Резервированный усилитель

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО1УАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (gy) 4 Н 05 К 10/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4234107/24-09 (22) 22,04,87 (46) 30.10,88. Бюл. 11 40 (72) А.И.Лихачев. П.11.Коморников, В.И.Климентов, Л.В.Стулов и В.П.Постюшков (53) 621,375 ° 4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1378097, кл, Н 05 К 10/00, 1986 °

„„SU„„1434568 А 1 (54) РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к автоматике и м.б. использовано в усили. тельных устр-вах повышенной надежности. Белью изобретения является сокращение времени восстановления работоспособности состояния устр-ва с исключением неисправных усилительных элементов (УЭ) из пространства разf0 12

1434568 решенных их комбинаций при обеспечении на его выходе требуемой мощности.

Для достижения цели в устр-в введены

N коммутирующих элементов выхода усилительных элементов (КЭВУЭ), 30 дат-. чиков 9 контроля тока в цепях питания

УЭ, N блоков 10 контроля состояния

УЭ. При исправности всех УЭ 2 все . КЭВУЭ 3 нормально замкнуты, и с выхо да всех блоков 10 на вход блока уп-!, равления 6 поступают сигналы 1

И 11

Устр-во обеспечивает. восстановление

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в усилительных устройствах повышенной надежности.

Цель изобретения — сокращение времени восстановления работоспособного состояния резервированного усилителя с исключением неисправных усилительных элементов из пространства ! разрешенных их комбинаций при обеспе- 10 чении на его выходе требуемой мощности.

На фиг,1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 — функциональная схема блока управления; на 15 фиг.3 - принципиальная схема блока синхронизации работы блока управления (БСРБУ); на фиг.4 - принципиальная схема переменного линейного регистра. 20

Резервированный усилитель содержит источник 1 входного сигнала (ИВС), N усилительных элементов (УЭ) 2, N коммутирующих элементов выхода уси- . лительных элементов (КЭВУЭ) 3, управ- 25 ляемый сумматор 4 мощности, нагрузку

5, блок 6 управления (БУ), блок 7 питания (БП), N коммутирующих элементов (КЭ) 8, N датчиков 9 контроля тока (ДКТ) в цепях питания УЭ, N бло- 30 ков 10 контроля состояния УЭ, порого- вый элемент (ПЭ) 11, эквивалент нагрузки (ЭН) 12, Блок управления образУют два входных реверсивных счетчика (ВРС) 13, ЦАП 14, двойной аналоговый компаратор (АК) 15, цифровой компаратор (ЦК) работоспособности и при кратных повреждениях УЭ 2, при этом чем больше кратность, тем будет быстрее восстановление работоспособности устр-ва.

Устр-BO обеспечит быстрое автоматическое определение неисправного УЭ

2 и при агрегатном методе ремонта.

Время восстановления исправного состояния будет определяться: T „ „M- где Y. — число отказавших УЭ 2; время замены д-ro элемента. 1 з,п.

Ф-лы, 4 ил.

16, БСРБУ 17, генератор 18 тактовых испульсов (ГГИ), перестраиваемый линейный регистр 19 сдвига (ПЛРС), преобразователь кодов (ПК) 20, элементы

ИЛИ .21 и 22, элементы И 23 и 24, триггеры 25 и двигатели 26 и 27.

БСРБУ включает элементы И 28 и 29, элемент ИЛИ 30, одновибратор 31 и элемент И 32.

ПЛРС содержит N+1 элементов ИЛИ

33,33,,...,33g+r, N элементов памяти

341,34, °...34g, N элементов И-НЕ

35), 35, . ;., 35я, элемент И 36, И-1 элементов 2И-ИЛИ 37) 37rz 374, . элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 38 (сумматор по модулю 2, резистор 39 и конденсатор 40, Устройство работает следующим образом.

