahrzeug und ein Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche angegeben. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen gleichermaßen die Linearisierungseinrichtung, die Verwendung, das Luftfahrzeug und das Verfahren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Linearisierungseinrichtung zur Linearisierung eines hysteresebehafteten Aktuators angegeben, wobei die Linearisierungseinrichtung eine Regelschleife mit einem Referenz- Aktuator und einem Regler aufweist. Die Regelschleife ist zur Erzeugung eines vorbestimmten Zusammenhangs zwischen einer an die Linearisierungseinrichtung angelegten Steuerspannung und einer Auslenkung des Referenz- Aktuators aus einem nicht ausgelenkten Zustand ausgeführt.
Der vorbestimmte Zusammenhang zwischen der Steuerspannung und der Auslenkung des Referenz-Aktuators erfolgt durch Rückkopplung. Indem durch die Regelschleife der vorbestimmte Zusammenhang zwischen der angelegten Steuerspannung und der Auslenkung des Referenz-Aktuators eingestellt wird, kann automatisch auch der Zusammenhang zwischen dem tatsächlichen Hauptaktuator (im Folgenden auch lediglich als Aktuator bezeichnet) und seiner entsprechenden Steuerspannung eingestellt werden.
Der vorbestimmte Zusammenhang kann hierbei, je nach Anwendungsfall, linear oder auch nicht linear sein. Beispielsweise mag es für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft sein, wenn die Auslenkung des Aktuators quadratisch oder exponentiell mit zunehmender Steuerspannung ansteigt. Dieser Zusammenhang kann mit dem erfϊndundungsgemäßen Regelkreis der Linearisierungseinrichtung erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung weist der Referenz- Aktuator ein Hystereseverhalten auf, das mit einem Hystereseverhalten des (Haupt-) Aktuators, der beispielsweise linearisiert werden soll, korrespondiert.
Beispielsweise weisen die beiden Aktuatoren ein analoges, gleichförmiges Hystereseverhalten auf. Die beiden Aktuatoren können identische Aktuatoren sein. Auch mag es sich, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Referenz- Aktuator um einen geringer dimensionierten Aktuator handeln, dessen Hystereseverhalten aber dennoch in einem definierten Zusammenhang zu dem Hystereseverhalten des Hauptaktuators steht. In diesem Fall ist die Verstärkung der Steuerspannung im Regelkreis beispielsweise deutlich geringer, als die Verstärkung der Steuerspannung des Hauptaktuators.
Der Regelkreis kann als eigenständiges Bauteil elektrisch isoliert ausgeführt sein. Die Verstärkung der Steuerspannung im Regelkreis kann unabhängig von der Verstärkung der Steuerspannung des Aktuators erfolgen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der vorbestimmte Zusammenhang ein linearer Zusammenhang. So kann die Regelschleife derart eingestellt sein, dass eine Verdoppelung, Verdreifachung, etc. der Steuerspannung zu einer Verdoppelung, Verdreifachung, etc. der Auslenkung des Referenz- Aktuators und somit auch zu einer entsprechenden Auslenkung des Hauptaktuators führt. Auch kann die Linearisierungseinrichtung derart eingestellt sein, dass eine Verdoppelung, Verdreifachung, etc. der Steuerspannung zu einer Vervierfachung, Versechsfachung, etc. der Auslenkung des Referenz- Aktuators und somit auch zu einer entsprechenden Auslenkung des Hauptaktuators führt. Auch sind andere Zusammenhänge, linear oder nichtlinear, möglich, je nach Anwendungsfall.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Regelschleife einen ersten Leistungsverstärker zur Verstärkung einer an den Referenz- Aktuator angelegten Spannung auf. Weiterhin weist der Hauptaktuator einen zweiten Leistungsverstärker zur Verstärkung einer an den Hauptaktuator angelegten Spannung auf.
Auf diese Weise kann bei einer verhältnismäßig geringen Steuerspannung bereits eine große Auslenkung der Aktuatoren erzielt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei den beiden Akutatoren um piezoelektrische Aktuatoren.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Linearisierungseinrichtung als analoge Linearisierungseinrichtung ausgeführt. Somit ist die Verwendung digitaler Bauteile nicht notwendig. Aufgrund der analogen Ausführung der Linearisierungseinrichtung können digitale, rechenzeitaufwändige Verfahren zur Linearisierung vermieden werden.
