Устройство для контроля линейного объекта управления

(19) 23/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССРОПИСАН НОЯ ИЕ ИЗОБРЕТВИДЕТЕЛ ЬСТВУ. К АВТОРСКОМ 2 ВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛИКТА ВПРАВЛЕНИЯ обретения: устройство сов 1 контроля, каждый из из М + 1 сумматоров 3, М орогового блока 5, блока 2 кже блок 6 анализа состоя- бьекта и ийдикатор 7; з.п.(21) 4787013/24 " :(54) .УСТРОЙ СТ (22) 04.12.89" НЕЙНОГО ОБЪЕ (46) 07,08.92,Бюл. % 29 (72) Е.Ю,Егоршев, В,Ф,Воскобоев, В.И,Ма- (57) Сущность и рухно, Н,Н.Тарасов, А.Б.Кузьмин, В.Д.Пол- . держит и канал унин, С.Н,Иванков и А.А.Александров .; :которых состоит (56) Авторское свидетельство СССР .:;интеграторов 4, Й, 439790, кл, 6 05 В 23/02, 1975., управления, а таАвторское свидетельство СССР:.:.:. ния линейного о М 1112346, кл. 0 05 В 23/02, 1980..": ф-лы, 8 ил,Авторское свидетельство СССР М 349002, кл. 6 06 6 7/66, 1972.Титце У, Шенк К. Полупроводниковая схемотехника; Справочное руководство. Пер. с нем. - М,: Мир, 1982.Каталог интегральных микросхем. Т. 2. - Центральное конструкторское бюро по применению интегральных микросхем, 1986,Иванов В,ИАксенов А,И, Юшин А.М; Полупроводниковые оптоэлектронные при- боры: Справочник./Под ред. Горюнова Н,Н, - М.; Энергоатомиздат, 1984,Превышение сигналом рассогласования порога, устанавливаемого на компараторе, в дальнейшем воспринимается системой как факт отказа объекта контроля при наличии заключения от блока 6 анализа об исправно сти системы самоконтроля, Это заключение формируется в блоке 6 анализа и отображается на табло индикатора 7. Сигнал с выхода порогового блока 5 поступает на первый элемент И 13 блока 2 и на второй элемент И 10 36 блока 6 анализа (фиг, 6).Блок 6 анализа предназначен для анализа информации, поступающей от каналов 1,1 1,М контроля, и формирования сигналов "УстройстВО контроля исправно", "Объ ект контроля исправен" и "Настройка". Сигналы рассогласования Л 1ЬИ от пороговых блоков 5 каналов 1.1 1.й контроля поступают на входы второго элемента И 36, число входов соответствует числу каналов, 20 поэтому формирование сигнала на выходе второго элемента И 36 возможно только в том случае, если все значения сигналов рассогласования равны нулю, Последнееэквивалентно оценке достоверности 25 выполнения каждым каналом устройства соотношения (16), т.е. функционирования по основному назначению. Сигнал с выхода второго элемента И 36 поступает на шестой элемент И 42 для формирования сигнала 30 "Объект контроля исправен". Для формирования его дополнительно используются третий элемент И 38, с выхода которого снимается сигнал уровня "1", еслина входе присутствуют сигналы "Настройка канала 35 1.1-1,Й окончена"; четвертый элемент И 39, на выходе которого формируется сигнал уровня "О", если на входе присутствуют сигналы "Самоконтроль канала 1.1-1,й; пятый элемент И 41, который формирует сигнал 40 "Устройство контроля исправно" (сигнал уровня "1"), если на входе присутствуют сигналы уровня "1" от третьего 38 и четвертого 39 элементов И (таким образом условиями формирования сигнала Устройство контро ля исправно" является окончание настройки всех й каналов и наличие сигналов "Самокойтроль каналов 1 1-1,й); шестой элемент И 42, на выходе которого формйруется сигнал уровня "1" "Объект контроля исправен" 50 при выполнении всех указанных условий. Первый 37 и второй 40 узлы согласования предназначены для нормирования по уровням и моа 1 ности сигналов "Настройка каналов 1,1-1,М окончена" и "Самоконтроль ю;5 каналов 1.1-1.й".Сигнал "Настройка" формируется следующим образом, При нажатии кнопки "Настройка" напряжение уровня 5 В через ограничительный резистор 43 поступает на запуск одновибратора 45 начала настройки.Импульс уровня "1" положительной полярности с его выхода поступает на все й каналов одновременно и опрокйдывает триггер14 запуска блока 2 каждого канала, Включается режим "Настройка" (фиг, 2),Индикатор 7 предназначен для отображения текущей йнформации о состоянииобъекта контроля, устройства контроля, атакже дополнительной развернутой информации о состоянии цепей самоконтроля инастройки. Четыре типа сигналов с выходаблока 6 анализа поступают на индикатор 7,"Объект контроля исправен" на световоетабло "ОК исправен" (уровень "1". - таблогорит); "Устройство контроля исправно" насветовое табло "Устройство контроля исправно" (уровень "1" - табло горит); "Настройка канала 1,1-1,й" на световое табло"Настройка" (уровень "1" - горит табло "Настройка окончена", уровень "О" - табло "Настройка идет"); "Самоконтроль канала1,1-1.й" на световое табло "Самоконтроль"(уровень "1" - горит табло "Самоконтрольисправен", уровень "О" - табло "Самоконтроль отказ),ф ор мул а и зоб ре те н ия1. Устройство для контроля линейногообьекта управления, содержащее первыйканал контроля, состоящий из первого сумматора и М интеграторов, где М - числолинейных блоков линейного объекта, причем выход М-го йнтегратора соединен с входом первого слагаемого первого сумматора,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения достоверности результатов контроля, в него введены блок анализа состояния линейного объекта, индикатор, й канал контроля, где М выбирается исходя изтребований достоверности по формулеР = 1-1-Р 1) х (1-Р 2)х,х(1-Ри)1,где Р - достоверность контроля линейногообъекта;Р 1 - достоверность контроля первоголинейного блока линейного объекта, причемв каждый из каналов контроля введен с второго по(М+1)-й сумматоры, пороговый блоки блок управления, выходы сумматоров свторого по (М + 1)-й соединены соответственно с входами ийтеграторов с первого поМ-й, а выходы интеграторов с первого по (М+ 1)-й соединены соответственно с входамипервого слагаемого сумматоров с третьего"по (М+ 1)-й, выход первого сумматора соединен с