DE2921464A1

DE2921464A1 - Steuersysteme

Info

Publication number: DE2921464A1
Application number: DE19792921464
Authority: DE
Inventors: Michael Philip Barnsley; Gloucestershire Gro Cheltenham; Edwyrd Stuart Eccles; Ralph Taylor
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1978-05-30
Filing date: 1979-05-26
Publication date: 1979-12-06
Also published as: GB2026961B; GB2026961A; US4257311A; FR2427643A1

Description

Steuersysteme

Die Erfindung betrifft Steuersysteme von der Art wie sie zur
Steuerung der an ein Stellglied angelegten Kraft abhängig von Steuersignalen verwendet werden₉ wodurch eine entsprechend gesteuerte Verstellung des Stellgliedes erfolgt; das System weist erste und zweite Schaltungen auf, welche beide Signale zur Steuerung der Kraft liefern.

Die Erfindung betrifft insbesondere,jedoch nicht ausschließlich Fluid-oder Hydraulik-Steuersysteme zur Verwendung in Verbindung mit einem Stellglied, welches mit Steuerflächen eines Flugzeugs Verwendung finden (beispielsweise das Höhen- oder Seitenruder).

Bei vielen Anwendungen von Steuersystemen ist es von Bedeutung, einen Schutz gegen Ausfall oder Fehlfunktion in dem System vorzusehen. Dies ist verständlicherweise insbesondere bei der Anwendung in einem Flugzeug wesentlich. In der Vergangenheit war es üblich, beispielsweise in hydraulischen Steuersystemen einen derartigen Schutz dadurch vorzusehen, daß zwei hydraulische Kreise zur
Steuerung der Bewegung eines einzigen Stellgliedes verwendet wer-

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den. Die beiden Schaltkreise werden gleichzeitig betätigt und eine Fehlfunktion dadurch festgestellt, daß das Verhalten der beiden Schaltkreise verglichen wird. Dies kann durch Anordnung einer Rückkopplung zu den beiden Schaltkreisen erfolgen, derart, daß eine übermäßig große oder kleine Ausgangskraft von nur einem der Schaltkreise in einer entgegengesetzten Ausgangskraft von dem anderen resultiert, um letzterem entgegenzuwirken. Obgleich diese Anordnung dazu beitragen kann, die Auswirkungen einer Fehlfunktion zu reduzieren, ist es schwierig, die Steuerung des Systems aufrecht zu erhalten, da es im Allgemeinen nicht möglich ist, festzustellen, in welchem der beiden Schaltkreise die Fehlfunktion auftritt.

Bei einigen anderen bekannten Anordnungen werden andererseits zwei hydraulische Schaltkreise vorgesehen, von denen nur einer jeweils in Betrieb ist, während der andere zur Steuerung des Stellgliedes bei Feststellen einer Fehlfunktion eingeschaltet wird . Eine derartige Anordnung ist vorzuziehen, da sie eine vollständige Steuerung des Systems gewährleistet, wenn das Umschalten erfolgt ist. Allerdings benötigt diese Anordnung eine verhältnismäßig lange Zeit für die Durchführung des Umschal tens, da es erforderlich ist, verschiedene hydraulische Ventile zu öffnen und zu schließen, um den einen Schaltkreis abzuschalten, und den anderen anzuschalten. Dies kann ein erheblicher Nachteil sein, und dies trifft insbesondere dort zu, wo das System in Verbindung mit einer Tragflächensteuerung eines Flugzeugs verwendet wird, da das Flugzeug während dieser Zeit ohne Steuerung ist.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Steuersystem vorzusehen, welches die oben genannten Nachteile wesentlich reduziert.

Das erfindungsgemäße Steuersystem der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß bei normaler Betriebsweise die erste Schaltung erste Signale zur Steuerung eines größeren Teiles der Kraft ab'iängig von den ersten Steuersignalen abgibt, daß die.zwei-

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te Schaltung zweite Signale zur Steuerung der an das Stellglied angelegten Kraft erzeugt, wobei die durch die zweiten Signale gesteuerte Kraft eine Größe besitzt, die gerade ausreicht, um die Wirkung des Widerstands gegen Verstellung des Stellgliedes zu reduzieren, wobei die zweite Schaltung die zweiten Signale abhängig von der durch die ersten Signale gesteuerten Kraft ableitet, und daß eine Steuereinheit vorgesehen ist, die auf eine Fehlfunktion der ersten Schaltung oder einen Fehler in den ersten Steuersignalen anspricht und die zweite Schaltung derart schaltet, daß sie Signale abgibt, welche einen größeren Teil einer an das Stellglied angelegten Kraft abhängig von zweiten nominell identischen Steuersignalen erzeugt.

Dadurch, daß zwei Schaltungen oder Schaltkreise derartig arbeiten, daß der erste Schaltkreis den größeren Teil der Kraft und der zweite einen geringeren Teil der Kraft steuert, hat sich gezeigt, daß der zweite Schaltkreis wesentlich schneller zur Steuerung des größeren Teils der Kraft umgeschaltet werden kann als dies bisher der Fall war. Da ferner der zweite Schaltkreis während des Normalbetriebs in Funktion ist - obwohl er nur einen geringeren Teil der Kraft steuert - ist es dennoch möglich, die Funktion des zweiten Schaltkreises in einer Weise zu überwachen, welche bei den bekannten Anordnungen nicht möglich war, bei denen der zweite Schaltkreis nicht während des gesamten Normalbetriebs des Systems in Betrieb ist.

