DE2431912C2

DE2431912C2 - Vorrichtung zur Überwachung eines durch ein elektrisches Führungssignal angesteuerten Stellmotors

Info

Publication number: DE2431912C2
Application number: DE2431912A
Authority: DE
Inventors: Lasaros Dipl.-Ing. 7772 Uhldingen Goumas; Peter Dipl.-Ing. 7770 Überlingen Wüst
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1974-07-03
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1984-01-26
Also published as: DE2431912A1

Description

proportional ist, der gleich ist dem bei normalem ι
trieb gültigen Verhältnis von Steuersignal (/,) zu Stellgeschwindigkeit (xj.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal bis zu einem Sättigungswert (I_max) der Differenz von Führungssignal (x,,) und Rückführungssignal (x_a]) proportional ist, daß der Stellmotor (10) laufgeschwindigkeitsbegrenzt und die Stellgeschwindigkeit (xj bis zu einem Grenzwert (x_amax) proportional dem Steuersignal (/,) is» und daß dem Proportionalbereich des Steuersignals (Z₁) der Proportionalbereich der Stellgeschwindigkeit (X₀; genau zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Ansprac¹- 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückfuhrsignal {x_al) der Stellungsrückfuhrung (Ig) über ein differenzierendes Netzwerk (38) dem Steuersignal (Z₁) entgegengeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das differenzierende Netzwerk ein Hochpaßfilter (38) ist und daß das Steuersignal (/■) über ein Tiefpaßfilter (42) verzögert aufgeschaltet ist, dessen Zeitkonstante (T₀) gleich der des Hochpaßfilters (38) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwellwertschalter (52) ein Zeitmonitor (56) nachgeschaltet ist, der ein Störsignal (M_2i) dann und nur dann abgibt, wenn die Dauer eines Schwellwertschalter-Ausgangssignals (Mn) eine vorgegebene Zeit (7) überschreitet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in parallelen Kanälen wenigstens zwei gleichartigen Führungssignalen Ix... χ.-Λ ie ein Rückführsignal (x_aU x_al) der Stellungsrückführung (i8,20) entgegengeschaltet ist und daß die Differenzsignale (x,, - x_al; x_e2 - x_a2) an einer an die Laufgeschwindigkeitsbegrenzung des Stellmotors (10) angepaßten Begrenzerstufe (32,34) aniiegen, deren Aüsgangssignale (J₁,I₂) zur Bildung des Steuersignals (l_g) zusammengeschaltet sind, daß jedem Ausgangssignal (I₁, I₁) einer Begrenzerstufe (32, 34) ein durch Differentiation des zugehörigen Rückführsignals (x_el, x_oJ) gewonnenes Stellgeschwindigkeitssignal

zur Bildung je eines Störsignals (S₁, S₂) entgegengeschaltet ist, das an je einem Schwellwertschalter (52, 54) anliegt, und daß die von den Schwellwertschaltera (52,54) erzeugten Ausgangssignale (M_n, M₁₂), ggf. nach Überwachung hinsichtlich ihrer Dauer, über ein ODER-Glied (60) zu einer Fehleranzeige verknüpft sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitmonitor (56) einen als Komparator geschalteten Operationsverstirker (104) enthält, an dessen invertierendem Eingang über einen Widerstand (106) Massepotential als Referenzpotential liegt und dessen nichtinvertierender Eingang über einen Kondensator (108) mit Massepotential und über die Parallelschaltung eines Widerstandes (114) und einer Diode (112) mit Durchlaßrichtung zu dem Eingang hin sowie einen damit in Reihe liegenden weiteren Widerstand (110) mit einer positiven Versorgungsspsimung verbunden ist, und daß der Ausgang des zwischen positiver und negativer Ausgangsspannung umschaltenden Schwellwertschalter (52) zwischen der besagten Parallelschaltung (112,114) und dem besagten weiteren Widerstand (110) anliegt

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines durch ein elektrisches Führungssignal angesteuerten Stellmotors mit einer Steliungsrückführung, bei welcher aus der Differenz des Führungssignals und des Rückführsignals einmal ein Steuersignal gebildet wird, dem die Stellgeschwindigkeit proportional ist, und zum anderen ein Störungssignal, das aus der Differenz des Steuersignals und eines weiteren Signals gebildet ist und das einen Schwellwertschalter beaufschlagt.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Überwachung von Stellmotoren zur Betätigung der Steuerflächen von Flugzeugen.

