Программная следящая система

 

ПРОГРАММНАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА , содержащая последовательно соединенные блок сравнения, усилитель , исполнительньй орган и датчик обратной связи, подключенный выходом к первому входу блока сравнения и к первому информационному входу первого переключателя, второй янформа ционньй вход которого соединен с задающим входом системы, управляющий вход - с входом генератора импульсов и черезпороговый блок с выходом усилителя, а выход - с первым входом нуль-органа, вторым . входом подключенного к выходу цифроаналогового; преобразователя, а выходами - к управляющим входам блока управления реверсом и счетом, соединенного тактовым входом с выходом генератора импульсов, а информационным и управляющими выходами со счетным и управляющими входами реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя, причем шины питания первого переключателя, нульоргана , реверсивного счетчика, цифроаналогового преобразователя и порогового блока соединены с общим блоком питания, отличаю щ ая с я тем, что, с .целью повышения надежности и снижения энергопотребления системы, в нее введены блок контроля, элемент ИЛИ, второй переключатель и блок совпадения, первый вход которого соединен с первым информационным входом второго переключателя и с задающим входом системы, второй вход - с nepBbiM входом блока контроля и с выходом датчика обратной связи, а выход - с входом блокировки блока питания и с управляющим входом второго переключателя , выходом подсоединенного к второму входу блока сравнения, а вторым информационным входом - к выходу цифроаналогового преобразователя 30 и к второму входу блока контроля, : шина питания которого соединена с со блоком питания, а выход - с первым лОм элемента ИЛИ, второй вход 4ib которого подключен к выходу порогов .ого блока, а ВЬЕХОД - к входу блокировки исполнительного органа.

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) зш G 05 В 19/405

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. OTHPblTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

%ИВ:(НОТЕ((А (21) 3363831/18 — 24 (22) 13. 10.81 (46) 15,08.84. Бюл. 1Ф 30 (72) М.Н. Глазов и Э.С. Никулин. (53) 621.503.33(088.8) (56) 1. Авторское. свидетельство СССР

Ф 507872, кл. G 06 G 7/186, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

N - 453672, кл. G 05 В 19/405, 1974 (прототип). (54)(57) ПРОГРАММНАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА, содержащая. последовательно соединенные блок сравнения, усилитель, исполнительный орган и датчик обратной связи, подключенный выходом к первому входу блока сравнения и к первому информационному входу первого переключателя, второй информационный вход которого соединен с задающим входом системы, управ ляющий вход - с входом генератора импульсов и через пороговый блок с-выходом усилителя, а выход — с первым входом нуль-органа, вторым . входом подключенного к выходу цифроаналогового. преобразователя, а выходами — .к управляющим входам блока управления реверсом и счетом, соединенного тактовым входом с выходом генератора импульсов, а информационным и управляющими выходами— со счетным-и управляющими входами . реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу. цифроаналогового преобразователя, причем шйны питания первого переключателя, нульоргана, реверсивного счетчика, циф роаналогового преобразователя и.по-рогового блока соединены с общим блоком питания, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения надежности и снижения энергопотреб- ления системы, в нее введены блок контроля, элемент ИЛИ, второй переключатель и блок совпадения, первый вход которого соединен с первым информационным входом второго переключателя и с задающим входом системы, второй вход — с первым входом блока контроля и с выходом датчика об-. ратной связи, а выход — с. входом блокировки блока питания и с управляющим входом второго переключате. ля, выходом подсоединенного к второму входу блока сравнения, а вторым. информационным входом — к выходу . .цифроаналогового преобразователя и к второму входу блока контроля, шина питания которого соединена с блоком питания, а выход — с первым ом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу.порогового блока, а выход — к входу блокировки исполнительного органа.