Das Steuersystem kann ein Fluidsteuersystem sein, d.h. mit einem fließenden Medium (Flüssigkeit, Gas etc.) sein und die ersten und zweiten Schaltkreise können den Fluid- bzw. Flüssigkeitsdruck steuern, welcher eine^i fluid- bzw. flüssigkeitsgesteuerten Stellglied zugeführt wird (nachstehend wird der Einfachheit halber für Fluid der Ausdruck "Flüssigkeit" verwendet. Der erste Schaltkreis kann in diesem Falle den einer ersten mit einem Kolben ausgestatteten Kammer des Stellgliedes zugeführten Flüssigkeitsdruck steuern, während die zweite Schaltung den Flüssigkeitsdruck steuert, welcher

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einer zweiten mit einem weiteren Kolben ausgestatteten getrennten Kammer des Stellgliedes zugeführt wird. Die zweiten Signale können abhängig von dem Differenzflüssigkeitsdruck an dem Kolben in der zweiten Kammer abgeleitet werden mit der Tendenz, den Differenzflüssigkeitsdruck zu reduzieren.

Obwohl die Erfindung ihre wesentliche Anwendung in Flüssigkeitssteuersystemen besitzt, ist erkenntlich, daß sie auch beispielsweise in elektrischen Steuersystemen verwendet werden kann, bei denen erste und zweite Signale durch erste und zweite elektrische Schaltungen erzeugt werden, in derartigen elektrischen Steuersystemen kann das Stellglied ein elektromagnetisches Stellglied sein, beispielsweise ein Drehmomenterzeuger oder Schaltmotor, wobei die elektrischen Schaltkreise etwa an unterschiedliche Wicklungen des Motors gelegt sind. Alternativ dazu kann das Stellglied ein flüssigkeitsgesteuertes Stellglied sein und der dem Stellglied zugeführte Flüssigkeitsdruck kann durch die ersten und zweiten elektrischen Schaltkreise gesteuert werden.

Ein hydraulisches Steuersystem gemäß der Erfindung und für die Verwendung in einem Flugkörper wird nachstehend als Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Teil des hydraulischen Steuersystems zusammen mit einem hydraulischen Stellglied.,

Fig. 2 einen Differenzdruckfühler,wie er in dem System der Fig. 1 verwendet wird und

Fig. 3 schematisch eine Fehlfunktions-Erkennungsschaltung des Systems der Fig. 1.

Fig.-1 zeigt ein hydraulisches Stellglied 1 zusammen mit dem ihm zugeordneten hydraulischen Steuersystem, welches allgemein mit

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dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist.

Das Stellglied 1 besitzt eine Stellstange 3, welche längs des Zylinders 4 des Stellgliedes abhängig von dem Zylinder von dem Steuersystem 2 zugeführter Flüssigkeit verstellt wird. Der Zylinder 4 ist in zwei Stellglied- Unterkammern 5 und 6 geteilt, welche voneinander durch eine Abdichtung 7 getrennt sind. Die Stellstange 3 besitzt zwei Kolben 8 und 9, welche voneinander im Abstand längs der Stange in den Stellglied-Unterkammern 5 bzw. 6 angeordnet sind.

Das hydraulische Steuersystem 2 ist in seiner Wirkung geteilt in zwei Unterschaltkreise 10 und 11, welche den Stellgliedunterka mmern 5 bzw. 6 zugeordnet sind. Hydraulische Flüssigkeit wird einer Seite jedes Kolbens 8 und 9 über die Flüssigkeitsleitungen 12 und 13 in den Unterschaltkreisen 10 bzw. 11 zugeführt. In ähnlicher Weise wird hydraulische - oder Druckflüssigkeit von der anderen Seite der Kolben 8 und 9 über Flüssigkeitsleitungen 14 bzw. 15 abgeführt. Alternativ dazu kann Druck an die Stellgliedunterkammern 5 und 6 über die Leitungen 14 bzw. 15 zugeführt und über die Leitungen 12 bzw. 13 abgeführt werden.

Flüssigkeit wird den Leitungen 12 und 13 von den hydraulischen Versorgungseinheiten 16 bzw. 17 über elektromagnetisch gesteuerte Ventile 18 bzw. 19 zugeführt, welche die hydraulischen Versorgungseinheiten 16 und 17 in die hydraulischen Unterschaltkreise 10 bzw. 11 abhängig von elektrischen Signalen auf den Leitungen 20 bzw. 21 an- bzw. abschalten. Die Unterschaltkreise 10 und 11 besitzen ferner elektrohydraulisch gesteuerte Ventile 22 und 23, welche in einer veränderbaren Weise die den Leitungen 12 und 13 zugeführte Flüssigkeitsmenge steuern; diese Steuerventile 22 und 23 werden

abhängig von elektrischen Signalen auf Leitungen 24 und 25 von Verstärkern 26 bzw. 27 gesteuert. Ein Umgehungsventil ist zwischen die hydraulischen Zuführungs- und Rückführungsleitungen 12 und 14 in dem Unterschaltkreis 10 eingefügt. Dieses Umgehungsventil wird normalerweise durch längs der Leitung 29 von der Einheit 16 zugeführte hydraulische Signale geschlossen gehalten. Wenn jedoch die

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hydraulische Versorgungseinheit 16 von dem Unterschaltkreis 10 durch Schließen des Ventils 18 abgeschaltet wird, dann wird das Umgehungsventil 28 geöffnet, um die hydraulischen Zu - und Ableitungen 12 undl4 kurzzuschließen. Ein ähnliches Umgehungsventil 30 ist zwischen die hydraulischen Zu- und Abführungsleitungen 13 und 15 des Unterschaltkreises 11 geschaltet und wird in ähnlicher Weise abhängig von hydraulischen Signalen auf Leitung 31 von der Versorgungseinheit 17 gesteuert.

