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Dokumentenidentifikation DE3146806C2 15.02.1990
Titel Elektrisches Antriebssystem
Anmelder General Electric Co., Schenectady, N.Y., US
Erfinder Kleptz, James Albert, Shelburne, Vt., US
Vertreter Schüler, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 6000 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 26.11.1981
DE-Aktenzeichen 3146806
Offenlegungstag 24.06.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.02.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.1990
IPC-Hauptklasse H02P 7/06
IPC-Nebenklasse H02P 1/22   F41F 1/10   
Zusammenfassung Ein Merkmal der Erfindung ist es, daß ein reversierbarer Gleichstromnebenschlußmotor einen Anker (73) und zwei separate Feldwicklungen (34, 32), die jeweils Nennfeldfluß erzeugen können, aufweist. Der Motor kann Drehungen in zwei Richtungen ausführen, wobei ein Feld für eine Drehung im Uhrzeigersinn und das andere Feld für eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn aktivierbar ist. Ein Servosystem verbindet die beiden Feldwicklungen (34, 32) und weist nur ein aktives Steuerelement im Hochstromankerkreis, um die Größe des Ankerstromes zu steuern, und zwei Niederleistungsverstärker auf, die jeweils ein aktives Steuerelement aufweisen und jeweils die Größe und den Feldfluß (und dadurch die Größe des Ankerstromes unter bestimmten Umständen) in einer bestimmten Richtung steuern.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem mit einem Elektromotor, einem Ankerstrom-Regelkreis und einem Feldfluß-Regelkreis gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein Antriebssystem dieser Gattung ist aus der GB-PS 14 34 758 bekannt.

Bei dem bekannten Antriebssystem soll der Ankerstrom des Motors normalerweise konstant gehalten und nur dann erhöht bzw. vermindert werden, wenn der Motor beschleunigt bzw. gebremst werden soll. Für den letzteren Fall ist bei einem Ausführungsbeispiel eine gesonderte Steuerstrecke vorgesehen, die dem Ankerstrom-Regelkreis den Differentialquotienten des Drehzahlbefehls zusätzlich aufschaltet. In jedem Fall bleibt jedoch der Referenzwert konstant. Die Steuerung des Motors erfolgt über den Feldfluß-Regelkreis, der als Sollwertsignal das Drehzahlsignal empfängt. Um verschiedene Probleme wie ein Oszillieren der Drehzahl, die langsame Ansprechgeschwindigkeit der Erregeranordnung und einen unerwünschten Regeloffset zu vermeiden, ist dem Feldfluß-Regelkreis noch eine Einrichtung mit I-Verhalten aufgeschaltet, wodurch in den Regelkreis noch das zeitliche Integral der Differenz zwischen Istdrehzahl und Solldrehzahl als zusätzliche Steuergröße eingeführt wird.

Es gibt spezielle Fälle, in denen eine besonders schnelles Ansprechen eines Antriebs auf Steuerbefehle erwünscht ist, z. B. beim Drehen des Rohrbündels eines Gatling-Geschützes, wie weiter unten noch näher beschrieben wird. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Antriebssystem der in Rede stehenden Gattung so auszubilden, daß es sehr schnell auf Motorsteuerbefehle anspricht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindungsmerkmale wird eine zusätzliche Wechselwirkung zwischen dem Ankerstrom und dem Feldfluß hergestellt, die zur Verkürzung der Ansprechzeit des Antriebssystems führt. Diese zusätzliche Wechselwirkung besteht darin, daß der zu erzeugende Feldfluß abhängig gemacht wird von der Regelabweichung im Ankerstrom-Regelkreis. Dies ist ein grundsätzlich anderer Weg, als ihn die erwähnte Britische Patentschrift offenbart, denn dort werden zur Verbesserung des Ansprechverhaltens des Antriebssystems ganz andere Mittel verwendet, nämlich eine Feldfluß-Regelung mit PI-Verhalten und eventuell eine Überlagerung der Ankerstrom-Regelung durch eine offene Steuerstrecke (Differentialquotient der Drehzahl). Aus der US-PS 33 78 746 ist es zwar an sich bekannt, eine Steuereinrichtung zur Beeinflussung der Felderregung abhängig vom Ankerstrom vorzusehen, jedoch spricht diese Steuereinrichtung auf den Absolutwert des Ankerstroms und nicht, wie im Falle der vorliegenden Erfindung, auf die Regelabweichung des Ankerstroms an.

