Телеизмерительная система

 

ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая матричный преобразователь , входы которого являются входами , первые выходы соединены с входами первой группы каналов связи, вторую группу каналов связи, выходы которых соединены с входами сумматоров первой группы, о т л ичающаяся тем, что, с целью повьппения точности системы, в нее введены вторая группа сумматоров, первый и второй коммутаторы, первый, второй и третий счетчики импульсов, постоянно запоминающее устройство, генератор тактовых импульсов, эле мент И, дешифратор, элемент сравнения , информационные каналы, каддый из которых содержит соединенные последовательно коммутатор и интегратор , входы каналов связи второй группы соединены с соответствующими выходами первой группы матричного преобразователя, выходы каналов связи первой группы соединены с входами сумматоров второй группы, выходы сумматоров соединены с соответствуклцими информационными входами коммутаторов информационных каналов, выходы интеграторов информационных каналов-являются выходами системы и соединены с соответствующими инверсными входами сумматоров, выходы коммутаторов информационных каналов соединены с соответствующими информационными входами первого коммутатора , выход которого соединен с вым входом элемента сравнения, второй вход которого является задающим входом системы, выход элемента сравнения соединен с входами Сброс первого и второго счетчиков, с первым управляющим входом генератора тактовых импульсов и через третий счето: ) чик с входами постоянного запоминающего устройства, выходы которого сосо единены с соответствующими информациэо онными входами второго коммутатора, выход которого соединен с -первым входом элемента И, выходы первого счетчика импульсов соединены с соответствующими управляющими входами второго коммутатора и коммутаторов информационных каналов, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом первого счетчика импульсов и с BTopbiM входом элемента И, выход которого соединен с входом второго счетчика импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (11)

4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изоБРетений и ОтнРытий (21) 3686083/24-24 . (22) 28. 12.83 (46) 15,06.85. Бюл. Р 22 (72) Л.Г. Журавин, А.Г. Певзнер, С.Д. Рубцов и Е.И. Семенов ..(71) Ленинградский ордена Ленина электроТехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (53) 621.398(088.8) (56) 1. Бомштейн Б.Д. и др. Методы борьбы с помехами в каналах провод- ной связи. M. "Связь", 1975, с. 227228, рис. 9.9Б.

2. Мироновский Л.А. Об одном алгоритме числового кодирования. Труды

Ленинградского института авиаприборостроения. Вып. 54, 1967 (прототип) .

3. Алексеенко А.Г. и др. Применение прецизионных аналоговых интегральных .схем. М., "Сов.радио", 1980, с. 75-77. (54) (57) ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая матричный преобразователь, входы которого являются входами системы, первые выходы соединены с входами первой группы каналов связи, вторую группу каналов связи, выходы которых соединены с входами сумматоров первой группы, о т л ичающая с я тем, что, с целью повышения точности системы, в нее введены вторая группа сумматоров, первый и второй коммутаторы, первый, второй и третий счетчики импульсов, постоянно запоминающее устройство, генератор тактовых импульсов, эле.-, мент И, дешифратор, элемент сравнения, информационные каналы, каждый из которых содержит соединенные последовательно коммутатор и интегратор, входы каналов связи второй группы соединены с соответствующими выходами первой группы матричного преобрasователя, выходы каналов связи первой группы соединены с входами сумматоров второй группы, выходы сумматоров соединены с соответствующими информационными входами коммутаторов информационных каналов, выходы интеграторов информационных каналов-являются выходами системы и соединены с соответствующими инверс ными входами сумматоров, выходы коммутаторов информационных каналов соединены с соответствующими информационными входами первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, вто, рой вход которого является задающим входом системы, выход элемента сравнения соединен с входами "Сброс пер-— вого и второго счетчиков, с первым управляняцим входом генератора тактовых импульсов и через третий счетчик с входами постоянного запоминающего устройства, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами второго коммутатора, выход которого соединен с первым входом элемента И, выходы первого счетчика импульсов соединены с соответствующими управляющими входами второго коммутатора и коммутаторов .информационных каналов, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом первого счетчика импульсов и с вторым входом элемента Й, выход которого соединен с входом второго счетчика импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами

116 f 981 дещифратора, выходы дешифратора со- . ющими входами первого коммутатора, единены с синхравходами соответству- один из выходов дешифратора соединен ющих коммутаторов информационных ка- с вторым управляющим входом генераналов и с соответствующими управля- тора тактовых импульсов.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может . применяться в телеметрии, дальней ,связи, телеуправлении.

Известна телеизмерительная система, осуществляющая передачу сообщений по ненадежным каналам связи посредством использования параллельных каналов и состоящая из последовательно соединенных группового устройства,1Ц параллельных каналов связи и другого группового устройства 11) .

Недостаток данной системы - большое число каналов.

Наиболее бЛизкой к предлагаемой 13 является телеизмерительная система, содержащая в каждом из п измерительных каналов последовательно соединенные канал евязи, сумматор, а также

1:-ый матричный преобразователь, допол26 нительные.(ш+1) каналов связи и последовательно соединенные 2-ой мат.ричный преобразователь, блок вычисления определителей и 3-нй матричный преобразователь, выходы которого 25 подсоединены с другим входам сумматоров, а выходы последних подключены к выходам системы. Кроме того, выходы 2-го матричного преобразователя подключены к другим входам 3-ro Зр матричного преобразователя, а входы — к выходам основных и дополнительных каналов связи, входы 1-ro матричного преобразователя соединены с входом системы, а выходы — с входами дополнительных каналов связи (21;

Недостатком данной системы является низкая точность. Это обусловлено, во-первых, недостаточностью (ш+1) резервных кайалов для полного устранения сбоев в ш каналах, воЪ вторых, увеличением погрешности определения величин сбоев при росте числа основных каналов связи п вследствие влияния нормальных погрешностей . в каждом канале (например, шум квантования в цифровых системах, аппаратурная погрешность и т.д-.).

Цель изобретения — повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в телеизмерительную. систему, содержащую матричный преобразователь, входы которого являются входами системы,первые вьиоды соединены с входами первой группы каналов связи, вторую группу каналов связи, выходы которых соединены с входами сумматоров первой группы, введены вторая группа сумматоров, первый и второй коммутаторы, первый, второй и третий счетчики импульсов, постоянное запоминающее устройство, генератор тактовых импульсов, элемент Й, дешифратор,. элемент сравнения., информационные каналы, каждый из которых содержит соединенные последовательно коммутатор и интегратор, входы каналов связи второй группы соединены с соответствующими выходами первой группы матричного преобразователя, выходы каналов связи первой группы соединены с входами сумматоров второй группы, выходы сумматоров соединены с соответствующими информационными входами коммутаторов информационных каналов, выходы интеграторов информационных каналов являются выходами системы и соединены с соответствующими инверсными входами сумматоров, выходы коммутаторов информационных каналов соединены с соответствующими информационными входами первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого является задающим входом системы, выход элемента сравнения соединен с входами "Сброс" первого и второго счетчиков, с первым управляющим входом генератора тактовых импульсов и через третий

3 1161 счетчик с входами постоянного запоминающего устройства, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами второго коммутатора, выход которого соединен с первьиа входом элемента И, выходы первого счетчика импульсов соединены с соответствующими управляющими входам второго коммутатора и коммутаторов информационных каналов, 16 выход генератора тактовых импульсов совдинен с входом первого счетчика импульсов и с вторым входом элемента И, выход которого соединен с

1входом второго счетчика импульсов, выходы которого соединены с соотBeTeò8óþùèìè жодами дешифратора, выходы дешифратора соединены с синхровходами соответствующих коммутаторов