Jede der hydraulischen Leitungen 12 bis 15 besitzt ein Drosselventil 32 bis 35, welche zwischen den Umgehungsventilen 28 und 30 und den Stellglied-Unterkammern 5 und 6 eingefügt sind. Diese Drosselventile 32 bis 35 werden durch Steuereinheiten 36 und 37 abhängig von hydraulischen Signalen von den Versorgungseinheiten 16 bzw. 17 gesteuert. Die Ventile 32 bis 35 können sämtlich durch eine der Einheiten 36 oder 37 geöffnet gehalten werden; sie werden auch alle offen gehalten, wenn nicht beide hydraulischen Versorgungseinheiten 16 und 17 von dem Steuersystem 2 abgeschaltet sind.

Differenzdruckfühler 38 und 39 deren Aufbau später noch beschrieben wird, sind ebenfalls zwischen die hydraulischen Zu- und Abführleitungen der Unterschaltkreise 10 bzw. 11 in ähnlicher Weise wie die Umgehungsventile 28 und 30 geschaltet. Der Fühler 38 fühlt den Differenzdruck zwischen den Leitungen 12 und 14 ab und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal auf der Leitung 40, während der Fühler 39 den Differenzdruck zwischen den Leitungen 13 und 15 abfühlt und ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal auf der Leitung 41 erzeugt.

Im Normalbetrieb wird das Stellglied 1 durch den Unterschaltkreis 10 gesteuert. Signale werden auf der Leitung 42 über einen Schalter 43 zu dem Verstärker 26 und dem elektrohydrau]ischen Steuerventil 22 geführt. Diese Signale steuern hierdurch die auf der Leitung 12 einer Seite des Kolbens 8 zugeführte Flüssigkeitsmenge und somit die Bewegung der Stell stange 3.

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Die Signale auf Leitung 42 werden von externen Steuersignalen auf Leitung 44 abgeleitet. Diese externen Steuersignale werden von einer Rückkopplungseinheit 45 zusammen mit Signalen auf Leitung von einem Fühler 47 zugeführt, welcher Signale abhängig von der Position der Stellstange 3 abgibt. Die Rückkopplungseinheit 45 gibt Signale auf Leitung 42 abhängig von Differenz zwischen den externen Steuersignalen auf Leitung 44 und den Positionssignalen auf Leitung 46 in allgemein bekannter Weise ab.

Der Unterschaltkreis 11 wird normalerweise in einer Art Leerlauf betrieben. Das elektrohydraulische Steuerventil 23 des Unterschaltkreises 11 wird in dieser Betriebsweise von Signalen auf der Leitung 41 von dem Differenzdruckfühler 39 gesteuert, wobei diese Signale vom Verstärker 27 über einen Schalter 48 zugeführt werden, welcher mit dem Schalter 43 des anderen Unterschaltkreises 10 gekoppelt ist. In dieser Leerlauf-Betriebsweise ist der über die Leitung 13 der Stellgliedunterkammer 6 zugeführte Flüssigkeitsdruck geringer als derjenige auf Leitung 12 und zwar gerade ausreichend, um die Reibung des Kolbens 9 zu überwinden. Wird somit die Stellstange 13 in Fig. 1 abhängig von der Steuerung durch den Unterschaltkreis 10 nach unten bewegt, dann bewirkt die Verstellung des Kolbens 9 innerhalb der Unterkammer 6 einen entsprechenden Anstieg des Flüssigkeitsdrucks auf der Leitung 15 sowie eine Verringerung des Drucks auf der Leitung 13, welcher normalerweise die Tendenz hat, gegen die Bewegung der Stange 3 zu wirken. Diese Druckänderungen jedoch bewirken eine Änderung, indem von dem Fühler 39 festgestellten Differenzdruck und damit eine entsprechende Änderung in dem Ausgangssignal auf Leitung 41. Diese Änderung des Ausgangssignals ist von einer derartigen Richtung, daß sie ein Ansteigen der Flüssigkeitsmenge auf Leitung 13 bewirkt, was eine Überwindung des Widerstandes der Bewegung an der Stell stange 3 zur Folge hat. Wenn die Stellstange 3 durch Druckzufuhr längs der Leitung 14 nach oben bewegt wird, dann führt der Unterschaltkreis 11 zusätzliche Flüssigkeit längs der Leitung 15 zu, die gerade ausreicht, um den Widerstand gegen diese Aufwärtsbewegung zu überwinden.

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Wird in dem Unterschaltkreis 10 ein Ausfall oder eine Fehlfunktion festgestellt, dann wird der Unterschaltkreis 11 automatisch aus dem Leerlauf in eine aktive Betriebsweise geschaltet, in der er die volle Steuerung des Stellgliedes 1 übernimmt, während der Unterschaltkreis 10 aus dem System abgeschaltet wird. Die Mittel zur Feststellung des Ausfalls oder einer Fehlfunktion werden nachstehend noch beschrieben, aber für diese zusammenfassende Erläuterung sei angenommen, daß diese Feststellung durch die Steuereinheit 49 erfolgt. Diese steuert das Schalten der gekuppelten Schalter 43 und 48 . Bei Feststellung einer Fehlfunktion in dem Unterschaltkreis 10 werden die Schalter 43 und 48 in eine Stellung geschaltet, wie sie durch die gestrichelten Linien in Fig. 1 angegeben ist und in der der Unterschaltkreis 10 von den Signalen auf Leitung 42 abgetrennt wird. Das elektrohydraulische Steuerventil 23 in dem Ünterschaltkreis 11 wird gleichzeitig von der Leitung 41 abgetrennt und mit der Leitung 50 verbunden. Letztere führt elektrische Signale, die von der Rückkopplungseinheit 51 abhängig von externen Steuersignalen auf Leitung 52 und Signale von einem Positionsfühler 53 in ähnlicher Weise abgeleitet werden wie diese zuvor im Zusammenhang mit dem anderen Unterschaltkreis 10 beschrieben wurde. Die externen Steuersignale auf Leitung 52 können von der gleichen Quelle kommen als diejenigen auf Leitung 44, d.h. daß die beiden Leitungen 44 und 52 wie durch die gestrichelte Linie 54 angedeutet miteinander verbunden sind. Alternativ dazu können die Steuersignale von getrennten namentlich identischen Quellen stammen.