В рабочем режиме при исправности всех узлов УЭ 2 в любой момент времени по.команде от внешнего управляющего устройства, поступающий в двоичном коде на в входов управления

БУ 6 в режиме "Запись" или на счетный вход Х „ в режиме Суммирование счет или Вычитание — счет, необходимо подключить требуемое количество

УЭ 2, чтобы обеспечить заданную мощность в нагрузке 5. Максимально возможное число включенных УЭ 2 определяется по формуле (1) так как нулевая комбинация является запрещенной, следовательно минимальное число УЭ 2, находящихся в резерве, можно, определить как

1434568

50 (5) 55

Бмин

При этом на время. поиска новой комбинации К мощность на выходе резервированного усилителя будет соотS = N-К =N-2 +1. (2) мин макс

Тогда число удовлетворенных элементов определяется неравенством (3) а число находящихся в резерве (4)

При исправности всех УЭ 2 все

КЭВУЭ 3 нормально замкнуты и с выхода всех блоков 10 на вход БУ 6 посту- 10 пают сигналы " 1". При поступлении

I требования на включение К УЗ 2

БУ 6 выбирает их случайным образом из N причем вероятность включения распределена равномерно и для i-го

УЭ 2 равна Р; =1/N ° При необходимости увеличения или уменьшения мощности в незначительных пределах в процессе работы сигнал поступает на вход

БУ 6 в режиме "Суммирование — счет" или "Вычитание — счет" с одновременной подачей требуемого количества импульсов на счетный вход Х „. Если необходимо значительно изменить выходную мощность, то на вход БУ 6 25 сигнал поступает по М входным шинам в режиме "Запись", При изменении мощности каждый раз формируются новые К<, К,..., Kä комбинации.из УЗ

2, причем время перехода от одной комбинации к другой определяется временем срабатывания КЭ 8 и сумматора 4. Таким образом, за время эксплуатации все N УЭ 2 будут включены в рабочий режим в течение одинакового времени и израсходуют примерно 35 равный эксплуатационный ресурс. При распределении среднего времени наработки до отказа УЭ 2 по закону Вейбулла в этом случае достигается максимальная наработка до отказа системы в целом и, следовательно, по" вышается надежность усилителя.

При выходе из строя i-ro узла УЭ

2 (например, при возрастании тока в его питающих цепях) на выходе фор- 45 мируется сигнал "0", который переключает с помощью КЭВУЭ 3 с входа сумматора 4 на ЭН 12 i-й УЭ 2. Одновременно сигнал "0" поступает на

БУ 6 и исключает i-й УЗ 2 из числа разрешенных. В этом случае поиск К разрешенных производится из N-1-го

УЭ 2, а неравенство (4) принимает вид ветствовать (K-1) включенному УЭ 2 и после окончания поиска будет вновь восстановлена, Устройство обеспечивает восстановление работоспособности и при кратных повреждениях УЭ 2, при этом чем больше кратность, тем быстрее восстанавливается работоспособность резервированного усилителя, так как сужается область поиска pasрешенной комбинации: (N-1), (N-2), (N 3) ... . Устройство переходит в аварийное состояние при отказе:

Бма кс + (К макс К) °, Резервированный усилитель обеспечивает быстрое автоматическое определение неисправного УЭ 2, и при агрегат- ном методе ремонта вреия восстановления исправного состояния определяется как

TSö 1 t4 в (7) где Y, — число отказавших УЭ 2;

t — время замены -го элемента.

6 с

После замены и принудительного включения КЗ 8 ДКТ 9 проверяет его исправность и если работоспособность

i-ro УЭ 2 восстановлена, формирует на выходе сигнал "1", который нормально замыкает КЭВУЭ 3, подключая

i-й УЭ 2 к сумматору 4, и разрешает его использование в числе разрешенных

БУ 6, который работает следующим образом.

При включении питания 1,2,...,N триггеры ПЛРС 19 (фиг.4) устанавливаются в исходное состояние благодаря кратковременной подаче на их установочные входы Е низкого уровня сигнала через конденсатор 38 и неопределенных л установочные входы S. По иере заряда конденсатора 40 через резистор 39 и последовательного включения N УЗ 2 (при их исправности) с помощью КЭ 8 подготавливаются триггеры по нулевому входу (на установочных входах появляется сигнал ЯК=1). Если хотя бы один, например N-1-й, УЭ 2 оказывается неисправным, то на его уста" новочном входе S появляется сигнал

"0", который опрокидывает М-1-й триггер в состояние "0" (так как на установочном входе R " 1"), запрещает работу N-1-го триггера подачей "0" на V-вход и через элемент И-HE 35я, разрешает передачу логических сигналов с выхода Н-2-го триггера через элемент ИЛИ 33я,, элемент И 36я, на вход. элемента ИЛИ 33 к. Таким об1434568 разом длина ПЛРС 19 изменяется на один элемент и становится N-1.

