Система дистанционного управления объектами

 

Изобретение относится к технике радиоуправления. Цель - расширение области применения системы за счет обнаружения неисправности и повышение ее надежности. На первом 1 и втором 2 объектах управления сигнал одного из группы N приемников 3 через первый многоканальный коммутатор 4 и дешифратор 5 воздействует на органы 10 управления. Сигнал задатчика 16 через шифратор 13, второй многоканальный коммутатор 8 и один из группы N передатчиков 9 транслируется на другой объект управления. При отказе приемника или сбоях в радиолинии элемента И 20, первый элемент 15 задержки и второй элемент 11 задержки осуществяют блокировку выходных сигналов декодирующего элемента 19, включает первый управляемый генератор 14 и первый счетчик 17 импульсов, который подключает через коммутатор 4 исправно работающий примник, и вырабатывают сигнал неисправности. Сигнал блокировки выходных сигналов включает второй управляемый генератор 6 и второй счетчик 7 импульсов, который через второй коммутатор 8 подключает исправно работающий передатчик, что значительно увеличивает надежность системы управления. 1 ил.

Изобретение относится к технике управления объектами, в частности к технике радиоуправления.

Известна система дистанционного управления, содержащая на каждом объекте приемник, дешифратор, органы управления, задающее устройство, шифратор и передатчик.

Недостаток этой системы состоит в том, что при любом отказе приемника или передатчика (именно они определяют надежность системы управления как наиболее сложные элементы) на одном из объектов происходит отказ системы управления из-за невыполнения ею своих функций, т. е. эта система в целом обладает низкой надежностью.

Наиболее близкой к предлагаемой системе дистанционного управления является система, содержащая на каждом объекте управления последовательно соединенные группу из N (N = 2, 3, 4. . . ) параллельно включенных по входу приемников, первый многоканальный коммутатор, дешифратор и органы управления и последовательно соединенные задающее устройство, шифратор, второй многоканальный коммутатор и группу из N параллельно включенных по выходу передатчиков, при этом дешифратор содержит последовательно соединенные входной регистр и декодирующий элемент.

Недостаток этой системы состоит в том, что отказ выбранного для реализации заданного режима работы одного из N приемников или передатчиков на любом из объектов приводит к нарушению режима работы системы управления, т. е. к ее отказу. Иначе говоря, известная система выполнена по методу "холодного" резервирования с переключением резерва от внешнего устройства (радиосистемы) после того, как будет обнаружен факт отказа приемника или передатчика. Обнаружение отказа связано с большими затратами времени, а это приводит к нарушению заданного режима работы системы управления, т. е. система имеет низкую надежность. Кроме того, в системе не формируется сигнал неисправности, который может быть использован для перехода в другой режим работы.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей системы за счет обнаружения неисправности и повышение надежности реализации режима управления.

Цель достигается тем, что в систему дистанционного управления объектами, содержащую на каждом объекте последовательно соединенные группу из N (N = 2, 3, 4. . . ) параллельно включенных по входу приемников, первый многоканальный коммутатор, дешифратор и органы управления и последовательно соединенные задающее устройство, шифратор, второй многоканальный коммутатор и группу из N параллельно включенных по выходу передатчиков, причем дешифратор содержит последовательно соединенные входной регистр и декодирующий элемент, введены последовательно соединенные первый элемент задержки на выключение, первый управляемый генератор и первый счетчик импульсов, а также второй элемент задержки и последовательно соединенные второй управляемый генератор и второй счетчик импульсов, при этом выход первого элемента задержки соединен с входом блокировки выходных сигналов дешифратора, входом второго элемента задержки и первым дополнительным входом шифратора, второй дополнительный вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, дополнительному входу органов управления и шине сигнала неисправности, выходы первого и второго счетчиков импульсов соединены с соответствующими входами первого и второго многоканальных коммутаторов соответственно, вход второго управляемого генератора подключен к первому дополнительному выходу дешифратора, второй дополнительный выход которого соединен с входом первого элемента задержки, причем дешифратор дополнительно содержит схему И и два дополнительных разряда во входном регистре на установку кода 01, выходы которых соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами схемы И, инверсный выход которой подключен к второму дополнительному выходу дешифратора, первый дополнительный выход которого соединен с дополнительным выходом декодирующего элемента, при этом периоды Т₁ и Т₂ следования импульсов первого и второго управляемых генераторов соответственно выбираются из условия T₂ = NT₁, задержка τ_в на выключение первого элемента задержки выбирается из условия τ_в≥ 2_Тс, где Т_с - длительность передачи информации во входной регистр, длительность задержки τ₃ второго элемента задержки выбирается из условия τ₃= NT₂.