Auf diese Weise kann eine kostengünstige Linearisierungseinrichtung mit hoher Bandbreite bereitgestellt werden, welche flexibel einsetzbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein elektrischer Abgriff hinter dem Regler vorgesehen, wobei der Abgriff mit dem zweiten Leistungsverstärker des Hauptaktuators verbunden ist, so dass der erste Leistungsverstärker des Referenz- Aktuators und der zweite Leistungsverstärker mit derselben Spannung versorgt sind.
Eine zur Linearisierung des Referenz- Aktuators erzeugte Spannung kann somit direkt an den Hauptaktuator weitergegeben werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Regelschleife weiterhin eine Messvorrichtung zur Messung des Zusammenhangs zwischen der an die Linearisierungseinrichtung angelegten Steuerspannung und der Auslenkung des Referenz- Aktuators aus dem nicht ausgelenkten Zustand auf.
Das resultierende Messsignal wird an den Regler weitergegeben, der daraufhin eine entsprechende Regelung der Spannung vornimmt, so dass der vorbestimmte Zusammenhang zwischen der Auslenkung und der Steuerspannung eingestellt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Messvorrichtung zur Messung der Auslenkung des Referenz- Aktuators aus dem nicht ausgelenkten Zustand ausgeführt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Regelschleife als eigenständiges Bauteil zum Anschluß an den zu linearisierenden Aktuator ausgeführt. Die Regelschleife kann somit einfach nachgerüstet werden und wird dem Arbeitsaktuator (Hauptakuator) einfach vorgeschaltet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verwendung einer oben beschriebenen Linearisierungseinrichtung in einem Luftfahrzeug angegeben. Gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist ein Luftfahrzeug mit einer oben beschriebenen Linearisierungseinrichtung angegeben.
Bei dem Luftfahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Flugzeug oder einen Helikopter. Gerade im Bereich der Luftfahrt ist die Verwendung einer oben beschriebenen Linearisierungseinrichtung vorteilhaft, weil durch die analoge Bauweise die Verwendung digitaler, aufwändiger Schaltkreise vermieden werden kann. Auf diese Weise können die Regelungsgeschwindigkeit der Einrichtung erhöht und die Ausfallwahrscheinlichkeit gesenkt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines hysteresebhafteten Aktuators angegeben, bei dem eine Steuerspannung an eine Linearisierungseinrichtung angelegt wird. Weiterhin wird ein Zusammenhang zwischen der an die Linearisierungseinrichtung angelegten Steuerspannung und einer Auslenkung eines Referenz- Aktuators aus einem nicht ausgelenkten Zustand gemessen und die Steuerspannung auf Basis der gemessenen Auslenkung geregelt. Die geregelte Steuerspannung wird dann zur Steuerung des hysteresebhafteten Aktuators verwendet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Regelung der Steuerspannung analog.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung führt die Regelung der Steuerspannung zu einer Linearisierung einer Auslenkung des Aktuators.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines piezoelektrischen Aktuators mit einem Leistungsverstärker.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltbildes eines Leistungsverstärkers gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt zwei Luftfahrzeuge gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. In der folgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen oder ähnlichen Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltbildes eines piezoelektrischen Aktuators 201. Der Aktuator 201 wird über die Zuleitung 101 mit einer Steuerspannung Ust versorgt. Die Steuerspannung wird an einem vorgeschalteten Leistungsverstärker 203 angelegt, der über die Leitung 102 mit dem Aktuator 201 verbunden ist. Beim Anlegen der Steuerspannung Ust wird der Aktuator 201 entsprechend ausgelenkt. Diese Auslenkung ist durch den Pfeil 215 symbolisiert.
Wird das Vorzeichen der Steuerspannung Ust umgekehrt, erfolgt die Auslenkung in entgegengesetzter Richtung. Aufgrund eines Hystereseeffekts kehrt der Aktuator 201, bei dem es sich z.B. um einen piezoelektrischen Aktuator handelt, bei Herunterfahren der Steuerspannung auf Null Volt nicht in die Ausgangsposition (sog. nicht ausgelenkter Zustand) zurück. Möchte man den nicht ausgelenkten Zustand erreichen, muss zuerst eine entsprechende Gegenspannung angelegt werden.
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer Linearisierungseinrichtung 200 gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung, welche an einen Hauptaktuator 201 angeschlossen ist. Die Linearisierungseinrichtung 200 weist einen Regler 203, einen Verstärker 204, einen Referenz- Aktuator 202 sowie eine Messeinrichtung 206 auf.