Gleichzeitig mit dem Umschalten der Schalter 43 und 48 legt die Steuereinheit 49 Signale über Leitung 55 an eine Schalteinheit Diese Schalteinheit 56 ist in die Leitung 20 eingeschaltet und steuert das elektromagnetisch gesteuerte Ventil 18. Bei Feststellung eines Ausfalls in den Unterschaltkreis 10 werden Signale längs der Leitung 55 zugeführt, welche bewirken, daß die hydraulische Versorgungseinheit 16 von dem Unterschaltkreis 10 abgetrennt wird, und welche ferner bewirken, daß das Umgehungsventil 28 sich öffnet und

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die hydraulischen Leitungen 12 und 14 kurzschließt. Ein derartiger Kurzschluß gestattet eine verhältnismäßig freie Bewegung des Kolbens 8 innerhalb der Kammer 5. Die Abtrennung der Einheit 16 bewirkt auch, daß die Drosselventilsteuereinheit 36 die Drosselventile 32 bis 35 schließen möchte, da jedoch die hydraulische Versorgungseinheit 17 nach wie vor mit der anderen Drosselventilsteuereinheit 37 verbunden ist, werden die Ventile 32 bis 35 weiterhin geöffnet gehalten.

Ein Umschalten des Unterschaltkreises 11 von Leerlauf in eine aktive Betriebsweise kann verhältnismäßig rasch erfolgen. Die Umschaltgeschwindigkeit zwischen Leerlauf und aktiver Betriebsweise wird lediglich durch die Ansprechgeschwindigkeit des elektrohydraulischen Steuerventils 23 begrenzt. Da dieses Steuerventil bereits im Leerlauf den Leitungen 13 und 15 Druck zuführt, braucht es lediglich den Druck entsprechend zu erhöhen bzw. zu verringern, wenn es in die aktive Betriebsweise geschaltet wird. Das Steuerventil 23 kann auf diese Weise wesentlich rascher etwa in einer Zeit von weniger als 12,5 Milisekunden reagieren als es möglich wäre, wenn ein ähnliches Ventil die Steuerung aus einem vollständig geschlossenen Zustand aufnehmen müßte. Obwohl der Unterschaltkreis 10 von der elektrischen Leitung 42 der rasch abgeschaltet werden kann, braucht es wesentlich länger, etwa bis zu 100 Milisekunden um das elektromagnetisch gesteuerte Ventil 18 vollständig zu schließen und die Leitungen 12 und 14 durch öffnen des Umgehungsventils 28 kurzzuschließen. Während dieser Zeit kann der Unterschaltkreis 10 nach wie vor einen inkorrekten Flüssigkeitsdruck längs der Leitung 12 erzeugen und somit immer noch eine Kraft anlegen, welche die Stellstange 3 verstellen will. Dieser durch den Unterschaltkreis 10 erzeugten Kraft wird jedoch die durch die Wirkung'des Unterschaltkreises 11 entwickelte Kraft entgegengesetzt, welcher nun in seiner aktiven Betriebsweise arbeitet. Die von dem Unterschaltkreis 11 erzeugte Gegenkraft kann möglicherweise nicht ausreichen, um die Stellstange 3 abhängig von Signalen längs der Leitung 50 korrekt zu steuern, aber sie wird im allgemeinen ausreichen, um eine wesentliche falsche

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Verstellung der Stell stange 3 zu verhindern und wird damit das Stellglied 1 praktisch in seiner Stellung festhalten. Wurde einmal die Fliissigkeitsversorgungsquelle 16 von dem Unterschaltkreis II abgeschaltet und das Umgehungsventil 28 geöffnet, dann übernimmt der Unterschaltkreis 11 die vollständige Kontrolle des Stellgliedes 1. Es zeigt sich somit, daß das Stellglied 1 beispielsweise unter falscher Steuerung des Unterschaltkreises 10 für 12,5 MiIisekunden, in einer festgehaltenen Stellung etwa für 100 MiIisekunden und dann nachfolgend unter der alleinigen Steuerung des Unterschaltkreises 11 ist.

Tritt ein Ausfall oder eine Fehlfunktion in dem Unterschaltkreis 11 auf, während er im Leerlauf ist, dann sendet die Steuereinheit 49 auf der Leitung 57 Signale an eine Schalteinheit 58, welche in die Leitung 21 eingeschaltet ist und den Betrieb des elektromagnetisch gesteuerten Ventils 19 steuert. Diese Signale sind derart geformt, daß sie die hydraulische Versorgungseinheit 17 von dem Unterschaltkreis 11 abtrennen und ein öffnen des Umgehungsventils 30 und damit den Kurzschluß der Leitungen 13 und 15 bewirken. Auf diese Weise wird bei Auftreten eines Fehlers in diesem Unterschaltkreis 11 dieser von dem hydraulischen System abgetrennt, während das geöffnete Umgehungsventil 30 das freie Fließen der hydraulischen Flüssigkeit zwischen den entgegengesetzten Seiten des Kolbens 9 und damit eine verhältnismäßig unbehinderte Bewegung der Stell stange 3 unter alleiniger Steuerung des Unterschaltkreises 10 ermöglicht.

