DE2824560A1 - Ueberwachungseinrichtung fuer edundante steuersysteme - Google Patents
Ueberwachungseinrichtung fuer edundante steuersystemeInfo
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Description
ÜberwachungsEinrichtung für redundante Steuersysteme
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf redundante Steuersysteme und insbesondere auf eine Überwachungseinrichtung
für redundante Steuersysteme. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Einrichtung, die verhindert, da3 die
Überwachungseinrichtung in eine dauernde Anzeige eines "Gut-Zustandes" verfällt.
Steuersysteme, wie sie zur Flugsteuerung eines Flugzeuges
verwendet werden, sind zumindest zweifach redundant und enthalten eine Überwachungseinrichtung zur Crass-Überwachung
der redundanten Kanäle in dem System. Ein Grundproblem besteht darin, daß die Überwachungseinrichtung daran gehindert werden
mu3, in einen "Gut-Zustand" zu verfallen. Das heißt, in einen Zustand, in dem die Überwachungseinrichtung nicht in der Lage
ist, einen Systemfehler zu entdecken und das System ausschließlich als "gut" einschätzt.
Dies sail durch die vorliegende Erfindung erreicht werden,
und zwar in möglichst einfacher Weise und ahne den Bedarf an
umfangreicher Hardware, wie dies bisher der Fall gewesen ist. Die Erfindung ist in Anspruch 1 näher gekennzeichnet. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäi3en Überwachungseinrichtung ist jeder der redundanten Kanäle des Steuersystems mit einem anderen
der Kanäle gekoppelt, wodurch von den Kanälen erzeugte Befehlssignale und Tracer-Signale addiert werden, um Summiersignale
zu erzeugen. Das Summiersignal eines Kanals wird einem Komparator eines anderen Kanals zugeführt und von ihm mit dem
Befehlssignal des anderen Kanals verglichen. Die Amplitude der Summiersignale ist zweimal die Amplitude des Schwellenwertes
der Komparatoren, um sicherzustellen, daß die Komparatoren
50 % der Zeit erregt werden und in einem 50 /a-Arbeitszyklus
zwischen ihrem "Gut-Zustand" und Fehler-Zustand" hin- und herspringen. Dualdekodierglieder demadulieren die Komparator-Wechselsignale,
um den Fehlerlogikkreis des Systems zu betätigen. Wichtig hierbei ist, daß jeder der Kanäle von einem
Signal (einem Summiersignal) überwacht wird, das außerhalb des Kanals erzeugt wird und eine andere Frequenz als das von dem
Kanal erzeugte Summiersignal hat, um zu verhindern, daß der Kanal von seinen eigenen intern erzeugten Fehlern beeinflußt
wird.
Durch die vorliegende Erfindung wird somit eine Einrichtung geschaffen, die die Überwachungseinrichtung für redundante
Steuersysteme daran hindert, in einen "Gut-Zustand" zu verfallen.
Jeder Kanal des redundanten Steuersystems enthält einen Komparator,
der auf die Summe des Befehls- und Tracer-Signals anspricht, um sicherzustellen, daß der Komparator 50 "ja der Zeit erregt
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wird und sein Ausgangssignal in einem 50 %-Arbeitszyklus
zwischen seinem "Gut-Zustand" und "Fehler-Zustand" hin- und
herspringt.
Hierbei werden die Summiersignale zum Betätigen der Komparatoren
extern zu dem Komparatorkanal erzeugt, und zwar mit einer anderen Frequenz als das van dem Kanal erzeugte Summiersignal,
um zu verhindern, daß der Komparator van den Fehlern
des eigenen Kanals beeinflußt wird.
Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 ein Blockdiagramm einer Überwachungseinrichtung in einem Zweifachkanal-Steuersystem gemäi3 der
vorliegenden Erfindung;
Figuren 2,3 graphische Darstellungen der Wellenfarmen eines ersten und zweiten Befehlssignals;
Figur 4 eine graphische Darstellung der Wellenform eines Realzeituhr-oignals;
Figur 5 die Wellenform eines Tracer-Signals einer vorgegebenen Frequenz, das von dem Realzeituhr-Signal
der Figur 4 abgeleitet wird;
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Figur 6 ein Signal, das durch Addieren des Befehlssignals nach Figur 2 und des Tracer-Signals
nach Figur 5 erzeugt wird und das zum Überwachen eines der in Figur 1 gezeigten beiden
Kanäle dient;
Figur 7 ein anderes Tracer-Signal einer anderen vorgegebenen Frequenz, das von dem Realzeituhr-Signal
der Figur 4 abgeleitet wird;
Figur 8 die Wellenform eines Signals, das durch Addieren
des Befehlssignals nach Figur 3 und des Tracer-Signals nach Figur 7 erzeugt wird und zur Überwachung
des anderen der beiden Kanäle in verwendet wird.
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_ «π
Die im folgenden beschriebene Überv/achungseinrichtung ist bei digitalen und analagen Steuersystemen anwendbar, die zumindest
doppelt redundant sind. Zu Zwecken der Veranschaulichung wird die Erfindung im folgenden anhand eines digitalen DualprozeB-Steuersystems
beschrieben.
Bei dieser Überwachungseinrichtung ist eine duale Rechner/
Speichereinrichtung für die Innenkreis- und Außenkreis-Führung
eines Flugzeuges und für die Crass-Prazeßüberwachung
während des Reisefluges und bei kritischen Flugzuständen wie dem Landen und dgl. vorgesehen. Die jedem der Rechner zugeordneten
Speichereinrichtungen enthalten ein Innenkreis- und Auflenkreis-Speicherglied, die entsprechende Flugzeugführung-Befehlssignale
erzeugen, sowie ein Komparator-Speicherglied, die die oben erwähnte Cross-Prozessüberwachung durchführt.
In Übereinstimmung hiermit und unter Bezugnahme auf Figur enthält eine Rechner/Speichereinrichtung 2 ein Innenkreis- und
Außenkreis-Speicherglied 4 und ein Komparator-Speicherglied 6,
während eine Rechner/Speichereinrichtung 8 ein Innenkreis-
und Außenkreis-Speicherglied 10 sowie ein Komparator-Speicherglied
12 aufweist. Zusätzlich enthält die Rschner/Speichereinrichtung 2 ein Tracer-Signalglied 14, und die Rechner/
Speichereinrichtung 8 enthält ein Tracer-Signalglied 16;
der Zweck der Tracer-Signalglieder 14 wird weiter unten beschrieben.
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Realzeituhren 18, 20 (Figur 1) erzeugen Wechselsignale, deren
Wellenform in Figur 4 dargestellt ist. Das von der Realzeituhr 18 erzeugte Signal wird dem Tracer-Signalglied 14 in der Rechner/
Speichereinrichtung 2 zugeführt, die ein Signal mit einer vorgegebenen Frequenz und der in Figur 5 gezeigten Wellenform erzeugt.
Das von der Realzeituhr 20 kommende Signal wird dem Tracer-Signalglied 16 in der Rechner/Speichereinrichtung 8 zugeführt,
die ein Signal mit einer anderen vorgegebenen Frequenz, dargestellt in Figur 7, erzeugt; diese Frequenz ist zu Veranschaulichungszwecken
höher als die Frquenz des von dem Tracer-Signalglied 14 erzeugten Signals, wie durch Vergleich der Wellenformen
der Figuren 5 und 7 ersichtlich ist.
