Многоканальное резервированноеаналоговое устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ:ЖОМА СВ ТИВЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик о„807510 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено08.06. 78 (21) 2626595/18-24 с присоединением заявки ИУ— (5i)pA 3

Н 05 К 10/00

G 05 В 19/33

Государственный комитет

СССР ао делам изобретений и открмтий (23) Приоритет

Опубликовано 23.02.81. Бюллетень 89 7

Дата опубликования описания 23. 02. 81 (53) УДК бг5. б81. 3. .19 (088.8) 1

В. И. Анисимов, Е. А. Лосев и A. М. Якубович (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ РЕЗЕРВИРОВАННОЕ АНАЛОГОВОЕ УСТРОИСТВО

Изобретение относится к автоматике и приборостроению и может быть использовано для построения резервированных систем с повышенной надежностью и точностью.

Известно резервированное устройство, содержащее диодные мосты, одни диагонали которых через ограничительные резисторы присоединены к соответствую зим полярностям выводов общего

1О источника постоянного напряжения„ а другие с одной стороны подключены к резервируемым каналам, а с другой объединены в общую точку, соединенную с нагрузкой $1). 15

Недостатком известного устройства является то, что резервирование напряжений входных сигналов отдельных каналов осуществляется на сравнивакщих пассивных звеньях, представ- 20 ляющих собой нелинейное сопротивление с вольт-амперной характеристи-. кой с насыщением по току.

Резервирование каналов по току через развяэывающие пассивные звенья 2S приводит к тому, что крутизна динамической выходной характеристики и точность зависят от соотношения внутренних сопротивлений источников сигналов (отдельных резервируемых 30 каналов ) и нагрузки потребителя, а также от изменения уровня напряжений входных сигналов. Активный отказ

i-ão резервируемого канала вызывает изменение тока в канале до значения установленного тока отсечки (J о ), что приводит к значительно му изменению крутизны выходной динамической характеристики устройства и мгновенного значения выходного напряжения сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство многоканальное резервированное аналоговое, состоящее из и дифференциальных операционных усилителей с коэффициентом передачи

К+1, на прямые i-e входы которых через входные резисторы поступает входной сигнал с выхода t-го резервируемого канала, выходы операционных усилителей объединены через балансные резисторы в одну общую выходную точку устройства, соединяемую с нагрузкой и, через и резисторов с инвертирующими входами тех же дифференциальных операционных усилителей. Выбор выходного сигнала в устройстве осуществляется по принципу " выборочной медианы".

807510

Устройство реализует передаточ:ную функцию вида уи ах при E.о ) 0

У ах при о О т (I j

»«о где Г(ду) — сигнал на выходе i -го операционного усилителя;

/У / — максимальное значение мах напряжения на выходе

i-ro операционного усилителя (2).

Недостатком устройства является то, что при разбросе входных напряжений отдельных каналов в пределах, значительно меньших реально возможного технологического разброса, (й-1) операционных усилителей находятся в насыщении, а выходное напряжение устройства. следит эа входным напряжением сигнала ненасыщенного операционного усилителя, то есть в линейной зоне всегда работает только один операционный усилитель иэ общего количества. При активном отказе одного операционного усилителя, устройство следит за одним из входных сигналов, но не обязательно за тем, же самым, а который выбран устройством до возникновения отказа, и это приводит к скачкообразному изменению уровня выходного напряжения, определяемому уровнем рассогласования напряжений входных сигналов. Ошибка в значении выходного напряжения определяется конечным значением коэффициента усиления разомкнутого операционного усилителя, нессиметричностью насыщения операционных усилителей, возможностью отказа одного бперационного усилителя и влиянием нагрузки увеличивается с увеличением количества операционных усилителей. Это ограничивает число операционных усилителей, которое может быть использовано в схеме устройства.

Цель изобретения - повышение точности многоканального резервированного аналогового устройства.

Лоставленная цель достигается тем, что в каждый канал многоканально о резервированного аналогового усФройства, содержащего операционные усилители, выходы которых через развязывающие резисторы соединены С вы ходом устройства, соединенным через резисторы обратной связи с инверсными входами операционных усилителей, введен диодный функциональный преобразователь, первый вход которого подключен к соответствующему источнику входных сигналов, второй вход - к выходу устройства, выход — к прямым входам операционных усилителей, а также тем, 55

5

2S

50 что каждый диодный фун.-:ц:.ональный преобразователь содержит два встречно включенных диода, соединенных одними выводами с общим выводом последовательно соединенных входного и выходного резист..ров, а другими выводами — ко второму входу преобразователя.

На чертеже представлена принципиальная блок-схема многоканального резервированного аналогового устройства с числом каналов N, Устройство содержит и идентичных каскадов усиления 1 -1 . В состав и каждого каскада усиления входит один дифференциальный операционный усилитель 2, прямой вход которого через первый балансный резистор 3 соединяется с нулевой шиной общего источника постоянного напряжения и, через первый входной резистор 4 объединяется с аналогичными выводами (n-1) каскадов усиления в одну общую точку;выход операционного усилителя

2, через соответствующий выходной резистор 5 -5 .объединяется с аналоl1 гичными выводами (n-1) операционных усилителей в одну общую выходную точку устройства, подключаемую к нагрузке и, через резистор обратной связи 6 к инверсному входу опе рационного усилителя 2, который через второй балансный резистор 7 соединяется с нулевой шиной общего источника постоянного напряжения.