3108394

Изобретение относится к автоматическому управлению перемещением и скоростью различных исполнительных механизмов и может применяться, например, для автоматического регулирования технологических процессов. Известны программные следящие системы, содержащие непосре„-.=твенно следящую систему с исполнительным органом и датчиком положения и ана- f0 лого-цифровой интегратор с реверсивным счетчиком импульсов, цифроаналоговым преобразователем и генератором импульсов, который через нульорган и логическую схему подключен 35 к счетчик.. импульсов, триггер управления которого в зависимости от знака сигнала на входе нуль-органа настраивает счетчик на сложение или вычитание импульсов 1",. 20

Недостатком таких систем является то, что при восстановлении информации в счетчике после е о сбоев они требуют специальных аналоговых запоминающих устройств. Это усложняет 25 схему системы в целом и снижает ее надежность.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является программная следящая система, в ко30 торой восстановление информации в счетчике достигается без специаль" ного элемента аналоговой памяти. В этой системе роль запоминающего элемента играет исполнительный орган, а в качестве управляющего сигнала для перехода в режим восстановления информации используется выходное напряжение усилителя рассогласования следящей системы. Данная систе- 40 ма содержит последовательно соединенные нуль-орган, логическую схему, подключенную к генератору импульсов„ реверсивный счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь и элемент сравнения с усилителем рассогласования, подключенным к исполнительному органу следящей системы. Контур восстановления информации образован пороговым элементом, подключенным к выходу усилителя рассогласования следящей системы, и переключателем, входы которого соединены с задатчиком и датчиком положения, а выход подключен к нуль-органу. При сбоях счетчика напряжение на выходе усилителя рассогласования превышает уставку порогового элемента, что приводит к его срабатыванию. В результате программное устройство системы переходит в режим слежения за выходным сигналом датчика голожения. В режиме слежения генератор импульсов работает на высокой частоте, благодаря чему процесс восстановления информации протекает сравнительно быстр0 а2), Однако программное устройство известной системы, представляющее собой наиболее сложную часть системы, постоянно находится в работе.

При внезапных отказах программного устройства его выходное напряжение может скачком принимать произвольное значение, которое отрабатывается следящей системой с большой скоростью, существенно превышающей скорость программы. В результате могут возникать аварийные ситуации и объект управления выводится из действия на длительное время. Непрерывное нахождение программного устройства под питанием приводит также к увеличению энергопотребления системы и вызывает дополнительные тепловые потери, что ведет к нагреву аппаратуры и соответственно снижает ее надежность и ресурс.

Цель изобретения — повышение надежности и снижение энергопотребления системы.

Поставленная цель достигается тем, что в систему введены блок контроля, элемент ИЛИ, второй переключатель и блок совпадения, первый вход которого соединен с первым информационным входом второго переключателя и с задающим входом системы, второй вход — с первым входом блока контроля и с выходом датчика обратной связи, а выход — с входом блокировки блока питания и с управляющим входом второго переключателя, выходом подсоединенного к второму входу блока сравнения, а вторым информационным входом— к выходу цифроаналогового преобразователя и к второму входу блока контроля, шина питания которого соединена с блоком питания, а выход— с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу порогового блока, а выход — к входу блокировки исполнительного органа.

В систему дополнительно введены блок 17 контроля, второй переключатель 18, логический элемент ИЛИ 19 и блок 20 совпадения. Блок 17 контроля включает в себя двухвходовую схему 21 сравнения и цепь 22 временной задержки. На фиг. 2 показана одна из возможных схемных реализаций блока 1-7 контроля, в котором функции двухвходовой схемы 2 1 сравнения и цепи 22 временной задержки выполняет операционный усилитель 23 с входными резисторами 24 и 25, цепью отрицательной обратной связи на конденсаторе 26 и диодном мосте

27, сйабженном резисторами смещения 28, 29, и нагрузочным электромагнитным реле 30, один из контактов которого формирует выходной сигнал блока контроля (U„), а другой используется в цепи сигнализации неисправности программного устройства (лампа 31). Входы блока

55. 1108394

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой системы; на фиг. 2 — одна из возможных реализаций блока контроля; на фиг. 3— временные диаграммы работы системы.