Die Differenzdruckfühler 38 und 39 können die in Fig. 2 gezeigte Ausbildung besitzen. Der gezeigte Fühler hat die Form eines Zylinders 59 mit zwei Einlassen 60 und 61 zu den entgegengesetzten Enden des Zylinders. Ein Kolben 62 ist innerhalb des Zylinders 59 an einer Stellstange 63 angeordnet, welche sich koaxial zum Zylinder erstreckt. Die Stell stange 63 ist in dem Zylinder 59 frei beweglich und erstreckt sich von ihren Stirnenden durch Abdichtungen 64. Der Kolben 62 wird normalerweise durch zwei auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens angeordnete Spiralfedern

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65 und 66 innerhalb des Zylinders 59 in eine zentrale Stellung gedruckt. Wird ein Differenzdruck zwischen den Einlassen 6 O und angelegt, so bewirkt dieser eine Bewegung des Kolbens 62 und der Stellstange 63 in den Zylinder 59 gegen die Wirkung der Federn 65 und 66. Diese Bewegung wird durch einen elektrischen Aufnehmer 67 abgetastet, welcher ein elektrisches Ausgangssignal auf die Leitungen 40 bzw. 41 abgibt.

Eine eingehende Erläuterung wie ein Ausfall oder eine Fehlfunktion der einen oder anderen Unterschaltung 10 oder 11 festgestellt wird, ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 gegeben.

Die Steuereinheit 49 ist derart geschaltet, daß sie Eingangssignale von den Vergleichseinheiten 68, 69 und 70 über Leitungen 71,72 bzw. 73 und von Überwachungseinheiten 74 und 75 Über Leitungen 76 bzw. 77 empfängt.

Die Vergleichseinheit 68 vergleicht Signale von einem Positionsfühler 78, welche über Leitung 79 zugeführt werden mit Signalen, welche von den externen Steuersignalen abgeleitet werden, die dem Unterschaltkreis 10 über Leitung 44 zugeführt werden. Der Positionsfühler 78 spricht auf die Bewegung der Stellgliedstange 3 an und kann die gleiche Form besitzen wie die Fühler 57 und 53; so kann er etwa dargestellt werden durch einen kapazitiven, optischen, induktiven oder Widerstands-Aufnahmer oder durch andere ähnliche bekannte Mittel. Externe Steuersignale auf Leitung 44 werden zu einer Recheneinheit 80 geführt, welche abhängig von dem gespeicherten Modell des Stellgliedes 1 berechnet, welches Signal von dem Positionsfühler 78 für das spezifische Signal auf Leitung 54 erwartet wird. Dieses berechnete Signal wird der Vergleichseinheit 68 zugeführt, welche'ein Ausgangssignal auf Leitung 71 erzeugt, wenn das tatsächliche Signal vom Fühler 78 und das erwartete berechnete Signal von der Einheit 80 sich um einen vorbestimmten Betrag unterscheiden. In ähnlicher Weise erzeugt der dem Unterschaltkreis 11 zugeordnete Vergleicher 69 ein Signal auf Leitung 72 für die Steuereinheit 49, wenn über eine Leitung 82 zugeführte

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Signale von einem Fühler 81 sich von denjenigen Signalen differiert, welche abhängig von den auf Leitung 52 diesem Unterschaltkreis zugeführten externen Steuersignalen durch eine Recheneinheit 83 berechnet wurden.

Die Vergleichseinheit 70 erzeugt ein Ausgangssignal auf Leitung 73, wenn die Differenz zwischen den beiden von den Rückkopplungseinheiten 45 bzw. 51 erzeugten Signalen auf den Leitungen 42 und 46 einen vorbestimmten Betrag überschreitet.

Überwachungseinheiten 74 und 75 erzeugen Ausgangssignale auf den Leitungen 76 und 77 für die Steuereinheit 49, wenn die Differenzdruckfühler 38 und 39 einen hohen Differenzdruck feststellen. Diese Überwachungseinheiten sprechen somit beispielsweise auf den Zustand an, in dem die Stellstange 3 verklemmt ist und sich auf der einen Seite des Kolbens 8 oder 9 ein Druck aufbaut.

Die Steuereinheit 49 steuert nicht nur die Arbeitsweise der Schalter 43 und 48, sowie der Ventile 18 und 19, sondern gibt auch Ausgangssignale ab, welche den Zustand verschiedener Elemente des Systems anzeigen, wobei diese Signale auf einer Leitung 84 zu einer Wartungs- oder Diagnosetafel oder Darstellungseinheit 85 geführt werden. Die Wartungstafel 85 kann auch Signale direkt von verschiedenen über das System verteilt angeordneten Fühlern empfangen und beispielsweise eine Anzeige des Zustandes der verschiedenen Ventile und des hydraulischen Drucks in verschiedenen Elementen des Systems bewirken.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung bei der Verwendung zweier Unterschaltungen 10 und 11 besteht darin, daß es möglich ist, die ordnungsgemäße Funktion der beiden Unterschaltkreise ständig zu überwachen, etwa durch geeignete Indikatoren auf der Wartungstafel 85, obwohl die Stellung der Stellstange 3 nur von einem Unterschaltkreis gesteuert wird. Auf diese Weise ist es möglich, ein Umschalten auf einen Unterschaltkreis zu vermeiden, der als unkorrekt arbeitend festgestellt wird.

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Verschiedene Situationen in denen eine Fehlfunktion auftreten kann sei nachstehend erläutert zusammen mit der durch das hydraulische System hervorgerufenen Wirkung:

1. Unterschaltkreis 10 in aktiver Steuerbetriebsweise

a) Fehlerhafte externe Steuersignale auf Leitung 44: Hierdurch wird eine Differenz zwischen den Signalen auf den Leitungen 42 und 46 hervorgerufen, welche bewirken, daß die Vergleichseinheit 70 ein Ausgangssignal zur Steuereinheit 49 erzeugt. Es wird auch eine anfängliche beispielsweise übermäßig hohe Auslenkung der Stellstange 3 erfolgen, welche eine Abweichung zwischen den Signalen vom Fühler 81 und der Recheneinheit 83 bewirkt, so daß die Vergleichseinheit 69 ein Ausgangssignal zur Steuereinheit 49 erzeugt. Da keine Indifferenz zwischen Signalen von dem Fühler 78 und der Recheneinheit 80 auftritt, ergibt sich kein Ausgangssignal von der Vergleichseinheit 68.

