RU1836657C - Система автоматического регулировани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитсл к системам автоматического регулировани . В системе автоматического регулировани  достигаетс  расширение функциональных возможностей за счет определени  неисправности, упрощение и повышение надежности. Сигналы двух датчиков (параметра регулировани  1 и 2 и скорости изменени  параметра регулировани  3 и 4) сравниваютс  между собой с помощью пороговых релейных эле- ментов8-11 и в случае несравнени  показаний одной из пар сигнал датчика параметра регулировани  сравниваетс  с сигналом формировател  20 контрольного сигнала, представл ющим собой сумму показаний одного из датчиков параметра регулировани  непосредственно перед этим моментом и интервала сигнала одного из датчиков скорости изменени  параметра регулировани . По результатам сравнени  с помощью пороговых элементов 12,13 и логических элементов И 26, 27 и ИЛИ 14-17, а также дешифратора 29, элемента задержки 28 и триггеров 22-25 производитс  определение отказавшего датчика и переключение системы на работу с исправным датчиком коммутаторами 6 и 7. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. 1 табл. сл с

Description

Изобретение относитс  к системам автоматического регулировани  и может быть использовано при построении высоконадежных систем автоматического регулировани , в частности систем управлени  движением.

Целью изобретени   вл етс  устранение указанных недостатков и расширение функциональных возможностей за счет определени  неисправности.

На фиг. 1 представлена блок:схема системы автоматического управлени ; на фиг. 2

- то же, формировател  контрол ьного сигнала .

Система автоматического управлени  содержит датчики регулируемого параметра 1 и 2, датчики скорости изменени  регулируемого параметра 3 и 4, устройство формировани  управл ющих воздействий 5, коммутаторы 6, 7 и 21, пороговые релейные элементы 8,9,10,11,12, и 13, элементы ИЛ И 14, 15, 16, 17, 18 и 19, формирователь контрольного сигнала 20, триггеры 22. 23, 24 и 25, элементы И 26 и 27, элемент временной

00

ы о о сл

XI

ы

задержки 28, дешифратор 29, сравнивающие устройства 30. 31 и 32.

При этом выходы датчиков регулируемого параметра 1 и 2 через первое сравнивающее устройство 30 соединены со входами первого и второго пороговых релейных элементов 8 и 9, а также через коммутатор 6 с первым входом устройства формировани  управл ющих воздействий 5. Выходы датчиков скорости изменени  регулируемого параметра 3 и 4 через второе сравнивающее устройство 31 соединены со входами третьего и четвертого пороговых релейных элементов 10 и 11, а также через коммутатор 7 со вторым входом устройства формировани  управл ющих воздействий 5. Выходы первого и второго коммутаторов 6и7 соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами третьего коммутатора 21. Выходы первого и второго пороговых релейных элементов 8 и 9-через первый элемент ИЛИ 14 соединены со входом первого элемента И 26, выходы третьего и четвертого пороговых репейных элементов 10 и 11 через второй элемент ИЛИ 15 соединены со входом второго элемента И 27, выходы п того и шестого пороговых релейных элементов 12 и 13 через третий элемент ИЛИ 17 соединены с первым входом дешифратора 29. Выходы первого и второго элементов И 26 и 27 соединены соответственно со вторым и третьим входами дешифратора 29, а также через четвертый элемент ИЛИ 16 и временную задержку 28 с четвертым входом дешифратора 29. Первый выход дешифратора 29 соединен с управл ющим входом первого триггера 22 и через п тый элемент ИЛИ 18с управл ющим входом второго триггера 23, второй выход дешифратора 29 соединен с другим входом п того элемента ИЛИ 18, третий выход дешифратора 29 соединен с управл ющим входом третьего триггера 24 и через шестой элемент ИЛИ 19 с управл ющим входом четвертого триггера 25. П тый выход дешифратора 29 соединен с управл ющим входом третьего коммутатора 21 и формировател  контрольного сигнала 20, выход третьего коммутатора 21 через формирователь контрольного сигнала 20 соединен с первым входом третьего сравнивающего устройства 32. Выход первого коммутатора 6 через второй вход третьего сравнивающего устройства 32 соединен со входами п того и шестого пороговых релейных элементов 12 и 13, выходы первого и третьего триггеров 22 и 24 соединены соответственно с управл ющими входами первого и второго коммутаторов 6 и 7. Выходы второго и четвертого триггеров 23 и 25 соединены со входами соответственно первого и второго элементов И 26 и 27.