Es ist bekannt, den Ausgang eines Stellmotors dadurch zu überwachen, daß der Ausgang des Stellmotors mit dem Ausgang einer elektrischen Nachbildung des Stellmotors verglichen wird. Die Größe der Differenz der Ausgänge von Steiimotor und Siellrnoiör-Mods'l wird als Fehlerkriterium herangezogen. Der Stellmotor ist meist laufgeschwindigkeitsbegrenzt, so daß er nichtlineares Verhalten zeigt. Es erfordert einen nicht unerheblichen Aufwand, «in solches nichtlineares Verhalten des Stellmotors in einem Modell genau nachzubilden.

Es ist weiterhin bekannt, zur Überwachung der Differenz zwischen kommandiertem und ausgeführtem Steilmotorausschlag heranzuziehen. Der kommandierte Stellmotorausschlag wird durch ein Führungssignal vorgegeben, während der ausgeführte StellmotorausschJag ourcn ein Rückiünrsignai eine. Steüur.gsrückführung dargestellt ist. Die Stellgeschwindigkeit ist der Differenz zwischen kommandiertem und ausgeführtem Stellmotorausschlag proportional. Das Differenzsignal wird gleichzeitig als Störungssignal einem Schwellwertschalter zugeführt, der anspricht, wenn das Störungssignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Bei dieser bekannten Vorrichtung kann auch bei fehlerfreiem Betrieb des Stellmotors eine große Amplitude des Störungssignals auftreten, so daß der Schwellwert des Schwellwertschalters relativ groß gewählt werden muß, um ungewollte Abschaltungen im Normalbetrieb zu vermeiden.

Durch die US-PS 3437312 ist eine Vorrichtung zur Überwachung eines durch ein elektrisches Führungssignal angesteuerten Stellmotors mit einer Stellungsrückführung bekannt Aus der Differenz des Führungssignals und des Rückführsignals wird ein Steuersignal gebildet, dem die Stellgeschwindigkeit proportional ist Weiterhin wird aus der Differenz des Steuersignals und eines weiteren Signals ein Störungssignal erzeugt, das einen Schwellwertgeber beaufschlagt Bei dieser bekannten Vorrichtung ist die Stellmotorsteuerung redundant mit einem aktiven Kanal, einem Reservskanal sowie einem Überwachungskanal vorgesehen. Das »weitere Signal« ist dabei für jeden dieser Kanäle ein gleichartiges Signal, nämlich das Steuersignal aus einem anderen Kanal. Es erfolgt hier ein Vergieü. ■ i^-ies Kanals mit den anderen Kanälen und bei ¹MjWC ' Sung des einen Kanals von der »Mehrheit« eine UmscLoitung auf den anderen. Es erfolgt keine SeibsMberwachung eines einzelnen Kanals.

Der Erßndueg liegt die Aufgab "s zugninde, eine Vorrichtung zur Selbstüberwachung j'^'^s einzelnen Stellmotors zu schaffen, welche einerseits Fehler, sei es in der elektrischen Steuerung des Stellmotors, sei es im Stellmotor selbst, rechtzeitig zu erkennen vermag .md andererseits ungewollte Abschaltungen im Normalbereich ausschließt

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß das weitere Signal der Stellgeschwindigkeit (xj des von dem Steuersignal angesteuerten Stellmotors mit einem Proportionalitätsfaktor

2o

proportional ist, der gleich ist dem bei normalem Betrieb gültigen Verhältnis von Steuersignal (/,) zu Stellgeschwindigkeit (JC_n).

Gemäß der Erfindung wird aus der Differenz von Führungssignal und Rückfuhrsignal einmal ein Steuersignal gebildet. Die Stellgeschwindigkeit ist im Normalbereich proportional diesem Steuersignal. Das Störsignal wird aus dem Steuersignal gebildet. Diesem Steuersignal wird ein der Stellgeschwindigkeit proportionales Signal entgegengeschaltet und da im Normalbetrieb die Stellgeschwindigkeit proportional dem Steuersignal ist können die beiden Signale so ausgeschaltet werden, daß im Normalbetrieb das resultierende Störsignal null ist.