Ferner sei erwähnt, daß das erfindungsgemäße Antriebssystem eine dynamische Bremsung anstelle der aus der genannten US-PS 33 78 746 bekannten Nutzbremsung durchführt. Das heißt, in einem zweiten Betriebszustand des Systems in die externe Ankerstromquelle abgekoppelt, und die Ankerwicklung ist effektiv kurzgeschlossen. Auch in diesem Betriebszustand wird die Wechselwirkung zwischen dem Ankerstrom und dem Feldfluß-Regelkreis beibehalten, was zu einer verstärkten Abbremsung führt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. So eignet sich die Ausführung nach Anspruch 2, die durch Verwendung zweier separater Feldwicklungen ein reversibles Antriebssystem unter Beibehaltung der erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile darstellt, besonders zum Drehen des Rohrbündels eines Gatling-Geschützes. Ein erster elektrischer Antrieb hierzu, der aus dem Jahre 1893 stammt (US-PS 5 02 185) und als Alternative zur damals üblichen Handkurbel diente, wurde dann später durch einen Elektromotor nach der US-PS 28 49 921 ersetzt. Dieser Motor wurde jeweils nach Abgabe eines Feuerstoßes außer Eingriff gebracht, und das Rohrbündel konnte zu einem Haltepunkt auslaufen, während die Zuführeinrichtung ausgekuppelt wurde und die bereits zugeführten Patronen das Geschütz durchliefen und wieder herausgeführt wurden, ohne abgefeuert zu werden. Ein sogenanntes "Rückwärtsräumen", wo die Drehrichtung des Rohrbündels nach Abgabe des Feuerstoßes umgekehrt und die bereits im Geschütz befindlichen Patronen durch die Zuführeinrichtung zurück in das Munitionshandhabungssystem geführt werden, wurde dann beim GAU-8/A-Geschütz mittels eines Hydraulikmotors realisiert. Ein pneumatisches System, das dem GAU-8/A-Geschütz folgte und ebenfalls ein Rückwärtsräumen ermöglicht, zeigt die US-PS 40 46 056. Obwohl viele Elektromotor-Systeme für richtungs- und geschwindigkeitsgesteuerte Antriebe bekannt sind (vgl. z. B. die US-PS 32 13 343, die US-PS 33 49 309, die US-PS 36 94 715 und die US-PS 35 19 907), vermag erst das erfindungsgemäße System in seiner Ausführungsform nach Patentanspruch 2 die speziellen Anforderungen für ein Geschütz vom Gatling-Typ optimal zu erfüllen, indem es

  • 1) das Rohrbündel und die Zuführeinrichtung in einer minimalen Zeit auf einen großen Prozentsatz der Feuergeschwindigkeit bringen kann,
  • 2) eine Anzahl von Schüssen in der ersten Sekunde abfeuern kann, wenn das Rohrbündel und die Zuführeinrichtung beschleunigt werden und die volle Feuergeschwindigkeit erreichen,
  • 3) die volle Feuergeschwindigkeit aufrechterhalten kann, bis ein Triggersignal aufgehoben wird,
  • 4) das volle Motordrehmoment in umgekehrter Richtung aufbringen kann, bis eine vorbestimmte Räumgeschwindigkeit in der entgegengesetzten Richtung erreicht ist, und
  • 5) das Rohrbündel und die Zuführeinrichtung durch dynamisches Bremsen zum vollständigen Stillstand bringen kann.


