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Auswahl-Ausgleichsschaltung für ein mehrkanaliges System
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mit mehreren redundante, analoge Signale führenden Leitungen Die Erfindung
betrifft eine Auswahl-Ausgleichsschaltung für ein mehrkanaliges System mit mehreren
Leitungen, die redundante, analoge Signale führen, und mit einer Verknüpfungseinrichtung
zur Bildung eines gemeinsamen Ausgangssignals, das gleich oder proportional einem
mittleren oder einem Mittwert aus den vorhandenen Eingangssignalen ist.
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Eine Auswahleinrichtung zur Auswahl des mittleren von mehreren Eingangssignalen
ist beispielsweise in der DE-OS 1 431 149 beschrieben. Durch das Hintereinanderschalten
von Und- und Odergattern zur Auswahl des größten bzw. kleinsten von Je zwei Eingangssignalen
erreicht man, daß von drei redundanten Signalen jeweils das zweitgröBte Signal ausgewählt
wird und am Ausgang der Auswahleinrichtung erscheint.
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In einer weiteren Auswahleinrichtung nach DE-AS 25 02 710 sind Verknüpfungseinrichtungen
mit Verstärkern und Signalbegrenzern vorgesehen, bei denen das Ausgangssignal jeder
Verknüpfungseinrichtung mit jedem Eingangssignal verknüpft wird. Auch hierdurch
läßt sich der jeweils mittlere Wert von mehreren Eingangssignalen auswählen.
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Bei diesen Schaltungen ändert sich der Ausgangswert äeder Verknüpfungseinrichtung
immer dann, wenn sich die Eingangswerte so ändern, daß die Leitung, die den mittleren
Wert führt, wechselt. Insbesondere in Regelkreisen,
die auf Änderungen
der zugeführten Werte ansprechen, kann Jedoch eine schnelle Anderung eines angebotenen
Wertes zu unnötigen und nicht gerechtfertigten Regelungsvorgängen führen. Man muß
daher bei den bekannten Schaltungen die analogen, redundanten Signale so genau machen,
daß ein derartiger Sprung des Ausgangssignals an der Verknüpfungseinrichtung von
einem zum anderen Signal noch keine unerwünschten Regelungsvorgänge auslöst.
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Aufgabe der Auswahl-Ausgleichsschaltung nach der Erfindung ist es,
gegenüber bekannten Auswahleinrichtungen sicherzustellen, daß eine derartige schnelle
Änderung des Ausgangswertes vermieden wird, ohne daß das Ausgangssignal bei schneller
Änderung aller drei Eingangssignale ebenfalls eine Zeitverzögerung erfährt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgangsleitung
der Verknüpfungseinrichtung zusammen mit je einer der Eingangsleitungen an je eine
Zeitschaltung angeschlossen ist, daß die Zeitschaltungen so aufgebaut sind, daß
deren Ausgangssignale (= Eingangswerte N1, N2, N3 der Auswahlschaltung) zunächst
unverzögert den Änderungen der Eingangs signale und des Ausgangssignals folgen,
dann aber zeitabhängig auf einen für alle vorhandenen Zeitschaltungen gemeinsamen
Wert zurückgeführt werden, und daß an die Ausgänge der Zeitschaltungen eine den
mittleren Wert bildende Aus-.
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wahlschaltung angeschlossen ist, deren Ausgangssignal verknüpft mit
dem Ausgangssignal der Verknüpfungseinrichtung das Ausgangssignal der Auswahl-Ausgleichsschaltung
ist.
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Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt. Hierbei
zeigt Figur 1 die Schaltung eines Ausführungsbeispiels, Figur 2 ein Diagramm, wie
sich in
einem angenommenen Störungsfall eines Eingangssignals die
einzelnen Signale in der Schaltung nach Figur 1 ändern, und Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel,
das bei gleicher Wirkungsweise einen besonders einfachen und weniger aufwendigen
Schaltungsaufbau erfordert.
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In Figur 1 erhält eine Verknüpfungseinrichtung 1 über die Leitungen
2, 3 und 4 analoge, redundante Eingangssignale E7, E2, E3. Die Verknüpfungseinrichtung
1 kann dabei so aufgebaut sein wie in den eingangs geschilderten bekannten Einrichtungen.