Das Ergebnis ist eine entsprechende Anzeige auf der Überwachungstafel 85.

b) Fehlerhaftes Ankopplungssignal vom Fühler 47: Auch dies erzeugt ein anfänglich falsches Signal auf Leitung 42, welches wiederum zu Ausgangssignalen von den Vergleichseinheiten 69 und 70 in der unter a) beschriebenen Weise führt. Da jedoch das von der Einheit 80 berechnete Signal direkt von den externen Steuersignalen auf Leitung 44 vor der Rückkopplungssteuerung abgeleitet wurde, besteht in diesem Augenblick eine Differenz zwischen Signalen von dem Fühler 78 und demjenigen, das von der Einheit 80 erzeugt wurde. Die Vergleichseinheit 68 wird deshalb ebenfalls ein Ausgangssignal für die Steuereinheit 49 erzeugen.

Das Ergebnis besteht darin, daß die Steuereinheit 49 eine Umschaltung auf den Unterschaltkreis 11 in der zuvor beschrie-

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benen Weise bewirkt mit einem augenblicklichen Stillsetzen des Stellgliedes 1.

c) Ausfall des elektrohydraulisch gesteuerten Ventils 22: Hierdurch wird ein falscher hydraulischer Druck an die Unterkammer 5 gelegt und somit eine falsche Bewegung der Stellstange 3 bewirkt. Es ergeben sich deshalb Differenzen zwischen den Signalen von den Fühlern 78 und 81 und den entsprechenden Recheneinheiten 80 und 83, so daß die Vergleichseinheiten 68 und 69 Ausgangssignale für die Steuereinheit 49 erzeugen.

Das Ergebnis ist das gleiche wie bei b).

d) Fehlerhafter Positionsfühler 78: Dies bewirkt eine Differenz zwischen Signalen auf der Leitung 79 und denjenigen die von der Recheneinheit 80 abgeleitet wurden, wodurch die Vergleichseinheit 68 ein Ausgangssignal auf Leitung 71 zur Steuereinheit 49 erzeugt.

Das Ergebnis besteht darin, daß das System auf den Unterschaltkreis 11 umgeschaltet wird, wobei jedoch kein Festhalten des Stellgliedes 1 stattfindet, da dieses von dem Unterschaltkreis 10 nicht unkorrekt gesteuert wurde.

e) Ausfall der hydraulischen Versorgungseinheit 16: Dies bewirkt eine falsche Bewegung der Stell stange 3, so daß Differenzen zwischen Signalen von den Fühlern 78 und 81 und den entsprechenden Recheneinheiten 80 und 83 auftreten. Ausgangssignale werden deshalb von den Vergleichseinheiten 68.und 69 erzeugt.

Hieraus folgt ein Umschalten des Systems zur Steuerung durch den Unterschaltkreis 11. Auch kann die Steuerung verloren gehen bis das Ventil 18 geschlossen und das Umgehungsventil 28 geöffnet ist.

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f) Ausfall des Umgehungsventils 28 unter Kurzschluß der Leitungen 12 und 14: Dies ergibt wiederum eine falsche Bewegung der Stellstange 3, welche in Ausgangssignalen von den Vergleichseinheiten 68 und 69 resultiert.

Das Ergebnis ist ein Umschalten des Systems zur Steuerung durch den Unterschaltkreis 11. Es kann auch ein augenblicklicher Verlust der Steuerung wie in e) auftreten.

g) Fehlfunktion des Verstärkers 26: Dies bewirkt das Anlegen eines falschen Druckes an die Unterkammer 5 des Stellgliedes 1 und damit die Auslösung einer falschen Bewegung der Stell stange 3. Es werden wiederum Ausgangssignale von den Vergleichseinheiten 68 und 69 erzeugt.

Das Ergebnis besteht in dem Umschalten auf dem Unterschaltkreis 11 mit einer augenblicklichen Festhaltekondition wie unter b) und c).

h) Falsches Schalten des Schalters 43 aus der aktiven Steuerbetriebsweise: Dies bewirkt eine falsche Bewegung der Stellstange 3 oder ein fehlendes Ansprechen des Stellgliedes 1 auf die Steuerung. Die Vergleichseinheiten 68 und 69 geben somit Ausgangssignale an die Steuereinheit 49 ab.

Das Ergebnis ist ein Umschalten des Unterschaltkreises 11 mit einem kurzzeitigen Verlust der Steuerung bis dieses Umschalten erfolgt.

i) Fehlfunktion des Differenzdruckfühlers 38: Dies bewirkt ein falsches Signal auf Leitung 40 zur Überwachungseinheit 74. Fehlt dieses Signal außerhalb voreingestellter Grenzen, dann sendet die Überwachungseinheit 74 ein Ausgangssignal auf Leitung 76 zur Steuereinheit 49.

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Die einzige Wirkung für die Steuereinheit 49 besteht darin, daß sie eine entsprechende Anzeige der Fehlfunktion auf der Überwachungstafel 85 auslöst.

j) Verklemmte Stellstange 3: Da sich die Stellstange 3 nicht mehr abhängig von den Steuersignalen korrekt bewegen kann, entstehen Differenzen in den Ausgangssignalen der Fühler 78 und 81 und der Recheneinheiten 80 bzw. 83. Die Vergleicher 68 und 69 geben somit Ausgangssignale an die Steuereinheit 49. Es baut sich auch ein Druck auf der einen Seite des Kolbens 8 innerhalb der Unterkammer 5 auf, was bewirkt, daß der Differenzdruckfühler 38 hohe Ausgangssignale an die Überwachungseinheit 74 legt, welche wiederum ein Ausgangssignal auf Leitung 76 zur Steuereinheit 49 sendet.