Diese Forderungen werden mit dem Antriebssystem nach Patentanspruch 2 in besonderem Maße erfüllt, weil hier ein reversibler Gleichstromnebenschlußmotor vorgesehen ist, der eine Anker- und zwei separate Feldwicklungen aufweist, wobei jede Feldwicklung in der Lage ist, einen Nennfeldfluß zu erzeugen. Der Motor kann in zwei Richtungen drehen, wobei ein Feld für eine Drehung im Uhrzeigersinn (CW) und das andere Feld für eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn (CCW) erregt werden kann. Ein Servosystem verbindet die beiden Feldwicklungen und weist nur ein aktives Steuerelement im Hochstromankerkreis auf, um die Höhe des Ankerstromes zu steuern, sowie zwei Niederleistungsverstärker mit jeweils einem aktiven Steuerelement, wobei jeder Niederleistungsverstärker die Höhe des Feldflusses (und dadurch die Höhe des Ankerstromes unter bestimmten Voraussetzungen) in der jeweiligen Richtung steuert.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verdeutlicht. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Motorsystems,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockdiagramm des Motors und der Leistungsverstärkerbedingungen, wenn der Rotor mit einer bestimmten gleichbleibenden Geschwindigkeit läuft;

Fig. 3A, 3B und 3C in Verbindung miteinander eine vereinfachte Schaltkreisdarstellung des Systems der Fig. 1 und 5;

Fig. 4 eine Schaltkreisdarstellung der SGN (e&sub1;)-Funktion des Systems der Fig. 1; und

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines in Verbindung mit Fig. 1 verwendeten Dreieckwellengenerators.

Ein Gatling-Geschütz weist einen Rotor 10 mit einem Bündel Geschützrohren 12 auf. Der Rotor wird von einem Motor 14 angetrieben und treibt eine Munitionszuführtrommel 16 an. Der Motor treibt auch einen Drehzahlmesser 18 an. Das Geschütz kann von dem Typ sein, wie er in der US-PS 36 11 871 dargestellt ist, und die Trommel der in der US-PS 40 04 490 gezeigten entsprechen.

Ein 210-Volt-Batteriepaket 20 versorgt einen Ankerleistungsverstärker 22 mit Gleichstromenergie. Das Batteriepaket kann von einer geeigneten Quelle, wie einem Batterieladegerät 24 versorgt werden.

Eine erste Spannung, die eine Funktion des Feuergeschwindigkeitsbefehls ist, wird auf einen ersten Eingangsanschluß einer Addiereinrichtung 24 gegeben. Eine zweite Spannung, die eine Funktion der Drehgeschwindigkeit des Geschützes ist, wird vom Drehzahlmesser 18 zu einem zweiten Eingangsanschluß der Addiereinrichtung 24 geliefert. Die Polarität der zweiten Spannung bildet die algebraische Differenz der ersten und zweiten Spannungen am Ausgangsanschluß der Addiereinrichtung. Die Ausgangsspannung der Addiereinrichtung 24 wird mittels eines Verstärkers 26 verstärkt, und die Ausgangsspannung dient als erste Eingangsspannung für einen ersten Eingangsanschluß einer Addiereinrichtung 28. Diese erste Eingangsspannung, die eine Funktion der Differenz zwischen der gewünschten Feuergeschwindigkeit des Geschützes, d. h. der Geschützdrehgeschwindigkeit, und der tatsächlichen Feuergeschwindigkeit des Geschützes ist, wird zur Steuerung des Motorstromes verwendet, derart, daß die Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Geschwindigkeit verkleinert wird.

