SU1112346A1 - Устройство дл функционального контрол линейного объекта управлени - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕННЯ, содержащее блок индикации , канал контрол , состо щий из п звеньев, каждое из которых содержит первый сумматор и соединенный с его выходом интегратор, и второго сумматора, подключенного вторым входом к выходу интегратора последнего звена, первые входы второго сумматора соединены с первыми входами первых сумматоров и с выходами контролируемого линейного объекта управлени , входами соединенного со вторыми входами первых сумматоров, трет-ьи входы первых сумматоров каждого звена , кроме первого, соединены с выходом интегратора предыдущего звена, отличающеес  тем, что, с целью повышени  достоверности результатов контрол , в устройство введены Cq-1) каналов контрол , идентичных по структуре первому каналу контрол , q пороговых элементов и элемент ИЛИ выходом подключенный к входу блока индикации, а входами св занный с выходами q пороговых элементов, вход каждого из которых соединен с выходом второго сумматора данного канала контрол , а также с одним из третьих входов первого сумматора первого звена и с одним из четвертых входов первого сумматора остальных звеньев всех каналов контрол , а третьи входы второго сумматора каждого канала контрол , кроме последнего, соединены соответственно с выходами интеграторов последних звеньев всех следующих каналов контрол .

Description

1 Изобретение относитс  к коитрсЭиТь но-измерительной технике, а именно к устройствам дл  контрол  систем управлени , и может быть использова но при функциональном контроле технических объектов. Известно устройство дл  функционального контрол  систем управлени  содержащее эталонную модель, подключенную параллельно системе управ лени , причем математическое описан модели соответствует математическом описанию объекта контрол , блок сравнени , ограничитель, интегратор логический пороговый блок lj . Недостатками устройства  вл ютс  сложность эталонной модели, пор док которой равен пор дку провер емой системы управлени , а также невысока  достоверность контрол . Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  уст ройство идентификации линейного объекта управлени , содержащее блок индикации и канап идентификации, состо зий из п звеньев, каждое из которых содержит первый сумматор и соединенный с его выходом интегратор , и второго сумматора, подключенного вторым входом к выходу инте ратора последнего звена, первые входы второго сумматора соединены с первыми входами первых сумматоров ;и с выходами блоков контролируемого линейного объекта управлени , входами соединенного со вторыми входами первых сумматоров и третьим входом второго сумматора, третьи входы первых ..сумматоров каждого звена, кроме первого, соединены с выходом интегратора предыдущего звена, блок индикации подключен к выходу второ .го сумматора. Число звеньев п в канале идентификации равно максимальному пор дку.m линейных блоков объекта 2J , . В случае исправности объекта управлени  и равенства коэффициенто сумматоров устройства параметрам объекта выходной сигнал устройства U равен нулю. При возникновении неисправности в i-м блоке объекта управлени  выходной сигнал этого рлока равен У /у Y- + ду;, где uY;; - изменение выходного сигнала i-ro блока -У, вследствие неисправности. 6 Тогда на выходе устройства по иитс  сигнал рассогласовани , равный .,,.,, оператор интегрировани . , J ° коэффициенты усилени  устройства по выходному сигналу i-ro звена. Это приводит к тому, что загоритс  световое табло блока индикации, сигнализирующее о по влении неисправности . Однако может позникнуть ситуаци , когда неисправность возникнет не в одном блоке, а в нескольких, причем таким образом, что изменени  выходных сигналов этих блоков взаимно компенсируютс  в сумматорах устройства и выходной сигнал Д последнего останетс  неизменсным, т.е. равным нулю. В этом случае вознитсшие неисправности не будут вы влены, что снижает достоверность контрол  с помощью указанного устройства. Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности результатов контрол  . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в Устройство дл  функционального контрол  линейного объекта управлени , содержащее блок индикации , канал контрол , состо щий из П звеньев, каждое из которых содержит первый сумматор и соединенный с его выходом интегратор, и второго сумматора, подключенного вторым входом к выходу интегратора последнего звена, первые входы второго сумматора соединены с первыми входами первых сумматоров и с выходами контролируемого линейного объекта управлени , входами соединенного со вторыми входами первых сумматоров, третьи входы первых сумматоров каждого звена , кроме первого, соединены с выходом интегратора предыдущего звена, введены (С,-1) каналов контрол , идентичных по структуре первому каналу контрол , q пороговых элементов и элемент