Многоканальный резервированный сервопривод

 

всосою «нам

ФВтфнтно-т хч че;ои ля

О П И""(." А"Н И Е 244837

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 11.1.1967 (№ 1125395/18-24) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 28.Ч.1969. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 14.Х.1969

Кл. 47h, 22

62b, 15/01

М11К F 15d

В 64с

УДК 621.503.53-891(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

Е. В. Зорин, И. Р. Зеликсон, Э. 3, Векслер, А. M. Якубович и J1. Н. Пищулина

Заявитель

МНОГОКАНАЛЬНЬ1Й РЕЗЕРВИРОВАЦНЬ1Д СЕРВОПРИВОД

Изобретение относится к системам автоматического управления (САУ), выходным устройством которых является сервопривод.

Известны САУ, в которых увеличение надежности достигается многократным резервированием сервопривода, что усложняет сервопривод и схемном и конструктивном отношениях.

В предлагаемом многоканальном резервированном сервоприводе упрощение конструкции и увеличение надежности и точности достигается тем, что наряду с реальными каналами в нем содержатся дополнигельные каналы-аналоги и узел детектора отказов, состоящий из блока голосования, входы которого соединены с выходами датчиков перемещений реальных каналов и выходами каналов-ана,погов, и блока коммутации и сигнализации, соединенного со стороны входа — с выходами блока голосования, и выходами всех каналов, а со стороны выхода — с цепями отключения неисправных каналов сервопривода от общего выхода и отключения входных сигналов от блока голосования, а также с логическим блоком, выходы которого соединены с цепями отключения любых оставшихся двух каналов.

На чертеже представлена схема описывае. мого сервопривода.

Многоканальный сервопривод представляет собой устройство, состоящее из двух или более идентичных каналов следящих приводоз

1, штоки исполнительных механизмов которых соединены с общим выходом сервопривода (траверсой) 2, одного или двух каналованалогов 8 и детектора отказов 4.

Следящий привод каждого канала состоит

1О из электрического усилителя-сумматора 5 и электрогидравлического агрегата с электрогидроусилителем б и исполнительныв| механизмом 7. Суммарный сигнал датчиков САУ и датчика обратной связи привода 8 после

15 усилителя 5 в виде сигнала ошибки попадает на электромеханический преобразователь 9.

Якорь преобразователя, отклоняясь пропорционально сигналу ошибки между двумя соплами 10, вызывает перепад давлений в тор20 цовых камерах золотника 11. Смещение золотника под действием этого перепада продолжается до гех пор, пока он не уравновесится усилиями торцовых пружин 12. Смещение золотника, соответствующее полярности и

25 пропорциональное сигналу ошибки, вызывает движение поршня со скоростью, пропорциональной сигналу.

Весь следящий привод канала может быть в общем случае также электропневматиче30 ским и электромеханическим, 24И37

Шток исполнительного механизма несет на себе щетки датчиков обратной связи, жестко соединенных с корпусом агрегата.

Штоки исполнительных механизмов соединены с траверсой через пружины 18. Поскольку относительное перемещение штоков подканалов и траверсы при нормальной работе определяется допусками на рассогласование по входному сигналу и сигналу обратной связи: Лх= — х(а+ р), где: а(1 — допуск на рассогласование по входному сигналу в единицах перемещения, отнесенных к полному ходу: 13 1 — аналогичный допуск на рассогласование по сигналу обратной связи; х— полный ход штока исполнительного механизма подканала (в одну сторону от нейтрали), то ход пружины должен соответствовать величине этого рассогласования и перемещение траверсы будет пропорционально (в пределах +Лх) среднему арифметическому величин входных сигналов: 1вх1 + гвх2 + гвхз

Тр

Ф

3 Кос где х,р — перемещение траверсы;

U,», а, з — входные сигналы;

ʄ— коэффициент обратной связи.

Сочленение траверсы непосредственно со штоками исполнительных механизмов осуществляется через замок 14, предназначенный для отключения исполнительного механизма отказавшего канала от траверсы по сигналам узла детектора отказов или по принудительному сигналу от оператора с помощью выключателей 15.

При исчезновении кратковременного, случайно возникшего сигнала отключения канала (ложный отказ) под действием пружины

16 вновь осуществляется сочленение штока исполнительного механизма подканала с траверсой.

Гидравлический исполнительный механизм может быть отключен акже спомощью кольцевания полосгей цилиндра исполнительного механизма отказавшего канала клапаном кольцевания 17 с одновременным отключением входного давления клапаном 18.