Eine zweite Eingangsspannung, die eine Funktion des Ankerstroms des Motors 14 ist, wird vom Ausgangsanschluß einer Vorzeichen-Schaltung (SGN (e&sub1;)-Kreis) 30 erzeugt und auf einen zweiten Eingangsanschluß der Addiereinrichtung 28 gegeben. Die Polarität dieser zweiten Spannung wird vom SGN (e&sub1;)-Kreis 30 derart gebildet, daß die Amplitude der Ausgangsspannung der Addiereinrichtung 28 vermindert wird. Der SGN (e&sub1;)-Kreis dient dazu, die Anwendung einer Gegenkopplung bei den der Addiereinrichtung 28 folgenden Stufen für eine positive oder negative Polarität der Ausgangsspannung des Verstärkers 26 zu erlauben. Dies ermöglicht es, daß der Ankerstrom des Motors 14 nur eine Polarität aufweist. Eine Zunahme der Amplitude jeder Polarität in der Ausgangsspannung der Addiereinrichtung 28 führt zu einer Zunahme des Ankerstromes mit nur einer Polarität. Wie später beschrieben ist, bestimmt die Polarität und Größe der Ausgangssignale der Addiereinrichtung 28 auch, welche der Motorfeldwicklungen 32 oder 34 erregt werden und die Höhe dieser Erregung.

Die Ausgangssignale der Addiereinrichtung 28 werden auf den Eingang eines Verstärkers 36 gegeben, der einen Verstärkungsgrad von plus 1 aufweist und der als ein Puffer für die Addiereinrichtung 28 dient.

Ein Verstärker 38, mit einer Verstärkung von minus 1, ist mit seinem Eingangsanschluß mit dem Ausgang des SGN (e&sub1;)-Kreises verbunden, und sein Ausgangsanschluß ist über zwei in Reihe angeordnete, umgekehrt gepolte (back-to-back) Zenerdioden 40 und 42 mit dem Eingang eines Verstärkers 44 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 36 ist gleichfalls mit dem Eingang des Verstärkers 44 verbunden. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 38 ist direkt proportional zur Größe des Motorankerstromes. Die Polarität dieser Ausgangsspannung des Verstärkers 38 wird von dem SGN (e&sub1;)-Kreis 30 so beeinflußt, daß sie entgegengesetzt zur Polarität der Ausgangsspannung des Verstärkers 36 ist. Wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers 38 die Durchbruchspannung einer der Dioden 40 oder 42 erreicht, je nach der Polarität der Ausgangsspannung des Verstärkers 38, wird eine weitere Zunahme der Ausgangsspannung des Verstärkers 36 verhindert, wodurch eine weitere Zunahme der Größe des Motorankerstromes verhindert wird. Auf diese Weise bestimmt die Durchbruchspannung der Dioden 40 und 42 die maximale Größe des Motorankerstromes.

Der Verstärker 44 dient als Puffer und bewirkt eine Verstärkung, um die Ausgangsspannung des Verstärkers 36 schaltkreismäßig auf geringe Werte zu zwingen. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 44 ist als Spannung e&sub1; identifiziert und mit einem ersten Eingang des SGN (e&sub1;)-Kreises 30 verbunden. Die Polarität der Spannung e&sub1; bestimmt die Polarität der Ausgangsspannung des SGN (e&sub1;)-Kreises 30.

