Устройство для контроля

 

Изобретение относится к системам автоматизированного контроля параметров самолетной аппаратуры истребителя-перехватчика и может быть использовано для контроля ее параметров, в том числе предельных, в полете. Технический результат - повышение достоверности контроля параметров при наличии случайных помех на выходах датчиков информации. Сущность изобретения состоит в том, что для достижения указанного технического результата устройство содержит n датчиков информации, выходы которых соединены со входами управляемого коммутатора, блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока задания уставок, а выход через блок оперативной памяти соединен с первым входом блока индикации, блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом управляемого коммутатора, второй выход - с входом блока задания уставок, третий выход - с вторым входом блока индикации, четвертый выход - с вторым входом блока оперативной памяти, дополнительно введены последовательно соединенные триггер, схемы И, счетчик, схема вычитания, преобразователь "синус, косинус", сумматор и блок вычисления квадратного корня, а также генератор опорных фаз, при этом выход блока вычисления квадратного корня соединен со вторым входом блока сравнения, выход генератора опорной частоты - со вторым входом схемы И, выход генератора опорных фаз - со вторым входом схемы вычитания, а вход - с четвертым выходом блока управления, вторые входы триггера и счетчика соединены с пятым выходом блока управления, а второй вход сумматора - с шестым выходом блока управления. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к системам автоматизированного контроля параметров самолетной аппаратуры истребителя-перехватчика и может быть применено для контроля ее параметров, в том числе предельных параметров, в процессе полета.

В настоящее время существует целый класс легких истребителей-перехватчиков с очень жесткими весовыми и габаритными ограничениями, для которых необходимо обеспечить контроль параметров аппаратуры в полете и индикацию отклонений этих параметров на индикаторе летчика при воздействии различных помех, например при наличии шумов, активных помех. В целом ряде случаев этот контроль должен осуществляться непрерывно, например контроль параметров датчиков информации, связанных с обеспечением безаварийного управления самолетом и решением ряда других задач.

Известны устройства автоматического контроля параметров самолетной аппаратуры, например, наземная система автоматизированного контроля дискретного типа (В.В.Сомик, Н.Г.Коньков. Автомат проверяет самолет и ракету. Военное издательство МО СССР, Москва, 1967 г., стр.44-49), устанавливаемая на специальной автомашине и содержащая объект контроля, коммутирующее устройство входных сигналов, устройство для генерации стимулирующих и эталонных сигналов, устройство нормализации сигналов, устройство для хранения эталонных констант, устройство для преобразования непрерывных сигналов в дискретную форму, устройство измерения и анализа ошибки, программно-управляющее устройство. Система обеспечивает автоматический анализ и обработку информации, получаемой от датчиков самолетной аппаратуры, с целью определения их работоспособности и прогнозирования состояния в наземных условиях. Оценка истинности проверяемого параметра осуществляется в результате простого сравнения контролируемого сигнала с эталонным порогом, т.е. по принципу "Да-Нет".

Недостаток устройства аналога заключается в том, что оно не может объективно контролировать работу устройства в условиях помех, т.к. в этом случае величина контролируемого сигнала, будучи сложенной с шумовой составляющей, приводит к случайному увеличению проверяемого сигнала выше порога срабатывания и к появлению ложного сигнала "неисправность". При достаточно малой величине порога и при большой величине помехи сигнал превышения порога будет выдаваться достаточно часто и не позволит судить даже о примерной величине контролируемого параметра.