Das von dem Tracer-Signalglied 14 kommende Signal wird einem Summierglied 22 in der Rechner/Speichereinrichtung 2 zugeführt
und von diesem zu dem von den Speicherngliedern 4 erzeugten Flugzeugführung-Befehlssignalen addiert; dieses Befehlssignal
ist mit E. bezeichnet und hat die in Figur 2 gezeigte Wellenform. Das Summierglied 22 erzeugt ein Signal E'-, und dieses
Signal besitzt die in Figur S gezeigte Wellenform. Die Wellenform des Signals E1, ist die gleiche wie die des von dem Tracer-Signalglied
14 erzeugten Signals, abgesehen davon, daß das Signal E1. aufgrund der Summierung des Signals E. und des von
dem Tracer-Signalglied 14 kommenden Signals um die Amplitude des Signals E- von Null verschoben ist, wie aus einem Vergleich
der Wellenformen der Figuren 2, 5 und 6 hervorgeht.
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- KT-
Das van dem Tracer-Signalglied 16 kommende Signal wird in der gleichen »eise einem Summierglied 24 in der Rechner/Speichereinrichtung
8 zugeführt und dort zu dem von den Speichergliedern 10 erzeugten Flugzeugführung-Befehlssignal addiert; dieses
Steuersignal ist mit E„ bezeichnet und besitzt die in Figur 3 gezeigte Wellenform. Das Summierglied 24 erzeugt ein Signal
E' , das die in Figur 8 gezeigte Wellenform besitzt. Die
Wellenform des Signals E' ist gleich der Wellenform des von dem Tracer-Signalglied 16 erzeugten Signals, abgesehen davon, da3 das Signal E'„ aufgrund der Summierung des Signals E„ und des vom Tracer-Signalglied 16 erzeugten Signals um die Amplitude des Signals E„ gegen Null verschoben ist, wie aus einem Vergleich der in den Figuren 3, 7 und 8 gezeigten Wellenform
hervorgeht.
Steuersignal ist mit E„ bezeichnet und besitzt die in Figur 3 gezeigte Wellenform. Das Summierglied 24 erzeugt ein Signal
E' , das die in Figur 8 gezeigte Wellenform besitzt. Die
Wellenform des Signals E' ist gleich der Wellenform des von dem Tracer-Signalglied 16 erzeugten Signals, abgesehen davon, da3 das Signal E'„ aufgrund der Summierung des Signals E„ und des vom Tracer-Signalglied 16 erzeugten Signals um die Amplitude des Signals E„ gegen Null verschoben ist, wie aus einem Vergleich der in den Figuren 3, 7 und 8 gezeigten Wellenform
hervorgeht.
Das Signal E. des Speichergliedes 4 und das Signal E' des
Summiergliedes 24 werden einem Komparator—Speicherglied 6 in der Rechner/Speichereinrichtung 2 zugeführt und van diesem
verglichen. Das Ausgangssignal des Komparator-Speichergliedes ist ein Wechselsignal mit einer Wellenform einer vorgegebenen Frequenz, wie bei (a) in Figur 1 dargestellt ist.
Summiergliedes 24 werden einem Komparator—Speicherglied 6 in der Rechner/Speichereinrichtung 2 zugeführt und van diesem
verglichen. Das Ausgangssignal des Komparator-Speichergliedes ist ein Wechselsignal mit einer Wellenform einer vorgegebenen Frequenz, wie bei (a) in Figur 1 dargestellt ist.
Das Signal Ep der Speicherglieder 10 und das Signal E'. des
Signalgliedes 22 werden dem Kamparator-Speicherglied 12 in der Rechner/Speichereinrichtung 8 zugeführt und van diesem verglichen. Das Ausgangssignal des Kamparatar-Speichergliedes 12
Signalgliedes 22 werden dem Kamparator-Speicherglied 12 in der Rechner/Speichereinrichtung 8 zugeführt und van diesem verglichen. Das Ausgangssignal des Kamparatar-Speichergliedes 12
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-AA-
- -rr-
ist ein Wechselsignal mit einer Wellenform einer anderen vorgegebenen
Frequenz, das in Figur 1 bei (b) dargestellt ist. Die Frequenz des Signals (b) ist größer dargestellt als die
Frequenz des Signals (a), und zwar aus Gründen, die im folgenden deutlich werden.