На чертеже представлена схема системы дистанционного управления объектами.

На первом 1 и втором 2 объектах группа из N параллельно включенных по входу приемников 3, первый многоканальный коммутатор 4, дешифратор 5, второй управляемый генератор 6, второй счетчик 7 импульсов, второй многоканальный коммутатор 8 и группа из N параллельно включенных по выходу передатчиков 9 соединены последовательно. Выходы дешифратора 5 подключены к соответствующим входам органов 10 управления, дополнительный вход которых соединен с выходом второго элемента 11 задержки, шиной 12 сигнала неисправности и вторым дополнительным входом шифратора 13. Первый дополнительный вход шифратора 21 соединен с входами второго элемента 11 задержки и первого управляемого генератора 14, входом блокировки выходных сигналов дешифратора 5 и выходом первого элемента 15 задержки, вход которого подключен к второму дополнительному выходу дешифратора 5. Выходы задающего устройства 16 соединены с соответствующими входами шифратора 13, выход которого подключен к сигнальному входу второго многоканального коммутатора 8. Выход первого управляемого генератора 14 соединен с входом первого счетчика 17 импульсов, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам первого многоканального коммутатора 4. Дешифратор 5 содержит последовательно включенные входной регистр 18 и декодирующий элемент 19, дополнительный выход которого соединен с первым дополнительным выходом дешифратора 5. Второй дополнительный выход последнего подключен к инверсному выходу схемы И 20, инвертирующий вход которой соединен с выходом первого дополнительного разряда входного регистра 18, выход второго дополнительного разряда которого подключен к неинвертирующему входу схемы И 20.

Система работает следующим образом.

На каждом объекте управления задающее устройство 16 формирует определенные управляющие сигналы r_j, которые преобразуются шифратором 13 в управляющее слово S_к, представляющее собой (n+2)-разрядный двоичный код (n разрядов несут информацию о сигналах r_j, (n+1) -й и (n+2)-й разряды несут дополнительную информацию в виде кода 01, используемую для определения отказа). Управляющие сигналы r_j задающего устройства 16 представляют собой релейные или аналоговые сигналы. Управляющее слово S_кчерез второй многоканальный коммутатор 8 поступает на соответствующий передатчик из группы передатчиков 9. Переданный этим передатчиком радиосигнал принимается одним из группы приемников 3, через первый многоканальный коммутатор 4 поступает на вход дешифратора 5, который расшифровывает переданное управляющее слово S_к, и выходной сигнал дешифратора 5 в виде релейных команд или линейных аналоговых сигналов U_iвоздействует на управляющие органы 10 объекта управления. Передача управляющего слова S_к осуществляется поразрядно и последовательно во времени, при этом могут использоваться различные виды модуляции при передаче элементов "0" и "1" управляющего слова.

При дистанционном управлении первым объектом 1 со стороны второго объекта 2 (например, управление температурой или положением объекта) задающее устройство 16 второго объекта 2 формирует управляющие сигналы r_j, которые шифратором 13 преобразуются в управляющее слово S_к^ll, передаваемое через второй многоканальный коммутатор 8 и передатчик из группы передатчиков 9 на вход приемника из группы приемников 3 первого объекта 1. Принятое дешифратором 5 первого объекта 1 через первый многоканальный коммутатор 4 управляющее слово S_к^l преобразуется в управляющие сигналы U_i, которые воздействуют на органы 10 управления, осуществляя тем самым управления температурой или положением объекта.

Управление первым многоканальным коммутатором 4 производится выходным сигналом первого счетчика 17 импульсов, управление вторым многоканальным коммутатором 8 осуществляется выходными сигналами второго счетчика 7 импульсов. Пусть, например, код первого счетчика 17 импульсов 00. . . 00 соответствует подключению первого приемника из группы приемников 3 к входу дешифратора 5, код 00. . . 01 - подключению второго приемника, код 00. . . 10 - подключению третьего приемника и так далее до тех пор, пока некоторый код не будет соответствовать подключению N-го приемника. Если после этого на вход счетчика 17 поступает очередной импульс, то счетчик устанавливается в первоначальное состояние 00. . . 00. Аналогично производится управление вторым многоканальным коммутатором 8 выходными сигналами второго счетчика 7 импульсов.