Es kann beispielsweise auch eine Verknüpfungseinrichtung gewählt werden, die aus
den Eingangssignalen den Mittelwert bildet oder den Mittelwert der nach Ausschluß
des größten und kleinsten Signals verbleibenden Signale am Ausgang erscheinen läßt.
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Die Verknüpfungseinrichtung 1 besitzt eine Ausgangsleitung 5, auf
der das Ausgangssignal A1 erscheint. Es wird in diesem Beispiel angenommen, daß
das Ausgangssignal Al dem mittleren Eingangs signal der Eingangssignale E7 bis E3
entspricht.
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Die Leitungen 2 bis 4 für die Eingangssignale Ei bis E3 sind über
Leitungen 6, 7 und 8 mit je einem Eingang einer Zeitschaltung 9, 10 und 11 verbunden.
Ein weiterer Eingang Jeder der Zeitschaltungen 9 bis 11 ist an eine Leitung 12 angeschlossen,
die mit der Ausgangsleitung 5 der Verknüpfungseinrichtung 1 verbunden ist. Die Zeitschaltungen
9 bis 11 sind untereinander gleich aufgebaut, so daß es genügt, die Zeitschaltung
9 näher zu beschreiben.
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Die Zeitschaltung 9 besteht im wesentlichen aus einem Differenzglied
13, in dem die Differenz der Eingangssignale gebildet und mit einem Rückkoppelungssignal
verglichen wird, ferner aus einem invertierenden Summierverstärker 14 und einem
an den Ausgang des invertieren-
den Summierverstärkers 14 angeschlossenen
Signalbegrenzer 15. Diesem ist ein nichtinvertierender Integrator 16 nachgeschaltet,
dessen Ausgang über eine Leitung 17 das Rückkopplungssignal liefert, das zusätzlich
zu den Eingangssignalen dem Differnzglied 13 zugeführt wird, und dessen Ausgang
zweitens einem Differenzglied 18 über eine Leitung 19 zugeführt ist. Uber Leitungen
20 und 21 sind außerdem die Eingangsgrößen: der Zeitschaltung 9 direkt ebenfalls
an das Differenzglied 18 angeschlossen.
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Der Ausgang des Differenzgliedes 18 ist dabei an einen Eingang einer
Auswahischaltung 22 angeschlossen, die die Eigenschaft hat, aus drei Eingangssignalen
Jeweils das Mittlere auszuwählen und ein dem mittleren Eingangs signal proportionales
Ausgangssignal A2 an ihrer Ausgangsleitung 23 erscheinen zu lassen. Für die Auswahlschaltung
22 besteht die Bedingung, daß jeweils das Ausgangssignal A2 dem mittleren der Eingangssignale
proportional ist.
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Eine derartige Auswahlschaltung ist beispielsweise in der eingangs
erwähnten DE-AS 25 02 710 beschrieben und braucht daher hier nicht näher erläutert
zu werden.
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Die Ausgangsleitung 23 der Auswahlschaltung 22 ist zusammen mit der
Ausgangsleitung 5 der Verknüpfungseinrichtung 1 an einen Summierverstärker 24 angeschlossen,
an dessen AssganyEeitung 25 das Ausgangssignal A3 erscheint, das gleich der Summe
der Ausgangssignale Al und A2 ist.
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Die Auswahl-Ausgleichsschaltung nach Fig. 1 besitzt damit folgende
Wirkungsweise: In der Zeitschaltung 9 wird das Ausgangssignal A1 der Verknüpfungseinrichtung
1 mit dem Eingangssignal El dieser Verknüpfungseinrichtung verglichen. Die Differenz
dieser Signale (El - Al) wirkt auf den invertierenden Summierverstärker 14 und wird
in dem anschließenden
Signalbegrenzer 15 auf einen kleinen Wert
begrenzt.