An die Linearisierungseinrichtung 200 (welche nicht nur zur Linearisierung sondern ganz allgemein zur Erzeugung eines vorbestimmten Zusammenhangs zwischen der Steuerspannung Ust und der Auslenkung des Referenz- Aktuators 202 bzw. des Hauptaktuators 201 vorgesehen ist) wird eine Steuerspannung Ust über die Leitung 217 an den Kontakt 213 angelegt.
An den Kontakt 213 ist der Regler 203 angeschlossen, welcher über die Leitung 209 an den Verstärker 204 des Referenz- Aktuators 202 angeschlossen ist. Der Verstärker 204 und der Referenz- Aktuator 202 sind über die Leitung 210 miteinander verbunden. Durch Veränderung der Steuerspannung Ust wird der Referenz- Aktuator (beispielsweise ein piezoelektrischer Referenz- Aktuator) 202 ausgelenkt, wie durch den Pfeil 216 symbolisiert.
Über die Leitung 211 ist der Referenz- Aktuator 202 an die Messeinrichtung 206 angeschlossen, welche zur Detektion der Auslenkung des Referenz- Aktuators 202 ausgeführt ist. Die Messeinrichtung 206 wiederum ist über die Leitung 212 an den Kontakt 213 angeschlossen, um den Regler 203 mit den entsprechenden Messwerten zu versorgen. Auf Basis der Messwerte regelt der Regler 203 die Spannung derart, dass der gewünschte Zusammenhang zwischen der Steuerspannung Ust und der Auslenkung des Referenz- Aktuators 202 erreicht wird. Bei der Messeinrichtung 206 kann es sich auch um eine berührungslose Messeinrichtung handeln, welche nicht über die Leitung 211 mit dem Referenz- Aktuator 202 verbunden ist. Beispielsweise kann es sich um eine optische Messeinrichtung handeln, welche die Auslenkung des Referenz- Aktuators beispielsweise über eine Laserabtastung detektiert. Auch kann auf dem Referenz- Aktuator eine Art Maßstab angebracht sein, welcher bei Auslenkung des Referenz- Aktuators 202 gegenüber einem stationären Maßstab verschoben wird. Die relative Verschiebung der beiden Maßstäbe zueinander kann ebenfalls optisch detektiert werden, so dass auf die Auslenkung des Referenz- Aktuators 202 rückgeschlossen werden kann. Auch kann die Auslenkung des Referenz- Aktuators über Schleifkontakte in Verbindung mit einem veränderbaren Widerstand erfolgen. Alternativ kann die Messung der Auslenkung auch über die Veränderung einer Kapazität erfolgen.
Ein entsprechender Messwert wird, ggf. nach einer Aufbereitung oder Analyse, an den Regler 203 übermittelt. Die Aufbereitung oder Analyse des Messwerts kann auch im Regler 203 erfolgen.
Zwischen dem Regler 203 und dem Verstärker 204 ist ein Anschluss 207 vorgesehen, an dem die Steuerspannung Ust' für den Leistungsverstärker 205 bzw. den Hauptaktuator 201 abgegriffen wird. Der Leistungsverstärker 205 und der Aktuator 201 sind über die Leitung 214 miteinander verbunden.
Der Referenz- Aktuator 202 und der Hauptaktuator 201 weisen ein analoges
Hystereseverhalten auf. Der Referenz- Aktuator wird in der Regelschleife betrieben. Durch die entsprechende Auslegung des Reglers 203 (hohe Schleifenverstärkung) wird erreicht, dass sich ein linearer Zusammenhang zwischen der Ansteuerspannung Ust und dem Weg des Referenz- Aktuators (siehe Pfeil 216) ergibt. Damit ist die Stellspannung Ust' dieselbe Spannung, die auch den Hauptaktuator 201 linearisiert.
Die für die Linearisierung erforderliche hohe Schleifenverstärkung kann im Referenz-Zweig mit niedriger elektrischer Leistung realisiert werden.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Schritt 301 wird eine Steuerspannung Ust an eine Linearisierungseinrichtung angelegt. Daraufhin wird der Zusammenhang zwischen der an die Linearisierungseinrichtung angelegten Steuerspannung und einer
Auslenkung des Referenz- Aktuators aus einem nicht ausgelenkten Zustand gemessen (Schritt 302). In Schritt 303 wird dann die Steuerspannung auf Basis der gemessenen Auslenkung geregelt, so dass der Zusammenhang zwischen Steuerspannung und Auslenkung einem vorbestimmten Zusammenhang folgt, beispielsweise einem linearen Zusammenhang. In Schritt 304 wird dann die eingeregelte Steuerspannung zur Steuerung des zu linearisierenden Aktuators verwendet.
