SU789975A1 - Устройство дл контрол динамической системы управлени - Google Patents

Description

Союз Советский Социалистических Республик

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву ~ (22) 3анвлено 11.01.79(21) 2716851/18-24 с присоединением заявки № — (23) Приоритет —

Опубликовано 23.12.80. Бюллетень №47

Дата опубликования описания 25.12.80

0,,789975 (51 )М. Кл?

05 В 23/02 (53) УДК 621.317.

.799(088.8) (72) Авторы Ю. В. Баглюк, В. В. Кубышкин и Г. М. Файкин изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Устройство для контроля динамической системы с обратной связью относится к автоматике и контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля динамических объектов, в частности, ⁵ судовых систем управления и регулирования, а также энергомеханических объектов с системами стабилизации в замкнутом контуре. В процессе эксплуатации динамических систем с обратной связью наблюдается ухудшение характеристик их элементов как в прямой, так и в обратной цепи, что приводит к частичной, а при дальнейшем развитии и полной поте— ₁₅ ре работоспособности систем.

Известно устройство для контроля динамических систем с обратной связью, обеспечивающее измерение выходного сигнала системы и сравнение его с эталоном 2Q или оценку численных показателей качества переходного процесса

Однако это устройство обладает целым рядом недостатков: производится оценка работоспособности системы в целом, при этом не предусматривается распознавание неисправностей отдельных блоков системы как в прямой, так и в обратной цепи, что приводит к низкой глубине контроля, недостаточной в реальных условиях; измеряются мгновенные значения переходной функции в дискретные моменты времени, что требует сложной и высокоточной измерительной аппаратуры, особенно при быстропротекающих переходных процессах; производится сравнение мгновенных значений переходной функции с ее эталоном (или номиналом) во множестве точек по времени, что приводит к значительному усложнению аппаратуры обра— , ботки данных и к ее избыточности.

Наиболее близким по структуре к предлагаемому устройству является устройство для контроля следящих систем, содержащее три схемы сравнения, две логические схемы ИЛИ, пять логических схем И, датчики напряжения косинусной и статорной обмоток и датчики напряжения усили— . 7ί теля, соединенные соответствующим образом, что позволяет в статическом режиме функционирования системы осуществить поиск отказов ее блоков в прямой цепи, вызвавших полную потерю работоспособности системы

К основным недостаткам данного устройства можно отнести: .распознавание отказов динамической системы только в . статическом режиме, что не позволяет выявлять целый ряд неисправностей, проявляющихся в переходных характеристиках;

... невозможность распознавания неисправностей в прямой или обратной цепи системы без изменения ее структуры, что требует вывода системы в специально организованный режим тестового контроля; не обеспечивается поиск неисправностей блоков системы на ранней стадии их возникновения, что существенно снижает ее живучесть и эффективность функционирования.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее п-блоков сравнения, выходы которых подключены ко входам элементов НЕ и к первым входам соответствующих элементов И, выход первого элемента НЕ непосредственно подключен к первому индикатору, а выходы других элементов НЕ подключены к последующим индикаторам через соответствующие элементы И, введены генератор экспоненциальных функций, It 4-1-блбков умножения, Н 4-1-интеграторов и п-блоков коррекции, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих блоков сравнения, вторые входы которых подключены к. выходу первого интегратора, соединенного входом с выходом первого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу генератора экспоненциальных функций и первым входам последующих п-блоков умножения, выходы которых через соответствующие интеграторы подключены ко входам соответствующих блоков коррекции, вторые входы Н 4-1-блоков умножения соединены с соответствующими контрольными входами устройства, а вход ге·, нератора экспоненциальных функций — с эталонным входом устройства.

Предлагаемое устройство для контроля динамической системы управления, состоящей из п-блоков, формирует параметры состояния каждого блока, получен-.

9975 4 . ные путем преобразования по Лапласу временных функций блоков (t ),1 ⁼1»,. ... П ₅ (1) где S ~

При этом рассматриваются функции в области вещественной переменной в интервале D < 5 ό -с® .

Аналогично для сигнала рассогласования системы 8 (ί) формируется преобразованный по Лапласу параметр рассогласования системы:

= е ^st- .(2) о

С другой стороны, текущие значения параметров состояния блоков можно выразить через параметр рассогласования системы и передаточные коэффициенты в виде

5151

К x₂(S)= (3) где передаточные коэффициенты

VιΜΜ; V^/WW)···>.