В состав системы входят реверсивный счетчик 1, блок 2 управления реверсом и счетом, цифроаналоговый преобразователь 3, генератор 4 импульсов, нуль-орган 5, блок 6 сравнения, усилитель 7, исполнительный орган 8, датчик 9 обратной связи, пороговый блок 10, первый переключатель 11.

Блок 2 управления реверсом и счетом включает в себя двухвходовые логические элементы И 12, 13 и логический элемент ИЛИ 14. Первые входы логических элементов И 12, 13, являющиеся тактовыми входами блока 2, соединены с выходом генератора 4 импульсов, а их вторые входы, являющиеся управляющими входами блока 2, подключен к нуль-органу 5.

Выходы элементов И 12, 13 соединены с входами "+" и "-" управления реверсом счетчика и через элемент

ИЛИ 14 с его счетным входом. Реверсивный счетчик 1 с блоком 2 управления, цифроаналоговый преобразова- ЗО тель 3, генератор 4, нуль-орган 5, пороговый блок 10 и переключатель

11, образующие программное устройство 15, запитываются от управляемого блока 16 питания. 35 контроля подключены к выходам цифроаналогового преобразователя 3 (U.) и датчика 9 обратной связи (U>) .

Принцип действия системы заключается в следующем.

В исходном состоянии (момент времени со на фиг. 3) сигналы задатчика U» программного устройства U и датчика обратной связи U равны нулю (Ug = U„ = Уо = О) и блок 20 совпадения находится в положении, при котором блок 16 питания не подает напряжение питания на функциональные узлы программного устройства 15 и блока 17 контроля. Поскольку при этом пороговый блок 10 и операционный усилитель 23, а следовательно, и реле 30 в блоке 17 контроля находятся в выключенных состояниях, то входные сигналы элемента ИЛИ 19 имеют нулевые значения и сигнал на его выходе равен нулю, что соответствует отсутствию блокировки исполнительного органа 8 .

Под действием нулевого сигнала с выхода блока 20 совпадения переключатель 18 устанавливается в положение, при котором к входу блока 6 сравнения подключен сигнал задатчика П и за счет действия обратной связи (сигнал U ) исполнительный орган 8 удерживается усилителем 7 в нулевое положение (Uq = U = О) .

При изменении сигнала Uq (поступлении от оператора заявки на программное изменение положения исполнительного органа, момент времени t-1 на фиг. 3) происходит срабатывание блока 20 совпадения, благодаря чему с блока 16 подается питание на программное устройство

15 и блок 17 контроля. Одновременно переключатель 18 подключает выходной сигнал программного устройства 15 Uz к входу блока 6 сравнения. Так как при подаче питания на устройство 15 входящий в него счетчик 1 может установиться в любое состояние, то в первый момент времени после подачи питания на выходе цифроаналогового преобразователя 3 возникает напряжение

U„ P U =.О. Выявленное блоком 6 сравнения и усиленное усилителем

7 рассогласование между сигналами

U и Uq приводит к срабатыванию порогового блока 10 и система переходит в режим записи начальных ус1108394

55 ловий в программное устройство 15.

При этом под действием сигнала порогового блока 10 происходит перестройка генератора 4 на высокую частоту и переключение переключателя 11, через который на вход нульоргана 5 поступает сигнал Uq. Ha входах нуль-органа 5 происходит сравнение сигналов U и U . При

U 4 U на одном из выходов логических элементов И 12, 13 (в зависимости от знака рассогласования между сигналами U и U ) появляется единичный сигнал, по которому импульсы генератора 4 пропускаются на входы "+" или "-" управления реверсои счетчика 1, на счетный вход которого при этом поступают импульсы с выхода логического элемента

ИЛИ 14. В результате код в счетчике 1 и, следовательно, напряжение

Uä на выходе преобразователя 3 изменяются в сторону уменьшения рассогласования между сигналами Ul u Uy

Во время записи начальных условий (промежуток времени tg на фиг. 3) сигнал По сохраняет нулевое значение, так как под действием единичного сигнала на выходе порогового блока 10 логический элемент ИЛИ 19 вырабатывает сигнал, поступающий на блокирующий вход исполнительного органа 8 (например, отключает обмотку возбуждения в случае применения двигателя в нсполнительноИ органе). После выполнения условия U< = Uc = О, что соответствует записи в программное устройство 15 начальных условий (в данном случае нулевых), пороговый блок 10 изменяет свое состояние, в результате чего переключатель 11 подключает на вход нуль-органа 5 сигнал задания Ug, генератор 4 перестраивается на низкую частоту, а элемент

ИЛИ 19 снимает блокирующий сигнал с исполнительного органа 8, и система переходит в режим программного управления.