Um eine einwandfreie Überwachung auch eines laufgeschwindigkeitsbegrenzten Stellmotors zu ermöglieben, kann das Steuersignal bis zu einem Sättigungswert der Differenz von Führungssignal und Ruckführsignal proportional sein, der Stellmotor iaufgeschwindigkeitsbegrenzt und die Stellgeschwindigkeit bis zu einem Grenzwert proportional dem Steuersignal sein und dem Proportionalbereich des Steuersignals der Proporaonaibereicb der Sxeiigeschwindigkeii genau zugeordnet sein. Hierdurch wird auch bei einem iaufgeschwindigkeitsbegrenzten Stellmotor eine strenge Proportionalität zwischen Steuersignal und Stellgeschwin- _feo digkeit gewährleistet so daß auch dann im Normalbe- ; trieb das Sf.örsignal verschwindet.

Das Rückfühniignal der Stellungsriickführung kann j über ein differenzierendes Netzwerk dem Steuersignal ' entgegengeschaitet sein. Dabei kann das differenziej rcnde Netzwerk ein Hochpaßfilter sein und das Steuersignal über ein Tiefpaßfilter verzögert aufgeschaltet sein, dessen Zeitkonstan'e gleich der des Hochpaßfilters ist Durch die Aufschaltung des Steuersignals über ein Tiefpaßfilter wird die in dem Hochpaßfilter auftretende Zeitverzögerung durch eine ebensolche Verzögerung. <ies Steuersignals kompensiert

Um Fehlschaltungen durch Anpassungsfehler oder dergleichen zu vermeiden, trenn dem Schwellwertschalter ein Zeitmonitor nachgeschaltet sein, der ein Störsignaidann und nur dann abgibt wenn die Dauer eines Schwellwertschaiter-Ausgangssignals eine vorgegebene Zeit überschreitet Auf diese Weise wird sichergestellt daß eine kurzzeitige Überschreitung des Schwellwertes, wie sie an Signalspningstellen auftreten können, nochnicht zur Erzeugung eines Stör- oder r ehlersignales führen.

Es ist bei der Regelung und Steuerung von Flugzeugen bekannt Signale von mehreren gleichartigen Gebern parallel zu erzeugen und die Stellmotore über getrennte Kanäle redundant anzusteuern. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß in parallelen Kanälen wenigstens zwei gleichartigen Fuhrungssignalen je ein Rückführsignal in der StellungsrückfShrung entgegengeschaltet ist und dte Differenzsignale an einer an die LaufgeschwindigK^itsbegrenzung äes Stellmotors angepaßten Begrenzerstufe anliegen, .deren Ausgangssignale zur Bildung des Steuersignals zusammengeschaltet sind, daß jedem Ausgangssignar einer Begrenzerstufe ein durch Differentiation des zugehörigen Rückführsignals gewonnenes Stellgeschwindigkeitssignal zur Bildung je eines Störsignals entgegengeschaltet ist das an je einem Schwellwertschalter anliegt und daß die von den Schwellwertschaltern erzeugten Ausgangssignale über ein ODER-Glied zu einer Fehleranzeige verknüpft sind.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausfijhrungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild eines zu überwachenden Stellmotors.

Fig. 2 zeigt als Blockschaltbild ein Überwachungssystem zur Überwachung des Stellmotors von Fig. 1.

Fi.g. 3 zeigt den Signalverlauf der einzelnen Signale bei fehlerfreiem Betrieb.

Fig. 4 zeigt den Signalverlauf der einzelnen Signale bei fehlerhafter Ansteuerung des Stellmotors.

Fig. 5 zeigt den Signaiveriauf der einzelnen Signale bei einem Fehler im Stellmotor selbst.

Fig. 6 zeigt in Einzelheiten eine Ausführungsform der Schaltung.

Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild einen zu überwachenden Stellmotor, der aus einem Steuerventil für hydraulisches Druckmittel und einem Stellkolben besteht. Dies ist durch einen Block IC in Fig. 1 dargestellt. Das Steuerventil! öffnet proportional zu einem Steuersignal in Gestalt eines Steue-stromes I_g mit einem Froportionaiiiäisfaktor ä"₂, der durch den Block 12 /eranschaulichtist Die Stellgeschwindigkeit x_a ist jedoch begrenzt auf einen Wert + x_{a max} wie durch den Block 14 dargestellt ist Der Stelhveg x_a ist gleich dem Zeitintegral der Stellgeschwindigkeit x_ symbolisiert durch den

Block 16 mit der Übertragungsfunktion j.

Das Steuerventil wird Überzwei Kanäle von zv.ei Führungssignalen χ_Λ und x,₂ angesteuert Die Führungssigna'ie werden durch zwei voneinander unabhängige Meißgeber und Übertragunfcsketten erzeugt und sind im Norrflalbetrieb wenigstens im wesentlichen gleich.