Das Ausgangssignal des Komparator-Speichergliedes 6 wird einer Dualdekodiereinrichtung mit Dtkodiergliedern 26 und 28 zugeführt,
Die Ausgangssignale der Dekodierglieder 26 und 28 werden einem OR-Torglied 31 zugeführt, das in an sich bekannter Weise ein
Fehlerlogiksignal erzeugt.
Das Ausgangssignal des Komparator-Speichergliedes 12 wird einer Dualdckodiereinrichtung mit Dekodiergliedern 30 und 32 zugeführt,
die den gleichen Aufbau wie die Dckodierglieder 26, 2e haben. Die Ausgangssignale der Dekodierglieder 30 und 32 werden
einem OR-Torglied 34 zugeführt, das in der gleichen Weise ein entsprechendes Fehlerlogiksignal erzeugt.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Befehlssignale E- und Ep1 die von den Speichergliedern 4 und 10
erzeugt werden, zu den Tracer-Signalen der Tracer-Signalglieder 14, 16 addiert werden, und die Summensignale werden zwischen
den Rechner/Speichereinrichtungen 2 und 8 ausgetauscht. Auf diese Weise erhält das Komparator-Speicherglied in jeder
Rechner/Speichereinrichtung ein Überwachungssignal (das
/12
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Summensignal), das außerhalb ihres eigenen Signalkanales erzeugt
wurde und das eine andere Frequenz als das von diesem Kanal erzeugte Summensignal besitzt.
Jedes der Summensignale hat eine Amplitude, die gleich der Amplitude des Befehlssignals ist, zu dem es addiert wird, und
zwar ± 2T, warin T der Schwellenwert des entsprechenden Komparatar-Speichergliedes ist, wie aus den Figuren 6 und 8
hervorgeht. Das vom Summierglied 22 kommende Signal besitzt somit eine Amplitude E- + oder - zweimal den Schwellenwert
des Komparatar-Speichergliedes 12, und das von dem Summierglied 24 kommende Signal hat eine Amplitude E„ + oder — zweimal
den Schwellenwert des Kamparator-Speichergliedes 6. Diese Beziehung stellt sicher, daß die Komparatoren während 50 % der
Zeit erregt v/erden, und ihre Ausgangssignale springen in einem 50 yo-Arbeitszyklus zwischen dem "Gut-Zustand" und dem "Fehler-Zustand"
hin und her, um die Wechselsignale (a) und (b) in
Figur 1 zu erzeugen. Die jeder der Rechner/Speichereinrichtungen zugehörigen Dualdekadiereinrichtungen demodulieren die Ausgangssignale
der Komparator-Speicherglieder und betreiben entsprechende Systemfehler-Logikkreise wie an sich bekannt.
Die Bedeutung der Tatsache, daß die Komparator—Speicherglieder
6 und 12 in einem 50 %-Arbeitszyklus zwischen dem "Gut-Zustand"
und "Fshler-Zustand" hin- und herspringen, läßt sich am
besten verstehen, wenn man folgendes betrachtet: wenn ein
/13
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fälschlich festgestellter "Gut-Zustanri" erfaßt wird, liefert
das Umspringen der Komparatoren auf den "Fehler-Zustand" eine
Anzeige für den tatsächlichen Zustand des überwachten Systems. Das bedeutet, daß das beständige Hin- und Herspringen zwischen
dem "Gut-Zustand" und "Fehler-Zustand" sicherstellt, dai3 die
Überwachungseinrichtung nicht beständig in einen "Gut-Zustand" verfällt. Dieses erfindungsgemäße Merkmal wird weiter verstärkt
durch die Tatsache, daß jeder der Komparatoren in Abhängigkeit van einem Summensignal betätigt wird, das von
einem Kanal außerhalb des speziellen Komparator—Kanals erzeugt
wird, und dieser Kanal hat eine andere Frequenz als das von dem speziellen Komparator-Kanal erzeugte Summensignal. In diesem
Sinne liefert die Erfindung eine 9elbstprüfung, durch die jeder der Kanäle eines redundanten Steuersystems von einem der
anderen Kanäle überwacht wird.