В режиме программного управления блок 20 совпадения под действием разности сигналов задания U и датчика обратной связи U находится в положении, при котором переключатель

18 подключает выход цифроаналогового преобразователя 3 к входу блока

6 сравнения. При отсутствии сбоев счетчика 1 переключатель 11 подает сигнал задания Uq на вход нуль-органа 5, на другой вход которого поступает напряжение U с выхода цифроаналогового преобразователя 3. В зависимости от знака рассогласования между сигналами У и U,,выявляемого нуль-органом 5, блок 2 настраивает счетчик 1 на режим сложения или вычитания импульсов, вырабатываемых генератором 4, период повторения которого определяет скорость временной развертки сигнала U . При этом код в счетчике 1, а следовательно, и выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 3 изменяется в сторону уменьшения рассогласования сигналов U и U . Скорость изменения программного сигнала U меньше скорости отработки следящей системы, поэтому в любой момент времени сигнал обратной связи U практически равен U и напряжение на выходе усилителя 7 лежит в зоне нечувствительности порогового блока 10.

При выполнении условия Uq = U> (момент времени t3 на фиг. 3) происходит отпускание блока 20 совпадения, в результате чего снимаются напряжения питания с устройства 15 и блока 17 контроля, а переключатель 18 подключает на вход блока

6 сравнения сигнал задания U>, и исполнительный орган 8 удерживается в положении, соответствующем заданномУ °

Аналогичным образом система работает и при уменьшении сигнала Ug (момент времени t на фиг. 3). При этом вновь срабатывает блок 20 совпадения и подается питание на устройство 15 и блок 17 контроля. В первый момент времени после подачи питания в программном устройстве 15 за счет установки счетчика 1 в произвольное состояние U Ф Ug и система переходит в режим записи начальных условий (промежуток времени на фиг. 3), благодаря которому выходной сигнал устройства 15 за относительно малое время принимает значение, соответствующее действительному положению исполнительного органа 8 (U = U ), который при этом не изменяет своего положения за счет блокировки его по сигналу логического элемента ИЛИ 19.

1108394

35

Рассмотрим функционирование блока 17 контроля в различных режимах работы системы. Пусть после подачи питания на устройство 15 и блок 17

Если в процессе формирования программы происходит сбой счетчика ,1 вследствие влияния помех или кратковременных перерывов питания (момент времени t< на фиг. 3), то абсолютная велнчина разности сигналов

Un и U, выявляемая блоком 6 сравнения, превышает уровень срабатывания порогового блока 10, что приводит к изменению состояния переклю- 10 чателя 11. В результате на вход нуль-органа 5 вместо сигнала задания U5 .подается сигнал U< с датчика 9 обратной связи. Одновременно происходит переключение частоты 15 генератора 4 импульсов и система переходит в режим слежения за сигналом П с датчика 9 аналогично тому, как это имеет место в режиме записи начальных условий. Под дейст- 20 вием единичного сигнала на выходе порогового блока 10 логический элемент ИЛИ 19 вырабатывает сигнал, поступающий на блокирующий вход исполнительного органа 8, который сохраняет свое положение. Вследствие этого сигнал обратной связи с датчика 9 остается неизменным и счетчик 1 возвращается в состояние, в котором он находился до сбоя (момент времени t> на фиг ° 3).

