DE2000724A1 - Begrenzerschaltung fuer das Stellglied eines elektrischen Servoregelkreises - Google Patents

Description

United Aircraft Corporation

4oo IYlain Street 7. Januar 197o

East Hartford, Connecticut 06I08

Begrenzerschaltung für das Stellglied eines elektrischen ServoX'-

regelkreises

Priorität: USA 794.625
Patentanmeldung vom 28. Januar 1969

Die v/orliegende Erfindung betrifft eine Begrenzerschaltung mit Verstärker für das Stellglied eines elektrischen Servoregelkreises, das in zuuei Richtungen betreibbar ist, in Abhängigkeit v/on einer Stellungsbezugsspannung und einer Stellungsrückkopplungsspannung. In vielen bekannten Servoregelkreisen kann ein Stellungsbezugssignal angelegt werden, das eine Stellung angibt, die über einer mechanischen Begrenzung oder einer anderen physischen Begrenzung der Stellung des Stellgliedes hinausliegt. UJenn dies eintritt, wird der Servomotor eingeschaltet bleiben und das Stellglied gegen die Begrenzung treiben. Dies bewirkt, daß der Motor seine volle Kippleistung verbraucht solange diese Bedingung vorherrscht. In vielen Fällen, insbesondere bei Hochleistungsservomotoren, kann dies zu einer überhöhten Überhitzung führen, die ihrerseits die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Motors herabsetzt. Um dies zu umgehen, sind in bekannten Vorrichtungen Verstärkungsbegrenzungen vorgesehen, u/snn immer Stellungen nahe an der Begrenzung festgestellt u/erden. Jedoch sind solche Begrenzungen auch dann u/irksam, wenn das Stellglied sich von dBr Wegbegrenzung entfernt. Also besteht daher ein beträchtlicher Verlust an Ans.prechgeschu/indigkeit des Systems durch diese Begrenzung.

Die Aufgabe der vorliegendön Erfindung ist es, für das Stellungsbazugssignal eine wirksame Begrenzung in einem Punkt sehr nahe an

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dem Wegende des Servosystems worzusehen, bei einer engen Toleranz für die möglichen Speisespannungsschwankungen, und die möglichen Temperaturbedingungen, ohne Verlust an Wirksamkeit.

Gemäss der vorliegenden Erfindung ist im Servoverstärker ein Rückkopplungskreis vorgesehen, der in Abhängigkeit eines Potentials, das die Annäherung der Begrenzung darstellt, den Ausgang des Verstärkers im wesentlichen auf einer Spannung festhält, die einer gegebenen Stellungsbezugsspannung entspricht. Der Rückkopplungskreis ist nur bei l/erstärkerausgangsspannungen solcher Polarität in Betrieb, die das Stellglied gegen die Begrenzung bewegen und ist ausser Betrieb, wenn Spannungen vorliegen, die das Stellglied von der Begrenzung wegbewegen.

Die vorliegende Erfindung liefert eine relativ/ billige und zuverlässige l/erbesserungsmöglichkeit für Servobegrenzer im'Bereich einer Wegbegrenzung, ohne Verlust an Ansprecheigenschaften des Systems, wenn das Stellglied sich von der Wegbegrenzung entfernt. Diese Vorrichtung ist genau genug, in einem weiten Temperatur - und Spannungsbereich und kann mit einfachen Mitteln hergestellt werden .

Die Erfindung wird nun anhand der beigegebenen Zeichnung, die eine bevorzugte Ausführungsfarm der Erfindung darstellt, beschrieben werden.

In der Fig. 1 ist ein Stellglied 1o dargestellt, das von einem fc Wechselstrommotor 12 angetrieben wird, der auf einen lYlodulator in Abhängigkeit von einem Gleichspannungspotential anspricht, das von einem Verstärker 16 an den lYlodulator 14 geliefert wird. Der Verstärker 16 spricht seinerseits auf Signale an, die von einem Rückkopplungswiderstand 1B, einem Eingangssteuersignal über einen Widerstand 2o und ein Stellungsrückkopplungssignal über einen Widerstand; 22 anspricht, welche Widerstände alle im Summierungspunkt 24 zusammengefasst sind, und an den negativen Eingang 26 des Verstärkers 16 angeschlossen sind. In Abhängigkeit von einem negativen Signal am Eingang 26 wird ein positives Signal am Aus. gang 28 des Verstärkers 16 erzeugt. Zur Erklärung wird angenommen, dass das positive Signal am Ausgang 28 den Wechselstrommotor 12 derart antreibt, daß das Stellglied 1o sich in Richtung auf die

