POSITION CONTROL LOOP

Abstract: 1. Aiming control loop having a switchable structure, in particular for a weapon aiming and tracking device, comprising a position control loop and a subordinated velocity control loop, whereat an integrating branch of the position control loop comprises an integrator which is provided with means for its resetting in the event where the amount of the position control deviation exceeds a predetermined value, characterized in that the position control loop has a switchable P-PI structure, that a limiter (20) is provided within the integrating branch of the position control loop and that for controlling of the position of rotatable elements having an alternating rotational direction the position control loop is provided with circuit means (34, 36, 24) for additionally and temporarily actuating said resetting means (22) at a change of the rotational direction and when the measured value of the rotational velocity is approaching the zero crossing.

Description: Positionsregelkreis Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Positionsregelkreis nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Positionsregelkreis findet vorzugsweise Anwendung bei einer Waffenricht- und Nachführanlage. In diesem Zusammenhang ist z.B. aus der Zeitschrift "IEEE Transactions on Automatic Control", Band AC-28, Nr. 4, April 1983, Seite 532 - 534, ein nachführendes Servosystem bereits bekannt, das mit zwei unterschiedlichen Integrationskonstanten arbeitet und in Abhängigkeit von der Regelabweichung eine Umschaltung zwischen beiden Integrationskonstanten vorsieht. Dadurch erhält man einerseits eine schnelle Nachführung und andererseits eine gute Ausregelung des Regelfehlers. Jeder Integrationsanteil führt aber zu Überschwingen bei sprunghaft auftretenden Zielzuweisungen und damit verbundenen Positionswechseln. Um dies zu vermeiden, ist es beispielsweise bei Anfahrschaltungen auf dem Gebiet der pneumatischen Regler bekannt, im I-Rückführungszweig ein von der Regelabweichung angesteuertes Begrenzungselement anzuordnen (DE-PS 2 211 765) oder den I-Rückführungszweig solange ausser Funktion zu setzen, wie die Regelabweichung einen be stimmten Wert überschreitet (DE-OS 3 218 230). Alle diese Massnahmen zeigen aber nur günstige Auswirkungen beim Anfahren des Reglers. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Positionsregelkreis der eingangs genannten Art auch in seinem dynamischen Betrieb zu verbessern. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Positionsregelkreises sind den Unteransprüchen entnehmbar. Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden der erfindungsgemässe Positionsregelkreis näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des Positionsregel kreises gemäss der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Erzeugung des Rücksetzsignales für den I-Zweig in Abhängigkeit von dem Positionsfehler und Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Erzeugung des Rücksetzsignales für den I-Zweig in Ab hängigkeit von dem Winkelgeschwindigkeits signal tJ . Gemäss Figur 1 liefert ein nicht dargestelltes Feuerleitsystem ein Positions-Führungssignal r(t) an eine Vergleichsstelle 10, welcher andererseits der Positionsistwert b < ist zugeführt wird. Der Positionsfehler dD(wird einem Lageregelkreis 12 zugeführt, der ein P-Glied 14 und ein dazu parallelgeschaltetes I-Glied 16 aufweist. Beide Zweige sind auf eine Summierstufe 18 geschaltet, die mit ihrem Ausgangs signal einen Geschwindigkeitssollwert Dsoll vorgibt. Dem I-Glied 16 ist ein Amplitudenbegrenzer 20 vorgeschaltet, wodurch das dem I-Glied 16 zugeführte Signal beschnitten wird. Eine Rücksetzeinrichtung 22 schaltet bei ihrer Betätigung den I-Zweig aus, in dem beispielsweise ein Kondensator kurzgeschlossen und die in ihm befindliche Ladung vernichtet wird. Die Rücksetzeinrichtung 22 wird von dem Ausgang eines ODER-Gatters 24 angesteuert, wobei ein Eingang des ODER-Gatters 24 von einem Komparator 26 beaufschlagt wird, dem der Positionsfehler n0(' zugeführt wird. Der Ausgang der Summierstufe 18 und somit der Geschwindigkeitssollwert #so11 wird einem weiteren Vergleichsglied 28 zugeführt. Das Vergleichsglied 28 ist einem Geschwindigkeitsregelkreis 30 vorgeschaltet, und es vergleicht den Drehgeschwindigkeitsistwert ist ist mit dem Drehgeschwindigkeitssollwert #so11, um mit dem Geschwindigkeitsfehler- signal ## den Geschwindigkeitsregler 30 zu beaufschlagen. Aus dem Drehgeschwindigkeitsistwert ist ist wird der Positionsistwert #ist mittels eines Integrators 32 gewonnen, der beispielsweise durch einen Zähler vorgegeben sein kann. Der z.B. durch einen mit der Richtanlage gekoppelten Tachogenerator gewonnene Drehgeschwindigkeitsistwert weist beaufschlagt über einen Fensterkomparator 34 und eine nachgeschaltete monostabile Kippstufe 36 einen zweiten Eingang des ODER-Gatters 24. Aus diesem Aufbau des Positionsregelkreises ergibt sich die folgende aus den Figuren 2 und 3 näher hervorgehende Funktion: Befiehlt z.B. das Feuerleitsystem der Waffenricht- und nachführanlage eine Position (Zielzuweisung), die wesentlich von der verschieden ist, die die Richtanlage momentan einnimmt, so schaltet der Komparator 26, dem der Positions fehlert #&alpha; zugeführt wird,über das ODER-Gatter 24 und die Rücksetzeinrichtung 22 das I-Glied 16 aus und macht somit den gesamten Integralzweig unwirksam. Unterschreitet der Positionsfehler #&alpha; die durch den Komparator 26 vorgegebene Schwelle #&alpha;max, so wird der dem I-Glied 16 zugeführte Positionsfehler #&alpha; noch durch den Begrenzer 20 begrenzt. Im Bereich zwischen #&alpha;max ergibt sich jedoch eine in max tegrierende Funktion des Reglers bezüglich des von dem Begrenzer 20 hindurchgelassenen Positionsfehlers A ( , was aus Figur 2 entnehmbar ist. Die Einstellung der Schaltschwelle ist direkt abhängig von der oberen Grenze der geforderten Drehgeschwindigkeit mit Positionsfehler Null. EMI4.1 Auch bei kleinem oder verschwindendem Positionsfehler90t kann die Waffe durch die Richt- und Nachführanlage mit einer gewissen Geschwindigkeit bewegt werden, und es kann ihr plötzlich durch das Feuerleitsystem ein Richtungswechsel befohlen werden. Ein solcher Richtungswechsel bedingt normalerweise eine Umladung des Integrators, und um den Richtungswechsel zu beschleunigen, wird daher gemäss der vorliegenden Erfindung bei Annäherung der Drehgeschwindigkeit > D an den Nulldurchgang das I-Glied 16 kurzfristig entladen. Dazu wird die Spannung des nicht dargestellten Tachogenerators mittels des Fensterkomparators 34 sensiert, wobei die Schaltschwelle EMI4.2 möglichst nahe an den Nulldurchgang gelegt werden soll. Die monostabile Kippstufe 36 erzeugt sodann auf der ansteigenden Flanke des Komparator-Ausgangssignales einen Impuls. Die Impulsdauer muss mindestens solange anhalten, bis das I- Glied 16 restlos entladen ist. Eine zusätzlich vorgebbare Hysterese verhindert zweckmässigerweise, dass bei Ungleichförmigkeit der Drehbewegung der Komparator auf einer Schaltschwelle pendelt. Da auch für Drehgeschwindigkeiten UD < Wmin eine fehlerfreie Nachführung möglich sein muss, ist es von Bedeutung, dass der Integrator nach der Entladung die Integratorfunktion wieder aufnimmt.