После восстановления информации система продолжает работать в режиме программного управления. Этот режим заканчивается, когда сигнал программы U< и соответственно сигнал датчика обратной связи U достигают уровня задания U (момент времени ав на фиг. 3). При условии

U — U5 блок 20 совпадения перехо- 40

Ч дит в положение, при котором переключатель 18 подключает к входу блока 6 сравнения сигнал задания Бз вместо сигнала программы U Одновременно блок 20 совпадения снима- 45 ет питание с программного устройства 15 и блока 17 контроля. В результате исполнительный орган 8 удерживается в положении, соответствующем заданному. 50

Таким образом, при каждом вводе программного устройства в работу блок контроля обеспечивает проверку его исправности.

"онтроля выполняется условие

Тогда при равенстве сопротивлений резисторов 24 и 25 разность токов через эти резисторы равна нулю и в диодном мосте 27 протекает ток, определяемый напряжениями питания

Е+ и Е и сопротивлениями резисторов 28, 29 смещения, вследствие чего выходное напряжение операционного усилителя 23 близко к нулю и контакты реле 30 разомкнуты.

Если после подачи питания на блок

17 контроля (например, в моменты времени t„, t„ на фиг. 3) рассогласование U< и U таково, что разность входных токов через резисторы 24 и 25 превышает ток смещения диодного моста 27, то обратная связь усилителя 23 через диодный мост 27 разрывается, конденсатор 26 начинает заряжаться и выходное напряжение усилителя 23 изменяется от нуля в сторону положительного или отрицатель" ного насыщения (в зависимости от знака рассогласования между сигналами Б„и U ) . В случае исправной работы программного устройства 15 возникшее в первый момент времени рассогласование между сигналами U и U устраняется при залиси начальных условий в программное устройство за относительно малое время (интервалы времени tg- t„, tg- tz на фиг. 3), sa которое выходное напряжение усилителя 23 не успевает достичь порога срабатывания реле 30 (уровни U, U „) . При выполнении условия U = U (моменты времени

tzÄ на фиг. 3) разность токов через резисторы 24, 25 становится меньше тока смещения диодного моста 27, диодный мост открывается, обеспечивая разряд конденсатора 26, и выходное напряжение усилителя 23 становится близким к нулю.

При возникновении неисправности в программном устройстве 15 оно не обеспечивает быстрого изменения сигнала Б„ до уровня Ug в режиме записи начальных условий или восстановления информации. Так, например, в случае отказа порогового блока

10 при подаче питания на устройство

15 (момент времени t на фиг. 3) не происходит переключения переключателя 11 и перестройки генератора 4 на высокую частоту, в результате чего после установления в счетчи1108394

10 ке 1 произвольного кода и соответствующего ему сигнала U (U„ ) происходит медленное изменение этого сигнала, а следовательно, и положения исполнительного органа 8, и рассогласование между сигналами U„ и U сохраняется относительно длительное время. При этом .-. блоке 17 контроля под воздействием разности входных токов, превышающей ток смещения диодного моста 27, происходит заряд конденсатора 26 и выходное напряжение усилителя 23 через время задержки Т достигает порога срабатывания реле 30. Это реле выдает онер.лтору сигйал о неисправности программного устройства (путем засветки сигнальной лампы 31), и сигнал U через логический элемент ИЛИ 19 блокирует исполнительный орган, предотвращая его дальнейшее перемещение и, следовательно, исключая воэможность возникновения аварийной ситуации.

Таким образом, введение в программную следящую систему дополнительных элементов с соответствующими связями обеспечивает возможность

5 отключения программного устройства в промежутках времени, когда не требуется изменять режим работы объекта управления. Благодаря этому повышается надежность и ресурс работы системы, а также снижается ее энергопотребление. Важным фактором, способствующим повышению надежности управления объектом, является также введение в систему автоматического контроля исправности программного устройства, который осуществляется при каждом вводе в работу программного устройства. При этом неисправное программное устройство не изменяет положения исполнительного органа, что имеет исключительное значение для повышения безопасности работы объекта управления.

1 108394

ВНИИПИ Заказ 5862/32 Тираж 842 . Подписное

Филиал ППП "Патвит", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

cl ill l i но!

1108394