На фиг. 2 представлена принципиальна  схема формировател  контрольного сигнала . Она включает в себ  операционный усилитель 33, конденсатор 34, коммутатор

35 и резисторы 36, 37, 38 и 39. При этом инвертирующий вход операционного усилител  33 соединен с первым выводом конденсатора 34, с выходом коммутатора 35 и через первый резистор 36 - с сигнальным входом

формировател  контрольного сигнала, выход операционного усилител  33 соединен со вторым выводом конденсатора 34, с выходом формировател  контрольного сигнала и через последовательно соединенные

второй и третий резисторы 37 и 38 с сигнальным входом формировател  контрольного сигнала, обща  точка второго и третьего резисторов 37 и 38 соединена с сигнальным входом коммутатора 35, управл ющий вход

которого соединен с управл ющим входом формировател  контрольного сигнала, неинвертирующий вход операционного усилител  33 через четвертый резистор 39 соединен с нулевой шиной питани .

Система автоматического управлени  работает следующим образом.

В исходном состо нии коммутатор 21 подключает ко входу устройства формировани  контрольного сигнала 20 выходной сигнал с коммутатора 6, В исходном состо нии это устройство без изменени  передает этот сигнал на вход устройства сравнени  32, на другой, вход которого поступает сигнал также с выхода коммутатора 6. В исходном состо нии триггеры 23 и 25 устанавливаютс  таким образом, что сигнал на их выходе  вл етс  разрешающим уровнем дл  элементов И соответственно 26 и

27, а триггеры 22 и 24 устанавливаютс  в такое состо ние, что сигнал на их выходе, поступающий на управл ющие входы коммутаторов соответственно 6 и 7 обеспечивает подключение к выходу коммутаторов

сигналов датчиков соответственно 1 и 3. По этим сигналам устройство формировани  управл ющих воздействий 5 осуществл ет управление регулируемым параметром. На выходе устройств сравнени  30 и 31 имеетс  сигнал, равный разности показаний датчиков соответственно 1, 2 и 3, 4. Если эта разность не превосходит по модулю величины , определ емой пороговыми релейными элементами 8, 9, 10 и 11, сигнал на выходе каждого из них отсутствует. В случае отказа

одного -из датчиков, его показани  будут отличатьс  от показани  другого аналогичного датчика. Пусть, например, показание отказавшего датчика 1 стало больше показаний исправного датчика 2 на величину, большую зоны нечувствительности порогового релей

ного элемента 8. В этом случае на его выходе по витс  сигнал, который поступит на элемент ИЛИ 14 и далее на второй вход дешифратора 29. Таблица соответстви  дешифратора будет приведена ниже. При наличии сигнала на втором или третьем входах дешифратора, на его п том выходе по вл етс  сигнал, обеспечивающий подключение коммутатором 21 ко входу устройства формировани  контрольного сигнала 20 сигнала с выхода коммутатора 7, т.е. сигнала датчика скорости изменени  регулируемого параметра. Этой же командой с п того выхода дешифратора формирователь контрольного сигнала переводитс  в режим интегрировани  поступающего на его вход сигнала. При этом начальное значение интеграла равно по величине сигналу, поступающему на вход устройства 20 непосредственно перед переключением в режим интегрировани . Таким образом, на выходе устройства 20 сигнал равен сумме сигнала о величине регулируемого параметра , который имел датчик 1 непосредственно перед срабатыванием порогового элемента 8 и сигнала о приращении величины регулируемого параметра, полученного интегрированием сигнала датчика скорости изменени  регулируемого параметра. Выходной сигнал устройства 20 сравниваетс  на элементе 32 с сигналом датчика 1. Поскольку мы предположили отказ датчика 1, приращение его сигнала не совпадает с приращением, полученным интегрированием показаний исправного датчика 3, на выходе элемента 32 по витс  сигнал, который вызовет срабатывание одного из пороговых релейных элементов 12 или 13. Сигнал с выхода этих элементов через элемент ИЛИ 17 поступает на первый вход дешифратора 29. Этот сигнал анализируетс  дешифратором при наличии сигнала с элемента временной задержки 28 на его четвертом входе. Элемент временной задержки запускаетс  сигналом с выхода любого из элементов И 26 и 27, поступающим на его вход через элемент ИЛИ 16. Величина временной задержки выбираетс  из услови , чтобы разность приращений сигнала регулируемого параметра превысила величину зоны нечувствительности порогового релейного элемента 12 или 13 при минимально воз- .можной скорости изменени  величины регулируемого параметра. При наличии сигналов на первом, втором и четвертом входах, дешифраторов формирует сигнал на своем первом выходе, который поступает на триггер 22 и, через элемент ИЛИ 18. на триггер 23, измен   их состо ние. Триггер 22 переключает коммутатор 6, на выход которого теперь поступает сигнал исправного датчика 2, а триггер 23 теперь подает запрещающий сигнал на элемент И 26. Тем самым обеспечиваетс  сн тие сигналов со второго и четвертого входов дешифратора, вследствие этого снимаетс  сигнал с п того выхода дешифратора и коммутатор 32 и устройство формировани  контрольного сигнала 20 приход т в исходное состо ние. Поскольку теперь на оба входа устройства сравнени  32 поступает сигнал датчика 2, релейные