Рассмотрим работу системы при возникновении отказов в работе приемников или передатчиков в условиях действия помех в радиолинии в процессе реализации заданного режима. Пусть в исходном состоянии подключены первые приемники и передатчики на каждом объекте, а число N = 4.

Управляющее слово S_к^l с элементами кода S_q (q = 1, 2, . . . n+2) записывается во входной регистр 18 дешифратора 5. Первые n разрядов входного регистра 18 используются для преобразования их информации декодирующим элементом 19 в управляющие сигналы U_i, (n+1)-й (n+2)-й разряды, в которые при правильной работе записывается код 01, используются для анализа правильной работы устройства. Выход (n+1)-го разряда входного регистра 18 подается на инвертирующий вход схемы И 20, а выход (n+2)-го разряда этого регистра подается на неинвертирующий вход схемы И 20. Если S_n+1 = 0, S_n+2 = 1, то выходной сигнал схемы И 20, r_р= 0. Сигнал первого элемента задержки на выключение r_в также равен нулю, сигнал второго элемента задержки М = 0. Следовательно, при правильной работе приемопередающего устройства отсутствует блокировка выходных сигналов U_i (r_в = 0) и не вырабатывается сигнал неисправности (М = 0).

Рассмотрим работу системы при возникновении отказов.

Пусть в процессе работы отказал первый приемник из группы приемников 3 первого объекта 1 таким образом, что все элементы кода S_qвоспринимаются входным регистром 18 в виде S_q = 1. В этом случае S_n+1 = S_n+2 = 1. Схема И 20 формирует выходной сигнал r_р = 1, а первый элемент 15 задержки - выходной сигнал r_в = 1. Этот сигнал осуществляет блокировку выходных сигналов U_i дешифратора 5, запускает второй элемент 11 задержки, подается на первый дополнительный вход шифратора 13 и включает первый управляемый генератор 14, который при r_в = 1 генерирует прямоугольные импульсы частотой f₁ (период T₁ = 1/f₁). При истечении времени Т₁ на первом счетчике 17 устанавливается код 01 (N = 4), подключая к работе с помощью первого многоканального коммутатора 4 второй приемник из группы приемников 3. Если при этом оказывается неработоспособным и этот приемник, то по истечении времени Т₁ (с момента отказа время t = 2T₁) на первом счетчике 17 устанавливается код 10, тем самым подключается третий приемник из группы приемников 3. Одновременно в течение времени t = 2Т₁ сигнал r_в = 1 через шифратор 13 и первый передатчик из группы передатчиков 9 первого объекта 1 передается на второй объект 2. Этот сигнал дешифратором 5 второго объекта преобразуется в сигнал U_f = 1, который запускает второй управляемый генератор 6 прямоугольных импульсов частотой f₂ (период следования T₂ = 1/f₂). Период следования Т₂ выбирается из условия T₂ = NT₁. Так как время действия сигнала U_f = 1 равно 2Т₁ (меньше 4 Т₁), то второй управляемый генератор за это время не выдает импульс и второй счетчик 7 второго объекта 2 остается в том же состоянии, не изменяя подключение первого передатчика из группы передатчиков 9.

Таким образом, при рассматриваемом отказе любого приемника на одном или передатчика на другом объекте система формирует сигналы r_p = 1, r_в= 1 в течение времени t, за которое автоматически с помощью счетчиков 7 и 17 подключаются исправно работающие приемники и передатчики. За время t ≅NT₂ - T₁ (максимальное время поиска t_макс исправно работающих приемников одного и передатчиков другого объекта в том случае, если из всех приемников и передатчиков остались исправно работающие N-й приемник и N-й передатчик разных объектов управления). Выбирают время задержки второго элемента 11 задержки τ₃= NT₂. Если время осуществления сигналов r_р = 1, r_в = 1 t ≥NT₂ (отказали все N приемников, и N передатчиков разных объектов управления), то второй элемент 11 задержки формирует сигнал неисправности М = 1. Этот сигнал воздействует на органы 10 управления (которые осуществляют действия над объектом управления, предусмотренные на случай полного отказа приемников и передатчиков) и поступает на второй дополнительный вход шифратора 13, который через другую группу исправно работающих передатчиков 9 одного объекта и приемников 3 другого объекта передает этот сигнал на другой объект управления на вход дешифратора 5. Последний формирует необходимые сигналы U_i для воздействия на объект управления, предусмотренные на случай полного отказа N передатчиков и N приемников разных объектов управления.