Наиболее сложный случай возникает при неисправности N ro узла УЭ 2, так как формирующий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 38 включен (при использовании варианта на фиг.4) на выход и вход N-го триггера. В этом случае необходимо осуществить переключение 10 входов элемента 38 с входа и выхода

N-го триггера на вход и выход N-го триггера.

Переключение входа осуществляется аналогично рассмотренному для N-1-ro триггера с использованием обходного пути через элементы ИЛИ 33, И 36, ИЛИ 33 я+, а переключение входа элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 38 осуществля- ется с использованием элемента 2ИHJIH 37 следующим образом сигнал "0" от N-го (при неисправности N-ro УЭ 2)

ДКТ 9 запрещает подачу на выход элемента 2И-ИЛИ 37м< сигналов с выхода элемента ИЛИ 33я и разрешает через 25 элемент И-HE 35 @ считывание информации с элемента 2И-ИЛИ 37у, (при исправности N-1-ro УЭ 2), на его вход подаются сигналы с выхода элемента ИЛИ 33„,, если N-1-й УЭ 2 так-- З0 же неисправен, то с выхода элемента

2И ИЛИ 37я з и т.д. Таким образом, длина ПЛРС 19 определяется числом только исправных УЭ 2, и блок управления гатов к работе. Параллельно на вход блока управления в режиме "3aпись" (быстрой перестройки) поступает на вход реверсивных счетчиков 13, и 13 требование в двоичном коде на включение К УЭ 2, которое сравнивает- 40 ся с информацией, поступившей от

ПК 20 в двоичном коде на первые m входов GK 16, соответствующей состоянию ПЛРС 19, при их различии на одном из Выходов ЦК 16 присутствует 4 сигнал "1", который через элемент

ИЛИ 22 разрешает подачу сигнала на

ПЛРС.19 (через элемент И 23) тактовых импульсов и запрещает (через элемент И-НЕ 24) изменение состояния выходных триггеров 25<, 25,.. » 25 .

Когда на обоих входах ЦК 16 сигналы будут равны,ПЛРС 19,. зафиксируется подачей сигйала "0" на вход элемента

И 23 и информация с N выходов ПЛРС

19 будет считана на выход Н D-V-триг- .

55 герон, так как на их входы Ч через элемент И-НЕ 24 поступит сигнал "1" и управляющие воздействия поступят на управляющий вход сумматора 4 и на

К КЭ 8, обеспечивая включение нужного количества УЭ 2. В результате

pesервированный усилитель готов к работе.

В режиме "Суммирование - счет" и "Вычитание — счет" (медленной перестройки) на вход реверсивных счетчиков по шине "Запись — 0"/Счет-1" поступает сигнал "1", которая снимается только в режиме быстрой перестройки, На вход реверсивного счетчика 13 поступает или на шину "+", или на шину "-" сигнал "i" (в зависимости от требования уменьшить или увеличить входную мощность), поступающие на счетную шину Х „ импульсы изменяют состояние задающего реверсивного счетчика 13, на заданное количество единиц, что приводит к изменению комбинации, поступающей на вход Щ П 14, на выходе которого изменяются пороговые напряжения, которые сравниваются со стробирующим сигналом, поступающим от ПЭ 11 с помощью АК 15, на выходе которого появляется управляющий потенциал, разрешающий изменение состояния реверсивного счетчика 13 (т.е. прибавление или вычитание) и через элемент ИЛИ 21 подающий управляющий сигнал на БСРБУ 17, который разрешает подачу одного импульса с выхода ГХИ

18 на счетный вход реверсивного счетчика 13, после чего работает схема быстрой перестройки, которая обеспечивает включение требуемого количества УЭ 2, что приводит к увеличению или уменьшению стробирующего напряжения U на выходе ПЭ 11, поступающего на входе АК 15.