информационным входом порогового блока, входы вторых слагаемыхсумматоров каждого из каналов образуютпервую группу информационных входовкаждого канала, которые в свою очередьобразуют первую группу информационных22175345421входов устройства, предназначенную длячика сигналов и выходами счетчика тактаподключения входных сигналов линейного вход сброса которого соединен с входами объекта, входы третьих слагаемых суммато- сброса счетчика цикла, первого триггера, ров каждого из каналов образуют вторую первой и второй групп счетчиков и выходом группу информационных входов каждого ка первого одновибратора, вход запуска кото- нала. которые в свою очередь образуют вто- рого соединен с выходом второго триггера рую группу информационных входов и вторым входом элемента И, третий вход устройства, предназначенную для подклю- которого является входом признака рассогчения выходных сигналов линейного объек- ласоеания блока, а выход соединен со счетта, входы включения компонент входных 10 ным входом счетчика такта; выходсчетчикасигналов объекта контроля, входы регули- цикласоединенсвходомустановки первого ровки коэффициентов передачи входных триггера, выходкоторогосоединенсвходом сигналов объекта контроля, входы еключе- запуска одновибратора, выходкоторого сония компонент выходных сигналов объекта единей с входом сброса второго триггера, контроля входы регулировки коэффициен вход установкикоторого является входом тов передачи выходных сигналов объекта признака начала настройки блока, счетные контроля сумматора соединены с одно- входы счетчиков первой и второй групп соеименнымй выходами блока управления; динены с выходами ключей первой и второй вход признака рассогласования которогогрупп, а выходы соединены с входами цифсоединен с выходом порогового устройства 20 роаналоговых преобразователей первой и и является выходом признака рассогласова- второй групп, выходы которых Образуют выния канала контроля, вход начала настройки ходы регулировки коэффициентов передачи которого соединен с одноименным входом соответственно входных и выходных сигнаблока управления, выход признака исправ- лов объекта контроля, вторая группа выхоности которого является одноименным вы дов первого и второго задатчиков сигналов ходом канала контроля, выходы признака являются выходами включения компонент рассогласования каналов контроля образу- соответственно входных и выходных сигнают первую группу информационных входов лов объекта контроля, выход первого тригблока анализа состояния линейного объек- гера и выход схемысравнения образуют та, выходы признака исправности каналов 30 выход признака исправности блока, выходы контроля образуют вторую группу информа-: счетчиков первой группы соединены с перционных входов блока анализа состояния вой группой входов схемы сравнения, а вылинейного объекта, входы начала настройки. ходы счетчиков второй группы соединены с каналов контроля соединены с выходом на второй группой входов схемы сравнения.чала настройки блока анализа состояния лйнейного объекта, информационный выход 3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е екоторого подсоединен к информационному с я тем, что блок анализа состояния линей- входу индикатора, ного объекта содержитс первото по пятый2, Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е е- элементы И, первый и второй узлы согласо,:, с я тем, что блок уп равления содержит счет О вания и одновибратор, выход которого являчик цикла, первый и второй триггеры, счет- .ется выходом начала настройки блока, чик такта, первый и второй одновибраторы,: входы первого элемента И являются первой первый и второй задатчики сигналов, пер- группой информационных входов блока, а вую и вторую группы ключей, первую и вто- выход соединен с первым входом пятого рую группы счетчиков, первую и вторую 45 элемента И, второй входкоторогосоединен группы цифроаналоговых преобразовате-с выходом четвертого элемента И, первый и лей, схему сравнения, элемент И и генера- второй входы которого соединены соответтор тактовых импульсов, выход которбгоственнос выходами второго и третьего элесоединен со счетным входом счетчика цик-, ментов И, входы второго и третьего ла, первым входом элемента И и информа элементов И являются второй группой инционными входами ключей первой и второй формационных входов блока, входы второго групп, управляющие входы первой группы элемента И соединены с входами узла сосоединены с первой группой выходов пер- гласования; входы третьего элемента И соевого задатчика сигналов, а управляющие динены с входами второго узла входы ключей второй группы соединены с 55 согласования, выходы первого и второго узпервой группой выходов второго задатчйкэ лов согласования, четвертого и пятого элесигналов, адресные входы которого соеди- ментов И образуют информационный выход нвны с адресными входами первого задат- блока.1753454 длАХ Рлй йп 5 л 2 Хоналl1 Яанол 1 К гйнал 0 /Ганал 1 ККпнсрПКанал/КМают О Мкю Мг Фиг 8 Составитель Е.Егоршевехред М.Моргентал р М.Максимишинец Редактсу И.Шмакова Ко Заказ 2768 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и ри Г 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 КНТ ССС ательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 оизводственИзобретение относится к контрольно- достоверности), Однако есть все основанияизмерительной технике, а именно к устрой- полагать. что для любой компоненты вектоствам для контроля систем, и может быть ра Е = (71, 72, .7 э) (вектор измерения обозиспольэовано при контроле технических начен У) возможные приращения 2 (вобъектов. 