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Begrenzung hin bewegt. Es wird lueiter angenommen, daß diese Begrenzung mit dem heissen Anschluss des Rückkopplungspotentiometers 3o übereinstimmt, dessen Läufer an den Widerstand 22 angeschlossen ist,, um eine Information über die Ist-Stellung des Stellgliedes an die Servoschleife abzugeben. Der Schleifer uiird won Servoglied 1o bewegt. Der Widerstand 2o ist an eine. Steuerschaltung 32 der Stellungsbezugsspannung angeschlossen, die z.B. eine handbediente Vorrichtung sein kann, welche die gewünschte Stellung des Stellgliedes durch Bereitstellung eines geeigneten Potentials angibt, wie es z.B. mit Hilfe einer Spannungsquelle und einem Potentiometer geschehen kann. Die Rückkopplungsschleife, einschliesslich des Uliderstandes 18, enthält einen Demodulator 34, um ein UJechselspannungspotential in ein Gleichspannungspotential für den Rückkopplungseingang des Uerstärkers zu erzeugen.

Das bis hierhin beschriebene System ist ein typisches Servosystem bekannter Art Die weitere Beschreibung betrifft nun den Wegbegrenzer der Erfindung.

Zur weiteren Erklärung sei angenommen, daß das Stellglied sich in Richtung auf das heisse Ende des Potentiometers 3o zu bewegt und gegen eine Begrenzung aufläuft, we.'.,i der Schleifer des Potentiometers 3o sich dessen positivem Ende nähert. Der Stromkreis, der jetzi beschrieben wird, wird benutzt, um den Betrieb des Servosystems einzuschränken, wenn das Stellglied sich der Wegbegrenzung nähert. Der Schleifer des Potentiometers 3o ist an einen Widerstand 36 angeschlossen und über ein weiteres Potentiometer 38 und einen Widerstand 4o an eine negative Spannungsquelle. Folglich wird ein Spannungsteiler von der positiven Potentialquelle über das Rückkopplungspotentiometer 3o und die Widerstände 36, 38 und 4o gebildet zur negativen Potenti*lquelle. Die Basis eines Transistors 42 ist an den Schleifer des Potentiometers 38 angeschlossen, welcher Schleifer eingestellt werden kann, um den Arbeitspunkt des Transistors 42 im Zusammenhang mit der Stellung des Schleifers des Potentiometers 3o einzustellen und an die Ist-Spannung und die Widerstandswerte des Systems anzupassen. Der Emitter 44 des Transistors 42 ist an den Summierungspunkt 44 angeschlossen und der Kollektor 46 des Transistors 42 ist über eine Diode 48 an den Aus-

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gang 28 des Verstärkers 16 angeschlossen. Die Diode 48 ist so gepolt, daß sie leitend ist, wenn der Ausgang des Verstärkers 16 positiv ist. Also kann der Transistor 42 seinerseits nur während den positiven Ausgangssignalen des Verstärkers 16 in Betrieb sein. Angenommen, die Widerstände 36, 38, 4o und die Einstellung des Schleifers am Potentiometer 38 sind alle so gewählt, daß ein sauberer Betrieb stattfindet, wenn der Schleifer des Potentiometers 3o einen gegebenen Punkt nahe an der Wegbegrenzung erreicht, wenn Begrenzung eintreten soll, wird der Transistor 42 leitend, und den Ausgang des Verstärkers 16, im Punkte 28 des Summierungsnetzwerkes 24, am Eingang 26 des Verstärkers 16 anschliessen. Dies v/erbindet den Ausgang des Verstärkers 16 wirksam mit jenem Potential und verhindert, daß das Stellglied weiter angetrieben wird. So ist das Stellglied elektrisch in seinem Weg begrenzt, bevor es die mechanische Begrenzung erreicht und gegen diese Begrenzung aufläuft .