Пян < Uc Uns ° (8)

На выходах АК 15 появляется сигнал. "0", если неравенство (8) не выполняется, то на выходе БСРБУ 17 появляется следующий счетный импульс, разрешенный подачей сигнала "1" с выхода элемента ИЛИ 21. Величины

П„в и Uz< выбираются таким образом, чтобы U, соответствующее выходной мощности резервированного усилителя в нагрузке 5, при включении заданного числа УЭ 2 удовлетворяло неравенству (8). Если учесть, что Uñм,„кспропорционально включению К „, УЭ 2 и равВо K „ Ulh, 9 rpe Uc, cTpo6HpyIomee напряжение, пропорциональное включению.одного УЭ 2. Сопротивления делителей 26 и 27 напряжения выбирают1. Резервированный усилитель, со5 держащий Ы усилительных элементов, сигнальные входы которых объединены и являются входом устройства, 0 коммутирующих элементов, причем один из выводов каждого коммутирующего:

7 !43 ся такими, чтобы при включении К макс

УЭ 2 выполнились соотношения

П((з-U(((, U;, (9)

При выходе из строя i-го узла

УЭ 2 включается быстрое кольцо. С выхода i-ro блока 10, поступает сигнал "0" на i-ю ячейку памяти ПЛРС 19 (фиг.4), которая исключается из числа разрешенных аналогично режиму включения блока управления, рассмотренному выше, на-ее выходе появляется сигнал "0", который отключает

i-й КЭ 8, на выходе ПК 20 изменяется кодовая комбинация, что приводит к появлению сигнала "1" на выходе

ЦК 16, в дальнейшем работа БУ 6 осуществляется по схеме .быстрой перестройки. После восстановления i-ro узла УЭ 2 с блока 10 поступает сигнал

"1", который разрешает дальнейшее использование i-й ячейки памяти ПЛРС

19. При изменении на выходе суммато" ра 4 мощности, которая приводит к нарушению неравенства (8) (в случае отсутствия отказов включенных К УЭ 2), включается медленное кольцо перестройки, которое обеспечивает. работу

БУ 6 до момента выполнения неравенства (8). Для исключения влияния медленного кольца перестройки на пра" вилъность работы БУ 6 в режиме быстрой перестройки применяется БСРБУ 17 (фиг.3). В режиме быстрой перестройки запись сигнала рассогласования возникает при выходе как ЦК 16, так и на выходе АК 15, что может привести к изменению состояния реверсивного счетчика 13(, а следовательно, к изменению количества включенных

УЭ 2, что приводит к длительному процессу установления мощности требуемой на выходе резервированного усилителя. Для этого, учитывая,что ,время переходных процессов в ЦК 16 меньше, чем в ЦАП t4 и АК 15, с выхода элемента ИЛИ 22 (при включении быстрого кольца перестройки) подается на вход элемента И 28 сигнал "1 который разрешает считывание первого тактового импульса ГТИ 18 с выхода элемента И 23 через элементы И 28 и ИЛИ 30 на вход одновибратора 31, который запрещает через элемент И-НЕ

32 считывание счетного импульса ГГИ

18 через БСРБУ 17 (элемент И 29) на вход реверсивного счетчика 13,(на время переходных процессов в pesepвированном усилителе, т.е. на это время запрещается работа медленного кольца перестройки, аналогично БСРБУ

17 работает в случае отказов УЭ 2.

Если отказов УЭ 2 не произошло, а мощность на выходе сумматора 4 не соответствует требуемой, то включаетсн медленное кольцо перестройки следующим образом: с выхода элемента

И 21 гоступает сигнал "1" на вход элемента И 29, на выходе которого (так как до прихода импульса нз выходе одновибратора сигнал "0", а следовательно, на выходе элемента И-ИЕ

32 сигнал "1") появляется импульс от

ГТИ t8, изменяющий состояние реверсивного счетчика 13 и запускающий через элемент ИЛИ 30 одновибратор 31, 20 который запрещает подачу очередных импульсов от ГТИ 18 на реверсивный счетчик 13, в течение времени, соот. ветствующего времени переходных проl цессов в резервированном усилителе;

2Б в реверсивном счетчике 13(, в кольце быстрой перестройки, в сумматоре 4, в АК 15.

Таким образом, длительность форми" руемого одновибратором 31 импульса определяется из следующего соотношения: ((("pc A(+ бп+ с((+ РАК (5 где (pc s - время переходных процесс( сов в реверсивном счетчи" ке 13; (-з„ - время работы кольца быстрой перестройки;

/ („с„4- время переходных процессов в сумматоре 4;

/\ (и(((,(- время переходных процессов в AK::15.