981 4

Матрица А имеет следующие свойства: нормированность строк (например, нормированность по дисперсии— сумма квадратов элементов равна единице), что необходимо для сохранения у выходных сигналов матричного преобразователя 1 того же динамического диапазона, что и у входных сигналов; любые п строк образуют матрицу Аь с ненулевым определителем, поэтому такая матрица имеет обратную матрицу

А„

Матрица А строится следующим образом. В качестве исходной годится любая квадратная (nxn) матрица с ненулевым определителем и нормированными строками, например, единичная матрица информационных каналов и с соответствукицими управляющими входами перного коммутатора, один из выходов дешйфратора соединен с вторым уп.равляющим входом генератора тактовых . импульсов. И

Благодаря этому происходит переход к групповому представлению ивходных.скгналов (и+2ш)-промежуточ- " ными сигналами (где m — максимальное число неисправных каналов), которые в прйемной подсистеме преобразуются таким образом, что среди них выявляются и бездефектных сигналов, по которым с помощью перестраиваемой обратной матрицы восстанавливаются телеизмерйтельные сигналы.

На чертеже представлена. структурная схема телеизмерительной системы.

Система содержит матричный преобразователь 1, (a+2m) каналов 2 46 связи, (п+2ш) сумматоров 3; информационные каналы 4, состоящие из коммутаторов 5 и интеграторов 6, постоянное запоминающее устройство 7; третий счетчик 8 импульсов; элемент 9 сравнена второй коммутатор 10, первый счетчйк 11 импульсов, генератор

12 тактовых импульсов, элемент И 13, второй счетчик 14 импульсов, дешифратор 15 и первый коммутатор 16. . @

Матричный преобразователь 1 преобразует и входных сигналов x(t) в (и+2ш) промежуточных сигналов y (t) в соответствии с операцией умножения и-компонентного вектора на прямоугольную матрицу А размерности (и+2ш) и :

y (t) = A x(t) 10 ... О

01 ... О

00 ° .. 1 следующая (п+1)-ая строка должна содержать такие элементы а„,,, 1 ...,ад,, „, чтобы все матрицы размерности (пап), которые можно составлять,из (и+1)-ой строки и любых (п-1) предыдущих имели ненулевой определитель.

Это приводит к и условиям, которые после упрощения определителей имеют вид а„„; 4 О, i = 1, n. Величины а„,„ выбираются с учетом нормированности, например: а „

- п пе

Аналогично определяются элементы всех следующих строк.

Реализация матричного преобразователя 1 возможна на основе (п+2ш)суммирующе-вычитающих cxeMj3).

Каналы связи 2 предназначены для передачи входных сигналов ка рассто-яние и могут быть реализованы на основе проводной ликии связи, радиолинии и т.д.

Сумматоры 3 имеют и+1 входов, веса которых соответствуют каждой из (п+2ш) строк матрицы А таким образом, что на выходе сумматоров 3 фори ф мируется разность Е = у — Х. а. х, З1 где х;, i = 1, n — выходные сигналы телеизмерительной системы. Блоки 3 реализуются на основе суммирующевычитающих схем (3) .

1161981

Коммутаторы 5 информационных каналов предназначены для передачи одного из (n+2m} входных сигналов на выход; номер подключаемого сигнала определяется кодом на входах f управления, запоминание этого кода осуществляется при появлении сигнала "1" на входе управления (по переднему фронту импульса), Блоки 1 известны в виде интегральных схем.

Интеграторы 6 предназначены для интегрирования входного напряжения с возможно большим быстродействием.

Первый коммутатор 16 предназначен для передачи одного из и входных 1з сигналов на выход в соответствии с логической единицей на одном из п входов управления.,Коммутатор 16 . состоит из п измерительных ключей с объединенными выходами. 20 Постоянное запоминающее устройство 7 предназначено для запоминания,всех возможных (n+2m) разрядных кодовых комбинаций, содержащих (n+m) единиц и представляет собой блок памяти на С, п+2ш разрядCl+ Al ных кодовых комбинаций. Каждая комбинация формируется на выходах блока 7 при появлении на его входах соответствующей адресной.комбинации.