Из известных устройств более современной схемой среди известных устройств и наиболее близким (прототипом) к предлагаемому является изобретение по авт.св. №450183, М. Кл. G06F 15/46 "Устройство для контроля параметров объектов", содержащее (фиг.1) коммутатор (ключевые схемы) 1, первые входы которого подключены к датчикам информации 2-1,...,2-n, вторые входы коммутатора соединены с первым выходом блока управления 3, а его выход - с первыми входами двух блоков сравнения 4-1, 4-2, вторые входы которых подключены к выходу блока задания уставок 5, вход которого связан со вторым выходом блока управления 3, третий выход блока управления 3 подключен к первым входам элементов управления индикацией (блок индикации) 6, блок оперативной памяти 7, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами двух блоков сравнения 4-1, 4-2 и четвертым выходом блока управления 3, первый выход блока оперативной памяти 7 подключен ко вторым входам элементов управления индикацией 6, а его второй и третий выходы подключены соответственно к третьим входам блоков сравнения 4-1, 4-2 и входу блока управления 3.

Основной смысл работы устройства-прототипа с учетом практической реализации заключается в следующем.

- Последовательно в дискретные моменты времени, называемые выборками, измеряется текущий параметр (например, фаза) с датчиков информации ϕ_i.

- Формируется величина , при которой значение ϕ_i суммируется по всем значениям выборок (от 1 до m).

- Производится сравнение величины А с порогом В.

- При А≥В выдается сигнал на блок индикации о превышении контролируемого параметра допустимой величины.

Однако целый ряд самолетных датчиков информации помимо полезной составляющей выходного параметра ϕ_i содержит шумовую помеху, наводку и другие случайные сигналы σ, приводящие к ошибкам при вычислении, т.к. , в результате чего при сравнении А с В выдается ложный сигнал о превышении контролируемым параметром допустимой величины.

Таким образом, недостатком известного устройства является низкая достоверность контроля параметров, обусловленная невысокой точностью выделения контролируемого параметра с датчиков информации при наличии на их выходах помеховой составляющей.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля параметров при наличии случайных помех на выходах датчиков информации.

Для достижения поставленной цели авторским коллективом была проведена работа, в результате которой установлено, что достоверность контроля параметров может быть резко увеличена за счет того, что

- в схему вводится генератор опорных фаз (Θ₁÷Θ_i), коррелированных с фазами входного сигнала от датчиков информации,

- измеренная фаза сигнала ϕ_i с датчика информации сравнивается с фазой Θ_i генератора опорных фаз и определяется разность ϕ_i-Θ_i,

- формируются синусная и косинусная зависимости от измеренной разности фаз sin(ϕ_i-Θ_i) и cos(ϕ_i-Θ_i),

- производится суммирование синусной и косинусной составляющих по выборкам (от 1 до m),

- вычисляется квадратный корень из суммы квадратов синусной и косинусной составляющих

Величина А сравнивается с переменной В аналогично известному техническому решению.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее n датчиков информации, выходы которых соединены со входами управляемого коммутатора, блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока задания уставок, а выход через блок оперативной памяти соединен с первым входом блока индикации, блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом управляемого коммутатора, второй выход - с входом блока задания уставок, третий выход - с вторым входом блока индикации, четвертый выход - с вторым входом блока оперативной памяти, дополнительно введены последовательно соединенные триггер, схемы И, счетчик, схема вычитания, преобразователь "синус, косинус", сумматор и блок вычисления квадратного корня, а также генератор опорных фаз, при этом выход блока вычисления квадратного корня соединен со вторым входом блока сравнения, выход генератора опорной частоты - со вторым входом схемы И, выход генератора опорных фаз - со вторым входом схемы вычитания, а вход - с четвертым выходом блока управления, вторые входы триггера и счетчика соединены с пятым выходом блока управления, а второй вход сумматора - с шестым выходом блока управления.

На фиг.2 приведена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.3 - блок-схема блока управления 7.