5 данном случае У) любого знака таковы, чтоИзвестно устройство для функциональ- могут быть компенсированы равным прираного контроля систем управления, содержа- щением другого знака любой другой компощее эталонную модель; подключенную ненты вектора 2,параллельно системе управления, причем . Такаякомпенсация возможна и комбиматематическоеописание модели соответ нацией прйращений нескольких компонентствует математическому описанию объекта вектора измерения (2),контроля, блок сравнения, ограничитель,Таким образом, размерность матрицыинтегратор и логический йороговый блок, М (ОЯ, где 0Я), справедлива только дляНедостатками устройства являются первогослучаякомпенсаций,асучетомвто- .сложность эталонной модели, порядок кото, - 15 рого случая размерность матрицы М следуетрой равен порядку поверяемой системы выбирать йз условия О Я, если гарантиуправления, а также невысокая-достовер- ровать"наперед заданную достоверность.ность контроля. учитывая, что каждый канал контроля имеетИзвестно устройство для "функциональ- число звеньев, определяемое максимального контроля линейцого объекта управле ным порядкомпередаточной функции контния, содержащее блок индикации, 0ролируемых блоков(равно М), котороесамоканалов контроля, идентичныхпо структу-. по себе может быть значительным. то увелире, состоящих из М звеньев каждый; причем чение числа каналов до 0 при О Я можетчисло звеньев Н в каждом из О каналов потребовать построения системы контроляравно максимальному порядку М линейных 25 более сложной; чем сам объект контроля;блоков объекта, каждое звено содержит Недостатком устройства является такпервый сумматор и соединенный с его вы- же невозможность оценки технического соходом интегратор и второй сумматор, под- стоянйя самой системыконтроля, что при ееключенный вторым входом к выходу сложности и, в какой-то мере, даже соразинтегратора последнего звена,первые вхо мерности с самим объектом контроля можетды второго сумматора соедйненц с первы- существенно повлиять на достоверностьми входами первых сумматоров и с кснтрбля. Расстройка(уход коэффициентоввыходами контролируемоголинейногообь- усиления сумматоров при их количествеекта управления, входами соединенного с - 0Й и размерностях О и й) при отсутствии:вторыми входами первых сумматоров, 35 системы самоконтроля дополнительно ветретьи входы первых сумматоров каждого дет к эффекту маскирования приращенийзвена, кроме первого, соединеныс выходом вектора измерения Е, но уже по вине самойинтегратора предыдущего звена, 0 порого- системы контроля. Таким образом, расшивых элементов, элемент ИЛИ, выходом под-рение системы койтроля в интересах устраключенный к входу блока индикации, а 40 нения-маскирующегодействия приращениявходами связанный с выходами 0 порого- вектора 2 из-за отказов объекта контролявых элементов, вход каждого иэ которых гарантированноприводиткзтомужеэффексоединен с выходом второго сумматора ту из-за отказов (разрегулировок) самой сиданного канала контроля, а также с однимстемы контроля, что и объясняет .из третьих входов первого сумматора пер необходимость введенйя системы самоконвого звена и с одним из четвертых входов -троля системы контроля.первого сумматора остальных звеньев всех Блок управления реализует настройкуканалов контроля, а третьи входы второгосистемы контроля посредством цифровойсумматора каждого канала контроля, кроме схемы, дискрет шага которой может выбипоследнего, соединены соответСтвенно с 50 раться достаточно мелким, что позволяетвыходами интеграторов последних звеньев выполнять практически прецизионную навсех последующих каналов контроля. стройку каждой компоненты векторов Х и 2,Недостатком этого устройства являют- система:контроля тоже выполнена на цифся большие аппаратные затраты на обеспе- ровыхэлементах (цифровые схемы сравнечение заданной достоверности, 55 ния) и шаг настройки тоже можетДостоверность обеспечивается увеличени- выбираться с любым дискретом, в целом этоем числа каналов контроля (введением в позволяет гарантировать достоверность сорасчетные выражения матрицы М размер- ответствия каждой компоненты вькторовностью 0 х 3, где 0 - число каналов, выби- входа и выхода с точностью до выбранногораемое для достижения заданной дискрета, Известные аналоговые схемы га1753454 тенциометрические входы которого соединены с потенциометрическими входами бУ 1 Ф(1 (К 1бЬ каждого интегратора и входами устройства; "а выход последнего интегратора подключенчерез сумматор к входу регулятора, выход б Ф( -к=б Гс которого соединен с движками входных по(Юз бУ бГ 1 " б тенциометров сумматора и всех интеграторов,Недостатками устройства являются невозможность наращивания достоверностиОпРеделЯетсЯ Ранг матРицы (5).контроля до заданных требований и отсут-. 45 Однозначное определение вектора Г ствие самоконтроля самого устройства кон- возможно только в том случае, если его разтроля, что в конечном итоге приводит к мерностьсовпадаетсрангомфункциональснижениюдостоверности контроля. ., ной матрицы (5), т.е. обеспечиваетсяРазработка системы контроля начина-, диагностированиесглубинойдо ФЭ, коли- ется со структурной схемы объекта контро чество которых К.ля. Глубина контроля закладывается с" Проводится анализ матрицы (5). Возможны избыточностью, которая в дальнейшем ис-. следующие варианты: матрица не содержит пользуется для повышения достоверностиминоров ранга К; существует только один контроля. При невозможности реализации " миноР ранга К; существует несколько мино- заданной достоверности контроля наращи Ров Ранга "вается избыточность. В целом метод пред- " , В первых двух случаях необходимо по- полагает следующие этапы работы высить глубину описания ОК и повторить. Проводится формализация объекта контро- предыдущие операции до получения заданля с глубиной до выбранного функционал- ной избыточности, Избыточность определяного элемента. Найденные лередаточныа ется числом миноров ранга К. Каждый 5 . 