Die Spannung e&sub1; dient auch als Erregung für den Motorfeldverstärker, der pulsbreitenmoduliert ist und eine Addiereinrichtung 50 mit zwei Eingangsanschlüssen aufweist, wobei an einen Anschluß die Spannung e&sub1; und an den anderen Anschluß eine Rückführungs-Spannung e&sub2; gelegt ist. Die Ausgangsspannung e&sub3; der Addiereinrichtung 50 ist an einen Vorwärts- und einen Rückwärtsfeldwicklungskreis angelegt. Der Vorwärtsfeldwicklungskreis weist einen Vorwärtspulsbreitenmodulator 52 auf, dessen Ausgangssignale einem Vorwärtsfeldleistungsverstärker 54 zugeführt werden, der einen effektiven Schalter Q&sub1; aufweisen kann, dessen Ausgang mit der Vorwärts-Feldwicklung 34 einschließlich eines Widerstandes RF 1 und einer Induktivität LF 1 und über einen Widerstand oder Shunt RS 1 mit einer Erdrückleitung verbunden ist. Eine Diode 56 verbindet umgekehrt als Shunt wirkend die Feldwicklung und den Widerstand. Die am Widerstand RS 1 entwickelte Spannung wird dem ersten Eingang eines Verstärkers 58 zugeführt. Der Rückwärtsfeldwicklungskreis weist einen Rückwärtspulsbreitenmodulator 60 auf, dessen Ausgangsgröße einem Rückwärtsfeldleistungsverstärker 62 zugeführt wird, der einen wirksamen Schalter Q&sub2; aufweisen kann, dessen Ausgang mit der Rückwärtsfeldwicklung 32 einschließlich einem Widerstand RF 2 und einer Induktivität LF 2 und über einen Widerstand RS 2 mit einer Erdrückleitung verbunden ist. Eine Diode 64 liegt rückwärts im Nebenschluß zur Feldwicklung und dem Widerstand. Die am Widerstand RS 2 abfallende Spannung wird einem zweiten Eingang des Verstärkers 58 zugeführt. Die Polarität der Ausgangsspannung der Addiereinrichtung 50 bestimmt, welcher Feldwicklungskreis erregt wird und dadurch die Richtung des Antriebsdrehmoments des Motors 14. Die an den Widerständen RS 1 und RS 2 erzeugten Spannungen sind eine Funktion der jeweiligen Feldströme iF 1 und iF 2, und die Ausgangsspannung des Verstärkers 58 ist proportional zur Differenz zwischen diesen Feldströmen, d. h. K(iF 1 - iF 2), welche als e&sub2; identifiziert ist. Die Spannung e&sub2; ist so eine Funktion der Größe und Polarität des Motorfeldflusses und wird auf den zweiten Eingangsanschluß der Addiereinrichtung 50 gegeben. Die Ausgangsspannung e&sub3; der Addiereinrichtung 50, die K(e&sub1; - e&sub2;) ist, bestimmt die Polarität und Größe des Motorfeldflusses.

Die Spannung e&sub1; dient auch als Erregung für den Motorankerverstärker, der pulsbreitenmoduliert ist und eine Nacheilungsschaltung 70 aufweist, deren Ausgangsspannung auf einen Pulsbreitenmodulator 72 gegeben wird, der seinerseits den Ankerleistungsverstärker 22 antreibt, dessen Ausgangsgröße den Anker 74 des Motors 14 über einen Ankerstromshunt RSA antreibt. Die Spannung IARSA, die am Shunt abfällt, ist die zweite Eingangsgröße am SGN (e&sub1;)-Kreis 30. Die Verzögerungs- oder Nacheilungsschaltung 70kann von einem Tiefpaßfilter gebildet werden, das eine Endsteigung von beispielsweise 6 dB per Oktave aufweist. Die Verzögerungsschaltung 70 wird verwendet, um die Ankerstromschleife zu glätten und zu stabilisieren. Der Pulsbreitenmodulator 72 ist einseitig gerichtet und weist eine ausreichende Totzone (deadband) auf, so daß die Spannung e&sub1; nahezu den vollen Feldfluß in der entsprechenden Feldwindung 32 oder 34 entwickelt, bevor Strom durch den Motoranker über den Ankerleistungsverstärker 22 und seinen wirksamen Schalter Q&sub3; geführt wird.

Der Strom kann dem Motoranker von einer von zwei möglichen Quellen zugeführt werden. Die normale Richtung des Ankerstromflusses ist vom Batteriepaket 20 über den pulsbreitenmodulierten wirksamen Schalter Q&sub3;. Dies ist möglich, wenn die Größe von e&sub1; größer ist als die Ansprechempfindlichkeit im Pulsbreitenmodulator 72. Ein alternativer Stromweg verläuft über eine Diode 80, die zwischen Erde und den Leiter des Ankers gelegt ist. Diese Anordnung ist möglich, weil die Polarität der Spannung e&sub1; eine Umkehrung der Polarität des Feldflusses bewirken kann, nachdem der Motoranker eine Drehgeschwindigkeit in einer bestimmten Richtung erreicht hat. Eine derartige Umkehrung der Feldflußpolarität ergibt sich aus einer Verminderung oder einer Umkehr der Feuergeschwindigkeitsbefehlsspannung. Die Umkehr des Feldflusses wandelt den Motor in einen Generator um, wobei Strom durch die Diode 80 geführt wird, während der wirksame Schalter Q&sub3; offen ist. Die Trägheitsenergie des Ankers wird in Wärme umgewandelt, wenn der Anker langsamer wird. Wenn der Schalter Q&sub3; offen ist, erfolgt keine Rückführung von Strom zur Batterie.