Hierdurch erfolgt in üblicher Weise eine redundante Ansteuerung des Stellmotors, die den Ausfall eines der Meßgeber festzustellen gestattet- Den Führungssignalen werden Rückführsignale X_at bzw. x_a2 vom Stellmotorausgang entgegengeschaltet. Die Rückfuhrschleifen sind mit 18 bzw. 20 bezeichnet, die Differenzen werden in den Punkten 22 bzw. 24 gebildet.

Die Differenzsignale x_A - x_ai bzw, x_a - x_al werden innerhalb des Proportionalbereichs in dazu proportionale Steuerströme Z₁ und I₁ umgesetzt mit einem Proportionalitätsfaktor K₁, was durch die Blöcke 26 und 28 symbolisiert ist. Die Steuerströme /, und Z₂ werden im Punkt 30 zu dem resultierenden Steuerstrom I_x vereinigt, der das Steuerventil ansteuert.

In der Praxis sieht das so aus, daß das Steuerventil von einer Doppelspule gesteuert ist und die Steuerströme /, und I₂ aus den beiden Kanälen in je einer Hälfte dieser Doppelspule fließen.

In beiden Kanälen ist noch je ein Strombegrenzer 32 bzw. 34 vorgesehen, der den Strom /, bzw. I₂ auf einen Wert ±l„_a begrenzt. Die Werte von I_aax sind an die Laufgeschwindigkeitsbegrenzung des Stellmotors 10 so angepaßt, daß der Proportionalbereich des Steuerstromes Ig genau dem Proportionalbereich der Stellgeschwindigkeit x_a entspricht und der Sättigungswert I_max der Steuerströme I₁ und I₁ bzw. des resultierenden Steuerstromes I_g der maximalen Laufgeschwindigkeit oder Stellgeschwindigkeit zugeordnet ist. Auf diese Weise ist bei Normalbetrieb, und zwar auch bei Laufgeschwindigkeitsbegrenzung des Stellmotors die Stellgeschwindigkeit x_a streng proportional dem Steuersignal, also dem Steuerstrom I.

Das Überwachungssystem für den gemäß Fig. 1 angesteuerten Stellmotor ist in Fig. 2 dargestellt. In einem Punkt 36 wird zur Bildung eines Störungssignals 5, dem Steuersignal I₁ ein der Stellgeschwindigkeit analoges Signal so entgegengeschaltet, daß bei Normal betrieb das Störungssignal S_{ verschwindet. Wie unter Bezugnahme auf Fig. I geschildert wurde, ist die Stellgeschwindigkeit x_ai proportional dem Steuerstrom / 'm Normalzustand ist jeder der Teilströme Z₁ und Λ gleich groß, so daß im Normalzustand

während das Tiefpaßfilter 42 die Übertragungsfunktion

2 AV

= 0

ist. Ein Signal proportional zu x„, wird erhalten, indem das Rückführsignal x_ut mittels eines Hochpasses 38 differenziert und mit einem Faktor jjr elektrisch multipliziert wird, wie duich den Block 40 symbolisiert ist. Das so erhaltene Signal ist mit

TE ^Xa<

bezeichnet, wobei der Stern andeutet, daß dieses Signal durch Pseudodifferentiation mittels eines Filters gewonnen ist. Um die in dem Hochpaßfilter mit der Zeitkonstanten I_D erhaltene Zeitverzögerung zu kompensieren, wird auch das Steuersignal, also der Steuerstrom Z₁, über ein Tiefpaßfilter 42 mit dergleichen Zeitkonstante T_D geleitet. Es hat also das Hochpaßfilter 38 die Übertragungsfunktion

(2)

1+TcS

besitzt. Im Normalzustand ist dabei sichergestellt, daß sich die aus I₁ abgeleiteten und die aus x„t abgeleiteten Signale im Punkte! 36 im wesentlichen kompensieren, so daß das Störungssignal null! ist: ,

In gieicher,Welse werden derjvon dem zWeiterifKanal herrührende Steuerstrom Z₂ über ein Tiefpaßfilter 44 und das Rückfuhrsigna! x_a2 über ein Hochpaßfllter 46 differenziert und, symbolisiert durch Block 48, mit dem

Faktor ζητ multipliziert, im Punkte 50 gegeneinander

geschaltet zur Bildung eines Störungssignals S₂, welches bei Normalbetrieb im wesentlichen null ist.