Предлагаемое устройство содержит n датчиков информации 1, выходы которых соединены со входами управляемого коммутатора 2, блок сравнения 3, первый вход которого соединен с выходом блока задание уставок 4, а выход через блок оперативной памяти 5 - с первым входом блока индикации 6, блок управления 7, первый выход которого соединен с управляющим входом управляемого коммутатора 2, второй выход - с входом блока задания уставок 4, третий выход - с вторым входом блока индикации 6, четвертый выход - с вторым входом блока оперативной памяти 5, последовательно соединенные триггер 8, первый вход которого соединен с выходом коммутатора 2, схему И 9, счетчик 10, схему вычитания 11, преобразователь "синус, косинус" 12, сумматор 13 и блок вычисления квадратного корня 14, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения 3, генератор опорной частоты 15 выход которого соединен со вторым входом схемы И 9, генератор опорных фаз 16, выход которого соединен с вторым входом схемы вычитания 11, а вход - с пятым выходом блока управления 7, причем вторые входы триггера 8 и счетчика 10 соединены с шестым выходом блока управления 7, а второй вход сумматора 13 - с седьмым выходом блока управления 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Выходные сигналы датчиков информации 1, содержащие помимо основного сигнала также и случайную помеху, через управляемый коммутатор 2 поступают на первый вход триггера 8. Управление коммутатором 2 для выбора контролируемого датчика (выдача адреса исследуемого датчика) производится от блока управления 7, который обеспечивает управление коммутатором 2 автоматически по заранее заложенной программе или вручную по желанию летчика. Для этого на второй вход триггера 8 из блока управления 7 приходят в строгой временной последовательности импульсы коммутации, сбрасывающие триггер в исходное положение (например, «Лог.0» на выходе) и подготавливающие его для приема информации. Установление триггера 8 в состояние «1» осуществляется передним фронтом импульса, поступающего через коммутатор 2 от контролируемого датчика первичной информации 1. Таким образом, на выходе триггера 8 будет сигнал, соответствующий по длительности времени, равному от момента прихода переднего фронта исследуемого сигнала до момента прихода переднего фронта импульса коммутации от блока управления 7. Этот промежуток времени соответствует определенной фазе. При наличии случайных помех эта фаза будет все время флюктуировать, причем параметры флюктуации зависят от соотношения сигнала и случайной помехи. Сигнал с выхода триггера 8 поступает на первый вход двухвходовой схемы И 9, на второй вход которой поступают высокочастотные импульсы от генератора опорной частоты 15. Для обеспечения высокой стабильности генератор опорной частоты 15 выполняется кварцевым. Частота генератора опорной частоты 15 на порядок выше частоты сигналов с исследуемых датчиков информации 1. Счетчик 10 считает импульсы, поступающие на его вход с выхода схемы И 9. Количество импульсов соответствует фазе исследуемого сигнала в данный момент. Разрешение на начало счета счетчику 10 дается одновременно с подачей коммутирующего импульса на триггер 8, обеспечивая их синхронную работу. Одновременно с подачей от блока управления 7 адреса на коммутатор 2 подается также сигнал управления от блока управления 7 и на вход генератора опорных фаз 16, который выдает, соответственно исследуемому датчику, эталонные фазы Θ_i на второй вход схемы вычитания 11, которая обеспечивает вычитание измеряемой фазы ϕ_i из эталонной фазы Θ_i. Для получения рассмотренного выше алгоритма эта разность фаз Θ_i-ϕ_i преобразуется преобразователем "синус, косинус" 12 в синусную и косинусную составляющие, т.е. происходит разложение фазы Θ_i-ϕ_i по осям прямоугольной системы координат.

Опрос датчиков может происходить либо циклически (по очереди), либо выборочно, в том числе и непрерывно с одного датчика.

Сигналы sin(ϕ_i-Θ_i) и cos(ϕ_i-Θ_i) поступают на вход сумматора 13, где суммируются раздельно по синусу и косинусу с предыдущими сигналами соответствующего датчика. Таким образом, на выходе сумматора 13 накапливается сумма

и .