Eine maximale Stromgrenze wird jederzeit durch die Druchbruchsfunktion der Zenerdioden 40 und 42 aufrechterhalten. Der Strom wird entweder durch die Schaltfunktion des wirksamen Schalters Q&sub3; oder durch Umkehrung des Feldflußantriebsstromes durch die Diode 80 gesteuert.

Wenn das Geschütz und der Motoranker ruhen, führt eine positive Feuerbefehlsspannung zu einer positiven Spannung e&sub1;, die beispielsweise bei 1200 Hz vom Vorwärtspulsbreitenmodulator 52, der nur auf eine positive Eingangsspannung anspricht, pulsbreitenmoduliert wird. Dieser Modulator 52 schaltet den Vorwärtsfeldleistungsverstärker 44 ein, was durch Schließen von Q&sub1; dargestellt ist, und der Stromfluß in der Vorwärtsfeldwicklung 34 ist hergestellt. Ein relativ kleiner Stromfluß wird durch die Gegeninduktion in der Rücklauffeldwicklung erzeugt, wobei ein Umlaufweg für diesen Strom durch die Nebenschlußdiode 64 geschaffen wird. Die Spannung an den stromempfindlichen Widerständen RS 1 und RS 2, die jeweils in Reihe zu den Feldwicklungen liegen, wird dann wechselseitig subtrahiert, um eine Rückkoppelungsspannung K(iF 1 - iF 2) für die Addiereinrichtung 50 zu liefern, die proportional zur Differenz der Feldwicklungsströme ist. Ein maximaler Feldfluß wird im Motor bei beispielsweise einer Feldstromdifferenz von 20 A erzeugt.

Die Spannung e&sub1; wird auch dem Ankerpulsbreitenmodulator 27 zugeführt, der eine positive Ausgangsspannung für jede Eingangspolarität erzeugt, d. h. eine Absolutwertpulsbreitenmodulation. Der Ankerleistungsverstärker wird dadurch eingeschaltet, wobei sein wirksamer Schalter Q&sub3; geschlossen ist, um einen positiven Stromfluß durch den Anker zu bewirken, der zu einem positiven Drehmoment oder zu einer Drehgeschwindigkeit in Vorwärtsrichtung durch den Motor führt. Der Motor beschleunigt das Geschütz auf die gewünschte Drehgeschwindigkeit von beispielsweise 4200 Schüsse pro Minute, was bei einem Siebenrohr-Gatling-Geschütz 600 Umdrehungen pro Minute bedeutet. Die gewünschte Feuergeschwindigkeit wird durch die Verwendung der Geschwindigkeitsmesser-Rückkoppelungsschleife aufrechterhalten. Der Ankerstrom-Abtastwiderstand RSA, der in Reihe mit dem Anker geschaltet ist, wird verwendet, um eine innere Ankerstrom-Rückkoppelungsschleife zu schaffen, die die Bandbreite der Drehzahlmesserschleife erweitert, und um auch eine Einrichtung zur Begrenzung des Ankerstromes auf beispielsweise 700 Ampere zu schaffen.

Der Zustand der Anker- und Feldwicklungsverstärker des mit Dauerfeuergeschwindigkeit betriebenen Geschützes ist in Fig. 2 dargestellt.