6 рантировать достоверность подстройки до функции ставятся в соответствие структур- . уровня заданного дискрета по каждой ком- ной схеме. Составляется структурная схема поненте векторов не могут.,: обьекта контроля всоотвлетгствиис задайнойНевозможность выполнения функций глубиной, т.е. до элемента, с точностью до самоконтроля и обеспечения контроля объ которогб осуществляется диагностироваекта с заданной достоверйостью прй огра- ". ние ОК. Структурная схема объекта контрониченных аппаратныхсредствах можно ",":.:ля описывается системой утравнейий в также объяснить отсутствием избыточностиоперативйой фотрм 6, связывающих- между исходной информацйи. Последнее объясня-.;. собой векторы У, Х, Г: ется тем, что устройство работает по "гото У" Ф(Е 1, Г 2 Гь Х, Х 2,Хф вому" уРавнению: :.; :. .: У 2= %(Е, Г 2;Г Х 1, Хг ХО; (3)У=АхУ+ВхХ; . . (1), .: У 1= Ф(Г 1,Г 2Г,Х 1,Х 2 ХД;у= Н х У, . (2) О= ф(Г,Г 6;Х, Х 2,Х), где У - вектор технического состогянмя объ где Г = (Г 1, Г 2,Г) - вектор характеристик екта контроля;- -.:;15 функциональных элементов (ФЭ),У - первая производная вектора техни- :- 3 с - количество ФЭ; : ческого состояния; .:, .,:,.:; . Х =(Х 1, Х 2, ХД- вектор, компонентамиХ - вектор входных воздействий:, которого являются входные (стимулируюЕ - вектор наблюдения;:- -.: ;:,.,;:.: щие) сигналы;А- матрица, характеризующая внутрен . - размерность вектора Х; нйе связи блоков (модулей, элементов) и . У = (У 1, У 2 Уд - вектор, компонента- связи между блоками (модулями, элемента- - ми которого являются входные и вйходные ми):, сигйалы ФЭ, сигналы на суммтатчорах и узВ - матрйца, характеризующая вектор ловых точках системы; входных воздействий; 25 . 3 - размерность вектора У.Н - матрица, характеризующая связидополнительно йредположим, чтц коммежду вектором наблюдения 2 и техниче- - :поненты вектора У доступны к непосредстским состоянием объекта контроля(вектор У)венному измерению.Наиболее близким по технической сущ-Составляется функциональная матрица ности к изобретению является устройство 30для идентификации объектов управления на " (б Е)1 к,(4)линейных блоках с максимальным поряд-. гделд 1,2,3; 1=1,2 К,ком М, содержащее интеграторы по числукоторая в развернутом виде имеет вид линейных блоков, регулятор и сумматор, по 35минор ранга К определяет одну из комбинаций вектора У, подлежащих измерению, Для каждой комбинации компонентов вектора У составляется система линейных дифференциальных уравнений в матричной форме:У-АхУ+ВхХ, (6) где У и Х - . вектор-столбец технического состояния объекта контроля (ОК) и его первая производная соответственно;Х - вектор-столбец входных (стимулирующих) сигналов;А - матрица, характеризующая связи внутри ФЭ и межу ними;В - весовая матриОпределяются собственные значения Я матрицы А путем решения системы уравненийА - 1 х Я=0 . (7) где 1 - дйагональная единичная матрица. По найденным собственным значениям матрицы А (Я 1 Яз) определяются координаты ее собственных векторов Тг, г = 1, й:А - 1 х Я 1 х Т 1 = 0; (8) Ах Ягх Тг = 0;А - 1 Явх Тя = О,Составляется матрица собственных вектороьТх = Т 1 (Т 2( .Тв (9) Определяется обратная матрица Т . Анализируется матрица Тх, возможны следующие ситуации: существует хотя бы один столбец, не содержащий нулей, подача управляющего воздействия (соотв 6 тСтвующей компоненты вектора Х) обеспечивает полную управляемость ОК; существование нескольких столбцов, не содержащих нулей; обеспечивает избыточность с кратностью, соответствующей их числу; полная управляемость ОК может быть обеспечена комбинацией нескольких компонент, не обеспечивающих полной управляемости по отдельности.В случае, если заданная избыточность не обеспечивается, необходимо увеличить глубину разбиения структурной схемы, после чего пОвторяют предыдущие операции до достижения заданной избыточности.На этом процедура поиска минимальных количеств компонент вектора Х входных (стимулирующих) сигналов, обеспечивающих полную управляемость ОК для каждого набора компонентвектора У, заканчйвается.Для каждого вектора У определяется минимальный набор его компонейт, обеспечивающий полную наблюдэемость ОК. Для этого, составляется матрица видаВАо(10),О Яз 10 где матрица В составлена из компонентвектора Х, соответствующих столбцам матрицы Г х, которые выбирались из условия полной управляемости;Е - исходный линейный ойератор;15 Я 1 Яз - собственные значения матри- .цы А, соответствующиематрице В и векто- руУЗатем определяется транСпонированная матрица А 0 от матрицы А 0, Определя ются собственные значения матрицы АЯ 1. Яз и координаты векторов для каждого собственного значения матрицы Я 1,Яз.Составляется матрица Т из собственныхвекторов, затем определяется обратная 25 матрица Т 1 от матрицы Т 0.Проводится анализ столбцов матрицыТ . Возможны следующие варианты: сущео ствует столбец, все элементы которого отличны от О (в этом случае полная 30 наблюдаемость обеспечивается измерением только одной компоненты вектора У, соответствующей этому столбцу); существует несколько столбцов, не содержащих О (в этом случае обеспечивается избыточность;35 полная наблюдаемость возможна при измерении любой иэ компонент вектора У, соответствующей столбцу, не содержащему О); столбца все элементы которого отличны от нуля, не существует (в этом случае полная 40 наблюдаемость обеспечивается выборомтаких столбцов,"матрица из которых не имеет нулевых строк, а в каждой строке числоотличных от нуля элементов минимально)Таким образом, после анализа обратной матрицы получают несколько наборов компонент вектора Х - входных сигналов;после анализа столбцов матрицы - несколько наборов компонент вектора У. подлежащих измерению, что и позволяет построение системы контроля проводить сизбыточностью для повышения достоверности контроля.