Мажоритарное устройство для выделения проекций векторной величины

 

1. МАЖОРИТАРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЬЩЕЛЕНИЯ ПРОЕКЦИЙ ВЕКТОРНОЙ ВЕЛИЧИНЫ по авт.св. № 782162, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона мажоритарного выделения проекций векторной величины, в каждый выходной канал введены компенсационный резистивный трехполюсник и регулятор напряжения, один из крайних полюсов компенсационного резистивного трехполюсника соединен с средними полюсами резистивных трехполюсников всех каналов и первой входной клеммой регулятора напряжения, а другой - с вьпзодом нагрузочного резистора и второй входной клеммой регулятора напряжения, средний полюс компенсационного резистивного трехполюсника подключен к первой выходной клемме регулятора напряжения, вторая выходная клемма которого соединена с общей шиной, причем регулятор напряжения снабжен двумя шинами источника компенсационного напряжения и тремя шинами источника постоянного напряжения. 2. Устройство-по .п.1, отличающееся тем, что регулятор напряжения содержит чувствительный элемент, вьшопненный на двух транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых через светодиоды соединены с соответствующими шинами источника постоянного напряжеI ния, эмиттеры - с второй входной клеммой регулятора напряжения, а (Л базы через соответствующие резисторы - с первой входной клеммой ре-, с гулятора напряжения, и регулирующий элемент, вьтолненный на двух транзисторах одного типа проводимости, базы которых через фотодиоды подключены к первой шине источника компенсационного напряжения, эмиттеры к второй шине источника ко пенсациел онного напряжения, коллекторы соотN9 ветственно соединены с первой и вто00 СП рой выходными клеммами регулятора напряжения, а через соответствукицие резисторы - с первой шиной источника компенсационного папряжения.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК эав Н 03 К 19/23

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 782162 (21) 3532870/24-21 (22) 06.01.83 (46) 23.09.84. Бюл. и - 35 (72) Н.B.Áîãoëþáoâ, В.А.Игнатов и В.В.Захаренков (71) Киевский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров гражданской авиации (53) 621.374 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 782162, кл. Н 03 К 19/23, 1980. (54)(57) 1. МАЖОРИТАРНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРОЕКЦИЙ ВЕКТОРНОЙ

ВЕЛИЧИНЫ по авт.св. У 782162, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения динамического диапазона мажоритарного выделения проекций векторной величины, в каждый выходной канал введены компенсационный резистивный трехполюсник и регулятор напряжения, один из крайних полюсов компенсационного резистивного трехполюсника соединен с средними полюсами резистивных трехполюсников всех каналов и первой входной клеммой регулятора напряжения, а другой — с выводом нагрузочного резистора и второй входной клеммой регулятора напряжения, средний полюс компенсационного резистивного трехполюсника подключен к первой выходÄÄSUÄÄ 1115235 А ной клемме регулятора напряжения, вторая выходная клемма которого соединена с общей шиной, причем регулятор напряжения снабжен двумя шинами источника компенсационного напряжения и тремя шинами источника постоянного напряжения.

2. Устройство по.п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что регулятор напряжения содержит чувствительный элемент, выполненный на двух транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых через светодиоды соединены с соответствующими шинами источника постоянного напряжения, эмиттеры — с второй входной клеммой регулятора напряжения, а базы через соответствующие резисторы — с первой входной клеммой ре-. гулятора напряжения, и регулирующий элемент, выполненный на двух транзисторах одного типа проводимости, базы которых через фотодиоды подключены к первой шине источника компенсационного напряжения, эмиттеры— к второй шине источника компенсационного напряжения, коллекторы соответственно соединены с первой и второй выходными клеммами регулятора . напряжения, а через соответствующие резисторы — e первой шиной источника компенсационного папряжения.

1115235

Йзобретение относится к вычисли. тельной технике.и автоматике и может быть использовано в системах для автоматической обработки данных резервированных измерительных каналов. 5

IIo основному авт.св. Р 782162 известно мажоритарное устройство для выделения проекций векторной величины, состоящее из Х идентичных резер— вируемых каналов, где n = 4,5,6,..., 10 и трех нагрузочных резисторов, подключенных к шинам выходных каналов, каждый из резервируемых каналов содержит операционный усилитель, резистивные трехполюсники, диодный мост, компаратор и реле, резистивные трехполюсники крайними полюсами включены между входом и выходом операционного усилителя, средний вывод одного трехполюсника через первую диагональ

20 диодного моста подключен к выходу измерительного канала, к второй диагонали диодного моста подсоединены через балансные резисторы источник опорноrî напряжения постоянного тока, первая диагональ моста через компаратор соединена с обмоткой реле, размыкающие контакты которого включены между средними полюсами соответствующих резистивных трехполюсников и соответ-З0 ствующими нагрузочными резисторами (1), Недостатком известного устройства является узкий динамический диапазон мажоритарного выделения проекций векторной величины, что снижает З5 максимально допустимое число резер— вируемых каналов устройства и обусловлено ограниченной управляемостью резервируемых каналов из-за взаимосвязи входных и выходных каналов 40 через общую матрицу проводимостей узлов выходных шин устройства относительно общей шины.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона мажоритарного 4$ выделения проекций векторной величины.