0 пороговые элементы также приход т в исходное состо ние и сигнал с первого входа дешифратора снимаетс .

В случае, если произошел отказ не первого , а второго датчика, система автоматиг

,- ческого управлени  работает аналогично. Однако в этом случае элементы 12 (или 13) не сработают (т.к. в этом случае на устройстве сравнени  сравниваютс  приращени  регулируемого параметра, полученные с поА мощью двух различных исправных датчиков ), поэтому в момент по влени  на четвертом входе дешифратора сигнала с выхода элемента временной задержки сигнал на первом входе дешифратора будет отсутствовать . Это приведет к по влению сигна5 ла на втором выходе дешифратора, который через элемент ИЛИ 18 поступит на триггер 23 и переключит его, что, как и в ранее описанном случае, приведет к сн тию всех сигналов со входов и выходов дешифратора.

0 Рассмотрим случаи отказа одного из датчиков 3 илм 4. Пусть, например, сигнал неисправного датчика 3 стал меньше сигнала датчика 4. На выходе сравнивающего устройства 31 по витс  сигнал, больший (по

5 модулю) зоны нечувствительности порогового релейного элемента 11, что приведет к его срабатыванию. Сигнал с выхода элемента 11 через элемент ИЛИ 15 поступит на вход элемента И 27 и с его выхода - на

Q третий вход дешифратора 29, что приведет к по влению сигнала на его п том выходе. Как и в ранее описанном случае, это приведет к тому, что на вход устройства сравне- . ни  32 поступ т сигнал датчика параметра

движени  и сигнал, представл ющий собой сумму величины сигнала этого же датчика в момент отказа датчика 3 и приращени  величины регулируемого параметра, полученного интегрированием сигнала датчика скорости изменени  регулируемого пара0 метра (в данном случае неисправного датчика 3). В случае, если бы датчик 3 был исправен, эти сигналы должны быть совпасть . В рассматриваемом же случае эти сигналы будут отличатьс  друг от друга и на

5 выходе сравнивающего устройства 32 по витс  сигнал, который приведет к срабатыванию пороговых элементов 12 (или 13) и, тем самым, к по влению сигнала на первом входе дешифратора 29. Как и в ранее описанном случае этот сигнал анализируетс 

после поступлени  на четвертый вход дешифратора сигнала с выхода элемента вре менной задержки 28, который запускаетс  сигналом с элемента И 27 через элемент ИЛИ 16. При наличии сигнала на первом, третьем и четвертом входах, дешифратор формирует сигнал на своем третьем выходе, который переключает триггер 24 и, через элемент ИЛИ 19, триггер 25. Сигнал с триггера 24 переключает коммутатор 7 таким образом, что на его выход начинает поступать сигнал исправного датчика 4, а сигнал с триггера 25 запрещает прохождение сигнала через элемент И 27, что приводит к сн тию сигналов со всех входов дешифрато- а.