Die Störungssignale S₁ und S₂ liegen an je einem Schwellwertschalter odc r Monitor 52 bzw. 54 an. Jeder Monitor liefert ein Ausgangssignal »L«, wenn das Störungssignal S₁ bzw. S₂ einen vorgegebenen Schwellwert ±A überschreitet. In Fig. 2 sind diese Ausgangssignale mit M₁, bzw. M₁₂ bezeichnet. Solche Ausgangssignale könnc.i kurzzeitig auch bei einwandfrei arbeitendem

und einwandfrei angesteuertem Stellmotor in Übergangybereichen auftreten, wenn das Zeitverhalten der verschiedenen Filter 42,38 nicht ganz genau angepaßt ist. Um .in Fehlersignal bei Auftreten solcher kurzzeitiger AusgangssignaJe V_- t>n.4 M_n zu vermeiden, «ind

«ι Zeitmonitore 56 bzw. 58 vorgesehen, die ein Ausgangssignal M₂₁ bzw. M₂₂ dann und nur eann liefern, wenn das daran anliegende Eingangssignal AZ₁₁ oder /VZj₂ eine vorgegebene Dauer T* überschreitet. Die Ausgangssignale M₂₁ und M₂₂ sind über ein ODER-Glied 60 zur Erzeu-

ji gung einer Fehleranzeige verknüpft.

Bei Normalbet;ieb ist wegen Gleichung (1) das Störungssignal S₁ gleich null. In gleicher Weise ist

Tk₂

= 0

so daß auch das Störungssignal S₂ gleich null ist. Dadurch können relativ niedrige Schwellen A der Schwellwertschalter 52 und 54 vorgegeben werden, insbesondere, da nur kurzzeitige Überschreitungen dieser Schwellen durch die Monitore 56 und 58 unterdrückt werden.

In Fig. 3 ist der Signalverlauf in den verschiedenen Punkten des Überwachungssystems bei einwandfrei arbeitendem und einwandfrei angesteuertem St^'lmotor dargestellt:

Es wird angenommen, daß beide Führungssignale _v,, und x,2 einer Sprungfunktion folgen, die in der ersten Zeile von F i g. 3 dargestellt ist. Z₁ und Z₂ folgen dabei der in der zweiten Zeile von F i g. 3 dargestellten Funktion. Die Steuerströme steigen, bei entsprechender Höhe der Sprungfunktion, auf den Maximalwert I_max. Das Steuerventil öffnet voil und der Stellmotor wird mit maximaler Laufgeschwindigkeit x_amax angetrieben, bis der Ausschlag x_a des Stellmotors dem Führungssignal entspricht und das Führungssignal durch die Stellungsrückführung über die Schleifen 18 und 20 kompensiert wird.

Dann sinken Z₁ und Z₂ wieder auf null ab. Das Steuersignal, d. Ix der Steuerstrom Z^, der sich aus der Überlagerung der beiden Teilströme I₁ und Z₂ ergibt, hat den gleichen Verlauf jedoch mit doppelter Amplitude. Der Stellmotorausschlag x_a läuft in der in der vierten Zeile

von Fig. 3 dargestellten Weise in die durch die Sprungfunktion kommandierte neue Stellung ein. Durch Differentiation der Rückfiihrsignale werden der Stetige·' schwindigkeit proportionale Signale x_al* und x_a2* erzeugt, wie sie in der fünften Zeile von Fig. 3 dargestellt sind. Diese Signale haben im wesentlichen den gleichen Verlauf wie die Ströme I₁ und I₂. Die Störungssignale, die durch Differenzbildung von /, undx_a|* bzw. I₇ und x_a7* fa A entsprechenden Faktoren gebildet werden, sind im Wesentlichen null. Es können an den Übergangsstellen von null auf den Sättigungswert bzw. vom Sättigungswert auf null kurzzeitige Signalspitzen i uftreten, wie in der drittletzten Zeile von Fi g. 3 gezeigt ist. Dies»; Signalspitzen können den Schwellwert während kurzer Zeiten I₁ bzw. T₂ überschreiten, so daß die Schwellwertschalter Ausgangssignale Ai₁₁ bzw. AZ₁₂ abgeben. Da die Dauer dieser Ausgangssignale ;, bzw. T₂ kleiner als die Zeit T* ist, die in den Monitoren 56 und 58 vorgegeben ist, sind die Ausgangssignale AZ₂₁ und Ai₂₂ der Monitore 56 und 58 »0«, so daß auch das Fehlersignal am Ausgang des ODER-Gliedes 60 den Wert »0« besitzt.