Выход 8 устройства соединяется с объединенными между собой вторыми входами диодных функциональных преобразователей 9 -9, первые входы уф которых через резистор 10 подключены к источникам входных сигналов

11 -11щ, а выходы через резистор

12 объединены между собой и соединяются с общей входной точкой 13 каскадов усиления 1. Общий вывод последовательно соединенных резисто— ров 10 и 12 подключается к одному общему выводу 14 встречно-включенных диодов 15, другой общий вывод которых соединяется с выходом 8 устройства.

Многоканальное резервированное аналоговое устройство работает следующим образом.

Устройство осуществляет выбор непрерывного входного сигнала, равного среднему арифметическому из входных сигналов N источников входных сигналов, отличающихся от выходного напряжения на величину, не превышающую заданный порог отсечки бо °

Передаточная функция диодного функционального преобразователя 9 имеет вид, определяемый выражением у<»и -6<< i о (Я)

%(оу)" у лс и ьу >/Еа>

807510 у) 55 где N

) у »»»af

1 ф где f (ду) — сигнал на выходе устройства; у; - мгновенное значение напряжения i-ro источника входных сигналов; у — среднее арифметическое из величин и входных сигналов; ду — абсолютная разность напряжений между мгновенными значениями входного сигнала резервируемого i-го канала и выходного

/ / — заданный порог отсечки, значение которого определяется неквадратической погрешностью -ro канала.

Сигнал "у; " от источника 11 поступает на первый вход диодного функционального преобразователя 9 и через резистор 10 сравнивается в точке 14 с выходным сигналом устройства

"у". Если абсолютная разность между 20 мгновенным значением входного сигнала у; и выходного сигнала у не превышает заданный порог отсечки /Е / то сигналы резервируемых каналов осредняются в точке 13. Осредненный g$ сигнал усиливается операционными усилителями 2 и с выхода каждого поступает через резистор 5 в общую узловую точку, где вторично осредняется.

Этот осредненный сигнал через ре- g0 зистор 6 отрицательной обратной связи поступает на инверсные входы операционных усилителей 2. Общий коэффициент передачи устройства от входа к выходу равен +1 и определяется выбором соотношений резисторов 3,4, 6,7, 10 и 12.

Если абсолютная разность между мгновенным значением входного сигнала у» и выходного сигнала у превышает заданный порог (ду /Е /), 40 то происходит ограниченйе мгновенного значения входного тока и с этого момента потенциал в точке 14, а следовательно и в точке 13 не зависит от изменения сигнала у, . 45

Значение заданного порога отсечки

E. определяется напряжением отпирао ния диодов 15 диодного функционального преобразователя — П„р и соотношением резисторов 3,4, 10 и 12 в соот- у ветствии с выражением % 10 »2 ) Ю Ф3 + и 41» ч (Я»0 + %»ъ ) »i(+R$+ iR++ пйи Я»

° nNR»o (к»о» к»1) + у» мах!

) » )(ь З+ 4+ » »1 »1 количество источников входных сигналов; количество операционных усилителей в устройствег максимальное значение входного сигнала i-го источника; падение напряжения на открытом диоде в диодном функциональном преобразователе. 65

При уменьшении соотношения величины сопротивления резистора 10 отно сительно резисторов 12, 4 и 3 значе-. ние величины заданного порога отсечки уменьшается и стремится к напряже- нию отпирания диодов 15 — Un .

Выравнивание технологического разброса входных сигналов резервируемых каналов информации на дифференциальных входах операционных усилителей осуществляется введением цепей отрицательных обратных связей 6, благодаря чему все и операционных усилителей в равной мере влияют на осредненное выходное напряжение.

Активный отказ операционного усилителя перераспределяется между выходными напряжениями исправных операционных усилителей.

Применение в устройстве пассивных элементов (резисторов, диодов ) и исключение влияния активных отказов операционных усилителей позволило создать безынерционное устройство ре з ерв иров ани я каналов информации, реализующее резервирование любых функциональных зависимостей без искажения их динамических характеристик.

Применение в предлагаемом устройстве выбора входного сигнала по "выборочному среднему" в отличие от прототипа, осуществляющего реализацию способа межорирования по "выборочной медиане", как известно, дает болев точную оценку в выборе устройством полезного сигнала резервируемых каналов. Этот выигрыш в точности, как отношение среднеквадратических ошибок "медианы" и "выборочного среднего", при нормальном и равномерном ,законе распределения погрешностей

:й (где N ;В 1) резервируемых каналов .может составлять от 25 до 73%.

Формула изобретения

1. Иногоканальное резервированное аналоговое устройство, содержащее операционные усилители, выходы которых через раэвязывающие резисторы соединены с выходом устройства, соединенным через резисторы обратной связи с инверсными входами операционных усилителей, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в нем в каждый канал введен диодный функциональный нреобраэователь, первый вход которого подключен к соответствующему источнику входных сигналов, второй вход — к выходу устройства, а выход — к прямым входам операционных усилителей.

2. Устройство, по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что диодный функциональный преобразователь содержит два встречно включенных диода соединенных одними выводами с общим выводом последовательно соеди807510

СоставителЬ В. Максимов

Редактор Л. Белоусова Техред Ж.Кастелевич Корректор M. Шароши

Заказ 339/85 Тираж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комйтета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгор с л, ул. Проектная, 4 ненных входного и выходного резисторов, а другими выводами - ко второму входу преобразователя.

Источники информации, принятые 30 внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 190664, кл. Н 05 К 10/00, 1967.

2. Oodqe Transducer Faiiures

with RAMP "Е1ectronic Desiqn 1968, V 16, Ф 15, р.70-75 (прототип).