Выбор-компенент векторов Х, У проводится из соображений минимума их размерности; поэтому в отдельных случаях повышение достоверности контроля можно получить при одновременном сниженииразмерности входных и выходных векторов,что эквивалентно снижению и аппаратных затрат одновременно. Однако в любом случае наличие избыточности позволяетпрово- М-й, а выходы интеграторов с первого по дить схемотехническое построение систе- (М)-й соединены соответственно с входамы с более высокими показателями ми первого слагаемого сумматоров с треть- достоверности. его по (М + 1)-й, выход первого сумматораРассмотрим на примере правило выбо соединен с информационным входом порорачисла каналов контроля(М)для получения гового блока, входы вторых слагаемых сумзаданной достоверности контроля, Допу- маторов каждого из каналов образуютстим, получают несколько наборов кампо- первую группу информационных входов нент векторов входа Х и выхода 2:каждого канала, которые в свою очередьХ - (х" 1, х"2 х" 1 х 1), и= 1,2, й; 10 образуют первую группу информационных(11) входов устройства, предназначенную для2- (к"1, г"2 г"з г"з), и = 1, 2 Й;. подключения входных сигналов линейного(12)объекта, входы третьйх слагаемых сумматогде й - число каналов контроля;., ров каждого из каналов образуют вторую1,3 - соответственно максимальные раз группу информационных входов каждого ка. мерности векторов Х, 2,:,.:.: нала, которые в свою очередь образуют втоПусть каждый из наборов векторов Х,2 рую группу информационных входов каждого канала контроля обеспечивает дб- устройства, предназначенную для подклюстоверность контроля Р, тогда, считая прочения выходных сигналов линейного обьекцесс диагностирования технического 20 та, входы включения компонент водых состояния объекта контроля каждым кана- . сигналов обьекта контроля, входы регулилом независимыми событиями, а"наборы ровки коэффициентов передачи входных векторов Х, 2 непересекающимися, запи- . сигналов объекта контроля, входы включешем выражение для достоверности контро-ния компонент выходных сигналов объекта ля О:, 25 контроля, входы регулировки коэффициенО =1-1 - Р) х(1 - Р) хх(1 - Р, (13) тов передачи выходных Сигналов объекта при Р = Р=,= Р== Р выражение(13) имеет контроля сумматора соединены с одновид именными выходами блока управления,О = 1 - 1-Р)1; п = 1, 2, , М (14) вход признака рассогласования которого П р и м е р. Пусть Р = 0,7; и = 1, 2, й, 30 соединен с выходом порогового устройства тогда при й = 2 О = 0,91; при й = 3 О" и является выходом признакарассогласова,973; при й = 5 О = 0,997 ния канала контроля; вход начала настройкиТаким образом, увеличивая число кана-которого соединен с одноименным входом лов контроля можно довести достоверность блока управления, выход признака исправконтроля до заданного значения. - " 35 ности которого является одноименным выЦелью изобретения является повыше-: ходом канала контроля, выходы признака ние достоверности результатов контроля,рассогласования каналов контроля образуПоставленная цельдостигается тем, что " ют первую группу информационных входов в устройство для идентификации объектов: блока анализа состояния линейного объекуправленйя на линейных блоках с максита, выходы признака исправности каналов мальным порядком М, содержащее канал контроляобразуютвторуюгруппуинформаконтроля, состоящий из сумматора и М ин-: ционных входов блока анализа состояния теграторов, где М - число линейных блоков линейного. объекта, входы начала настройки линейного объекта, причем выход М-го ин-каналов контроля соединены с выходом натегратора соединен с входом первого слага чала настройки блока анализа состояния лиемого первого сумматора, дополнительно" нейного объекта, информационный выход введены блок анализа состояния линейногокоторого подсоединен к информационному объекта, индикатор, йканал контроля,входу индикатора.где Й выбирается исходя из требований до- Блок управления содержит счетчйк цикстоверности по формуле: 50 ла, первый и второй триггеры, счетчик такта,О = 1-(1-Рз) х (1-Р 2) хх (1-Рм)1, первый и второй одновибраторы, первый и где О - достоверность контроля линейного второй задатчики сигналов, первую и втообъекта; .рую группы ключей, первую и вторую групР 1-достоверностьконтроля 1-голиней- пы счетчиков; первую и вторую группы ного блока линейного объекта, причем в 5 цифроаналоговых преобразователей, схему каждый из каналов контроля введен с вто- - сравнения, элемент И и генератор тактовых рогопо(М+1)-йсумматоры,пороговййблок импульсов, выход которого соединен со и блок управления, выходы сумматоров с; счетным входом счетчика цикла, первым второго по (М + 1)-й соединены соответст- входом элемента И и информационными венно с входами интеграторов с первОФ 60 входами ключей первой и второй групп, управляющие входы ключей первой группы выходы первого и второго узлов согласовасоединены с первой группой выходов пер- ния, четвертого и пятого элементов И обравого задатчика. сигналов," а управляющие зуют информационный выход блокавходы ключей второй группы соединены с На фиг. 1 приведена структурная схемапервой группой выходов второго задатчика 5 предлагаемого устройства для контроля лисигналов, адресные входы"которого соеди- " нейного объекта управления с произволь-нены с адресными входами первого задат- ным числом кайалов контроля; на фиг, 2 -чика сигналов и вцходамй Счетчйка такта, .структурная схема блока управления; навход сброса которого соединен с входами фиг, 3 - структурная схема второго М + 1сброса счетчика цикла, первого триггера, 10 сумматора; на фиг, 4 - структурная схемапервой и второй групп счетчиков и выходом" - порогового устройства; на фиг. 5 - структурпервого одновибратора, вхбдзапуска кото- ная схема узла самоконтроля; на фиг, 6 -рогО соединен с выходом второго триггера структурная схема блока анализа; на фиг, 7 -и вторым входом элемента И, третий входструктурйая схема ийдикатора; на фиг. 8которого является входом призйака рассог таблица прошивок задатчиков сигналов уп- .