Claims: Patentansprüche: 1. Positionsregelkreis mit umschaltbarer Struktur (P-PI), insbesondere für eine Waffenricht- und Nachführanlage, mit einem Lageregelkreis und einem unterlagerten Ge schwindigkeitsregelkreis, wobei im Integralzweig des Lage regelkreises ein Begrenzer angeordnet und dem Integrator eine von dem Positionsfehler betätigbare Rücksetzein richtung parallelgeschaltet ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Schaltungsmittel (34, 36, 24, 22) zur kurzzeitigen Betätigung der Rücksetzein richtung (22) bei einem Drehrichtungswechsel. 2. Positionsregelkreis nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Geschwindigkeits signal (w') über einen Fensterkomparator (34) und eine nachgeschaltete monostabile Kippstufe (36) der Rücksetz einrichtung (22) zugeführt wird. 3. Positionsregelkreis nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein der Rücksetzeinrichtung (22) vorgeschaltetes ODER-Gatter (24), das von der mono stabilen Kippstufe (36) und von einem Komparator (26) angesteuert wird, dem der Positionsfehler .) zugeführt wird. 4. Positionsregelkreis nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Komparator (26) ein Rücksetzsignal liefert, wenn der Positionsfehler ( ) einen oberen bzw. unteren einstellbaren Schwellwert über steigt und dass der Fensterkomparator (34) ein Rücksetz signal in der Nähe des Nulldurchganges des Geschwindig keitssignales (usa) ) liefert.

Inventors: LAUE, HEINZ, SPOHR, HANS-HERMANN, DIPL.-ING.
Applicants: HONEYWELL REGELSYSTEME GMBH
Application year: 1984
Main classification: G05D3
IPC codes: G05D3