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Dieser Wert dient als Eingang des Integrators 16 und veranlaßt diesen,
seinen Ausgangswert zu verändern. Da mit gelangt über die Leitung 17 ein sich kontinuierlich
ändernder Wert zum Differenzglied 18, so daß der Eingangswert des invertierenden
Sunmierverstärkers 14 zunehmend kleiner wird. Der Integrator 16 integriert also
so lange, bis sein Ausgangssignal auf der Leitung 17 der Differenz Dl der Eingangswerte
der Zeitschaltung 9 entspricht. Auf der Leitung 19 erscheint also ein Signal, das
der Größe (E1 - Al) = Dl entspricht, wenn eine bestimmte Zeit abgelaufen ist. Dieses
Signal gelangt zusammen mit dem Eingangssignal El über die Leitung 20 und dem Ausgangssignal
A1 über die Leitung 21 zum Differenzglied 18. Dies ist so aufgebaut, daß an seinem
Ausgang im stationären Zustand der Auswahleinrichtung der Wert (El - A1) + (E1 -
Al) = 0 erscheint. Dies ist der erste Eingangswert N1 der Auswahlschaltung 22. Die
übrigen Eingangswerte N2 und N3 der Auswahl schaltung 22 werden durch die Zeitschaltungen
10 und 11 entsprechend gebildet.
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Würde sich die Differenz D1 plötzlich ändern, so ergäbe sich im ersten
Augenblick keine Änderung am Ausgang des Integrators 16, während sich die Werte
auf den Leitungen 20 und 21 entsprechend der Anderung der Differenz D1 sofort mit
ändern würden. Am Ausgang des Differenzgliedes 18 erscheint also im ersten Moment
ein Signal, das der Änderung derllfferenz D1 entspricht. Dieses Signal klingt dann
nach einer Zeitfunktion ab, bis es wiederum den Wert 0 erreicht. Der Verlauf dieser
Abklingkurve ist im wesentlichen von dem Signalbegrenzer 15 und den Integrator 16
abhängig und kann einstellbar gemacht werden. Für den Fall, daß sich alle Eingangssignale
El bis E3 schnell um einen bestimmten Betrag ändern, würden sich in gleicher Weise
auch die Eingangssignale der Auswahlschaltung 22 ändern, da die Differenzen D1,
D2 und D3 nicht
beeinfluN werden. An der Ausgangsleitung 23 der
Auswahlschaltung 22 ergibt sich also sowohl im stationären Zustand als auch bei
beliebigen Änderungen aller drei Eingangssignale E1, E2 und E3 Jeweils ein Signal
mit dem Wert O. Dieses Signal wird in dem Summierverstärker 24 zu dem Ausgangssignal
Al der Verknüpfungseinrichtung 1 hinzuaddiert, so daß sowohl im stationären Zustand
als auch bei gleichen Änderungen aller drei Eingangswerte das Ausgangs signal A3
auf der Ausgangsleitung25 gleich dem Ausgangssignal Al der Verknüpfungseinrichtung
1 ist.
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Unterschiede ergeben sich allerdings, wenn sich die Reihenfolge der
Größen der Eingangssignale EI, E2 und E3 untereinander verändern. Dies sei für den
Fall des Ausfalls der Leitung 2 und einer damit verbundenen starken Verringerung
des Eingangssignals El anhand der Figur 2 näher erläutert.
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Figur 2 zeigt die Abhängigkeit der in Figur 1 beschriebenen Signalgrößen
S in Abhängigkeit von der Zeit t. Hierbei sind die einzelnen, dargestellten Kurven
in gleicher Weise wie die Signale, Differenzen und Eingangswerte in Figur 1 bezeichnet.
Bis zum Zeitpunkt'T7, der in Figur 1 durch eine senkrechte Linie gekennzeichnet
ist, wird angenommen, daß ein stationärer Zustand besteht, bei dem Ei = 6 V; E2
= 5 V und E3 = 4 V ist. Damit ergibt sich D1 = 1 V; D2 t 0 V und D3 = 1 V. Während
für die Eingangswerte N1 bis N3 der Auswahlschaltung 22 und den Ausgangswert A2
die Gleichung N1 P N2 = N3 = A2 = O V gilt.
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Es sei angenommen, daß im Zeitpunkt T1 die Störung des Eingangssignals
E1 beginnt. Bis zum Zeitpunkt T2 bleibt E1 das größteder Eingangssignale und das
Ausgangssignal A1 ändert sich nicht. Die Differenz D1 zwischen dem Ausgangssignal
Al und dem Eingangssignal 31 geht dabei auf
den Wert O V und in
gleicher Weise fällt der Eingangswert N1 vom Wert O V auf den Wert - 1 V.