ласования блока, а выход соединен со счет- равления ключами компонент векторов Х и 7ным входом счетчика такта, выход счетчика Устройство для контроля линейногоцикласоедйненсаходомуСтайовИНТервого обьекта управления содержит каналы 1.1 триггера, выход которого соединен с входом 1 М койтроля, каждыйиз которыхсостоит иззайуска одновибратора, выходкоторого со последовательно включенных сумматоров 3единен с входом сброса втброго триггера,и интеграторов 4; а также блока 2 управлевход установки кбторогоявляется входом ния и порогового блока 5. Количество интег-признака начала настройки блока. счетные раторов определяется максимальным:входы счетчиков первой и второй групп со-порядкомйередаточной функциилинейныхединены с выходами ключей первой и вто блоков объекта. Количество сумматоров йарой групп, а выходы соединеныс входами единйцу больше, чем ййтеграторов, и прицйфроаналоговых преобразователей пер- максимальном порядке передаточной функвой и второй групп, выходы которых образу- цйй, равном М, количество интеграторов-выют выхбдИ регулировки коэффициентов бирается равным М, количество сумматоровпередачи соответстйенно входных и выход М + 1, Количество каналов контроля в кажных сигналов объекта контроля; втораядом конкретном случаеможет быть различгруппа выходов. первого и второгозадатчи- нцм; В случае, если полученыкое сигйалов являЮтся вйходамивключении непересекающиеся наборы векторов входкбмпонент соответственно Входных и вц- нцх Х (например, х 1, хг, хз: х 4, х 5, х 6) и анаходнцх сигналов объекта контроля, выход 35. лотичйо частично пересекающиесяпервого триггера-и выход схемы сравненйя выходные (измеряемые) Е (например, г 1, г 2,образуатвыходпризнакаисправности бло-гз, г 4 г 1, г 5, го, г 7), для получения достоверка,"выходы счетчиков первой группы соеди- ности контроля достаточно выбрать два канены с первой группой входов схемы нала контроля, то й = 2,сравнения, а выходы счетчиковвторой груп Устройствб содержит также блок 6 анайц сбединвны с второй группой входбв схе- лиза,индикатор 7, обьект 8 контроля, генемысравнения." " :," " ратор 9 тактовых импульсов, счетчик 10Блокаиализасостояниялинейногообь- цикла, триггер 11 начальной установки,екала Сбдержйт с первого по пятый элементьг счетчик 12 такта, первый элемент И 13, тригИ, первый и второй узлы согласования и 45 гер 14 запуска,одновибратор 15 обнуления,одновибратор; выход которого является вц- задатчик 16 сигналов управления ключами .ходомначала настройки блбка, входы пер-Х, задатчик 17 сигналов упправлейия ключавого элемейта И являются первой группой миЕ,узел 18 самоконтроля, ключи 19,1 - 19 Линформационных входов блока, а выход со- х (М + 1) компонент вектора Х. счетчикиединенспервымвходомпятого элемента И, 50 20 1-20 Л. х (М + 1) компонент вектора Х,второй вход которогб соединен с выходом цифроаналоговые проеобразователи 21,1 четвертого элемента И, первый и второй 21,х(М+1) компонент вектора Х, где- .входы которого соединены собтветственно максимальная размерность вектора входс выходами второго итретьего"элементов И, . нцх воздействий Х (Х = х 1, х 2 х); М -входы второго и третьего элементов И явля максималный порядок передаточной функются второй группой информационных вхо- ции блоков объекта контроля; ключи 22,1. дов блока, входы второгоэлемента И 22,3 х(Я+1)компонейт векторами, счетчикисоедийены с входамипервого узла согласо.1-23.8 х(М+ 1) компонент вектора 7, ЦАПванйя, входы третьего элемента И соедине.1-24.3 х (М+ 1) компонент вектора 7, гдены с входами второго узла согласования,- максимальная размерность вектора выр + +Ьо рР" +а а 1 о Ро где 3=1,2, 1;1 - число блоков об М - максимальный ной функции 1-го блока.В форме разностно входными и выходными нение (15) рассогласовэ в виде ъекта контроля;порядок передат о уравнения между переменными урав ия можно записать 1-(Ьго Х 1 - ао 2)р+ ,+ - , Х.(Ьм х 1 - аи а)1 (16)Р =1где при равенстве коэффициентов Ац, Вц коэффициентам Ац, Вц в уравнениях (15) и (16) соответственно равно О при любых значениях переменных, Таким образом, подбором указанных коэффициентов, что решается автоматически блоком 2 управления, обеспечивается полная идентификация объекта контроля. Изменения характеристик объекта контроля при исправной системе контроля, что обеспечивается системОЙ ходных(измеряемых) сигналов 2(2 = г 1, г 2 гэ), одновибратор 25 конца настройки, операционный усилитель 26, ключи 27.1 - 27 Л. регулятора компонент вектора Х, регуляторы 28,1 - 28. компонент вектора Х, ключи 29.1 - 29,3 регулятора компонент вектора 2, регуляторы 30.1 - 30.5 компонент вектора 2, двухполупериодный выпрямитель 31, компаратор 32, схемы 33.1-33 Л. х (М + 1) сравнения компонент вектора Х, схемы 34,1-34.5 х (М + 1) сравнения компонент вектора 2, задатчик 35 контрольных чисел, второй элемент И 36, первый узел 37 согласования, третий 38 и четвертый 39 элементы И, второй узел 40 согласования, пятый.41 и шестой 42 элементы И, резистор 43, кнопку 44 "Настройка", одновибратор 45 "Начало настройки", световое табло 46 "Устройство контроля исправно", световое табло 47 "Объект контроля исправен", световое табло 48 "Настройка", световое табло 49 "Самоконтроль".Принцип действия устройства основан нэ следующих положениях.