Wenn ein Feuereinstellsignal empfangen wird, was einer Aufhebung der Feuergeschwindigkeitsbefehlsspannung am Eingang der Einrichtung 24 entspricht, wird die Polarität der Spannung e&sub1; umgekehrt und die wirksamen Schalter Q&sub1; und Q&sub3; werden geöffnet und der wirksame Q&sub2; ist geschlossen. Durch diese Schalterbetätigungen erfolgt eine Trennung der Batteriespannung vom Anker und es beginnt sich ein Strom in der Rückwärtsfeldwicklung 32 aufzubauen. Der Ankerstrombegrenzungskreis, der den SGN (e&sub1;)-Kreis 30 und die Zenerdioden 40 und 42 einschließt, dient dazu, den Rückwärtsfeldstrom iF 2 und den resultierenden Feldfluß und die Gegen-EMK zu variieren, um einen konstanten Ankerstrom von 700 Ampere aufrechtzuerhalten. Da der resultierende Feldfluß die Polarität gewechselt hat, bewirkt der positive Ankerstrom ein negatives Ankerdrehmoment, das das Geschütz kräftig abbremst. Die SGN (e&sub1;)-Funktion in der Ankerstromrückkoppelungsschleife hält die Stabilität der Ankerstromschleife und der Drehzahlmesserrückkoppelungsschleife nach der Feldumkehr für eine kräftige Abbremsung des Geschützes aufrecht, d. h. es erfolgt eine dynamische Bremsung des Geschützes bis zum vollständigen Stillstand. Bei einem Geschützsystem mit Rücklaufauswurf kann durch die Versorgung der Addiereinrichtung 24 mit einer Geschwindigkeitsbefehlsspannung, die eine entgegengesetzte Polarität zu der der Feuergeschwindigkeitsbefehlsspannung aufweist, das volle Rücklaufdrehmoment aufgebracht werden, bis eine gewünschte Rücklaufauswurfgeschwindigkeit von beispielsweise 1000 s. p. m. erreicht ist. Diese Geschwindigkeit wird aufrechterhalten, bis die gewünschte Anzahl aufeinanderfolgender leerer Hülsen, die durch das Geschütz geführt wurden, abgetastet ist, worauf das Geschütz dynamisch bis zum Stillstand gebremst werden kann.

Der spezielle verwendete Motor ist ein vollständig geschlossener, reversibler, intermittierend betreibbarer Gleichstromnebenschlußmotor. Der Anker ist bei 108 Volt mit zwei separaten Feldwicklungen aufgeteilt, die jede einen Nennfeldfluß bei angelegten 20 Volt aufbringen kann.

Eine beispielhafte Schaltkreisanordnung ist in den Fig. 3A, 3B, 3C und Fig. 4 gezeigt, wobei die einzelnen Elemente der Kästen der Fig. 1 und 5 mittels gestrichelter Linien mit entsprechenden Bezugszeichen verbunden sind. Ein Dreieckswellengenerator 80 erzeugt zwei Dreieckswellensignale T&sub1; und T&sub2; für den Ankerpulsbreitenmodulator 72, ein Dreieckswellensignal T&sub3; für den Rückswärtsfeldwicklungspulsbreitenmodulator 60 und ein Dreieckswellensignal T&sub4; für den Vorwärtsfeldwicklungspulsbreitenmodulator 52.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrisches Antriebssystem mit folgenden Teilen:

    einem Elektromotor, der eine Ankerwicklung (74) und eine Erregeranordnung (32, 34) zur Erzeugung des Feldflusses aufweist;

    einem Ankerstrom-Regelkreis (28, 36, 44, 70, 72, 22, 74, RSA, 30) mit einer Ankerstrom-Stelleinrichtung (70, 72, 22), die in einem ersten Betriebszustand des Systems auf die Differenz zwischen einem Referenzwert und dem Istwert des Ankerstroms anspricht, um den Betrag des von einer externen Quelle (20) in die Ankerwicklung (74) fließenden Stroms im Sinne einer Reduzierung der Differenz einzustellen;