^3S . определяются через передаточные функции блоков (Sк) при фиксированном значении 'o-Sx , которое соответствует· 4U постоянной времени контролируемой динамической системы.

Разделив каждое выражение (3) системы на соответствующую правую часть и' умножив полученную левую и правую части на отношения

Krto··· ^10^20··· ^Кпо

-Δ2) падучим логические-условия работоспособности каждого. блока (1>СЛЙ lx_;(S).h/·

О,если (4) где iqo - передаточный коэффициент -го исправного блока системы.

789975 6

Xn(s) полученные путем преобразования по Лапласу входных сигналов

Имея логические условия (4), можно· сформировать набор логических уравнений, ные позволяющих распознавать неисправ— блоки в системе с обратной связью ν-χ_Α<_ ; ^0_⁼*ΑΓ^ΧΛ2.

(?) .5 · где я, характе— всей сис—

Uq - логическая функци ризуюшая состояние темы в целом;

jUg...“ логические функции, зующие состояние каждого из (η-блоков системы.

характери··На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок 1 индикаторов, генератор 2 экспоненциальных функций, блоки 3 умножения, интеграторы 4, блоки 5 коррекции, блоки 6 сравнения, элементы НЕ 7, элемент И 8, объект 9 контроля, состоящий из блоков 10 —Юл динамической системы управления, и элемента 11 сравнения.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При возникновении неисправности, например во втором блоке 10 динамической системы и наличии на ее входе внешнего возмущения или входного воздействия (как в режиме тестового контроля, так и режиме рабочего функционирования), запускается генератор 2, формирующий экспоненту, которая подается на вход блоков 3. Сигнал рассогласования системы S (Ί) и выходные сигналы блоков 10 - 10ft, поступают на второй вход блоков 3 соответственно канала формирования параметра рассогласования и h каналов формирования параметров состояния блоков системы. Полученные в блоках 3 произведения интегрируются р интеграторах4, на выходе которых формируют сигналы, пропорциональные параметрам рассогласования 6(S) и состоянию блоков системы Χ,^ίδ)· и *·<(*)( ·'

Каждый из параметров состояния (Ь) ^в блоках 5 коррекции умножается на коэффициенты предыдущих блоков Kid » ^40* ^20 » · · · j Χ·2ΐ> ί ’ величина которых определена для исправного состояния блоков 10;—10ц . Выходные сигналы блоков 5 (произведения ’.П а ) и параметр рассогласования £ поступают на входы блоков 6 сравнения, в которых определяется их разность, и затем она сравнивается с эталонными значениями Δ;) Δβ ·- » определяющими степень работоспособности каждого блока.

На выходе всех блоков 6 сравнения, кроме второго, появляются логические сигналы

т. к. разность произведения (5 и параметра рассогласования ξ J для соответствующих блоков (10 —10|р меньше эталонов Αί· На выходе второго блока 6 сравнения сигнала нет, г. к. сформированная в ней разность для неисправного второго блока 10j системы больше Д 2 , При такой комбинаций .выходных сигналов блоков 6 на выходе всех элементов НЕ 7, кроме второго, будет отсутствовать сигнал. В результате этого на выходе только одного элемента И 8, соответствующего второму блоку 10 , появляется сигнал, который и включает табло 'НЕИСПРАВЕН БЛОК, • 2' индикатора. Работоспособность устройства не нарушается и при наличии кратных неисправностей в динамической системе.

Такое выполнение устройства расширяет его функциональные возможности путем распознавания неисправностей каждого блока динамической системы как в прямой, так и в обратной его цепи, на ранней стадии их возникновения в режиме функционирования или тестового контроля независимо от тйпа возмущения, а также повышает точность контроля за счет перехода от обработки переходных функций к обработке преобразованных по Лапласу чисел, что также позволяет существенно повысить достоверность оценки остаточного ресурса динамической системы.

¹ - 789975

Claims (2)

