Устройство для управления объектом

 

Изобретение относится к устройствам автоматического управления. Устройство расширяет функциональные возможности за счет определения отказавшего датчика. Выходы n датчиков параметра 1 через первый и m датчиков скорости параметра 2 через второй мультиплексоры 3 и 4 соответственно поступают в блок формирования управляющих воздействий объекта 5. Мультиплексоры управляются счетчиками 14 и 15, на вход которых через элементы ИЛИ 13 и И 12 поступают импульсы пороговых элементов 6 и 7, сигнал на которые подается с блока 8, сравнивающего показания используемого датчика параметра и формирователя контрольного сигнала 11, полученного как сумма показаний этого датчика в некий предыдущий момент времени и интеграла скорости изменения регулируемого параметра. На выходе переноса из старшего разряда счетчика 15 формируется сигнал об отказе блока чувствительных элементов системы, т. к. это означает, что не осталось ни одного исправного датчика какого-либо типа. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано при построении высоконадежных систем автоматического управления, в частности систем управления движением.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения неисправности.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для управления объектом.

Устройство содержит n датчиков параметра 1 и m датчиков скорости измерения параметра 2, первый и второй мультиплексоры 3 и 4, блок формирования управляющих воздействий объекта 5, первый и второй пороговые элементы 6 и 7, блок сравнения 8, генератор импульсов 9, коммутатор 10, формирователь контрольного сигнала 11, элемент И 12, элемент ИЛИ 13, первый и второй счетчики импульсов 14 и 15.

На фиг. 2 представлена схема формирователя контрольного сигнала, которая содержит операционный усилитель 16, суммирующий конденсатор 17, коммутационный элемент 18 и с первого по четвертый масштабирующие резисторы 19-22.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчиков импульсов 14 и 15 их выходные сигналы поступающие на управляющие входы первого и второго мультиплексоров 3 и 4 соответственно и обеспечивают подключение к входам блока 5 формирования управляющих воздействий сигналов одного из имеющихся n датчиков 1 параметра (например, с номером 1) и одного из имеющихся m датчиков скорости изменения параметра 2 (также, например, с номером 1). Генератор 9 импульсов генерирует непрерывную последовательность импульсов напряжения. При отсутствии сигнала на выходе генератора импульсов 9 отсутствует сигнал на управляющих входах коммутатора 10 и формирователя контрольного сигнала 11. При этом коммутатор 10 коммутирует на вход формирователя 11 сигнал первого мультиплексора 3, т. е. на вход формирователя контрольного сигнала поступает сигнал того датчика параметра, который используется системой в данный момент. При отсутствии сигнала на своем управляющем входе формирователь контрольного сигнала 11 передает без изменения сигнал со своего входа на выход. Таким образом, на оба входа устройства сравнения 8 при отсутствии сигнала на выходе генератора импульсов 9 поступает один и тот же сигнал, поэтому на его выходе в этом случае сигнал всегда будет равен нулю.

Сигнал на выходе генератора импульсов 9 поступает на управляющий вход коммутатора 10 и переключает его так, что теперь он коммутирует на вход формирователя 11 выходной сигнал второго мультиплексора 4, таким образом на вход формирователя контрольного сигнала 11 теперь поступает сигнал того датчика скорости изменения регулируемого параметра, который используется системой в данный момент. При наличии сигнала на своем управляющем входе формирователь контрольного сигнала интегрирует поступающий на его вход сигнал, при этом начальное значение интеграла равно по величине сигналу, поступавшему на вход устройства 11 непосредственно перед переключением его в режим интегрирования. Таким образом, на выходе формирователя 11 сигнал равен сумме сигнала о величине регулируемого параметра, который имел используемый системой датчик непосредственно перед появлением сигнала на выходе генератора импульсов 9 и сигнала о приращении величины параметра, полученного интегрированием сигнала датчика скорости изменения параметра. Сигнал с выхода формирователя 11 сравнивается в блоке сравнения 8 с сигналом датчика параметра (движения).