ИЛИ, выходом подключенный к входу блока индикации, а входами св занный с выходами Q пороговых элементов, вход каждого из которых соединен с выходом второго сумматора данного канала контрол , а также с одним из третьих входов первого сумматора первого звена и с одним из четвертых входов первого сумматора остальных звеньев всех каналов контрол , а третьи входы второго сумматора каждого канала контрол , кроме последнего, соединены соответственно с выходами интеграторов последних звеньев всех последующих каналов контрол . На фиг. 1 приведена структурна  схема предлагаемого устройства дл  функционального контрол  линейного объекта управлени  с произвольным числом выходов; на фиг. 2 - структур на  схема предлагаемого устройства дл  функционального контрол  линейного объекта управлени , состо щего из трех блоков, пример. Устройство дл  функционального Контрол  линейных объектов управлени  содержит каналы контрол  1.1-lQ каждый из которых состоит из п звеньев , включающих первый сумматор 2 и соединенный с его выходом интегратор 3, и второго сумматора 4, подклю ченного вторым входом к выходу интег ратора 3 последнего звена. При этом число звеньев п в каждом из каналов контрол  равно показател м наблюдаемости контролируемого линейного объекта управлени  в пор дке их возрастани . Кроме того, устройство содержит пороговые элементы 5.1-5.с элемент 1ШИ 6 и блок 7 индикации. В каждом канале первые входы первых сумматоров 2.1-2. псоединены с первыми входами второго сумматора 4 и с выходами контролируемого объекта управлени , входами соединенного со вторыми входами первых сумматоров 2.1-2.П, третьи входы второго суммаТора 4 каждого канала контрол , кроме последнего, соединены с выходами интеграторов 3 последних звенье всех последующих каналов контрол , выход второго сумматора 4 соединен с одним из третьих входов первого сумматора 2.1 первого звена и с одним из четвертых входов первого сумматора остальных звеньев всех ка налов контрол  и через соответствую щий пороговый элемент 5 подключен к входу элемента ИЛИ 6. Выход послед него соединен с входом блока 7 инди кации. Число звеньев п , число каналов контрол  а и коэффициенты усилени  первых 2 и вторых 4 сумматоров может быть определено следующим образом . Пусть контролируемый объект упраплени  задан своим описанием в пространстве состо ний XCt)rAX(t)+BV(V VW CX(t-), где V - m вектор входа; V-S вектор выхода X - п вектор состо ни , А, В, С - известные матрицы. Знание матриц А, В, С позвол ет определ ть такие характеристики объ- екта управлени , как устойчивость, управл емость, наблюдаемость, а также находить численные значени  показателей наблюдаемости К,,...,К, характеризующих размерность векторов состо ни  подсистем, на которые может быть декомпозирован объект управлени  . Чтобы найти показатели наблюдаемости , записывают матрицу наблющаемости )( ...)Т. Затем анализируют линейную зависимость столбцов матрицы D. Если столбец (С, А)  вл етс  линейной комбинацией предшествующих столбцов, а столбец (С, А ) таким свойством не обладает, то говор т, что число К 1  вл етс  первым показателем наблюлаемости. Аналогично вполн ют анализ столбцов (С2А) ,.. (СсЛМ . Таким образом, анализиру  матрицу D, устанавливают совокупность целых чисел . Записыва  их в пор дке возрастани , получают последовательность Число q определ ет число каналов контрол  в предлагаемом устройстве и выбираетс , исход  из требуемой достоверности контрол , а число Kg.,,... .К - число звеньев п в каж ом из каналов, Коэффициенты усилени  первых сумматоров 2.1-2,п по выходньм сигналам объекта управлени  Y,...,Yg обозначаютс  , i 1, q, j О, п-1 и определ ютс  в соответствии с выражением . ,,n-t.w , где Т - i-а  строка матрицы Т, котора  равна где EQ - единична  матрица размерности q q. Числа ;fgp , 1 1 ,q-1 j P 27 характеризуют значени  коэффициентов усилени  вторых сумматоров 4.1-4.q по выходным сигналам п-ых интеграторов 3 ка дого канала контрол i М - матрица размерности q S, задаваема  в соответствии с требуемой досГоверностью контрол . В частности , матрица М может быть задана аналогично проверочной матрице кода Хэмминга, Коэффициенты усилени  первых сумматоров 2.1-2.П по входным сигналам объекта управлени  U,...,П обозначаютс  |3; и определ ютс  соотношени ми Pv.-i--PU-2--t .,-.,, (2) ,o--(,.,..,QL-/)B Устройство работает следующим об разом. Предположим сначала, что неиспра ности в контролируемом объекте управлени  отсутствуют. В каждом i-OM (,q) канале кон рол  устройства входные и выходные сигналы контролируемого объекта управлени , усиленные соответственн в о Р (коэффициенты ft и et,определ ютс  согласно выражени м (2) и (1), складываютс  первым сумматором 2.1 и поступают на вход интегратора 3.1. Сигнал, получаемый в результате интегрировани , склады ваетс  первым сумматором 2.2 с усиленными в i иос;, раз соответственно входными и выходными сигналами контролируемого линейного объекта управлени  и подаетс  на вход интегратора 3.2, и так далее до тех пор, пока на выходе последнего инте ратора канала З.