Fig. 4 zeigt die Reaktion des Überwachungssystems auf eine fehlerhafte Ansteuerung. Es ist angenommen, daß das Führungssignal x_e1 einer Sprungfunktion unterworfen ist, während das Führungssignal x_e2 in dem parallelen Kanal null bleibt. Das würde beispielsweise eintreten, wenn der Meßgebei in dem zweiten Kanal ausfallt oder die Signalübertragung in dem zweiten Kanal unterbrochen ist. In dem ersten Kanal wird zunächst ein Steuerstrom /, erzeugt, der durch den Begrenzer VL auf den Wert l_max begrenzt ist. Dementsprechend erfolgt eine Auslenkung des Stellmotors mit einer Stellgeschwindigkeit, die der halben maximalen Laufgeschwindigkeit x_amas entspricht. An dem Differenzpunkt TA liegt einmal das Signal x_e2 - 0 an, zum anderen mit negativem Vorzeichen ein Rückführsignal, welches von der durch den anderen Kanal bewirkten Stellbewegung herrührt. Dementsprechend ergibt sich ein negativer Steuerstrom I₂. Es stellt sich dann ein Gleichgewichtszustand ein, wo der Stellmotor die durch das Führungssignal x_el vorgegebene Stellbewegung noch nicht vollständig ausgeführt hat, so daß ein endlicher Steuerstrom I₁ zum Punkt 30 fließt, wo aber dieser Steuerstrom /, kompensiert wird durch den negativen Steuerstrom I₂, der durch das negative Rückführsignai x_a2 hervorgerufen wird. I₁ und I₂ Iaufen somit auf entgegengesetzt gleiche Werte ein. Das Steuersignal I_g hat dann den auf Zeile 5 in Fig. 4 dargestellten Verlauf, geht also schließlich auf null. Der Stellmotorausschlag x„ läuft auf einen konstanten Wert ein, der jedoch nicht dem kommandierten Wert entspricht. Die Zeitableitung des Stellmotorausschlags und damit der Rückführsignale ergibt einen Impuls, wie er in der siebenten Zeile von Fi g. 4 gezeigt ist. Aus diesen Sägnalveriäufen ergeben sich die darunter dargestellten Störungssignale Si und S₂. S₁ weist zunächst einen kurzen Peak auf, der über den Schwellwert A hinausgeht, jedoch durch den Zeitmonitor 56 unterdrückt wird, wie sich aus der vorletzten Zeile von Fig.4 ergibt. Dieser Peak wird hervorgerufen durch die unterschiedlichen Signalverläufe des Steuersignals I₁ und der Zeifableitungi:,,,* des Stellmotorausschlags. Es folgt dann ein flacher Anstieg entsprechend dem flachen Abfall vonx_al*, bisjc_fll* dann auf null absinkt, während I₁ auf einem erheblichen endlichen Wert bleibt. Dann steigt das Störungssignal Si über den Schwellwert A an. Der Schwellwertschalter 52 liefert ein Ausgangssignal M_n, und nachdem dieses Ausgangssignal AYj₁ für die Zeitdauer T* angestanden hat, liefert auch der Zeitmonitor 56 ein Ausgangssignal M\r (siehe vorletzte Zeile von Fig. 4).
Noch früher spricht das Überwachungssystem in dem anderen Kanal an. Subtraktion Von x_a2* (Zeile 7) von I₂ (Zeile'4) liefert ein Signal S₂, das sofort den Schwellwert A zum negativen hin unterschreitet und auch im Gleichgewichtszustand, wenn I₂ seinen negativen Endwert angenommen hat und die Stellgeschwindigkeit wieder auf

ίο null Zurückgegangenist, unterhalb von -A liegt. Der

- Schwellwertschalter 54 liefert somit sofort ein Ausgangssignal M_n, und mit der Verzögerung T* liefert auch der Zeitmonitor 58 das Ausgangssignal Af₂₂ (letzte Zeile von Fig. 4). Dieses Signal erscheint über das ODER-Glied 60 als Fehlersignal, so daß also bei Auftreten einer Abweichung zwischen den Führungssignalen x_fl und x,2 mit einer Verzögerung T* ein Defekt gemeldet wird.
„Fig. S zeigt das Verhalten des erfindungsgemäßen

Überwachungssystems bei einer Störung des Stellmotors selbst, wobei angenommen ist, daß das Steuerventil des hydraulischen Stellmotors defekt ist.