В случае, если используемые системой датчики параметра и скорости изменения параметра исправны, эти сигналы должны быть близки по величине и их разность не превзойдет величины зоны нечувствительности пороговых элементов 6 и 7, на вход которых поступает сигнал с выхода блока сравнения 8. В этом случае ни один из них не сработает. Если же произошел отказ какого-либо датчика, приращение величины регулируемого параметра, полученное на формирователе контрольного сигнала 11, не совпадает с приращением на датчике параметра, разность этих сигналов превысит величину зоны нечувствительности одного из пороговых (релейных) элементов 6 или 7 и на выходе одного из них появится сигнал, который через элемент ИЛИ 13 поступит на вход элемента И 12, что обеспечит появление разрешения для прохождения через нее имеющегося в это время сигнала с генератора импульсов 9 на вход счетчика импульсов 14, где он будет сосчитан.

Таким образом, всякий раз при наличии неисправности одного из используемых в настоящий момент системой датчиков, будет вырабатываться импульс, который будет сосчитан счетчиком 14 и в дальнейшем (при его переполнении, т. е. при поступлении более n импульсов) - счетчиком 15.

Выходные сигналы счетчика 14 управляют первым мультиплексором 3. При последовательном возрастании кода на счетчике 14 мультиплексор 3 последовательно по одному подключает к своему выходу все имеющиеся в системе n датчиков параметра, сигнал которых используется (и повторяется) устройством, начиная с этого момента. Поскольку коэффициент пересчета счетчика импульсов 14 равен n, после поступления этого количества импульсов счетчик 14 обнулится, а на вход счетчика 15 поступит один импульс, который и будет сосчитан. Поскольку выходные сигналы счетчика 15 управляют вторым мультиплексором 4, изменение его кода вызовет последовательное по одному подключение к выходу мультиплексора 4 сигналов каждого из имеющихся в системе m датчиков скорости изменения регулируемого параметра.

На выходе переноса из старшего разряда счетчика 15 сигнал появится при поступлении на его вход m+1 импульсов, так как его коэффициент пересчета равен m. Это произойдет в том и только в том случае, когда не будет найдено ни одного сочетания датчиков регулируемого параметра и скорости изменения регулируемого параметра, у которых совпадают величины приращения сигналов, что говорит об отказе всех датчиков или регулируемого параметра, или скорости изменения регулируемого параметра движения (при этом из описания способа подключения датчиков видно, что испытываются все возможные комбинации). Поэтому сигнал с выхода переноса из старшего разряда счетчика 15 поступает на выход системы как сигнал об ее отказе.

Предполагается, что при последовательном возрастании кода на счетчике импульсов к выходу соответствующего мультиплексора подключается датчик из соответствующей группы с последовательно возрастающим номером в группе.

Например, отказал датчик скорости изменения параметра 2 с номером 1. В этом случае при появлении импульса на выходе генератора импульсов 9 произойдет изменение состояния счетчика 14 и система переключится на использование датчика параметра с номером 2, затем (в темпе поступления импульсов с генератора импульсов 9) - на датчик с номером 3 и т. д. до n, так как предположили, что все датчики регулируемого параметра исправны, а использование неисправного датчика скорости изменения регулируемого параметра продолжается. После этого, поскольку коэффициент пересчета счетчика импульсов 14 равен n, при поступлении следующего импульса с генератора импульсов 9 счетчик 14 обнулится, а на счетчик 15 поступит первый импульс. Это приведет к тому, что система начнет использовать первый датчик регулируемого параметра и датчик скорости изменения регулируемого параметра с номером 2, т. е. найдет комбинацию исправных датчиков.

Описанный процесс позволяет при последовательных отказах подключаемых датчиков найти комбинацию исправных в случае, если есть хотя бы по одному исправному датчику 1 и 2.

По коду, имеющемуся на счетчиках 14 и 15, можно судить о том, какие датчики используются системой в настоящий момент и, следовательно, о том, какие уже вышли из строя. Как было показано, сигнал на выходе переноса из старшего разряда счетчика 15, поступающий на выход системы, свидетельствует о выходе системы из строя, так как это означает, что не осталось либо ни одного исправного датчика 1, либо ни одного исправного датчика 2.

