Устройство для функционального контроля линейного объекта управления

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕННЯ, содержащее блок индикации , канал контроля, состоящий 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 управления , входами соединенного со вторыми входами первых сумматоров, трет-ьи входы первых сумматоров каждого звена , кроме первого, соединены с выходом интегратора предыдущего звена, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов контроля, в устройство введены Cq-1) 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 следующих каналов контроля.

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

ЕЕСПУБЛИК ае аь

А зсфср С 05 В 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и г/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3579256/24-24 (22) 15.04.83 (46) 07.09.84. Бюл. У 33 (72) Л.А.Мироновский и Н.Л.Михайлов (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (53) 621 ° 396 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 439790, кл . G 05 В 23/02, 1972.

2. Авторское свидетельств СССР

i9- 334499000022, кл. G 06 С 7/66, 1970 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНОГО ОБЪЕКТА

УПРАВЛЕНИЯ, содержащее блок индикации, канал контроля, состоящий из и 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 управления, входами соединенного со вторыми входами первых сумматоров, третьи входы первых сумматоров каждого звена, кроме первого, соединены с выходом интегратора предыдущего звена, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности результатов контроля, в устройство введены (q-1) 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.

111234Ü

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для контроля систем управления, и может быть использовано при функциональном контроле технических объектов.

Известно устройство для функционального контроля систем управления, содержащее эталонную модель, подключенную параллельно системе управления, причем математическое описание модели соответствует математическому описанию объекта контроля, блок сравнения, ограничитель, интегратор, логический пороговый блок (1) .

Н ед ос т ат ка ми ус тр ойс т ва являют с я сложность эталонной модели, порядок которой равен порядку проверяемой системы управления, а также невысокая достоверность контроля.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство идентификации линейного объекта управления, содержащее блок индикации и канал идентификации, состоязий из и 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 блоков контролируемого линейного объекта управления, 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 и в канале идентификации равно максималь-ному порядку m линейных блоков объекта (2)., В случае исправности объекта управления и равенства коэффициентов сумматоров устройства параметрам объекта выходной сигнал устройства а равен нулю. При возникновении неисправности в i-м блоке объекта правления выходной сигнал этого

15лока равен

4 Y„= Y„++аУ;, где yY — изменение выходного сиг1 нала i-ro блока Y< вследствие неисправности.

Тогда на выходе устройства появится сигнал рассогласования, равный

6 = — К, 6У1-, 6, dY; —...- ж; LY1

5 1 где — — оператор интегрирования, К ) = ощ — коэффициенты усиления

1,) ) устройства по выходному сигналу i-го звена.

Это приводит к тому, что загорится световое табло блока индикации, сигнализирующее о появлении неисправности, Однако может позникнуть ситуация, когда неисправность возникнет не в одном блоке, а в нескольких, причем таким образом, что изменения выходных сигналов этих блоков взаимно компенсируются в сумматорах устройства и выходной сигнал Ь последнего

20 останется неизмененым, т.е. равным нулю. В этом случае возникшие неисправности не будут выявлены, что

25 снижает достоверность контроля с помощью указанного устройства.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для функционального контроля линейного объекта управления, содержащее блок индикации, канал контроля, состоящий из и звеньев, каждое из которых содер35 жит первый сумматор и соединенный с его выходом интегратор, и второго сумматора, подключенного вторым входом к выходу интегратора последнего звена, первые входы второго суммато40 ра соединены с первыми входами первых сумматоров и с выходами контролируемого линейного объекта управления, входами соединенного со вторыми . входами первых сумматоров, третьи

45 входы первых сумматоров каждого звена, кроме первого, соединены с выходом интегратора предыдущего звена, введены (Q-1) каналов контроля, идентичных по структуре первому каналу

50 контроля, 0 пороговых элементов и элемент ИЛИ, выходом подключенный к входу блока индикации, а входами связанный с выходами пороговых элементов, вход каждого из которых

55 соединен с выходом второго сумматора данного канала контроля, а также с одним из третьих входов первого сумматора первого звена и с одним

11123 из четвертых входов первого суммато/ ра 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.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для функционального контроля линейного объекта управления с произвольным числом выходов; на фиг. 2 — структурная схема предлагаемого устройства для функционального контроля линейного объекта управления, состоящего из трех блоков, пример.

15

Устройство для функционального контроля линейных объектов управления содержит каналы контроля 1. 1-1, 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 интегратора 3 последнего звена. При этом число звеньев П в каждом из каналов контроля равно показателям наблюдаемости контролируемого линейного объекта управления в порядке их возрастания. Кроме того, устройство содержит пороговые элементы 5.1-5.0. элемент ИЛИ 6 и блок 7 индикации.