    einem Feldfluß-Regelkreis (44, 50, 52, 60, 54, 62, 34, 32, RS 1, RS 2, 58), der eine Einrichtung (44) zur Lieferung eines einen Sollbetrag und eine Sollpolarität des Feldflusses anzeigenden ersten Signals (e&sub1;), eine Einrichtung (58) zur Lieferung eines den Istbetrag und die Istpolarität des Feldflusses anzeigenden zweiten Signals (e&sub2;) und eine Feldfluß-Stelleinrichtung (52, 60, 54, 62) aufweist, welche auf die Differenz zwischen dem ersten (e&sub1;) und dem zweiten (e&sub2;) Signal anspricht, um den Betrag und die Polarität des Feldflusses im Sinne einer Reduzierung des Betrags dieser Differenz zu ändern, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Referenzwert entsprechend einem Motorsteuerbefehl einstellbar ist;

    daß das System, wenn der Referenzwert einem Bremsbefehl entspricht, in einen zweiten Betriebszsutand umschaltet, in welchem die Ankerwicklung (74) von der externen Quelle (20) abgekoppelt und effektiv kurzgeschlossen ist;

    daß die in beiden Betriebszuständen das erste Signal (e&sub1;) liefernde Einrichtung (44) auf die Differenz zwischen dem Referenzwert und dem Istwert des Ankerstroms anspricht, um den Sollbetrag und die Sollpolarität des Feldflusses entsprechend dem Betrag und der Polarität dieser Differenz anzuzeigen.
  2. 2. Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregeranordnung eine Vorwärts-Feldwicklung (34) und eine Rückwärts-Feldwicklung (32) enthält;

    daß die Feldfluß-Stelleinrichtung (52, 60, 54, 62) einen ersten Pulsbreitenmodulator (52) enthält, der einen die Vorwärts-Feldwicklung (34) speisenden ersten Leistungsverstärker (54) steuert, und einen zweiten Pulsbreitenmodulator (60), der einen die Rückwärts-Feldwicklung (32) speisenden zweiten Leistungsverstärker (62) steuert;

    daß die das zweite Signal (e&sub2;) liefernde Einrichtung (58) ein den Iststrom in der Vorwärts-Feldwicklung (34) darstellendes Signal und ein den Iststrom in der Rückwärts-Feldwicklung (32) darstellendes Signal empfängt und die Differenz dieser beiden Signale als das zweite Signal (e&sub2;) liefert;

    daß parallel zur Vorwärts-Feldwicklung (34) eine erste Diode (56) und parallel zur Rückwärts-Feldwicklung (32) eine zweite Diode (64) geschaltet ist;

    daß der erste Pulsbreitenmodulator (52) den ersten Leistungsverstärker (54) zur Abgabe von Strom in die Vorwärts-Feldwicklung (34) ansteuert, wenn die Differenz zwischen dem zweiten Signal (e&sub2;) und dem ersten Signal (e&sub1;) eine bestimmte Polarität hat und ein in der Rückwärts-Feldwicklung (32) induzierter Strom durch die zweite Diode (64) fließt;

    daß der zweite Pulsbreitenmodulator (60) den zweiten Leistungsverstärker (62) zur Abgabe von Strom in die Rückwärts-Feldwicklung (32) ansteuert, wenn die Differenz zwischen dem zweiten Signal (e&sub2;) und dem ersten Signal (e&sub1;) die andere Polarität hat und ein in der Vorwärts-Feldwicklung (34) induzierter Strom durch die erste Diode (56) fließt.
  3. 3. Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert von einer Summiereinrichtung (24) geliefert wird, die ein für die tatsächliche Drehgeschwindigkeit des Ankers repräsentatives Geschwindigkeits-Istwertsignal und ein für eine gewünschte Drehgeschwindigkeit des Ankers repräsentatives Geschwindigkeits-Sollwertsignal empfängt und ein für die Differenz zwischen diesen beiden Signalen repräsentatives Differenzsignal erzeugt.
  4. 4. Elektrisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30, 38, 40, 42), die das erste Signal (e&sub1;) und ein für den Istbetrag des Ankerstroms repräsentatives Signal empfängt, um an die Einrichtung (44) zur Erzeugung des ersten Signals (e&sub1;) ein Begrenzungssignal zu liefern, das den Betrag des ersten Signals begrenzt.






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