Пусть ОК(объект контроля) состоит из В линейных блоков, соединенных между собой произвольным образом, а их передаточные функции имеют видг 1х 1 самоконтроля автоматически, приводит крассогласованию в уравнении (16), котороесравнивается с порогом в пороговом блоке5, В результате сравнения возможно два5 альтернативнйх заключения; рассогласования нет, с выхода порогового блока 5 снимается сигнал уровня логической "1";рассогласование есть, с выхода пороговогоблока снимается сигнал уровня логического10 "0",Сформированный сигнал одного из двухвозможных уровней вйдаетСя в блок 2 управления и блок 6 анализа для принятиярешения о состоянии объекта 8 (контроля и15 формирования сигнала отображения состояния объекта контроля на табло индикатора7, Пусть для выбранного объекта 8 контролянайдены М наборов входных векторовХ итакое же количество наборов выходных сиг-20 налов 2, Таким образом, йа"вход к"-рогоканала 1.1-1,Й контроля подается"свой набор входных воздействйй Х и измеряетсясвой набор вектора наблюдения 2, Каждыйканал контроля работает идентично,25 Рассмотрим работу канала 1,1 (фиг. 1),. Векторы Х и 2 поступают на входы М + 1сумматоров 3.1-3,(М+ 1), каждый из которых. собран по идентичной схеме (фиг. 3), Приэтом каждая компонента вектора Х поступа 30 ет на вход "+" операционного усилителя 26через последовательно включенные ключи27,1-27. регулятора вектора Х и регуляторы 28,1 - 28. вектора Х, где- размерностьвектора Х. Ключи открываются по команде,35 поступающей из блока 2 управления, последовательно при настройке канала и постоянно открыты в процессе работы устройст)эаконтроля за техническим состоянием ОК.Управление ключами происходит в соответ 40 ствии с матрицей, занесенной в задатчики16 сигналов управления ключами Х (фиг, 8).Из таблицы (фиг, 8) видно, что с каждымочередным увеличением адреса дополнительно подключается очередная пара клю 45 чей компонент вектора Х и 2, а всепредыдущие осгаются включенными, Регуляторы служат для изменения коэффициентов усиления операционногоусилителя 26 всоответствии с управляющйм сигналом, по 50 ступающим от соответствующего ЦАП 21.121.Е блока 2 управления. Управляющиесигналы присутствуют постоянно при работе устройства по основному назначению(контроль за техническим состоянием ОК) и55 изменяются последовательно (по каждойкомпоненте вектора Х) от минимальногостройка"). Последовательность настройки Определяется матрицей, прошитой в задатчике 16 сигналов управления ключами компонент вектора Х. Подача компонент вектора Х на вход "+" соответствует суммированиюПроизведений этих компонент на соответствующие коэффициенты. Компоненты вектора 2 поступают на вход "-" операционного усилителя 26 через"тра кбмггонент вектора 2 и-реТ 7 Фторы 30.1-30.3 компонейт вектора 2 (5-размерность вектора 2) и аналогично описанному для вектора Х, управляющие сигналы на них пбступэЮт от соответствующих ЦАП 24,1 - 24.3 блока 2 управления" в форме аналоговых сигналов, которые и уйравляют коэффйцйантами передачи соответствуюЩих компонент. Управление ключами 29.1- 29,3 регулятора компонент вектора 2 20 усилителя (фиг.3) и ключами 22.1 - 22.3 (М + 1) компонент вектора 2 осуществляется в "соответствии с матрицей, прошитой в задатчике 17 сигналов управления ключами ком:пойейт вектора 2, Таблицы прошивок 25 эадатчиков 16 и 17 представлены на фиг. 8.Подача сигналов на вход "-" соответствует "вычитанию. В целом на выходах всех операцйойных усйлителей 3.1-3.(М+ 1) совместно синтеграторами 4.1-4,М, то на входе поро гового блока 5, формируется сигнал, описы"ваемый соотношением (12). Все ййтеграторы идентичны.Блок 2 управления (фиг. 2) осуществляетбвтбматическую настройку устройства (все 35 каналы йастраиваются параллельно) вйполняет функции самоконтроля и управления режимами. работы совместно с блоком 6 "анализа. Существует два режима - "Настройка" и "Работа".Режйм "Настройка" 40 включается при нажатии кнопки "Настройка". Настройка выполняется автоматически иустройство контроля переходит в режим фРаботэ", под которым подразумевается кбнтроль за техническим состоянием ОК, 45 Зри этомйаСветовых табло "ОК исправен",Устройство контроля исправно", "Настрой, кв" и "Самоконтроль" индикатора 7 отобра, "жается информация о техническомСостоянии ОК и устройстве контроля. 50В режиме "Настройка" блок 2 работаетСледующим образом. При нажатиикнопки 44 "Настройка" в блоке 6 анализа на всеблоки 2 управления всех каналов 1 1-1.ййбстуЪвет" кратковременныйСигнал Настройка", Все каналы одновременно начинэют настраиваться. Этот сигнал уровня логической "1" поступает нэ-вход триггер 14 зэйуска, вызывая его срабатывание. Триггер 14 опрокидывается и сигналом со своего выхода запускает одновибратор 15 обнуления и подготавливает первый элемент И 13 к работе. Одновибратор 15 обнуляет (подготавливает к работе) счетчик 10 цикла, счетчик 12 такта, счетчики 20,1-20.ЦМ + 1) компонент вектора Х, счетчики 23.1 - 23,5(М + 1) компонент вектора 2 и триггер 11 начальной установки, который формирует команду "Настройка первого канала" для блока 6 анализа. Счетчик 12 такта начинает последовательно перебирать адреса, начиная с первого, на адресных. шинах задатчика 16 сигналов управления ключами компонент вектора Х и зэдатчикэ 17 управления ключами компонент вектора 2. Технически задатчики сигналов реализованы в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), Таблица прошивок ПЗУ дана нэ фиг.8. В соответствии с адресами из ПЗУ 16 и 17 считываются сигналы нэ управление ключами 27.1 - 27.ЦМ + 1) регулятора компонент вектора Х и ключами 29.1 - 29,5(М + 1) регулятора компонент вектора 2, которые поступают на сумматоры 3 1-3(М + 1), обеспечивая последовательное их подклю-. чение в соответствии с программой, защитой в эти ПЗУ, Каждый ключ управляет только одной компонентой вектора Х или 2, ПЗУ 16 и 17 одновременно открывают ключи 19,1 - 19.ЦМ+ 1) компонент вектора Х и ключи 22.1 - 22,3(М + 1) компонент вектора 2, обеспечивая прохождение сигналов с выхода генератора 9 тактовых импульсов на счетчики 20,1 - 20.(М + 1) компонент вектора Х и счетчики 23,1 - 23,5(М + 1) компонент вектора 2, выходы которых подключены к входам ЦАП 21.1 - 21.