В каждом канале первые входы первых 35 сумматоров 2,1-2. q соединены с первыми входами второго сумматора 4 и с выходами контролируемого объекта управления, входами соединенного со вторыми входами первых сумматоров 40

2. 1-2.г), третьи входы второго сумматора 4 каждого канала контроля, кроме последнего, соединены с выходами интеграторов 3 последних звеньев всех последующих каналов контроля,. 45 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- 50 налов контроля и через соответствующий пороговый элемент 5 подключен к входу элемента ИЛИ 6. Выход последнего соединен с входом блока 7 индикации. 55 .Число звеньев )), число каналов контроля а и коэффициенты усиления первых 2 и вторых 4 сумматоров мо46 4 жет бьггь определено следующим образом.

Пусть контролируемый объект управления задан своим описанием в пространстве состояний

4 где V — и) — вектор входа, — — вектор выхода, Х вЂ” g — вектор состояния, А, Б, С вЂ” известнь<е матриц»).

Знание матриц А, В, С позволяет определять такие характеристики объекта управления, как устойчивость, управляемость, наблюдаемость, а также находить численные значения по1 f казателей наблюдаемости К,,...,К5, характеризующих размерность векторов состояния подсистем, на которые может быть декомпозирован объект управления °

Чтобы найти показатели наблюдаемости, записывают матрицу наблюдаемости

Затем анализируют линейную зависимость столбцов матрицы D. Если столбец (С, Л ) является лннейной комбинацией предшествующих столбцов, а столбец (С, Л ) таким свойством не обладает, то говорят, что

1 число К = i является первым пока) зателем наблюлаемости. Аналогично вполняют анализ столбцов (C2A ) (C> А ) . Таким образом анализиРуя матрицу D устанавливают совокуп1 ность целых чисел К„,...,Кб. Загисывая мх в порядке возрастания, получают последовательность

Число q определяет число каналов контроля в предлагаемом устройстве и выбирается, исходя из требуемой достоверности контроля, а число

К5,,),...,К вЂ” число звеньев и в каждом из каналов.

Коэффициенты усиления первых сумматоров 2.1-2.п по выходным сигналам объекта управления Y,...,Y обозначаются Х,, i = 1, q j

= О, п-1 и определяются в соответствии с выражением

1112346 1 > (1) (; ...,с ; „,,t,м) с а á"-1

CAn

20 где Т вЂ” д-ая строка матрицы Т, ко1 торая равна

1 -1 „М„,...Д„

T=(E t$)

7

О О О, где Š— единичная матрица размер0 ности q « q, Числа Д р, 1=1,q-1

P = 2,Ч характеризуют значения коэффициентов усиления вторых сумматоров 4.1-4.q по выходным сигналам п-ых интеграторов 3 каждого канала ко нтр оля, M — матрица размерности q S задаваемая в соответствии с требуемой дос оверностью контроля. В частности, ма1рица М может быть задана аналогично проверочной матрице кода 2

Хэмминга.

Коэффициенты усиления первых сумматоров 2.1-2.п по входным сигналам объекта управления U1,...,JJ обозна- чаются (3 " и определяются соотношениями

,,„=-т, МСВ, 1

Р1 2- (Т МСА Ь.„C J ВЪ Л

= -(Т МС1 " М.; n-„С1" ...+6,, ЦВ, Устройство работает следующим образом.

Предположим сначала, что неисправности в контролируемом объекте управления отсутствуют.

В каждом i-ом (i=1 q) канале контроля устройства входные и выходные сигналы контролируемого объекта управления, усиленные соответственно 1о H EJ ;о раз (коэффициенты p„ 0

45 определяются согласно выражениям (2) и (1), складываются первым сумматором 2.1 и поступают на вход интегратора 3. 1. Сигнал, получаемый в результате интегрирования, склацывается первым сумматором 2.2 с усиленными в P и 0L раз соответственно входными и выходными сигналами контролируемого линейного объекта управления и подается на вход интегратора 3,2, и так далее до тех пор, пока на выходе последнего интегратора канала З.п не появится сигнал

2,, величина которого определяется в соответствии с выражением р 4 1а-1 Р1п-1О " о ") ° (3)

Сигнал Z< поступает на вход i-ro второго сумматора 4, где складывается с выходными сигналами проверяемого объекта управления Y,...,Y, усиленными соответственно в m < .. m

1 1% ° У раз (коэффициенты m,", i=1, q j =1, S представляют собой элементы матрицы M задаваемой исходя из требуемой достоверности контроля), и выходными сигналами последних интеграторов 3 всех последующих каналов контроля, т.е. сигналами Zp, В=1+1,q, усиленными в tt раз соответP ственно (коэффициенты находятся согласно выражению (1) ) . Выходным р сигналом i-ro второго сумматора 4 является сигнал d,, который равен нулю при правильной работе контролируемого линейного объекта управления.т. е.

g,= М,уе 7.;, ° 2„+„ °,+ ;

= О,, ={, (4) что может быть легко доказано.

Сигналы Д;, определяемые в соответствии с выражением (4), обладают черезмерной чувствительностью к малым от клоне ниям и ни зк оч а с тот ному дрейфу параметров и сигналов.