Поставленная цель достигается тем, что.в мажоритарное устройство для выделения проекций векторной ве- g0 личины в каждый выходной канал введены компенсационный резистивный.трехполюсник и регулятор напряжения, один из крайних полюсов компенсационного резистивного трехполюсника соединен с средними полюсами резистивных трех»" полюсников всех каналов и первой вход ной клеммой регулятора напряжения, а другой — с выводом нагрузочного резистора и второй входной клеммой регулятора напряжения, средний полюс компенсационного резистивного трехполюсника подключен к первой выходной клемме регулятора напряжения, вторая выходная клемма которого соединена с общей шиной, причем регулятор напряжения снабжен двумя шинами источника компенсационного напряжения и тремя шинами источника постоянного напряжения.

Кроме того, регулятор напряжения содержит чувствительный элемент, выполненный на двух транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых через светодиоды соединены с соответствующими шинами источника постоянного напряжения, эмиттеры — с второй входной клеммой регулятора напряжения, а базы через соответствующие резисторы — с первой входной клеммой регулятора напряжения, и регулирующий элемент, выпол— ненный на двух транзисторах одного типа проводимости, базы которых через фотодиоды подключены к первой шине источника компенсационного напряжения, эмиттеры — к второй шине источника компенсационного напряжения, коллекторы соответственно соединены с первой и второй выходными клеммами регулятора напряжения,через соответствующие резисторы — с первой шиной источника компенсационного напряжения.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 схема регулятора напряжения.

Устройство состоит (фиг.1) из и резервируемых измерительных каналов где и = 4,5,6, ° ° ., и трех выходных каналов, каждый из резервируемых каналов содержит операционный усилитель

1, резистивные трехполюсники 2 и 3, ) состоящие из двух резисторов, диодный мост 4, балансные резисторы 5, измерительный канал (прибор) 6, формирующий входные сигналы, компаратор 7, реле 8, размыкающие контакты

9 которого связаны с шинами 10 выходных каналов, каждый выходной канал содержит компенсационный резистивный трехполюсник, состоящий из двух резисторов 11 и 12, нагрузочный резистор 13, регулятор 14 напряжения.

В каждом резервируемом канале резистивные трехполюсники вторым и третьим нальный проекции вектора физической величины на i-ю ось основного базиса, 1,3, на входе и выходе операцион- . ного усилителя 1 — сигналы V: и V соответственно напряжений питания

Е, Е и Е .

Устройство работает следующим образом.

При исправности всех резервируе-, мых каналов соответствие между составляющими п-мерного вектора на выходах информационных (измерительных) каналов 6 и компонентами трехмерного вектора V<ы на выходных шинах 10 устройства устанавливается уравнением вида

А17ьЫс (1) где А = fni,), ij.= I,ï, i = 1,3) и х 3 — матрица, элементы которой п11 определяются соотношением проводимостей резистивных трехполюсников

2 и 3. При этом на нагрузочных резисторах 13 формируются сигналы V » ьь так как регуляторы 14 вырабатывают напряжеш я, которые уравновешивают падения напряжений на компенсационных резисторах t 1 и 12, благодаря чему выполняется равенство

U(t) = 0 (2) где U(t). — напряжение между крайними полюсами компенсационного трехполюсника.

При работе регулятора напряжения

14 в цепи i-ro выходного канала напряжение U(t) между крайними полюсами компенсационного трехполюсника приложено к эмиттерно-базовым цепям транзисторов 19 и 20. Если напряжение U(t) равно нулю, светодиоды

2 1 и 22 излучают равные исходные световые потоки, поступающие на соответствующие фотодиоды 25 и 26, которым соответствуют начальные коллекторные токи транзисторов 23 и 24, 3 результате этого напряжение на нагрузочном резисторе 13 в точности равно по знаку и величине напряжению

Ugly(t). Как только напряжение U(t) становится отличным от нуля, изменяются уровни излучения, генерируемые светодиодами 21 и 22. Коллекторный ток одного из транзисторов

23 и 24 увеличивается, а другого

1 уменьшается, и падение напряжения на резисторе 12 компенсирует падение напряжения на резисторе 11. Вновь

3 1115235 крайними полюсами включены между входом и выходом операционного усилителя 1, к среднему выводу одного трехполюсника 2 (3) через первую диагональ моста 4 подключей выход измери- 5 тельного канала 6, вторая диагональ моста 4 через балансные резисторы 5 подключена к источнику опорного напряжения F,о, выход реле 8 через компаратор 7 связан с диодным мостом 4, 10 средние полюса соответствующих трехполюсников 2 и 3 всех резервируемых каналов подключены через размыкающие контакты 9 реле 8 к соответст— вующим шинам 10 выходных каналов 15 устройств. В каждом выходном канале один из крайних полюсов компенсационного трехполюсника, состоящего из резисторов 11 и 12, соединен с выходной шиной 10 и первой входной 20 клеммой регулятора 14 напряжения, а другой — с выводом нагрузочного резистора 13 и второй входной клеммой регулятора 14 напряжения, сред— ний полюс компенсационного трехполюс-25 ника подключен к первой выходной клемме регулятора 14 напряжения, вторая выходная клемма которого соединена с общей шиной, причем регулятор 14 напряжения соединен с первыми 30 двумя шинами источника компенсацион ного напряжения (Е ) и вторыми тремя шинами источника постоянного напряжения (Е,), регулятор напряжения имеет входные 15 и 16 и выходные 17 и 18 клеммы.