1. Устройство дл  контрол  динамической системы с обратной св зью относит- с  к автоматике и контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контрол  динамических объектов, в HacTHOCTi судовых систем управлени  и регулировани , а также энергомеханических объек тов с системами стабилизации в замкнутом контуре. В процессе эксплуатации динамических систем с обратной св зью наблюдаетс  ухудшение характеристик их элементов как в пр мой, так и в обратной цепи, что приводит к частичной, а при дальнейшем развитии и полной потере работоспособности систем. Известно устройство дл  контрол  динамических систем с обратной св зью, обеспечивающее измерение выходного сиг нала Системы и сравнение его с эталоном или оценку численных показателей качест ва переходного процесса flj. Однако это устройство обладает целым р дом недостатков: производитс  оценка работоспособности .системы В целом, при этом не предусматриваетс  распознавание неисправностей отдельных блоков системы как в пр мой, так и в обратной цепи, что приводит к низкой глубине контрол , недостаточной в реальных услови х; измер ютс  мгновенные значени  переходной функции в дискретные моменты времени , что требует сложной и высокоточной измерительной аппаратуры, особенно при быстропротекающих переходных процессах; производитс  сравнение мгновенных значений переходной функции с ее эталоном (или номиналом) во множестве точек по времени, что приводит к значительному усложнению Аппаратуры обра- , ботки данных и к ее избыточности. Наиболее близким по структуре к предлагаемому устройству  вл етс  устройство дл  контрол  след щих систем, содержащее три схемы сравнени , две логические схемы ИЛИ, п ть логических схем И, датчики напр жени  косинусной и статорной обмоток и датчики напр жени  усилител , соециненные соогвегсгвующим обра зом, что позвол ет в статическом режим функционировани  системы осуществить поиск отказов ее блоков в пр мой цепи, вызвавших, полную потерю работоспособ- ности системы .21. К основным недостаткам данного устройства можно отнести: .распознавание отказов динамической системы только в . статическом режиме, что не позвол ет вы вл ть целый р ц неисправностей, про вл ющихс  в переходных характеристика .. невозможность распознавани  неисправностей в пр мой или обратной цепи системы без изменени  ее структуры, что требует вывода системы в специально организованный режим тестового конт рол ; не обеспечиваетс  поиск неисправностей блоков системы на ранней стадии их возникновени , что существенно снижает ее живучесть и эффективность функ ционировани . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и повышение точности устройства. Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее п-блоков сравнени , выходы которых подключены ко входам элементов НЕ и к первым входам соответствующих элементов И, выход первого элемента НЕ непосредственно подключен к первому индикатору, а выходы других элементов НЕ подключены к последующим индикаторам через соответствующие элементы И, введены генератор экспоненциальных функций, tt+1-бло ков умножени , 1г1 +1-интеграторов и п-блоков коррекции, выходы которых сое динены с первыми входами соответствую щих блоков сравнени , вторые входы которых подключены к.выходу первого интегратора , соединенного входом с выходом первого блока умножени , первый вход которого подключен к выходу генератора экспоненциальных функций и первым входам последующих п-блоков умножени , выходы которых через соответствующие интеграторы подключены ко входам соответствующих блоков коррекции , вторые входы h +1-блоков умножени  соединены с соответствующими контрольными входами устройства, а вход re нератора экспоненциальных функций - с эталонным входом устройства. Предлагаемое устройство .дл  контрол  динамической системы управлени , состо щей из п-блоков, формирует параметры состо ни  каждого блока, получен 7 5 ные путем преобразовани  по Лапласу временных функций блоков У ( t ),1 -1.,. ... Я x.(s)),dt,(i) где S С iW. При этом рассматриваютс  функции в области вещественной переменной 2:d в интервале О S -со . Аналогично дл  сигнала рассогл/асова- ни  системы S ) формируетс  преобразованный по Лапласу параметр рассогласовани  системы: (S) (г)}- s(t)-oit. (2) С другой стороны, текущие значени  параметров состо ни  блоков можно выразить через параметр рассогласовани  системы и передаточные коэффициенты Х в виде (}- у fc,v-e-i .к. (3) X( ...