Счетчики импульсов 8, 11 и 14 предназначены для формирования вы-

I ходной кодовой комбинации, соответствующей числу пришедших на вход импуль сов. Число возможных состояний у счет"

tjф ГЛ чиков 8, 11 и 14 равно С „+ (n+2m) и и соответственно. Счетчики

: 11 и 14, кроме того, могут сбрасывать. ся в нулевое .состояние нод действием логической "1" на установочном входе.

Элемент 9 сравнения формирует на выходе сигнал "1", если модуль напря" жения на первом входе коммутатора

16 превышает постоянное напряжение 43

-уставки на втором входе, в противном случае на выходе схемы 9 имеется . ° сигнал "0".. уровень уставки, определяющий минимальный уровень обнаруживаемых сбоев, т.е. точность контро- И ля зависит от нормальных погрешнос. тей g системы и допустимой вероятности ложного отказа Р каналов связи 2: Ь = К 2/<, где д среднеквадратическое" .отклонение нор- я мальных погрешностей в каналах связи

2, а К определяется из следующего равенства:

Коммутатор 10 подключает на выход

ОДИН ИЗ ВХОДНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ CHI"HRJIOB в соответствии с кодом на входах управления, Генератор 12 формирует на своем выходе. последовательность импульсов с частотой f< или 1 в зависимости от того, на каком из двух входов управления бып импульс "1". Частота

f<(f <<< f ) определяется быстродействием блоков 4, 6 и 9 при прохождении информационных импульсов, а частота Х определяется быстродействием блоков 4, 11, 13, 14, 15 при прохождении логических сигналов. Благодаря наличию двух разных частот обеспечивается повышенное быстродействие системы. Реализация блока 12 возможна на основе задающего генератора и

RS-триггера, управляющего время-задающей цепью генератора либо коэффициентом деления в делителе частоты на . выходе задающего генератора, Дешифратор 15 предназначен для формирован%я на одном из своих выхо- < дов логической единицы в соответствии с кодовой комбинацией на входах.

Предлагаемая телеизмерительная сис ема работает следующим образом.

Телеметрируемые сигналы х (t), 1, п преобразуются в блоке 1 в промежуточные сигналы у (t), n+2m с помощью матрицы А, любые п строк которой имеют обратную матрицу.

Промежуточные сигналы у (t) передаются оо соответствующая in+2m) каналам связи 2, среди которых может быть не больше m неисправных каналов.

Под неисправным каналом подразумевается канал 2, погрешность которого под влиянием шумов, старения, радиации, отказов элементов и т.п, превышает определенный уровень. В приемной подсистеме сигналы у (t)

3

= у (t) + .(t), где ((t) — погрешность канала 2, поступают на входы соответствующих сумматоров 3, на выходах которых формируются разности и

h1 = y -.Х а- х., так как на до3 1 31 ду полнительные инверсные входы сумматоров 3 поданы выходные сигналы системы х; (t), i = 1, и. Из (n+2m)

М

61981 8

tS ния, среднеквадратичное значение этих скачков составляет величины б - 2

Зная это, можно установить уровень, уставки на втором входе схемы 9: Ь =, 5S = К- 2 {j, где К определяется допустимой вероятностью ложных отказав.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает высокую точность;

7 11 выходных сигналов сумматор 3п сигна- . лов проходит через п коммутаторов 5 .на входы п интеграторов 6., в результате чего образуется и-входовая и и-выходная система автоматическогорегулирования с матричной обратной связью, причем строки матрицы обратной связи соответствуют строкам матрицы А для тех и сигналов у .