Пусть отказал приемник или передатчик одного из объектов таким образом, что все элементы кода S_q воспринимаются входным регистром 18 в виде S_q = 0. В этом случае S_n+1 = S_n+2 = 0. Схема И 20 формирует выходной сигнал r_р = 1, а первый элемент 15 задержки - выходной сигнал r_в = 1. В дальнейшем работа системы аналогична описанному выше.

Пусть отказал передатчик таким образом, что элементы кода S_qуправляющего слова S_к^ll формируются ошибочно по правилу "1" -> "0" (вместо "1" формируется "0"), "0" -> "0". Такой случай возможен, например, при передаче управляющего слова S_к^ll поразрядно и последовательно во времени при использовании частотной модуляции ("1" передается частотой f_о, "0" - частотой 1,5 f_о). Такой отказ передатчика происходит, если недопустимо уменьшается частота задающего генератора f_о(например, в 2 раза). В этом случае все элементы кода S_q = 0 (S_n+1= S_n+2 = 0) и схема И 20 формирует сигнал r_р = 1, а первый элемент 15 задержки - сигнал r_в = 1. В дальнейшем работа системы аналогична описанному выше.

Пусть отказал передатчик таким образом, что элементы кода S_qуправляющего слова S_к^ll формируются ошибочно по правилу "1" -> "1", "0" ->"1" (частота задающего генератора f_о передатчика увеличилась в 2 раза). В этом случае все элементы кода S_q= 1 (S_n+1 = 1, S_n+2 = 1) и схема И 20 формирует сигнал r_р = 1, а первый элемент 15 задержки - сигнал r_в = 1. В дальнейшем работа системы аналогична описанному выше.

Передача управляющего слова S_к^ll производится в условиях действия помех. Считают, что формирование в этих условиях S_q = 0 или S_q= 1 равновероятно и не зависит от передаваемого кода. В этом случае вероятность записи информации S_q = 0 или S_q = = 1 равна P_j = 0,5 . (1) Вероятность записи Р₀₁ кода 01 в (n+1)-й и (n+2)-й разряды входного регистра 18 определяется равенством P₀₁ = P_j ˙P_j = 0,25. (2) Случайное событие считают достоверным, если вероятность его появления P_д≥ 0,9. В рассматриваемом случае вероятность формирования достоверного сигнала r_p, характеризующего наличие сбоя при передаче информации, равна P_r = (1 - P₀₁) = 0,75. (3) Определяют вероятность Р₀₁¹ записи кода 01 в (n+1)-й и (n+2)-й разряды входного регистра двумя управляющими словами S_к^l, следующими друг за другом: Р₀₁¹ = Р₀₁² = 0,0625. (4) Если время передачи одного управляющего слова S_к^l равно Т_с, то при осуществлении задержки заднего фронта сигнала r_р = 1 на время τ_в= 2Т_с вероятность формирования сигнала r_в = 0 (необнаружение сбоев при передаче информации) равна Р₀₁¹. Выходной сигнал первого элемента 15 задержки на выключение r_в = 1 формируется сразу при появлении сигнала r_р= 1 и существует в течение времени пока r_р = 1 и в течение времени τ_впосле появления сигнала r_р = 0, τ_в- время задержки заднего фронта сигнала r_р первым элементом задержки на выключение. При τ_в = 2Т_свероятность формирования достоверного сигнала r_в = 1 (и сигнала неисправности М = 1) равна Р_м = (1 - Р₀₁¹) = 0,9375 > Р_д. (5) В рассматриваемых условиях действия помех сигнал r_в = 1 осуществляет непрерывно в течение всего времени до тех пор, пока при передаче трех следующих друг за другом управляющих слов S_к^l элементы кода S_n+1 = 0 и S_n+2 = 1. Вероятность такого события равна
Р₀₁¹¹ = Р₀₁³ = 0,016 . (6)
Иначе говоря, прерывание сигнала r_в = = 1 возможно один раз в течение времени передачи 64 управляющих слов, что непосредственно следует из выражения (6). Если задачу τ₃ выбрать в пределах
NT₂ ≅τ₃≅ 64Т_c, а задержка τ_в= 2Т_с, то достоверная блокировка сигналов U_i (r_в = 1) и сигнал неисправности М = 1 формируется с вероятностью Р_м = 0,9375. Максимальное значение τ₃ может значительно превышать величину 64 Т_с и выбираться из заданных требований, если конкретная реализация второго элемента 11 задержки учитывает редкие короткие прерывания сигнала r_в.