ЦМ+ 1) компонент вектора Х и цап 24.1 - 24.3(М + 1) компонент вектора 2, Это обеспечивает погашоеый (с каждым тактом) рост входного цифрового кода на ЦАП, который ими преобразуется е напряжения, поступающие с выхода блока 2 управления на соответствующие входы сумматоров 3.1 - 3(М + 1).Таким образом, в режиме "Настройка" на каждый регулятор 28.1-28 Л.(М+ 1) компонент вектора Х и 30.1 - 30.3(М + 1) компонент вектора 2 с соответствующего ЦАП последовательно в соответствии с программами, прошитыми е ПЗУ 16 и 17, поступают линейно (дискрет очень мелкий) возрастающие напряжения, которые регуляторами преобразуются в эквивалентное сопротивление, что эквивалентно изменению соответствующих коэффициентов в формуле (16), Программно обеспечено (фиг, 8) проведение последовательной настройи, т.о. вначале все компоненты вектора Х, кроме Х 1, и есе компоненты вектора 2, кроме г 1, принимаются равными О (х 1, хг х. = О: гг, гзг =0), что обеспечивает на входе всех суммато- настройки, Кратковременный импульс с одров 3.1-3.(М + 1) присутствие только по од- новибратора 25 опрокидывает триггер 11 ной компоненте векторов Х и 2. Схема начальной установки, на выходе триггера настройки, плавно изменяя напряжение на устанавливается сигнал уровня "О", кото- регуляторах компонент Х 1 и г 1 всех сумма рый закрывает первый элемент И 13, счет- торов 3.1 - 3.(М + 1), доходит до положения," чик 12 такта останавливается. Кроме того, при котором рассогласование Л= О в выра- сигнал "Настройка канала 1,1 окончена" с жении (16). Последовательно подключая выхода триггера 11 начальной установки по- компоненты векторов Х и 2 к ранее подклю- ступает в блок 6 анализа, где формируются , ченным схемам настройки устанавливает 10 четыре группы сигналбв.рассогласование нэ выходе сумматоров Узел 18 самоконтроля блока 2 (фиг, 5) 3.(М+ 1) равным нулю, Таким образом,при обеспечивает контроль за правильностью установке адреса М + 1 на счетчике 12 такта . функционирования соответствующего кайа(фиг, 8) все компоненты векторов Х и 2 под- ла (1.1-1.й). Контроль обесйечивается счиключены и при отсутствии отказа в ОК и в 15 тыванием и последующим хранением устройстве контроля на выходе порогового контрольных чисел со счетчиков 20,1-20.ЦМ блока 5 сигнал рассогласования равен О, на + 1) компонент вектора Х и счетчиков 23,1- первый элемент И 13 поступает сигнал уров-23,5(М + 1) компонент вектора 2 в задатчик ня логической "1", и очередным импульсом 35 контрольных чисел, Запись их проводитот генератора 9 тактовых импульсов"счетчйк. 20 ся после завершения настройки канала по 12 такта устанавливает адрес М + 2, канал всем компонентамвекгора Хи 2. В процессе 1.1 переходит в режим "работа". При этом работы устройства по контролю за состоя- управляющие сигналы, снимаемые с задат- нием ОК фактические значения чисел непречиков 16 и 17 управления ключами компо- рывно считываютсясо всех указанных.нент векторов Х и 2 соответственно (фиг. 8), 25 счетчиков 20.1-20.ЦМ+ 1) и 23.1 - 23,Я(М+ 1) обеспечивают закрытое состояние ключей и непрерывйо сравниваются с кьнтрольны.1-19,ЦМ+ 1) компонент вектора Х и клю- ми значениями, записанными ранее. Схема чей 22,1-22.Я(М + 1) компонент вектора 2. контроля обеспечивает поэлементное срав. В режиме "Работа" на счетчиках 20,1- нение чисел с их контрольным значением и 20,ЦМ + 1) компонент вектора Х, счетчиках 30 формирует сигнал "Самоконтроль канала 23,1-23.3(М + 1) компонент вектора 2 и на 1.1" только в том случае, если обеспечено соответствующих ЦАП 21.1-21.ЦМ+ 1) ком- полное поэлементное совпадение текущихпонент вектора Х и ЦАП 24.1-24.3(М + 1) значенийсихконтрольными,чтодостигаеткомпонент вектора 2 выходные значения ве- ся последавательнйм включением схем личин остаются неизменными (фиг 2). Одно 33.1-33,ЦМ + 1) сравнения компонент веквременно ключи 27.1-27,Е регулятора тора Х и схем 34.1-34,ЯМ + 1) сравнения компонент вектора Х и ключи 29.1 - 29.3 ре-. компонент вектора.2, которые выполнены гулятора компонент вектора 2 все остаются на известных схемах. Сигнал "Самоконтвключенными, обеспечивая непрерывное роль канала 1,1" с выхода узла 18 самоконпрохождение компонент векторов Х и 2 в 40 троля блока 2 поступает на четвертый режиме "Работа", В качестве регуляторов элементИ 39 ивторойузел 40 согласования 28,1-28.ЦМ + 1) компонент вектора Х и ре- блока 6 анализа (фиг, 6).гуляторов 30,1-30.5(М+ 1) компонент векто- Пороговый блок 5 предназначен для вы-" ра 2 используется известная схема явленияналичиярассоглэсования,т,е,вели- примененияполевоготранзисторавкачест чины Ь = О в выражении (12) по любой ве управляемого сопротивления. Сигнал ос-: причине, Этот сигнал формируется на выхотановкй настройки по истечении времени, де второго сумматора 3,(М + 1) указанным отводимого на настройку, формирует счет- способом и поступаетна вход двухполупечик 10 цикла. Так как счетчик 10 цикла и . риодного выпрямителя 31 (фиг. 4), который счетчик 12 тактасвязанымеждусобойчерез 50 позволяет и знакопеременные сигналы, счетчики компонент векторов Х и 2 и гене-каждый в отдельности из которых ниже поратор 9 тактовых импульсов, то после выхо- рога принятия решений, преобразователь в да счетчика 12 тактов на (М+ 2)-й адрес(фиг. однополярный удвоенной амплитуды, что 8) очередным тактирующим импульсом от повышает чувствительность порогового генератора 9 счетчик 10 цикла формирует 55 блока и обеспечивает проведение оценки сигнал остановки настройки. Этот сигнал величйны суммарногботМлонения разностопрокидывэет триггер 11 начальной уста- ногосигналанезависимоотегополярности.новки, на выходе которого формируется сиг- Напряженйе с выходэ двухполупериодногонал "настройка канала 1.1 окончена", Этот выпрямителя 31 поступаетнавходкомпарасигнал запускает одновибратор 25 конца тора 32 (фиг, 4), где сравнивается с порогом.