Для устранения этого недостатка необходимо охватить каналы контроля устройства дополнительными обратными связями, 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 усиления первых сумматоров 2.1-2.п по сигналам d, 1

i=1,q для простоты. можно принять равными 1. Так как при правильной работе контролируемого объекта управления сигналы Д, =О, то их поступление на первые сумматоры 2.1-2.п не вызывает никаких изменений в работе устройства.

Сигналы Ь, - Д поступают на входы пороговых элементов 5.1-5.q ocyatecra aewx сравнение сигналов с ну- левым уровнем.

В связи с тем, что при правильной работе контролируемого линейного

2346

7 объекта управления входные сигналы пороговых элементов 5.1-5.q равны нух.ю, 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 светиться табло блока 7. индикации, указывающее на исправность контролируемого линейного объекта управления.

Рассмотрим теперь работу устройства для функционального контроля нри появлении неисправности в объекте управления.

Предположим, что возникшая неисправность привела к тому, что один из выходных сигналов объекта управления, например У 1, стал равен Y" У1 + ДУ,, где ДУ - величина йриращения сигнала У, эа счет возникшей неисправности. Вследствие этого можно записать, что вектор выходных сигналов объекта управления

»М У + ДУ (5) где ДY =(gY). 0,...,0)

Тогда вектор выходных сигналов вторых сумматоров 4.1-4.q, сформированных в результате прохождения входных U U и выходных У, %

У У»5 сигналов контролируемого линейного объекта управления через каналы контроля 1.1-1.q устройства пля функционального контроля равен Pl».»U)t„„» (М»Ч» fl»tl))$»(M»Y»(E »))»

1 1 1

" - — Р+,...+Oh — Д Е } =Д i Д

s 1р "> Opn } - < 2 °

Первая из составляющих вектора выходных сигналов д, равна нулю.

Поэтому

Ь-" » 2 М»»» ЕЕ» g$ (Ю.-„; — ЬY»», ..., Ф М»»»Y), Вследствие того, что матрица М задается таким образом, что в каждом ее столбце имется хотя бы один ненулевой элемент, среди совокупности выходных си гначов д . 1- Д. q вторых сумматоров 4.1-4.q хотя бы один сигнал будет отличен от нуля. Это приводит к тому, что уровень выходного сигнала соответствующего из пороговых элементов 5,1-5.q будет равен уровню логической единицы, вследствие чего на выходе элемента

ИЛИ 6 появляется сигнал, отличный от нуля. Этот сигнал, поступая па блок индикации 7, включает световое табло последнего, свидетельствующее о появлении неисправности в контро10 лируемом объекте управления.

Если неисправности возникнут не в в одном, а в нескольких блоках контролируемого линейного объекта управления, то благодаря особому

1э . виду матрицы контрольных условий M (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 выявлены с помощью предлагаемого устройства °

Пример. Пусть контролируемьпЪ объект состоит из трех линейных блоков с передаточными функциями вида

Р 1 1

Р б Р,1 l+2() р 1 ) (Р1 р соединенных произвольным образом.

Тогда выходной сигнал Ь известно30

ro устройства описывается выражением (2) 1 1

Ь вЂ” (К Х ФХ - (,-У -(g,-Ч - Е )q

Е g)-0> где Х„, Y„, i=1,3 - соответственно входные и выходные сигналы блоков контролируе40 мого объекта управления.

Предположим, что вследствие неисправностей выходные сигналы блоков У„ принимают значения

Y -У1tl, Y 1++1 Y = Y+1, Очевидно, что при возникновении неисправностей во. всех трех блоках выходной сигнал устройства остается

50 равным нулю, т.е. .появление дефектов в контролируемом объекте управления не будет обнаружено.

Перейдем теперь к предлагаемому устройству для функционального контроля. Выберем матрицу контрольных условий М, равную

9 111 т.е. число каналов контроля устройства q 2.

Так как показатели наблюдаемости контролируемого объекта управления

K„=2, К =2 К =1 то оба канала конт2 3 роля будут содержать по два звена (фиг.2) . Коэффициенты усиления первых сумматоров каналов контроля по входным и выходным сигналам контролируемого объекта управления соответственно равны

-1 0 1

1 -1 -1

Коэффициент усиления второго сумматора первого канала контроля по выходному сигналу последнего интегратора второго канала /, 1. Тогда выходные сигналы вторых сумматоров

2346

10 обоих каналов контроля соответственно опрепеляются по слелующим выражениям

2 Ъ Р 2 2 р

Очевидно что паже если вследст10 вие возникновения неисправностей выходные сигналы контролируемого объекта управления примут значения, укаэанные выше, сигнал, и Ь2 будут отличны от нуля, свидетельствуя

15 о наличии дефекта.

Таким образом, в предлагаемом устройстве значительно уменьшается вероятность взаимной компенсации возникаюших при неисправностях изме20 нений величин сигналов, снимаемых с контролируемого объекта управления, т.е. повышается достоверность контроля, 1112346

Составитель П.Михайлов

Те хр ед M . Гер гел ь Корректор Г.Решетник

Редактор 1I.Êîññåé

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул . Проектная, 4

Заказ 6458/33 Тираж 841 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5