Ф номера которых выбраны для подключения в коммутаторах 5. Так как у любых и строк матрицы А имеется обратная матрица, то на выходах интеграторов 6 формируются оценки

+. телеметрируемых сигналов х; (t), что следует из равенства

- п -t Х

Х„= А„Х, Ч „-Яп Х =0 Х -A„Y„=X+ А„Х „

r где A> —.матрица, составленная из

20 и строк матрицы А

Z — вектор погрешностей в и

КС2.

Для проверки исправности выбранных (на данном такте передачи) для восстановления каналов 2 под действи. вм импульсов генератора 12, следующих с пониженной скоростью f;. происходит замена части сигналов у следующим образом, На выходе блока 7 имеется (п+2ш) логических единиц, что соответсвует (п+ш) каналам 2, считающимся исправными.

Если каналы 2 действительно исправны, то.по любым и из них можно вос- 35 Ф станавливать сигналы х, причем при замене любого сигнала у на ре1 и зервный ни один из сигналов х (t) не будет изменяться больше, чем йа определенную заранее рассчитываемую величину, определяемую уровнем нормальных .погрешностей каналов 2. Под действием импульсов генератора 12 счетчик 11 меняет свое состояние,. а на выходе коммутатора 10 появляет. — 5 ся логический сигнал "0" или "1" в соответствии с номером символа в кодовой комбинации на выходе посто-" янного запоминающего устройства 7, Как только очередная единица прай1 дет на выход коммутатора 10, появится импульс и на выходе элементов И13, в результате. чего счетчик 14 изменит свое состояние и под действием импульса на выходе дешифратора 15 в соответствующий коммутатор 5 заке-. сется адрес резервного канала 2. Возникающий при этом переходный процесс затрагивает все сигналы х (t), но

«

1 наибольшая амплитуда скачка будет в сигнале x;(t), соответствующем коммутатору 5 с изменившимся адресом.

Именно этот адрес имеется на входе коммутатора 16, поэтому амплитуда переходного процесса на выходе коммутаторов 5 и 16 в элементе 9 сравнения будет сравнена с допустимой уставкой. Если превьппения не будет, то контроль продолжается.

Если же элемент 9 сравнения сформирует на своем выходе логическую единицу, zo в одном из (n+2m) каналов 2, используемых для восстановления сигналов х (t}, возник бтказ.

Система после этого переходит в режим поиска другого набора исправных каналов 3.

Для этого меняется состояние счетчика 8, на выходы постоянного запоминающего устройства 7 выводится новое (п+2ш) разрядное слово с (n+m) единицами, счетчики 11 и 14 обнуляются, генератор 12 переводится на повьппенную частоту, и во все коммутаторы 5 заносятся адреса первых и из выбранных для анализа каналов 2. Как только это закончится, п-ый выходной импульс дешифратора 15 переведет генератор 12 на пониженную частоту и начнется режим проверки (и+ш) каналов 2 на совместность. Если на одной из новых комбинаций п каналов 2 элемента 9 сравнения снова сработает, то поиск исправных (n+m) каналов 2 продолжается, Так как число отказов не превосходит m то поиск всегда заканчивается успешно.

Рассмотрим влияние нормальной составляющей погрешностей каналов 2 на уровень обнаруживаемых погрешностей. Так как контроль основан на замене одного из сигналов у () на другой, то при этом происход т суммирование двух нормальных погрешностей, т.е. удвоение дисперсии нормальной погрешности. Поэтому даже для исправных каналов 2 могут. возникать скачки напряжения на входе схемы 9 сравнеСоставитель В. Федотов

Техред А.Кикемезей.

Корректор В, Гирняк

Редактор И. Ковальчук

Заказ 3971/52 Тираж 611 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 за,счет полного устранения сбоев в

m каналах и отсутствия увеличения дисперсиис погрешностей во всех каналах при выходе из

1161981 10 строк одного или нескольких каналов, т. е . за счет полной ликвидации влияния. неисправных каналон.