В случае, если отказал датчик 4, а не 3, система автоматического управлени  работает аналогично. Однако, поскольку теперь приращение величины регулируемого параметра будет получено интегрированием по казании исправного датчика, сигнал на выходе сравнивающего устройства 32 будет отсутствовать, элементы 12 и 13 несработа - ют и сигнал на первый вход дешифратора 29 не поступит. Поэтому при поступлении на четвертый вход дешифратора сигнала с выхода элемента временной задержки 28 по витс  сигнал на четвертом выходе дешифратора, который переключит только триггер 25 (через элемент ИЛИ 19), что, как и было показано ранее, приведет к сн тию сигналов со всех входов дешифратора,

В случае, если отказ одного из датчиков 1 или 2 производ т после отказа одного из датчиков 3 или 4 и после того, как произой- дет определение отказавшего датчика (соот- ветственно 3 или 4), определение отказавшего датчика происходит точно так же, как это было описано выше.

В таблице приведено соответствие между входными и выходными сигналами дешифратора. Знак 1 соответствует наличию сигнала, знак 0 - отсутствию.

Таким образом, предложенна  система автоматического регулировани  оказывает- с  работоспособной при отказе одного из датчиков регулируемого параметра и одного из датчиков скорости изменени  регулируемого параметра, т.е. сохран ет свою работоспособность при сохранении работоспособности хот  бу одного из каждой пары имеющихс  датчиков.

Устройство формировани  контрольного сигнала .работает следующим образом.

В исходном состо нии (при отсутствии сигнала на управл ющем входе устройства и, следовательно, на управл ющем входе коммутатора 35) коммутатор 35 замкнут и все устройство представл ет собой апериодическое звено. Величина сопротивлений

0

Q

5 0

5

о

0

5

резисторов 36, 37, 38 выбираетс  таким образом , чтобы коэффициент передачи этого звена был равен единице, При поступлении сигнала на управл ющий вход устройства коммутатор 35 размыкаетс  и все устройство представл ет собой интегратор, при этом на конденсаторе 34 в первый момент имеетс  зар д, обеспечивающий начальное значение сигнала на выходе интегратора, а следовательно, и всего устройства, равное сигналу, поступавшему на сигнальный вход устройства в момент поступлени  сигнала на его управл ющий вход.

Посто нна  времени интегратора определ етс  произведением емкости конденсатора и сопротивлени  резистора 3В Коэффициент передачи устройства в случае работы в качестве апериодического звена определ етс  отношением сопротивлени  резистора 37 к сопротивлению параллельно соединенных резисторов 38 и 39, а его посто нна  времени - произведением емкости конденсатора и .сопротивлени  резистора 37. Посто нную времени интегратора желательно иметь как можно больше , что достигаетс  выбором достаточно большой величины резистора 36, посто нную времени апериодического усилител  желательно иметь как можно меньшей что достигаетс  выбором достаточно малой величины сопротивлени  37, необходима  величина сопротивлени  параллельно соединенных резисторов 36 и 38 достигаетс  за счет выбора нужной величины резистора 38.

Таким образом, формирователь контрольного сигнала действительно обеспечивает выполнение тех функций, которые он должен выполн ть в системе автоматического регулировани : передает без изменени  на свои выход входной сигнал при отсутствии сигнала на своем управл ющем входе и интегрирует входной сигнал при наличии сигнала науправл ющем входе.

В предложенной системе достигнуто упрощение по сравнению с системами, использующей троирование чувствительных элементов за счет снижени  количества таких элементов,  вл ющихс , как правило, сложными устройствами (гироскопы, электронно-оптические устройства и т.п.),

Расширение функциональных возможностей системы достигаетс  за счет определени  отказавшего датчика.

Надежность чувствительных элементов системы, использующей троирование датчиков регулируемого параметра и датчиков скорости регулируемого параметра Pi, определ етс  формулой

,

Р1-(р +-Зр%

03

Надежность чувствительных элементов предложенной системы Р определ етс  формулой

Р2 Р2(р2 + 4pq + 4q2)

(2)

Здесь р - веро тность безотказной работы одного датчика в течение заданного времени, q 1-р - веро тность отказа одного датчика за это же врем . Формулы получены при упрощающем предположении, что веро тности безотказной работы всех датчиков одинаковы.

Разность величин Р2 PI равна

P P2-Pi 4p2q(1-p)(1+pq)

(3)

Выражение (3) больше 0, т.е. предложенна  система более надежна.