Кп где передаточные коэффициенты --l/4(Sjl V-i/W,(5K)-V/(S,)...; . i V/,(5)-4(SO...V/H(bK) определ ютс  через передаточные функ- ции блоков Wi(SK) при фиксированном значении , которое соответствуетпосто нной времени контролируемой динамической системы. Разделив каждое выражение ( 3) системы на соответствующую правую часть и умножив полученную левую и правую части на отношени  . «1 -дд. Krto-.. Кп по получим логические-услови  работоспособности каждого, блока ( ли}х;()Цд Л1-|.IМ) (р,если Xi(S nx Q-ECS}l7 l где )i jO - передаточный коэффициент л -Го исправного блока сис темы. Име  логические услови  (4), можн сформировать набор логических уравне ний, позвол ющих распознавать неиспр ные блоки в системе с обратной св зь V4v, Г-Хм ; п-ч лп-а n - П П ) где UQ - логическа  функци , характ ризующа  состо ние всей с темы в целом; |3 Un-Jh - логические функции, характ зующие состо ние кажцого 1г -блоков системы. На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит блок 1 индика торов, генератор 2 экспоненциальных функций, блоки 3 умножени , интеграторы 4, блоки 5 коррекции, блоки 6 сравнени , элементы НЕ 7, элемент И 8, объект 9 контрол , состо щий из блоков 10 -lOji динамической систем управлени , и элемента 11 сравнени . Предлагаемое устройство работает следующим образом. При возникновении неисправности, например во втором блоке 1О динамической системы и наличии на ее входе внешнего возмущени  или входного воздействи  (как в режиме тестового конт рол , так и режиме рабочего функциони ровани ), запускаетс  генератор 2, фор мирующий экспоненту, котора  подаетс  на вход блоков 3. Сигнал рассогласовани  системы S (i) и выходные сигналы .М. XaW . . . Xn(t) блоков 1О -lOft- поступают на второй вход блоков 3 соответственно канала формировани  параметра рассогласовани  и П каналов формировани  параметров со то ни  -блоков системы. Полученные в блоках 3 произведени  интегрируютс  р интеграторах 4, на выходе которых формируют сигналы, пропорциональные параметрам рассогласовани  и состо нию блоков системы X((S) Х (5) ч полученные путем преобразовани  по Лапласу входных сигналов tCt) и x(t), X2(t),...x(t). Каждый из параметров состо ни  (5 в блоках 5 коррекции умножаетс  на коэффициенты предыдущих блоков Kio -jO 2O 0 величина которых определена дл  исправного состо ни  блоков , Выходные сигналы блоков 5 (произведени Д|($) .П 4 Р параметр рассогласова1и  € (S) поступают на входы блоков 6 сравнени , в которых определ етс  их разность, и затем она сравниваетс  с эталонными значени ми AQ - П определ ющими степень работоспособности каждого блока. На выходе всех блоков 6 сравнени , кроме второго, по вл ютс  логические сигналы ----- n- i т. к. разность произведени  XtCSXy l jo и параметра рассогласовани  5 (5 дл  соответствующих блоков (10 -Ю) меньше эталонов д(. На выходе второго блока 6 сравнени  сигнала нет, т. к. сформированна  в ней разность дл  неисправного второго блока lOj системы больше Л5 , При такой комбинаций .выходных сигналов блоков 6 на всех элементов НЕ 7, кроме второго, будет отсутствовать сигнал. В результате этого на выходе только одного элемента И 8, соответствующего второму блоку 10 , по вл етс  сигнал, когорый и включает табло НЕИСПРАВЕН БЛОК, 2 индикатора. Работоспособность устройства не нарушаетс  и при наличии кратных неисправностей в динамической системе. Такое выполнение устройства расшир ет его функциональные возможности путем распознавани  неисправностей каждого блока динамической системы как в пр мой , так и в обратной его цепи, на ран- ней стадии их возникновени  в режиме функционировани  или тестового контрол  независимо от ткпа возмущени , а также повышает точность контрол  за счет перехода от обработки переходных функций к обработке преобразованных по Лапласу чисел, что также позвол ет существенно повысить достовернсх;гь оценки остаточного ресурса динамической системы. 7 Формула и зоб р е т е н и н Устройство дл  контрол  динамической системы управлени , содержащее п- 5локов сравнени , выходы которых подключены ко входам элементов НЕ i к первым входам соответствующих элементов И, выход первого элемента НЕ подключен непосредственно к первому индикатору, а выходы других элементов НЕ подключены к последующим индикаторам через соответствующие элементы И, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей и повышени  точности устройства , в него введены генератор экспонен циальных функций, И +1-блоков умноже - ни ,У +1-интеграторов и h -блоков коррекции , выходы которых соединены с первыми входами соответствующих блоков сравнени , вторые входы которых .подключены к выходу первого интегра- 7 гора, соединенного входом с выходом первого блока умножени , первый вход которого подключен к выходу генератора экспоненциальных функций и первым входам последующих П -блоков умножени , выходы которых через соответствующие интеграторы подключены ко входам соответствующих блоков коррекции, вторые входы П +1-блоков умножени  соединены с соответствующими контрольными входами устройства, а вход генератора экспоненциальных функций - с эталонным вхо- дом устройства. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции № 2.179.816, кл. Q О5 В 23/02, 1975.
2. 2.Авторское свидетельство СССР N9 433452, кл. ( О5 В 23/02, 1972 (прототип). .