In diesem Falle sind angenommenerweise die beiden Führungssignale x„ = x_r2 = 0. Trotzdem w ird der StellmotoT durch das defekte Steuerventil mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, so daß er bis zu seinem Anschlag, entsprechend dem Ausschlag x_amax läuft Die Steuerströme /, und I₂ werden gleichermaßen durch die mit negativem Vorzeichen aufgeschalteten Rückfiihrsignale x_al bzw. x_a2 auf den negativen Maximalwert -I_ma gesteuert. Daraus ergibt sich ein entsprechend negativer Wert des Steuersignals I_x. Da der Stellmotor mit konstanter Geschwindigkeit bis zu seinem Anschlag läuft, ist die Zeitableitung des Stellmotorausschlags und der Rückfiihrsignale ein Rechteckimpuls. Aus der Differenz des Steuersignals I_g und des Rechteckimpulses ergibt sich für die Störungssignale S₁ und S₂ der in der drittletzten Zeile dargestellte negative Signalverlauf, wobei praktisch sofort die Schwelle - A beider Schwellwertschalter 52 und 54 zum Negativen hin unterschritten wird. Beide Schwellwertschalter 52 und 54 liefern somit sofort ein Signal M_{1 %} bzw. M₁₂, und mit einer Zeitverzögerung T* liefern beide Zeitmonitore 56 und 58 ein Ausgangssignal M₂₁ bzw. M₂₂. Auch hier wird mit einer Zeitverzögerung T* nach Eintreten eines Fehlers das Fehlersignal abgegeben.

F i g. 6 zeigt eine mögliche apparative Ausführung der Erfindung.
Die Führungssignale x_el und x_e2 liegen über Widerstände 62 bzw. 64 an dem invertierenden Eingang je eines Verstärkers 66 bzw. 68 an. Der Stellmotor IG verstellt eine Steuerfläche 78 eines Flugzeuges.

Der Stellweg x_a wird durch zwei Potentiometer 72 bzw. 74 abgegriffen und in ein entsprechendes Rückführsignal x_al bzw. x_c2 umgesetzt Die Rückführsignale liegen über Widerstände 76 bzw. 78 ebenfalls an den invertierenden Eingängen der Verstärker 66 bzw. 68 an. Das Steuerventil des hydraulischen Stellmotors 10 wird durch zwei Steuerwicklungen 80 bzw. 82 verstellt, die am Ausgang der Verstärker 66 bzw. 68 anliegen. In Reihe mit den Steuerwicklungen 80 bzw. 82 liegen Widerstände 84 bzw. 86 an. An den Widerständen 84 bzw,«6 fallen Spannungen ab, die den durch die Steuerwickhingen 80, 82 fließenden Strömen I₁ bzw. I₂ pr> portional sind. Diese Spannungen sind über Widerstände 88 bzw. 90 ebenfalls auf den Eingang der Verstärker 66, 68 zurückgeführt Auf diese Weise erzeugen die Verstärker 66 und 68 Ströme I₁ bzw. I₂ durch die

Steuerwicklungen 80 und 82, die proportional sind den Differenzen x,, - x_?i bzw. X_n - x_a2.

Wie im oberen Teil von Fig. 6 dargestellt ist, liegt die Rückführspannung x_at vom Potentiometer 72 über einen Widerstand 92 und einen Kondensator 94 an dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 96. Die an dem Widerstand 84 abfallende» dem Strom /, proportionale Spannung liegt außerdem über einen Widerstand 98 an dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 96, der über einen Kondensator 100 mit Masse verbunden ist. M't 102 ist ein Gegenkopplungswiderstand des Operationsverstärkers 96 bezeichnet. In bekannter Weise wirkt die Schaltung mit den Bauteilen 92 bis 102 so, daß /, über einen Tiefpaß und x_al über einen Hochpaß gegeneinander geschaltet werden, wie dies für I₂ und x_a2 im unteren Teil von Fig. 6 dargestellt ist. Kondensator 94 wirkt differenzierend und Kondensator 100 wirkt integrierend. Die Differenzbildung erfolgt dadurch, daß die Signale an Eingängen entgegengesetzter Polarität des Verstärkers 96 anliegen. Die so gebildeten Störungssignale ^₁ und S₇ liegen an den Schwellwertschaltern 52 bzw. 54 an, deren Aufbau bekannt und daher nicht im einzelnen dargestellt ist. Die Ausgänge M_n bzw. M_n der Schwellwertschalter 52 und 54 liegen an je einem Zeitmonitor 56 und 58 an. Davon ist der Zeitmonitor 56 im oberen Teil von Fig. 6 im einzelnen dargestellt. Der Zeitmonitor 56 enthält einen Operationsverstärker 104, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 106 an Masse als Referenzpotential liegt. An dem nichtinver- so tierenden Eingang Hegt ein Kondensator 108 gegen Masse sowie über einen Widerstand 110 und eine Diode 112 eine positive Versorgungsspannung. Ein Widerstand 114 liegt parallel zu der Diode 112.