Fig. 4 zeigt schematische Ausführungsbeispiele von Luftfahrzeugen gemäß der Erfindung. In dem ersten Luftfahrzeug 401, bei dem es sich um ein Flugzeug handelt, sind die Linearisierungseinrichtungen 200 im Flügel 403, im Rumpf 404 und im Leitwerk 405 untergebracht. Die zu linearisierenden Aktuatoren werden beispielsweise zur Dämpfung von Schwingungen oder Vibrationen oder zur Veränderung einer Materialverformung eingesetzt.
Bei dem Luftfahrzeug 402 handelt es sich um einen Helikopter, bei dem in den Rotorblättern 406 Linearisierungseinrichtungen 200 untergebracht sind, um beispielsweise Klappen im Rotor zu steuern. Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend" und „aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Linearisierungseinrichtung zur Linearisierung eines hysteresebehafteten Aktuators, die Linearisierungseinrichtung aufweisend: eine Regelschleife mit einem Referenz- Aktuator (202) und einem Regler (203); wobei die Regelschleife zur Erzeugung eines vorbestimmten Zusammenhangs zwischen einer an die Linearisierungseinrichtung (200) angelegten Steuerspannung (217) und einer Auslenkung (216) des Referenz- Aktuators (202) aus einem nicht ausgelenkten Zustand ausgeführt ist; wobei die Regelschleife einen ersten Leistungsverstärker (204) zur Verstärkung einer an den Referenz- Aktuator (202) angelegten Spannung aufweist; und wobei der Aktuator (201) einen zweiten Leistungsverstärker (205) zur
Verstärkung einer an den Aktuator (201) angelegten Spannung aufweist.
2. Linearisierungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Referenz- Aktuator (202) ein Hystereseverhalten aufweist, das mit einem Hystereseverhalten eines zu linearisierenden Aktuators (201) korrespondiert.
3. Linearisierungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der vorbestimmte Zusammenhang ein linearer Zusammenhang ist.
4. Linearisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den Aktuatoren (201, 202) um piezoelektrische Aktuatoren handelt.
5. Linearisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linearisierungseinrichtung als analoge Linearisierungseinrichtung ausgeführt ist.
6. Linearisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein elektrischer Abgriff (207) hinter dem Regler (203) vorgesehen ist; wobei der Abgriff (207) mit dem zweiten Leistungsverstärker (205) des Aktuators (201) verbunden ist, so dass der erste Leistungsverstärker (204) und der zweite Leistungsverstärker (205) mit derselben Spannung versorgt sind.
7. Linearisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelschleife weiterhin eine Messvorrichtung (206) zur Messung des Zusammenhangs zwischen der an die Linearisierungseinrichtung (200) angelegten Steuerspannung (217) und der Auslenkung (216) des Referenz- Aktuators (202) aus dem nicht ausgelenkten Zustand aufweist.
8. Linearisierungseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Messvorrichtung (206) zur Messung der Auslenkung (216) des Referenz- Aktuators (202) aus dem nicht ausgelenkten Zustand ausgeführt ist.
9. Linearisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelschleife als eigenständiges Bauteil ausgeführt ist, das zum Anschluß an den zu linearisierenden Aktuator (201) ausgeführt ist.
10. Verwendung einer Linearisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Luftfahrzeug.
11. Luftfahrzeug mit einer Linearisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
12. Verfahren zur Steuerung eines hysteresebehafteten Aktuators (201), das Verfahren aufweisend die Schritte:
Anlegen einer Steuerspannung (217) an eine Linearisierungseinrichtung (200);
Verstärken der an einen Referenz- Aktuator (202) der
Linearisierungseinrichtung (200) angelegten Steuerspannung (217) durch einen ersten Leistungsverstärker (204);
Messen eines Zusammenhangs zwischen der an die
Linearisierungseinrichtung (200) angelegten Steuerspannung (217) und einer Auslenkung (216) des Referenz- Aktuators (202) aus einem nicht ausgelenkten Zustand; Regeln der Steuerspannung (217) auf Basis der gemessenen Auslenkung;
Verstärken der an den hysteresebehafteten Aktuator (201) angelegten geregelten Steuerspannung (217) durch einen zweiten Leistungsverstärker (205);
Verwenden der geregelten Steuerspannung zur Steuerung des hysteresebehafteten Aktuators (201).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Regelung der Steuerspannung analog erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Regelung der Steuerspannung zu einer Linearisierung einer Auslenkung des Aktuators führt.
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