Оценим надежность известного и предлагаемого технических решений. Пусть Р_п - надежность передатчика или приемника (считаем их равными) выполнения заданного режима работы, Р_э - надежность элементов первого 4 и второго 8 многоканальных коммутаторов шифратора 13, дешифратора 5, задающего устройства 16 и органов 10 управления каждого объекта, Р_н - надежность введенных элементов: первого 14 и второго 6 управляемых генераторов, первого 17 и второго 7 счетчиков импульсов первого 15 и второго 11 элементов задержки. Надежность известной системы дистанционного управления равна
P^l = P_п⁴ Р_э².

Считают, что известная система не выполняет заданный режим работы при любом отказе ее элементов, в том числе и при отказе любого из выбранных передатчиков и приемников каждого объекта, так как в ней переключение на другие передатчики или приемники производится не автоматически, а от внешних источников (радиосистем), что связано со значительными затратами времени, в течение которого известная система теряет работоспособность.

Надежность предлагаемой системы дистанционного управления равна
P^ll = (1 - q_п⁴)⁴ Р_э² ˙Р_н², где q_п = 1 - Р_п. Предлагаемая система сохраняет работоспособность при отказе в каждой группе из N приемников или передатчиков, N-1 приемников или передатчиков. Пусть Р_п = 0,95, Р_э = 0,999, Р_н = 1 вследствие простоты исполнения. Для N = 4, Р^l = 0,8135, Р^ll = 0,9987. Иначе говоря, надежность предлагаемой системы значительно выше надежности известной системы.

Как показано выше, предлагаемая система дистанционного управления объектов расширяет функциональные возможности за счет обнаружения неисправности.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая система отличается наличием новых элементов: первого и второго управляемых генераторов, первого и второго счетчиков импульсов, первого и второго элементов задержки и их связями с остальными элементами схемы. Таким образом, заявляемая система дистанционного управления соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими решениями показывает, что использование управляемых генераторов, счетчиков импульсов, элементов задержки известно. Однако введение их в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемую систему приводит к проявлению новых свойств: расширению функциональных возможностей за счет обнаружения неисправности и повышению надежности. (56) Гуткин Л. С. , Пестряков В. Б. , Типугин В. Н. Радиоуправление. М. : Советское радио, вып. 5, 1970, с. 111, рис. 5.1.

Формула изобретения

СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ, содержащая на каждом объекте группу из N (N= 2,3,4. . . ) приемников, первый многоканальный коммутатор, дешифратор, блок объектов управления, последовательно соединенные задатчик, шифратор, второй многоканальный коммутатор и группу передатчиков, при этом дешифратор содержит последовательно соединенные входной регистр и декодирующий элемент, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения за счет обнаружения неисправности и повышения надежности реализации режима управления, в нее введены последовательно соединенные первый элемент задержки, первый управляемый генератор и первый счетчик импульсов, второй элемент задержки и последовательно соединенные второй управляемый генератор и второй счетчик импульсов, при этом выход первого элемента задержки соединен с входом блокировки выходных сигналов дешифратора, входом второго элемента задержки и первым управляющим входом шифратора, второй управляющий вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, управляющему входу блока объектов управления и индикатору, выходы первого и второго счетчиков импульсов соединены с соответствующими входами первого и второго многоканальных коммутаторов соответственно, вход второго управляемого генератора подключен к первому управляющему выходу дешифратора, второй управляемый выход которого соединен с входом первого элемента задержки, причем дешифратор содержит элемент И, выходы дополнительных разрядов входного регистра соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами элемента И, инверсный выход которого подключен к второму управляемому выходу дешифратора, первый управляемый выход которого соединен с управляющим выходом декодирующего элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2