п не по витс  сигна ZJ, величина которого определ етс  I в соответствии с выражением 2.-1(,Д,р.,и.,„ (.р;,„и). Сигнал Z, поступает на вход i-Fo второго сумматора 4, где складываетс  с выходными сигналами провер емого объекта управлени  ,...,9, усиленными соответственно в mi,i,.,,m раз (коэффициенты т, ,q; j l7s представл ют собой элементы матрицы М, задаваемой исход  из требуемой достоверности контрол ), и выходными сигналами последних интеграторов 3 всех последунмцих каналов контрол , т.е. сигналами-Zp, ,q, усиленными в Jg. раз соответственно (коэффициенты jfр. наход тс  согласно выражению (1)). Выходным сигналом i-ro второхо сумматора 4  вл етс  сигнал bj, которь1й равен нулю при правильной работе контролируемого линейного объекта управлени  .т.е. ,,,. что может быть легко доказано. Сигналы i, определ емые в соответствии с выражением (4), обладают чрезмерной чувствительностью к малым отклонени м и низкочастотному дрейфу параметров и сигналов. Дл  устранени  этого недостатка необходимо охватить каналы контрол  устройства дополнительными обратными св з ми, в результате чего на третьи входы первого сумматора первого звена и на четвертые входы первого сумматора остальных звеньев всех каналов будут поступать выходные сигналы Д; всех вторых сумматоров 4. Коэффициенты усилени  первых сумматоров 2.1-2.П по сигналам А|, ,q дл  простоты.можно прин ть равными 1. Так как при правильной работе контролируемого объекта управлени  сигналы Д 0, то их поступление на первые сумматоры 2.1-2.П не вызьгаает никаких изменений в работе устройства. Сигналы Д, Я поступают на входы пороговых элементов 5.1-5.q осуществл ющих сравнение сигналов с нулевым уровнем. В св зи с тем, что при правильной работе контролируемого линейного объекта управлени  входные сигналы пороговых элементов 5.1-5.q равны , то и их выходные сигналы равны нулю. Поэтому выходной сигнал элемента ИЛИ 6, на вход которого поступают выходные сигналы всех пороговых элементов 5.1-5.q также равен нулю. Вследствие этого будет светитьс  табло блока 7 индикации, указывающее на исправность контролируемого линейного объекта управлени . Рассмотрим теперь работу устройства дл  функционального койтрол  при по влении неисправности в объекте управлени . Предположим, что возникша  неисправность привела к тому, что оди из выходных сигналов объекта управл ки , например Y , стал равен Y Y iY , где &Y) - величина приращени  сигнала YJ, за счет возникшей неисправности. Вследствие этого можно записать, что вектор выходных сигналов объекта управлени  „ Y + UY где tkY bY, , 0,..., Тогда вектор выходных сигналов вторых сумматоров 4.1-4.q, сформированиых в результате прохождени  входных выходных Y,, Y2,...,Yg сигналов контролируемого линейного объекта управлени  через к н лы контопл  1.1-1.q устройства пл  функционального контрол  равен ).,vV(,.,u).,...,. foUc,NU).(oi.,Y /PfiHlV,...(otoY+f3oUl |4. .-. « Перва  из составп ющих вектора выходных сигналов Л, равна нулю. Поэтому .E...,ibV.,...,faL,-J-,hy Вследствие того, что матрица М задаетс  таким образом, что в каждом ее столбце иметс  хот  бы один ненулевой элемент, среди совокупно ти выходных сигнатов i.1-u.q вторы сумматоров 4.1-4.q хот  бы один сигнал будет отличен от нул . Это приводит к тому, что уровень выход ного сигнала соответствующаго из пороговых элементов 5.1-5.q будет равен уровню логической единицы, вследствие чего на выходе элемента ИЛИ 6 по вл етс  сигнал, отличный от нул . Этот сигнал, поступа  на блок индикации 7, включает световое табло последнего, свидетельствующее о по влении неисправности в контролируемом объекте управлени . Если неисправности возникнут не в в одном, а в нескольких блоках контролируемого линейного объекта управлени , то благодар  особому виду матрицы контрольных условий М (которую, как отмечалось, можно выбрать аналогично проверочной матрице кода Хэмминга), они не будут скомпенсированы, т.е. в-отличие от известного устройства, неисправности такого вида будут вы влены с помощью предлагаемого устройства. Пример. Пусть контролируемый объект состоит из трех линейных блоков с передаточными функци ми вида V, .(Pl4 соединенных произвольным образом. Тогда выходной сигнал Л известного устройства описываетс  выражением 2) biU,(,H K-VjVo, ,3 - соответственно входные и выходные сигналы блоков контролируемого объекта управлени . Предположим, что вследствие неисправностей выходные сигналы блоков Y принимают значени  V Y+1 2, 2 Очевидно, что при возникновении неисправностей во.всех трех блоках выходной сигнал устройства остаетс  равным нулю, т.е. -по вление дефектов в контролируемом объекте управлени  не будет обнаружено. Перейдем теперь к предлагаемому устройству дл  функционального контрол . Выберем матрицу контрольны : условий М, равную Г О 1 1 L 1 о 1