Величина m определяется соотношением сигнала и шума, и чем меньше это соотношение и чем выше требуемая точность измерения, тем больше выбирается "m", обеспечивая необходимую точность измерения. Блок вычисления квадратного корня 14 обеспечивает возведение в квадрат сумм и , их сложение и извлечение квадратного корня. Выходной сигнал блока вычисления квадратного корня 14 сравнивается блоком сравнения 3 с уровнем сигнала, задаваемым блоком задания уставок 4 и при превышении этого сигнала запоминается блоком оперативной памяти 5 и выдает соответствующий сигнал "Отклонение" летчику на блоке индикации 6. Управление блоком задания уставок 4 и блоком индикации 6 осуществляется от блока управления 7.

Если при сравнении какого-либо параметра с уставкой блок сравнения 3 выдает сигнал "отклонение", то он поступает на блок оперативной памяти 5 и запоминается в нем, при этом запрещается подключение следующего датчика до принятия летчиком решения, исключающее это отклонение. Переход на контроль следующего параметра может происходить по команде с блока управления, если "Отклонение" не влечет аварийной ситуации, в соответствии с программой, заложенной в блоке управления 7.

Отсутствие сигнала "Отклонение" на выходе блока сравнения 3 соответствует сигналу "норма".

При контроле каждого нового датчика соответствующие элементы устройства (триггер 8, счетчик 10, блок задания уставок 4 и блок индикации 6) по сигналам с блока управления 7 устанавливаются в исходное состояние и подготавливаются к приему новой информации.

Предлагаемое устройство выгодно отличается от известного за счет введения генератора опорных фаз коррелированного с фазами исследуемых сигналов и других элементов, позволяющих в совокупности существенно повысить достоверность контроля при наличии случайных помех с выходов датчиков информации.

Технико-экономический эффект заключается в следующем.

Из имеющихся устройств для контроля параметров самолетной аппаратуры, устройство для контроля, выполненное на основе прототипа, является лучшим, т.к. оно обеспечивает контроль с блоком оперативной памяти, с помощью которого для повышения эффективности контроля осуществляется переключение двух блоков сравнения в зависимости от состояния измеряемого параметра. Заявленное устройство контроля позволяет повысить достоверность контроля параметров при наличии случайных помех, исключить выдачу летчику ложной информации об отклонении параметров контролируемых объектов, обеспечить сигнализацию о предельных значениях параметров датчиков. Достижение высоких точностных характеристик измерения параметров достигнуто разработкой новой схемы обработки информации, которая может быть осуществлена на элементной базе, серийно выпускаемой МЭП-ом.

Проведенные работы показали, что за счет введения генератора опорных фаз, коррелированных с фазами исследуемых сигналов в сочетании с предложенными процедурами определения величины А, достигнута возможность резкого повышения достоверности контроля параметров при наличии помеховой составляющей на выходах датчиков информации. Вероятность правильного определения превышения сигнала увеличивается с 0,75 до 0,95.

Формула изобретения

Устройство для контроля, содержащее датчики, выходы которых соединены с входами коммутатора, вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены с входами индикатора и памяти, через которую выход блока сравнения соединен с входом индикатора блока задания уставок, выход которого соединен с входом блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности, в него введены генератор частоты, генератор опорных фаз, синусно-косинусный преобразователь, сумматор, узел извлечения корня, триггер, счетчик, вычитатель, элемент И, причем выход коммутатора через соединенные последовательно триггер, элемент И, счетчик, вычитатель, синусно-косинусный преобразователь, сумматор и узел извлечения корня соединен с входом блока сравнения, четвертый выход блока управления соединен с входами триггера и счетчика, пятый выход блока управления соединен с входом сумматора, шестой выход блока управления через генератор опорных фаз соединен с входом вычитателя, выход генератора частоты соединен с входом элемента И, а блок управления содержит генератор, счетчик и два регистра сдвига, причем выход генератора соединен с входом первого регистра сдвига и через второй регистр сдвига с четвертым и шестым выходом блока управления, выходы первого регистра сдвига соединены с вторым, третьим и пятым выходами блока управления и через счетчик с первым выходом блока управления.

РИСУНКИ