Канал-аналог 8 представляет собой простейшую модель следящего привода на полупроводниковых усилителях 19 постоянного тока и пассивных четырехполюсниках 20.

Коэффициенгы усиления, коэффициенты передачии постоянные времени канала-аналога выбирают, исходя из соответствия характеристикам реальных приводов.

Узел детектора отказов, состоящий из блока 21 голосования и блока 22 сигнализации и коммутации, представляет собой логическую схему, в которой блок голосования, принимающий сигнал положения выходных штоков с датчиков обратной связи и с каналааналога, формирует в заданных пределах среднее арифметическое из величин поданных на него сигналов. Сигналы положения

15 го

65 штоков исполнительных механизмов каналов, кроме того, одновременно подаются в блок 22 сигнализации и коммутации, количество каналов которого соответствует количеству следящих приводов и каналов-аналогов, и сравниваются в них с результирующим сигналом блока голосования.

Когда разница между этими сигналамистановится больше наперед заданной величины, что свидетельствует о ненормальной работе реального канала, в блоке сигнализации и коммутации появляется сигнал, включающий через реле 28 сигнальную лампу. Затем этот сигнал передается в логическое устройство 24 сигнализации отказов и отключает неисправный канал через один из замков 14. Зона нечувствительности узла детектора отказов определяется допусками на возможные рассогласования между каналами при любых уровнях сигналов.

Одновременно с выключением отказавшего канала это же реле 28 разрывает цепь входного сигнала, поступаюгцего на блок голосования с отказавшего канала, что позволяет подготовить схему узла детектора отказов к анализу следующего возможного отказа при сохранении достаточной точности.

При отказе канала-аналога сигнал с его выхода также отключается от блока голосования с помощью одного из реле 28.

Блок голосования работает по принципу голосования оопьшинством, имеет в общем случае а входов и один выход; для определенности рабогы в данном случае количеатво параллельно работающих блоков должно быть больше двух.

Блок формирует на выходе достоверный сигнал, пока число отказавших каналов не превысит числа исправно работающих. Оптимальная обрабопка поступающ<ф на вход информации в схеме резервирования идентичных каналов осуществляется выделением на выходе блока голосования среднего арифметического входных сигналов.

Блок 2(, принимая информацию в виде напряжений, пропорциональных перемещению выходных штоков исполнительных механизмов каналов (или их моделей), на выходе выдает сигнал, равный среднему арифметическому из указанных напряжений, а поскольку перемещения штоков исполнительных механизмов каналов, с одной стороны, однознач1 но через коэффициент передачи К „= свяКос заны со входными сигналами, а с другой— ход траверсы также равен среднему арифметическому из входных сигналов, то выходной сигнал блока 21 пропорционален перемещению траверсы, т. е. пропорционален среднему арифметическому из входных сигналов.

Схема блока 21 представляет собой набор диодных мостов, количество которых определяется числом параллельно работающих резервных каналов. Диагонали всех MocTQB

244837

5 (знакопеременные) соединены в общую выходную точку. К противоположным концам диагоналей мостов подаюгся сигналы от резервируемых каналов. Другие диагонали каждого из мостов через балансные сопротивления соединены с источником напряжения постоянного тока.

При входных токах, меньших некоторой величины I>, заданного балансными сопротивлениями, сопротивление между точками А и В мостов мало, При достижении величины входного тока

1,„ )1„ динамическое сопротивление диагонали ЛВ моста резко возрастает. Входной ток моста состоит из тока нагрузки и уравнительного тока. Уравнительные токи обуславливаются допусками на выходные сигналы резервируемых датчиков и отказами. 1, устанавливаегся большим или равным величине входного тока моста, обусловленного нагрузкой и разбросом входных напря>кений в пределах поля допуска резервируемых датчиков, поэтому при отсутствии отказов (1, )Ip) сопротивления диагоналей АВ мостов весьма малы и равны между собой.

Гаким образом, осуществляется суммирование напряжений на сопрогивлениях и выходное напряжение становится равным среднему арифметическому входных сигналов.

При выходе сигнала одного из датчиков за пределы поля допуска входной ток моста, подключенного к данному прибору, достигает величины, ббльшей 1,; сопротивление этого моста резко возрастает, но так как уравнительный ток этого моста распределяется между несколькими параллельным п цепями, которыми являются мосты, подкл:оченные к исправным датчикам, то ток через эти мосты хотя и несколько увеличивается, но не достигает величины I„ и сопротивление всех остальных мостов остается небольшим; мост

>ке отказавшего датчика запирается и при отключении его на нагрузке по-прежнему будет среднее арифметическое значение сигналов исправно работающих каналов. Точность увеличивается с увеличением количества входов, участвующих в голосовании.