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Vom Zeitpunkt T2 bis zum Zeitpunkt T3 ist das Eingangssignal El m-ittlerer
Wert, so daß Ei = Al ist. Dies hat zur Folge, daß die Differenz Di auf dem Wert
O V bleibt, während die Differenz D2 s (E2 - Al) vom Wert O V auf den Wert + 1 V
ansteigt. Die gleiche Änderung erfährt auch die Differenz D3, die vom Wert - 1 V
auf den Wert O V geändert wird. Der Eingangswert N1 bleibt - da sich die Differenz
Di nicht ändert - auf dem vorher eingenommenen Wert von - 1 V, während die Eingangswerte
N2 und N3 und damit auch das Ausgangssignal A2 sich von 0 V auf den Wert 1 V verändern.
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Vom Zeitpunkt T3 ab ist das Eingangssignal E1 kleinster Wert und fällt
wie engenommen auf den Wert O V ab. Mittlerer Wert ist jetzt das Eingangssignal
E3, so daß das Ausgangssignal A1 = E3 ist und konstant bleibt. Damit ändert sich
auch die Differenz D1, so daß diese Differenz bis auf den Wert - 4 V fällt und auf
diesem Wert konstant bleibt.
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Der Integrator 16 in der Zeitschaltung 9 hatte bereits im Zeitpunkt
T1 und die Integratoren 16 in den Zeitschaltungen 10 und 11 zum Zeitpunkt T2 an
zu arbeiten begonnen, so daß in Wirklichkeit zum Zeitpunkt T3 die Eingangswerte
N2 und N3 nicht ganz + 1 V und der Eingangswert Ni nicht ganz - 1 V erreicht haben
würde. Die Integratoren arbeiten nach dem Zeitpunkt-T) weiter, solange, bis die
entsprechenden Eingangswerte den Wert O V erreicht haben. Dies ist zum Zeitpunkt
T4 für die das Ausgangssignal A2 bestimmenden Eingangswerte N2 und N3 abgeschlossen,
so daß in der Zeit zwischen T2 und T4 sich das aus der Summe der Ausgangssignale
Al und A2 zusammensetzende Ausgangssignal A3
kontinuierlich vom
Eingangssignal E2 (5 V) zum Eingangssignal E3 (4 V) ändert.
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Damit ist bewiesen, daß bei der erfindungsgemäßen Auswahl-Ausgleichsschaltung
auch bei schneller Änderung eines der vorhandenen Eingangssignale der Ubergang auf
ein neues, mittleres Signal kontinuierlich mit einstellbarer Geschwindigkeit erfolgt.
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Während im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 die Ausgangswerte der
Zeitschaltungen 9, 10 und 11 jeweils auf den Wert O V geführt werden, so daß die
Auswahlschaltung 22 im stationären Zustand als Eingangswerte N1, N2 und N3 Jeweils
den Wert O V erhält, läßt sich die Schaltung für die erfindungsgemäße Auswahl-Ausgleichs
schaltung vereinfachen, wenn man als gemeinsamen Ausgangswert für die Zeitschaltungen
9, 10 und 11 die Größe des Ausgangssignals Al der Verknüpfungseinrichtung 1. wahlt.
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Eine derartige Schaltung ist in Figur 3 dargestellt. Im Unterschied
zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 erhält das Differenzglied 18 lediglich das
Ausgangssignal des Integrators 16 und das Eingangssignal, das für die Zeit-' schaltungen
9 gleich dem Eingangssignal E1 ist. Es wird also im Differenzglied 18 ein Eingangswert
N1 gebildet, der der Größe E1 - (E1 - A1) = Al entspricht.
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Wiederum wird-also der Auswahlschaltung 22 an allen Eingängen das
gleiche Signal zugeführt, das im stationären Zustand dem Wert des Ausgangssignals
Al entspricht.
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Dies hat zur Folge, daß bereits auf der Ausgangsleitung 23 ein Signal
A2 erscheint, welches - da die Verknüpfung mit dem Ausgangssignal bereits in den
vorgeschalteten Zeitschaltungen 9, 10 und 11 stattgefunden hat - gleich dem Ausgangssignal
A3 nach der Schaltung der Figur 1 ist.
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Die Funktionsweise entspricht genau der Funktionsweise nach Figur
1, lediglich mit dem Unterschied, daß die Eingangswerte N1 bis N3 nicht auf den
Wert 0, sondern auf den Wert Al durch die Integratoren 16 in den Zeitschaltungen
9, 10 und 11 zurückgeführt werden.
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3 Figuren 5 Patentansprüche