Das Ergebnis davon ist eine entsprechende Anzeige auf der Überwachungstafel 85.

Ähnliche Wirkungen werden durch Fehlfunktionen in dem Unterschaltkreis 11 erzeugt, während dieser im Leerlauf ist, wie dies nun erläutert wird.

2. Unterschaltkreis 11 im Leerlauf

a) Fehlerhafte externe Steuersignale auf Leitung 52: Dies bewirkt, daß die Vergleichseinheiten 69 und 70 Ausgangssignale an die Steuereinheit 49 legen.

Das Ergebnis ist lediglich eine entsprechende Anzeige auf der Überwachungstafel 85.

b) Fehlerhafte Rückkopplungssignale vom Fühler 53: Dies bewirkt, daß lediglich die Vergleichseinheit 70 ein Ausgangssignal an die Steuereinheit 49 legt.

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Das Ergebnis ist eine entsprechende Anzeige auf der Überwachungstafel 85.

c) Ausfall des elektrohydraulisehen Steuerventils 23: Dies bewirkt, daß von dem Unterschaltkreis 11 ein falscher hydraulischer Druck an die Unterkammer 6 des Stellgliedes

I angelegt wird. Die Vergleichseinheiten 68 und 69 erzeugen deshalb Ausgangssignale zum Anlegen an die Steuereinheit Die Differenzdruckfühler 38 und 39 erzeugen beide übermäßig hohe Signale, so daß die Überwachungseinheiten 74 und 75 Signale an die Steuereinheit 49 legen.

Das Ergebnis dieses Vorgangs besteht darin, daß die Steuereinheit 49 den Unterschaltkreis 11 durch Anlegen von Signalen an die Leitung 57 umläuft, um den Unterschaltkreis

II von der hydraulischen Versorgungseinheit 17 abzutrennen. Es ergibt sich ein momentanes Festhalten des Stellgliedes 1 bis der Unterschaltkreis 11 abgetrennt wurde.

d) Fehlerhafter Positionsfühler 81: Dies bewirkt, daß die Vergleichseinheit 69 ein Ausgangssignal an die Steuereinheit 49 legt.

Das einzige Ergebnis dabei ist eine entsprechende Anzeige auf der Überwachungstafel 85.

e) Ausfall der hydraulischen Versorgungseinheit 17: Das einzige Ergebnis dieses Vorgangs besteht darin, daß ein Signal durch einen geeigneten Hydraulik-Fehlerfühler erzeugt und eine entsprechende Anzeige auf der Überwachungstafel 85 gegeben wird.

f) Ausfall des Umgehungsventils 30 unter Kurzschluß der Leitungen 13 und 15:

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Ein geeigneter Ausfallfühier könnte in dem Umgehungsventil 30 eingebaut sein, um eine entsprechende Anzeige auf der Überwachungstafel 85 bei Ausfall zu geben. Normalerweise ergibt sich keine andere Wirkung.

g) Fehlfunktion des Verstärkers 27: Dies führt dazu, daß an die Unterkammer 6 ein falscher Druck angelegt wird, welcher Ausgangssignale der Vergleichseinheiten 68 und 69 sowie der Überwachungseinheiten 74 und 75 hervorruft.

Das Ergebnis besteht darin, daß die Steuereinheit 49 den Unterschaltkreis 11 wie unter l(c) nach einem momentanen Festhalten umläuft.

h) Falsches Schalten des Schalters 48 in die aktive Steuerbetriebsweise: Wenn die an beide Unterschaltkreise 10 und 11 angelegten Signale identisch sind, dann ergibt sich keine Auswirkung. Sind die Signale jedoch unterschiedlich, dann ergibt sich eine Fehlanpassung der an die Unterkammern 5 und 6 angelegten Drucke. In diesem Falle erzeugen die beiden Differenzdruckfühler 38 und 39 hohe Signale, die ein entsprechendes Anlegen von Signalen von den Überwachungseinheiten 74 und 75 an die Steuereinheit 49 bewirken.

Das Ergebnis von derartig fehl angepaßten Drucken besteht darin, daß die Steuereinheit 49 den Unterschaltkreis 11 durch Abtrennen von der hydraulischen Versorgungseinheit umläuft.

i) Fehlfunktion des Differenzdruckfühlers 39: Dies bewirkt, daß das Steuerventil 23 einen falschen Druck an die Unterkammer 6 anlegt, mit dem Ergebnis, daß von den Vergleichseinheiten 68 und 69 ein Ausgangssignal erzeugt und an die Steuereinheit 49 angelegt wird. Die Überwachungseinheit 75 sendet ebenfalls ein Signal an die Steuereinheit 49.

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Das Ergebnis besteht in einem momentanen Festhalten (stall) des Stellgliedes 1 vor dem Umlaufen des Unterschaltkreises 11.

j) Festgeklemmte Stell stange 3

Dies hat dieselbe Wirkung wie sie unter 1) (j) zuvor beschrieben wurde.

Es ist verständlich, daß das hydraulische System auf die verschiedenste Weise modifiziert werden kann.

Das Stellglied muß nicht die beschriebene lineare Form haben, sondern könnte beispielsweise eine Winkel verstellung vornehmen; auch kann das System andere Anwendungen finden als solche in einem Flugkörper.

Wie bereits zuvor erwähnt, können die externen Steuersignale auf den Leitungen 44 und 52 von derselben Quelle stammen. Eine geeignete elektrische Schaltung kann dazu verwendet werden, ein Umschalten zwischen mehreren Quellen bei Feststellen einer Fehlfunktion zu bewirken, so daß beide Unterschaltkreise 10 und 11 mit externen Steuersignalen von einer korrekt funktionierenden Quelle versorgt werden.