Wenn die Ausgangsspannung des Schwellwertschal- J5 ters 52 positiv ist, dann wird der Kondensator 108 über die Diode 112 auf diese Spannung aufgeladen. Der Ausgang des Verstärkers 104 entspricht dann der positiven Sättigung. Der Ausgang des Verstärkers 104 liegt über einem Widerstand 116 und einer Diode 118 an einem Punkt 120, der mit einem Eingang des ODER-Gliedes 60 verbunden ist. Der Punkt 120 ist über eine Diode 122 mit Masse und über einen Widerstand 124 mit einer positiven Versorgungsspannung verbunden.

Die Diode 118 ist so gepolt, daß sie einen Stromfluß zu dem Punkt 120 hin sperrt, während die Diode 122 für einen Stromfluß vom Punkt 120 weg gegen Masse sperrt. Wenn scmit am Ausgang des Schwellwertschalters 52 eine positive Spannung liegt, ergibt sich eine positive Spannung am Ausgang des Verstärkers 104, so daß die Diode 118 sperrt. Der Punkt 120 und damit der Eingang des ODER-Gliedes 60 liegt damit über Widerstand 124 an einer positiven Spannung (entsprechend Zustand »Kein Fehler«).

Wird der Ausgang des Schwellwertschalters 52 negativ, dann sperrt die Diode 112. Der Kondensator 108 entlädt sich über Widerstand 114 so lange, bis der Verstärker 104 in seine negative Sättigung geht. Jetzt wird die Diode 118 leitend, so daß ein Strom über Widerstand 124, Diode 118 und Widerstand 116 fließt. Die Diode 122 hält das Potential 120 auf Massepotential, ia die Diode 122 leitend würde, wenn das Potential des Punktes 120 negativ gegen Masse würde (entsprechend Zustand »Defekt«).

Durch die Verwendung der Diode 112 werden unterschiedliche Zeitkonstanten beim Wechsel der Ausgangsspannung des Schwellwertschalters von plus nach minus und von minus nach plus erreicht. Im ersteren Fall wird die Zeitkonstante, mit welcher die Spannung am Kondensator 1OS der Signaländerung folgt, durch die Werte der Widerstände 110,114 und die Kapazität des Kondensators 108 bestimmt. Bei einem Wechsel der Ausgangsspannung des Schwellwertschalters 52 von minus nach plus folgt die Kondensatorspannung der Signaländerung mit einer Zeitkonstante, die durch den Durchgangswiderstand der Diode 112 und die Kapazität des Kondensators 108 bestimmt, also wesentlich kleiner ist. Das verhindert die Aufintegration mehrerer aufeinanderfolgender Überschreitungen des Schwellwertes A durch das Signal S₁.

Am Eingang des ODER-Gliedes 60 liegt somit die positive Versorgungsspannung, wenn der Schwellwertschalter 52 eine positive Spannung liefert, und Massepotential, wenn der Ausgang des Schwellwertschalters 52 negativ ist. Der erstere Zustand kann »ls »0« und der zweite Zustand als »L« betrachtet werden.

Der Zeitmonitor 58 ist in gleicher Weise aufgebaut.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

24 31 91? Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Überwachung eines durch ein elektrisches Führungssignai angesteuerten Stellmotors mit einer Stellungsrückfuhrung, bei welcher aus der Differenz des Führungssignals und des Rückführsignals einmal ein Steuersignal gebildet wird, dem die Stellgeschwindigkeit proportional ist, und zum anderen ein Störungssignal, das aus der Differenz des Steuersignals und eines weiteren Signals gebildet ist und das einen Schwellwertgeber beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Signal (x_e,) der Stellgeschwindigkeit (X₀) des von dem Steuersignal angesteuerten Stellmotors mit einem Proportionalitätsfaktor