Регулятор 14 напряжения (на фиг.2) состоит из чувствительного и регулирующего элементов. Первый выполнен на транзисторах 19 и 20 разного ти- 40 па проводимости, включенных по схеме с общим эмиттером, в коллекторные цепи которых включены светодиоды 21 и 22. Регулирующий элемент выполнен на транзисторах 23 и 24, например, . 45 и-р-и типа проводимости, включенных по схеме с общим эмиттером, в базовые цепи которых включены фотодиоды

25 и 26, связанные по световому потоку с соответствующими светодиодами

21 и 22. Чувствительный и регулирующий элементы регулятора 14 напряжения питаются от соответствующих источников (Е1 и Е,2).

На выходе j-го измерительного ка55 нала по j-му направлению присутствует сигнал V, i =1,п, íà i-ом выходе устройства - сигнал V >, пропорцио1115235 аЬ

К

ЧаВ (4) 50 где i0, V д — ток и напряжение в цепи из резисторов 11-13. На основании уравнения (1) и учитывая знак ведостигается равновесие, при котором

U(t) О, а напряжение на нагрузочном резисторе 13 равно U,„„„, С). Другие выходные каналы устройства работают аналогично. Регулятор напряжения 14 не содержит реактивных элементов, что позволяет выполнить его в интегральном исполнении средствами микроэлектроники.

При отказе узлов или элементов одного из резервируемых каналов, когда его сигнал V< не соответствует номинальному значению, возрастает потенциал выходной диагонали диодного моста 4. Под действием укаэанного потенциала компаратор 7 вырабатывает команду на включение реле 8, которое срабатывает и своими размыкающими контактами 9 отключает неисправный канал от выходных шин 10 устройства. Работа устройства при отказах других резервируемых каналов происходит аналогично. При этом взаимосвязь напряжений на входе и выходе резервируемых каналов, оставшихся работоспособными, определяется матричным уравнением вида где С = Ея, g = (g„, е, р ) — мат- З0 т рица проводимостей узлов g,Ú, с выходных шин 10 при отсутствии компенсационных трехполюсников, Š— единичрица, G = Е о gî = (g т

g „g ) — матрица собственных про- 3g водимостей цепей из резисторов 1113, Vq — вектор рассогласования (напряжения на входе усилителей 1), Ч вЂ” вектор управлякщих величин (напряжения на выходе усилителей 1), 40

Т вЂ” символ транспортирования. Так как регулятор 14 обеспечивает равенство нулю вектора напряжений Ч =

= (Uq, U, U ) при любых значениях вектора выходных сигналов Ч „„, соб- 4S ственная проводимость цепи йэ резисторов 11-13, например, для j-го выходного канала равна личины go в соотношении (4), а также то, что при большом коэффициенте усиления усилителя 1 V - О, уравнение (3) запишем как:

G + т — AV =АV

К Вк

+ г t С где А = А A) " А К = —.— е- » 1

G + С коэффициент, характеризующий изменение общей проводимости С + G no T сравнению с проводимостью G.

Из уравнения (5) следует, что благодаря компенсации падений напряжений на резисторах трехполюсников, динамический диапазон суммируемых входных сигналов в каналах предложенного устройства в К раз больше, чем в известном. Согласно уравнениям (1) и (3) во столько же раз шире динамический диапазон мажоритарного выделения сигналов ЧА„,„ и диапазон управляемости резервируемых каналов.

Если в известном устройстве вместо операционных усилителей с предельными динамическим диапазоном выходных си гналов . Ч 1„, применить ycH Hvenb c

А динамическим дйапазоном К (V) z>z> практ ич е с ки р еали зуе мое э н аче ние к оэффициента К составит не менее 5-7.

Достигнутое увеличение динамического диапазона входных Ч@ и выходных Vgg сигналов особенно важно при использовании изобретения в системах автопилотирования самолетов гражданской авиации, когда первичные сигналы лов ступают с резервируемых датчиков и требуется мажоритарная обработка информации в реальном масштабе времени при широкой зоне двусторонних ограничений на величины уровней сигналов. При этом становится возможным увеличить общее число резервируемых каналов по сравнению с известным устройством.

Таким образом, использование новых элементов — балансных трехполюсников, регуляторов напряжения и их связей обеспечивает расширение динамического диапазона мажоритарного выделения сигналов, пропорциональных проекциям вектора физической величины по заданным направлениям.

1115235

I

1

1115235

-Eg

Фиг. 2

Составитель Н.Дубровская

Техред З.Палий Корректор В.Синицкая

Редактор С.Саенко

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

Заказ 6791/44 Тираж 861 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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