Es sei jetzt angenommen, daß das Stellglied sich dem kalten Ende; des Potentiometers 3o nähert. Um eine Begrenzung in dieser Richtung zu erhalten, ist der Widerstand 36 auch über einen Potentiometer 5o und einen Widerstand 52 an eine positive Spannungsquelle angeschlossen. Der Schleifer des Potentiometers 5o ist an die Basis eines Transistors PNP 54 angeschlossen, dessen Emitter 56 an den Summierungspunkt 24 angeschlossen ist. Der Kollektor 58 des Transistors 54 ist über eine Diode 6o an den Ausgang 28 des Verstärkers 16 angeschlossen. Nur wenn der Ausgang des Verstärkers 16 negativ ist, wird die Diode 6o leitend und deshalb der Transistor 54 den Verstärker 16 nur in den Fällen sperren, wenn das kalte Ende des Potentiometers 3o in Abhängigkeit eines negativen Ausgangssignales erreicht wird.

Im ersten Fall, wenn das Stellglied sich in Richtung des heissen Endes des Rückkopplungspotentiometers 3o bewegt und der Steuerkreis 32 der Stellungsbezugsspannung so eingestellt wird, daß eine positive Spannung auftritt, welche das Stellglied in sine Stellung treiben möchte, die (3em kalten Ende des Rückkopplungspotentiometers 3d entspricht, dann wird der Ausgang des Verstärkers 16 negativ, so daß dieDiode 48 gesperrt wird, und die Begrenzungswirkung der

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Rückkopplung über den Transistor 42 das UJegbeujegen des Stellgliedes uon der Begrenzung nicht beeinflusst. Andererseits, sobald der negative Ausgang des Verstärkers 16 die Diode 48 sperrt, ujird die Diode '6o leitend. Da aber der Schleifer des Rückkopplungspotentiometers 3o sich nahe dem einen Ende befindet, leitet der Transistor 54 nicht, so daß keine Begrenzungswirkung entsteht, bis das Stellglied den ganzen UJeg bis zum kalten Ende des Rückkopplungs- ' potentiometers 3o durchlaufen hat.

Es sei bemerkt, daß die Transistoren 42, 54 direkt durch die Potentiale gesteuert werden, welche durch das Rückkopplungspotentiometer erzeugt werden, und deshalb F.ehler beim Betreibendes Sperrens des Servosystems gemäss der vorliegenden Erfindung minimal sind. In ähnlicher .Weise, unabhängig von dem kleinen Änderungen der Speisespannung, die auftreten können, und den UJiderstandsänderungen, in Abhängigkeit von Temperaturänderungen, liefert der Betrieb mit einer Sperrungsrückkopplungsschleife, welche direkt von dem Rückkopplungspotentiometer gesteuert wird, eine relativ genaue Wirkungsweise.

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Eine Begrenzerschaltung mit Verstärker in einem Servosystem zum Antreiben eines in zwei Richtungen betreibbaren Stellgliedes mit Abhängigkeit uon einer Stellungsbezugsspannung und einer Stellungsrückkopplungsspannung, gekennzeichnet durch wenigstens eine auf eine gegebene Polarität der Ausgangsspannung des Verstärkers und auf ein Stellungsrückkopplungspotential, welches einer gewünschten lYlaximalsteilung des Stellgliedes in der gegebenen Polarität des Ausgangs des Verstärkers entsprechenden Richtung entsptricht, ansprechende Vorrichtung zum Anlegen wenigstens eines Teiles der Ausgangsspannung des Verstärkers an dessen Eingang zur Blockierung desselben.

2. Begrenzerschaltung mit Verstärker in einem Servosystem zum Antreiben eines in zuiei Richtungen betreibbaren Stellgliedes mit Abhängigkeit uon einer Stellungsbezugsspannung und einer Stellungsrückkopplungsspannung, gekennzeichnet durch mindestens eine auf eine gegebene Polarität der Ausgangsspannung des Verstärkers und auf ein Stellungsrückkopplungssignal, welches _:einar gewünschten Maximalstellung des Stellgliedes in der der gegebenen Polarität der Ausgangsspannung des Verstärkers entsprechenden Richtungentspricht, ansprechende Vorrichtung, welche die Verstärkung des Verstärkers wesentlich mit Bezug auf die Eingangssignale, welche der gegebenen Richtung entsprechend herabsetzt.

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