Период следования импульсов от

ГТИ 18 определяется быстродействием цифрового узла.

Время восстановления рабочего

45 состояния резервированного усилителя в случае любого количества отказов

УЭ 2, если их число не превышает И, которое находится из соотношения (6), определяется быстродействием кольца быстрой перестройки.

Формула изобретения литель напряжения, двойной аналоговый компаратор, элемент ИЛИ, блок синхронизации работы блока управления, цифровой компаратор, элемент ИЛИ, элемент И, перестраиваемый линейный регистр сдвига, преобразователь кода, элемент И-НЕ, N DV-счетных триггера, причем m входов реверсивных счетчиков являются установочными входами блока

tel управления, при этом 2 c.N, m выходов первого счетчика соединены с вторыми ш входами цифрового компаратора, выходы которого соединены с элементом

ИЛИ, выход которого является управляющим входом схемы синхронизации работы блока управления, элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен с входами управления перестраиваемого линейного регистра сдвига и блока синхронизации работы блока управления, входы пере" страиваемого линейного регистра сдвига соединены с N входами блока управления, которые соединены с соответствующими выходами блоков контроля состояния усилительных элементов, К выходов перестраиваемого линейного регистра сдвига соединены с соответствующими D-входами DV-счетных триггеров, причем 1-й выход соединен с

1-м триггером, выход которого является 1"м управляющим входом блока управления, С-входы N DV-счетных триггеров соединены с выходом генератора тактовых импульсов, à V-входы - с выходом элемента И-НЕ, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами цифрового компаратора, первые m входов которого соединены с m выходами преобразователя кодов, входы которого соединены с N выходами перестраиваемого линейного регистра сдвига, m выходов второго реверсивного счетчика соединены с m входами цифроаналогового преобразователя, выход которого через делитель напряжения подключен к противоположным входам двойного аналогового компаратора, вторые входы двойного аналогового компаратора соединены с входом блока управления, который подключен к выходу порогового элемента, подключенного к выходу управляемого сумматора. мощности, выходы двойного аналогового

1 компаратора соединены с управляющими входами:суммирования и вычитания

9 143456 элемента соединен с выводом питания .соответствующего усилительного элемента а второй — с выходом источника

Э питания, управляемый сумматор мощности, выход которого соединен с нагрузкой, а входы - с выходами N усилительных элементов соответственно, блок управления, один иэ входов которого через пороговый элемент подключен к выходу управляемого сумматора мощности, другие входы блока управления являются входами управления устройства, первые N выходов блока управления соединены с соответствующими 5 входами управления управляемого сумматора мощности, другие Н выходов соединены с входами управления комму.тирующих элементов соответственно, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени восстановления работоспособного состояния резервированного усилителя с исключением неисправных усилительных элементов из пространства разрешенных их комбинаций при обеспечении на его выходе требуемой мощности, в цепи питания усилительных элементов введены N датчиков контроля тока, а также введены И блоков контроля состояния усилительных элементов, N коммутирующих элементов выходов усилительных элементов, при этом первый, второй и третий входы i-го блока контроля состояния усилительных

° . 35 элементов соединены с выходом х-го датчика контроля тока, с выходом i-ro усилительного элемента и вторым кон" тактом i-ro коммутирующего элемента соответственно, выход i-ro блока контроля состояния усилительных элементов соединен с входом блока управ" ления устройства и с входом управления .соответствующего коммутирующего элемента выхода усилительного элемен45 та, вход коммутирующего элемента выхода усилительного элемента соединен с выходом соответствующего усилительного элемента, один из выходов коммутирующего элемента выхода усилительного элемента соединен с эквивалентом

\ " 50 агрузки, а другой выход — с. соответствующим входом управляемого суммато-, ра мощности.

2. Усилитель по п.1, о т л и ч а—

„ю шийся тем, что блок управле ния содержит два реверсивных счетчика, генератор тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь, де12 ния, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход — со счетным входом первого реверсивного счетчика.

ll !434568 первого реверсивного счетчика и входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом управления блока синхронизации, работы блока управле1434568

Составитель 1О.Рогаткин

Редактор А.Огар Техред М.Дидык

Корректор А, Обручар

Тираж 832 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6408

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4