Wenn auch nur ein einziges Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben und dargestellt wurde, versteht es
sich jedoch, daß die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Verschiedene Änderungen im Aufbau und der Anordnung der Teile
sind möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
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Claims (2)
1.!überwachungseinrichtung für Steuersysteme mit mehreren
redundanten Kanälen, dadurch gekennzeichnet, da.3 jodnr der
Kanäle eine Einrichtung (4; 10] zum Erzeugen eines Gefr.hT.ssignals
(E-; E„], ein Tracer-Signalglied (14; 16] zum Erzeugen eines Tracer-Signals, eine Einrichtung (22; 24] zum Vereinigen
des Befehlssignals und des Tracer-Signals s':.vie einen Komparator
(5; 12] aufweist, da:3 der Komparator (6; 12] einf?s Kanals das Befehlssignal (E-.; Ep] in dem einen Knnal
mit dem aus dem Befehlssignal und Tracer—Signal kumbiniertr-n
Signal [E.'.; E1,-,] cinr:s dinr anderen Kan-äln VF.rrlcicht und
ein Ausgangssignal erzeugt, das zwischen dem "Gut-Zustand" und "Fehler-Zustand" des Komparators (G;12] in dem einen Kanal
hin- und herspringt, um sicherzustellen, da3 die Überwachungseinrichtung
nicht kontinuierlich einen "Gut-Zustand" anzeigt, und daß eine auf das Ausgangssignal ansprechende Einrichtung
(26, 28, 31; 30, 32, 34] zum Erzeugen eines Fehler-Lcigikausgangssignals
vorgesehen ist.
2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dai3 der Komparator (6; 12) in dem einen Kanal einen vorgegebenen Schwellenwert(T) aufweist und daii das kombinierte Signal
/2
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(C1; E' „) V-->η dt<n siriön dur anderen Kanäle "ins Amplitude
besitzt, dir z'Trimal sei gr·.;.] ..ic der acn.ysl lenker t (τ) des
Knmparat jrs ist, u^ den Kamparator (5; 12) in einem 50 Ir-Arbeitszyk-ius
z.vischen seinem "Gut—Zustand" und "Fehler—
Zustand" hin— und herapringsn zu lassen.
J-. Üorr.vachunrjsninrici.tunr nacn Anspruch 1 aüvr .?, dadurch nE-ke
7Λ ichnst, ur..\ das ^oribiniertu iairnal (E' ; E'_) von
ύ<:Τ Kanäle r.in ..'ecnar.l&ifno", ist unc daJ jndes tier lcambinirrten
jigncle (t'^J E' ) einn ander?. Frequenz besitzt.
4. Übn-rv.achungsciinricntung nach einem dfir varfiergchenden An—
sprüchy, riaaurcn grkRnnzGichnet, dai3 die Einrichtung (22, 24}
iUii Verinir.iren des Befehlssignals und des Tracer—Signals
aus einem Summisrnlied zu.-r, Addiornn des üefehlssignal und
des Tracsr-Girngls besteht.
5. übBrvvachungseinrichtung nach einein der vorhergehenden Ansprüche
in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da.3 die Amplitude des kumbinierten Signals (E',,; E' ) zweimal den
Komparator-Schwellenwert (T) in einer Polarität und in der
entgegengesetzten Polarität ist.
S. überv/achungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Komparator (6; 12) der entsprechenden Kanäle erzeugten hin— und herspringenden
Ausgangssignale unterschiedliche Frequenzen haben.
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-ζ-
7. Überwachungseinrichtung nach einem Oar vorhergehenden Ansprüche
in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dai3 die von den entsprechenden Kanälen erzeugten Tracer-Signale
Wechselsignale sind, van denen jedes eine andere Frnauenz
hat, wobei jedes der kombinierten Signale (E1.; E'o) eine
Frequenz besitzt, die der Frequenz des mit ihm kombinierten Tracer-airjnals entspricht.
809883/0649
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