Формирователь контрольного сигнала 11 работает следующим образом.

В исходном состоянии (при отсутствии сигнала на управляющем входе формирователя и, следовательно, на управляющем входе коммутационного элемента 18) коммутационный элемент 18 замкнут и формирователь представляет собой апериодический элемент. Величина сопротивления резисторов 19, 20 и 21 выбирается так, чтобы коэффициент передачи этого элемента был равен единице. При поступлении сигнала на управляющий вход устройства коммутационный элемент 18 размыкается и все устройство представляет собой интегратор, при этом на конденсаторе 17 в первый момент имеется заряд, обеспечивающий начальное значение сигнала на выходе интегратора и, следовательно, всего формирователя 11, равное сигналу, поступившему на информационный вход формирователя 11 в момент поступления сигнала на его управляющий вход.

Постоянная времени интегратора определяется произведением емкости конденсатора и сопротивления резистора 19. Коэффициент передачи устройства в случае работы в качестве апериодического элемента определяется отношением сопротивления резисторов 20 и сопротивления параллельно соединенных резисторов 21 и 19, а его постоянная времени - произведением емкости конденсатора и сопротивления резистора 20. Постоянную времени интегратора желательно иметь как можно больше, что достигается выбором достаточно большой величины сопротивления резистора 19. Постоянную времени апериодического элемента желательно иметь как можно меньше, что достигается выбором достаточно малой величины сопротивления резистора 20. Необходимая величина параллельно соединенных резисторов 19 и 21 достигается за счет выбора нужной величины сопротивления резистора 21.

Таким образом, формирователь контрольного сигнала действительно обеспечивает выполнение тех функций, которые он должен выполнять в устройстве, передает без изменения на свой выход входной сигнал при отсутствии сигнала на своем управляющем входе и интегрирует входной сигнал при наличии сигнала на управляющем входе.

Расширение функциональных возможностей системы достигается за счет определения отказавшего датчика. (56) Епифанов А. Д. Надежность систем управления. М. : Машиностроение, 1975, с. 129, рис. 5.1.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОМ, содержащее n датчиков параметра и m датчиков скорости изменения параметра, выходы которых подключены к информационным входам соответственно первого и второго мультиплексоров, соединенных с выходами с соответствующими информационными входами блока формирования управляющих воздействий объекта, отличающееся тем, что в него введены формирователь контрольного сигнала, два счетчика, коммутатор, генератор импульсов, два пороговых элемента, блок сравнения, элемент ИЛИ и элемент И, подключенный выходом к счетному входу первого счетчика, соединенного разрядными выходами с соответствующими управляющими входами первого мультиплексора, а выходом переполнения - со счетным входом второго счетчика, подключенного разрядными выходами к соответствующим управляющим входам второго мультиплексора, подключенного выходом к первому информационному входу коммутатора, связанного вторым информационным входом с первым входом блока сравнения и с выходом первого мультиплексора, управляющим входом - с выходом генератора импульсов, с первым входом элемента И и с управляющим входом формирователя контрольного сигнала, а выходом - с информационным входом формирователя контрольного сигнала, подключенного выходом к второму входу блока сравнения, соединенного выходом с входами первого и второго пороговых элементов, подключенных выходами к соответствующим входам элемента ИЛИ, связанного выходом с вторым входом элемента И, выход переполнения второго счетчика является сигнальным выходом устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирователь контрольного сигнала содержит первый и второй масштабирующие резисторы, первые выводы которых объединены и являются информационным входом формирователя, второй вывод первого масштабирующего резистора соединен с первым выводом третьего масштабирующего резистора и с информационным входом коммутационного элемента, управляющий вход которого является управляющим входом формирователя, а выход коммутационного элемента подключен к второму выводу второго масштабирующего резистора, к первому выводу накопительного конденсатора и к инвертирующему входу операционного усилителя, связанного неинвертирующим входом через четвертый масштабирующий резистор с нулевой шиной питания, выход операционного усилителя подключен к вторым выводам третьего масштабирующего резистора и накопительного конденсатора и является выходом формирователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3