Insbesondere kann das System mit Signalen von drei nominal identischen Quellen versorgt werden. Auf diese Weise können Signale von einer Quelle, welche sich von Signalen von den beiden anderen Quellen unterscheiden, zurückgewiesen werden und das System kann dann unter Steuerung der beiden Quellen mit identischen Signalen arbeiten oder es kann eine Kombina-

tion der Signale der beiden Quellen durchgeführt werden.

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Claims

292U64 DipL-Ing. RolfChamer Patentanwalt Rehlingenstraße 8 ■ Postfach 260 D-8900 Augsburg 31 Telefon 08 21/3 6015+3 6016 Telex 53 3 275 Postscheckkonto: M ü η c h e η Nr. 1547 89-S01 7894/95/K/Gr Augsburg, 25. Mai 1979 Anm.: Smiths Industries Limited Patentansprüche

1./System zur Steuerung der abhängig von Steuersignalen an ein Stellglied angelegten Kraft durch die eine entsprechend gesteuerte Verstellung des Stellgliedes hervorgerufen wird, mit ersten und zweiten Schaltungen, welche beide Signale zur Steuerung der Kraft abgeben können, dadurch gekennzeichnet, daß bei normaler Betriebsweise die erste Schaltung (10) erste Signale zur Steuerung eines größeren Teiles der Kraft abhängig von den ersten Steuersignalen abgibt, daß die zweite Schaltung (5) zweite Signale zur Steuerung der an das Stellglied (1) angelegten Kraft erzeugt, wobei die durch die zweiten Signale gesteuerte Kraft eine Größe besitzt, die gerade ausreicht, um die Wirkung des Widerstands gegen Verstellung des Stellgliedes zu reduzieren, wobei die zweite Schaltung die zweiten Signale abhängig von der durch die ersten Signale gesteuerten Kraft ableitet, und daß eine Steuereinheit (49) vorgesehen ist, die auf eine Fehlfunktion der ersten Schaltung oder einen Fehler in den ersten Steuersignalen anspricht und die zweite Schaltung derart schaltet, daß sie Signale abgibt, welche einen größeren Teil einer an das stellglied angelegten Kraft abhängig von zweiten nominell identischen Steuersignalen erzeugt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem ein Fluid-bzw. Flüssigkeitssteuersystem ist und daß die ersten und zweiten Schaltungen (10 und 11) den

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an ein fluid - bzw. flüssigkeitsgesteuertes Stellglied (1) angelegten Fluid- bzw. Flüssigkeitsdruck steuern.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (10) den an eine erste einen Kolben (8) aufweisende Kammer (5) des Stellgliedes (1) angelegten Flüssigkeitsdruck und die zweite Schaltung (11) den an eine zweite einen weiteren Kolben (9) aufweisende getrennte Kammer (6) des Stellgliedes (1) angelegten Flüssigkeitsdruck steuert.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Signale abhängig vom Differenzflüssigkeitsdruck am Kolben (9) in der zweiten Kammer (6) abgeleitet werden, in der Weise, daß sie dazu neigen, den Differenzflüssigkeitsdruck zu reduzieren.

5. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (10) ein Ventil (28) aufweist über das der Druck am Kolben (8) in der ersten Kammer (5) bei Feststellen einer Fehlfunktion in der ersten Schaltung oder bei einem Fehler in den ersten Steuersignalen ausgeglichen werden kann.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positionsfühler (47,53) zum Abfühlen der Position des Stellgliedes (1) und eine Rückkopplungseinheit (45,51) vorgesehen sind, welche Positionssignale von dem Positionsfühler (47,53) und externe dem System zugeführte Signale empfängt, und daß die Kopplungseinheit (45,51) die Steuersignale abhängig von der Differenz zwischen den externen Signalen und den Positionssignalen ableitet.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge k e η η ζ e i c h η e t , daß die Steuereinheit (49) auf eine Fehlfunktion der zweiten Schaltung (11) oder einen Fehler in den zweiten Steuersignalen unter Abtrennung der zweiten

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Schaltung von der Steuerung des Stellgliedes (1) anspricht.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Fluid- bzw. Flüssigkeitssteuersystem ist, daß das Stellglied (1) ein fluid- bzw. flüssigkeitsgesteuertes Stellglied mit einer einen Kolben (8) aufweisenden ersten Kammer und einer einen weiteren Kolben (9) aufweisenden zweiten getrennten Kammer (6) ist, daß die erste Schaltung (10) den der ersten Kammer (5) zugeführten Flüssigkeitsdruck und die zweite Schaltung (11) den der zweiten Kammer (6) zugeführten Flüssigkeitsdruck steuern und daß die zweite Schaltung ein Ventil (30) aufweist, welches derart geschaltet ist, daß es den Druck am Kolben (9) in der zweiten Kammer (6) bei Feststellen einer Fehlfunktion in der zweiten Schaltung oder einem Fehler in den zweiten Steuersignalen ausgleicht.

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Steuersignale von der gleichen Quelle abgeleitet werden.

10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Recheneinheit (80,83) vorgesehen ist, die dem System zugeführte externe Signale empfängt und von einem gespeicherten Modell des Stellgliedes (1) berechnete Signale ableitet, die die den externen Signalen entsprechende Stellgliedposition angeben und daß ein Positions-.fühler (78,81) vorgesehen ist, welcher Positionssignale abhängig von der Position des Stellgliedes abgibt, sowie ein Vergleicher (68,69), welcher ein Ausgangssignal zur Verwendung bei der Steuerung des Schaltens zwischen der ersten und der zweiten Schaltung (10 und'11) abhängig von einer Differenz zwischen den Positions- und den berechneten Signalen abgibt.

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