911

т.е. число каналов контрол  устройства q2.

Так как показатели наблюдаемости

контролируемого объекта управлени  , , , то оба канала контрол  будут содержать по два звена (фиг.2). Коэффициенты усилени  первых сумматоров каналов контрол  по входным и выходным сигналам контролируемого -объекта управлени  соответственно равны

Коэффициент усилени  второго сумматора первого канала контрол  по выходному сигналу последнего интегратора второго канала У,, Тогда выходные сигналы вторых сумматоров

10

обоих каналов контрол  соответственно опрепел ютс  по следующим выражени м

--VV F t-YrV,.,

,-J(,Y,

Очевидно, что па о если вследствне возникновени  неисправностей выходные сигналы контролируемого объекта управлени  примут значени , указанные выше, сигнал Л, и bj У дут отличны от нул , свидетельству  о наличии дефекта.

Таким образом, в предлагаемом устройстве значительно уменьшаетс  веро тность взаимной компенсации возникающих при неисправност х изменений величин сигналов, снимаемых с контролируемого объекта управлени , т.е. повьппаетс  достоверность контрол .

Фиг. 2

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ, содержащее блок индикации, канал контроля, состоящий из η звеньев, каждое из которых содержит первый сумматор и соединенный с его выходом интегратор, и второго сумматора, подключенного вторым входом к выходу интегратора последнего звена, первые входы второго сумматора соединены с первыми входами первых сумматоров и с выходами контролируемого линейного объекта управле ния, входами соединенного со вторыми входами первых сумматоров, третьи входы первых сумматоров каждого зве на, кроме первого, соединены с выходом интегратора предыдущего звена, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов контроля, в устройство введены (q-Ι) каналов контроля, идентичных по структуре первому каналу контроля, q пороговых элементов и элемент ИЛИ^ выходом подключенный к входу блока индикации, а входами связанный с выходами q пороговых элементов, вход каждого из которых соединен с выходом второго сумматора данного канала контроля, а также с одним из третьих входов первого сумматора первого звена и с одним из четвертых входов первого сумматора остальных звеньев всех каналов контроля, а третьи входы второго сумматора каждого канала контроля, кроме последнего, соединены соответственно с выходами интеграторов последних звеньев всех последующих каналов контроля.

   >

   Тогда на выходе устройства появится сигнал рассогласования, равный * pm-» , где р °C ·¹ . i = <.J >3

   1 1112346