Блок 22 работает по принципу попарного сравнения двух сигналов, одним из которых является выделенный блоком 21 достоверный сигнал, а вторым — сигнал датчика, состояние которого анализуегся. Количество каналов блока так же, как и мостов блока 21 равно числу параллельно работающих резервных каналов. Это позволяет установить небольшую зону нечувствительности узла детектора отказов (минимальный пороговый сигнал, при котором происходит отключение неисправного канала), разбив ее симметри шо относительно досговерного значения.

Блок 22 работает следующим образом.

Если абсолютное значение разности сигналов с резервного датчика и выхода блока 21, подаваемой на модулятор 25, также представляющий собой диодный мост, станет больше

ЗО

65 заданной величины, то сигнал с модулятора попадает на несколько каскадов усиления 2б, построенных на триодах в триггерном режиме, и зачем выходит на оконечный каскад— реле или мощный триод, работающий в ключевом режиме, который включает одновременно замок или клапаны кольцевания и отсечки входного давления и электромагнитное реле 28. Реле контактами К вЂ” К отключает сигнал отказавшего канала от блока 21 и включает сигнальную лампу отказа канала.

После отключения входного сигнала отказавшего канала от блока 21 на соответствующем канале блока 22 сигнал датчика сравнивается со средним арифметическим значением, полученным от исправно действующих каналов, и, если разница между этими сигналами уменьшится до допустимой величины, сигнал отказа снимается, отпуская реле и отключая лампочку, а пришедший в норму канал вновь подключается к общему выходу с одновременным подсоединением сигнала с его датчика и блоку голосования.

Сигнал отказа с реле 28 или взятый до неге подается также к логическому устройству 24, которое дает интегральную оценку количества отказов и информирует, направляя сигналы по разным шинам, о первом, втором и последующих отказах оператора.

После отказа любого из двух последних оставшихся резервных каналов устройства с

24 выдается сигнал на их одновременное отключение.

Устройство 24 используется также для получения сигнала критического отказа группы из четырех каналов, В данном устройстве для четырех датчиков критическим является отказ любых трех исполнительных механизмов.

Устройство 24 реализует все четыре сочетания по два из четырех. При трех отказах с устройства 24 подается сигнал полного отказа, который через разделительные диоды 27 подается одновременно ко всем электромагни; там, выключая оставшиеся два канала.

В ряде случаев конкретного применения многоканальных сервоприводов ставится задача центрирования выходного элемента сервопривода (траверсы) и фиксация его в этом положении с заданным усилием после отключения всех каналов.

Для решения этой задачи в предлагаемом сервоприводе давление рабочей жидкости после отсечных клапанов 18 через обратные клапаны 28 подается к фиксатору 29 нулевого поло>кения.

При падении давления во всех гидросистемах в случае их отказов или отключения давления клапанами 18, если выключены исполнительные механизмы всех реальных каналов, поршень со штоком 80, жестко связанный с траверсой, центрируется относительно корпуса фиксатора 29, связанного с корпусом сервопривода, приводя траверсу в нейтральное положение и фиксируя ее в этом положении.

При поданном давлении шток с поршнем сво244837

Предмет изобретения

Составитель О. В. Поваго

Редактор Б. С. Нанкина Техред А. А. Камышникова Корректор Л. А. Иголкина

Заказ 2573г9 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретешй и огкрытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2

7 бодно перемещается в корпусе фиксатора в пределах максимального хода траверсы, не налагая на нее никаких дополнительных усилий.

Многоканальньш резервированный сервопривод, содержащий и (гг)2) реальных идентичных, параллельно действующих на общий выход каналов, каждый из которых содержит электрический усилитель, гидроусилитель и исполнительный механизм с датчиком перемещения, от гиггающийся тем, что, с целью увеличения надежности, точности и упрощения конструкции, он содержит дополнительные каналы-аналоги и узел детектора отказов, состоящий из блока голосования, входы которого соединены с выходами датчиков перемещений реальных каналов и выходами каналов-аналогов, и блока коммутации и сигнализации, соединенного со стороны входа— с выходами блока голосования и выходами всех каналов, а со стороны выхода — с цепя10 ми отключения неисправных каналов сервопривода от общего выхода и отключения входных сигналов от блока голосования, а также с логическим блоком, выходы которого соединены с цепями отключения любых

15 оставшихся двух каналов.