Действительно,при р 0,9 веро тность безотказной работы троированной системы равна 0,9448, а веро тность безотказной работы предложенной системы 0,9801. .

Сопоставительный анализ прототипа показывает, что за вл ема  система автоматического регулировани  отличаетс  наличием новых элементов:: задержки, И, ИЛИ, сравнивающих устройств, пороговых релейных элементов, дешифратора, формировател  контрольного сигнала, ключей и триггеров и их св з ми с остальными элементами схемы. :

Таким образом, за вл ема  система автоматического регулировани  отвечает критерию новизна,

Сравнение за вл емого решени  с другими решени ми показывает, что использование ключей,, сравнивающих устройств, пороговых релейных элементов, дешифратора , элементов задержки и триггеров известно . Однако, введение :в вышеназванной св зи с остальными элементами схемь формировател  контрольного сигнала и вышеназванных элементов приводит к по влению новых свойств: упрощению системы , расширению ее функциональных возможностей и повышению надежности.

Claims (2)

1. Система автоматического регулировани , содержаща  два датчика регулируемого параметра и два датчика скорости изменени  регулируемого параметра, выходы которых через соответственно первый и второй коммутаторы соединены с входами устройства формировани  управл ющих воздействий, отличающа с  тем, что с целью повышени  функциональных возможностей за счет определени  неисправности , повышени  надежности и упрощени , в нее дополнительно введены с первого по третий сравнивающие устройства , с первого по шестой пороговые релей0

ные элементы, с первого по шестой элементы ИЛИ, формирователь контрольного сигнала , третий коммутатор, с первого по четвертый триггеры, первый и второй эле- 5 менты И, а также элемент задержки и дешифратор , при этом выходы датчиков регулируемого параметра через первое сравнивающее устройство соединены с входами первого и второго пороговых релейQ ных элементов, выходы датчиков скорости изменени  регулируемого параметра через второе сравнивающее устройство соединены с входами третьего и четвертого пороговых релейных элементов, выходы первого и

с второго коммутаторов соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами третьего коммутатора, выходы первого и второго пороговых релейных элементов через первый элемент ИЛИ - с первым входом первого элемента И, выходы третьего и четвертого пороговых релейных элементов через второй элемент ИЛИ - с первым входом второго элемента И, выходы п того и шестого пороговых релейных элементов через третий элемент ИЛИ - с пер5 вым входом дешифратора, выходы первого и второго элементов И - соответственно с вторым и третьим входами дешифратора, а также, через последовательно соединенные четвертый элемент ИЛИ и элемент задерж0 ки с четвертым входом дешифратора, первый выход дешифратора соединен с управл ющим входом первого триггера и через п тый элемент ИЛИ с управл ющим входом второго триггера, второй выход - с

5 ДРУгим входом п того элемента ИЛИ, третий выход- с управл ющим входом третьего тригтёр-а и через шестой элемент ИЛИ с управл ющим входом четвертого триггера, п тый выход - .с. управл ющими входами

0 третьего коммутатора и формировател  контрольного сигнала, выход третьего коммута- тора подключен к сигнальному входу формировател  контрольного сигнала, выход которого соединен с первым входом

. третьего сравнивающего устройства, выход первого коммутатора подключен к второму входу третьего сравнивающего устройства, выход которого соединен с входами п того и шестого пороговых релейных элементов, выходы первого и третьего триггеров соединены соответственно с управл ющими входами первого и второго коммутаторов, выходы второго и четвертого триггеров - с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И.

5

2. Система по п. 1,отличающа с  тем, что формирователь контрольного сигнала содержит операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом конденсатора, выходом коммутатора и через первый резистор - с

0

сигнальным входом формировател  контрольного .сигнала, выход операционного усилител  соединен с вторым выводом запоминающего конденсатора, Q выходом формировател  контрольного сигнала и чет-. рез последовательно соединениыевтрррй и третий резисторы с сигнальным входом формировател  контрольного сигнала, :.о б

щий вывод второго и третьего резисторов соединен с сигнальным входом коммутэто- ра.управл ющий вход которого соединен с управл ющим входом формировател  контрольного сигнала, неинвертирующий вход операционного усилител  через четвертый резистор соединен с нулевой шиной пита- ни .-;-: .-.. :: : ... . .

Фие.1

Фиг .2