Цифровая следящая система с защитой от сбоев

(54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯ ЗАЩИТОЙ От СБОЕВ (57) Сущность изобретени жит блок задания положе ров кодов (2, 4, 11, 13, 1 цифроаналоговый преобр вод (6), цифровой датчик и задания скорости (8), рег блока масштабирования ( тор (12), блок задания доп (17), 2 элемента И (18, 19).2 - 9 - 13 - 12 - 19 - 17 - 1 17, 8 - 10 - 11 - 16, 1 - 2 12 - 3, 2 - 13, 14 - 11. 1 ил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследовательский институт автоматических систем(56) Авторское свиДетельство СССР ЬЬ 1233102, кл; О 05 В 15/02, 1982.Авторское свидетельство СССР М 489074, кл. 0 05 В 5/01. 1973 (прототип). 5)ю 6 05 В 15/02, 23/02 ЩАЯ СИСТЕМА С я: система содерния (1), 5 суммато). коммутатор (3), азователь(5), приоложения (7), блок истр сдвига (9), 2 10, 15), компарауска (14), счетчик 8 - 4 - 5-6-7 - 5 - 16 - 12 - 18 -- 3 - 4,19 - 9 - 3,Изобретение относится к автоматике ивгычислительной технике и может быть использовано при построении систем управления и регулирования, в частностицифровых следящих систем. 5Известна цифровая следящая система поа. св, Кг 1233102, от 16,11,82. кл, 6 05 В 15/02),содержащая цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и последовательно соединенные привод, датчик положения и сумматор, 10логический блок, коммутатор и управляемый делитель напряжения, где с целью расширения диапазона регулированияплавной скорости используется ЦАП, входыкоторого коммутируются с младшими, либо 15со старшими разрядами выхода цифровогоблока сравнения,Недостатком устройства Является снижение точности при наличии сбоев ез цифровом датчике, 20Наиболее близким по техничсской сущности яВляе Гся устрОЙстезс для управленияприводом по а. св. Чз 4 Р 9074 от 27.12,73(кл. 8 05 В 5/01), содержащее блок заданияполокения, блок задания скорости, с перезого по пятый сумматоры кодотз, цифроаналоговый преобразователь, привод, цифровойдатчик положения, перезый и второй элементы И, регистр и блок задания допуска. причем шина тактовых импульсов устроиства 30соединена с первыми Входами первого иатсрсгс элементсез И, Выход Олока заданияполокения подключен к пергсму входу перВОГО сумматора кОдОВ, кс Втсзсму входу которого подключен выход цифрового да гчика 35положения, соединенногс входом с Вь ходом привода, Вход которого соединен с выхОДОм цифрсэналсГОВОГО пр 8 сбразсВзтелЯ,выход блока задания скорости подкл 1 счен кпервому вход; второго сумматора кодов, 40выход которого связан со входом цифроаналогового преобразователя, выход первогосумматора кодов соединен с первым входомтретьего сумматора кодов. выход блока задания допуска подключен к первому входу 45четвертого сумматора кодов, выход регистра соединен с вторым входом третьего сумматора кодов, При наличии случайных сбоевв цифровом Датчике.полоКВния или В блокзадания положения разрывается элехтрическая сезязь между первым и вторымсумматорами кодов и тем самым управление осуществляется только по скорости,При уменьшении Влияния сбоеа на приводпроисходит "включение" обратной связи по 55полокению. Периодическое "включениевыключение" обратной связи по положениюприводит к рывкам, кроме того увеличениеошибок привода Возмокно из-за неизоежного дрейфа, присущего приводу, не замкнутому по полокению, Таким образом недостатком известного устройства является снижение точности при наличии сбоев.Цельео настоящего изобретения является сохранение точности работы системы при наличии случайных сбоев,Поставленная цель достигается тем, что в цифровую следящую систему с защитой от сбоев, содержащуео блок задания полокения, блок задания скорости, с первого по пятый сумматоры кодов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), привод, цифровой датчик положения, первый и второй элементы И, регистр и блок задания допуска, причем шина тактовых импульсов устройства соединена с первыми входами первого и второго элементов И, выход блока задания положенля подклкчен к первому входу первого сумматора кодов. ко второму входу которого подключен выход цифрового датчика полокения, соединснного входом с выходом пр:. Вода, вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, Выход блш;а задания скорости подключен к первому входу второго сумматора кодов, выход которого связан с входом цифроаналогового преобразователя, выход первого сумматора кодов соедлнен с первым входом третьео сумматора кодов, выход блока задания допуска подкл очен к первому входу четвертого сумматора кодов, выход регис:- ра соединен с втсым входом тр 8 ть 8 ГО сумматора кодов, Введены первый и второй блоки масштабирования, счетчик, компаратор и коммутатор, а регстр выполнен в виде регистра сдвига. Причем, выход коммуатора псдклсчен ко втогзому Вхезду аеорого сумматора кодов, выход блока задьния скорости годключен ко входу первого блока масштабирования, выход которо,:о связан со вторым входом четвертого сумматора кодов, выход которо о соединен с первым входом пятогс сумматора кодов, выход третьего сумматотза кодов псдклсчен к первому входу компара Гора, кс Второму Входу которОГО езсдключен Выход пятОГО сумматор-з кодов, выход "больше или равно компаратора сссдинен с управлясщим входом ксммутатсоа и со вторым Входом первого элемента И, веыхсд "меньше" компаратора подключен ко Второму входу второго элемента И, выход которого подкл,очен к управляющему входу регистоа сдвига и входу сброса счетчика, выход первого элемента И связан со счетным входом счетчика, выход которого подключен ко входу второго блока масштабирования. соединен нсгс выходом со вторым входом пятого сумматора кодов, выход первого сумматора кодов езсдключен к инфсрманиснесм;, Входу сегисра сдвигарой элемент 19 И 50 и к первому информационному входу коммутатора, второй информационный вход которого связан с выходом регистра сдвига, а шина тактовых импульсов устройства подключена к входу синхронизации блока задания скорости и блока задания положения.Все признаки, указанные в отличи- тельной части формулы изобретения, каждый в отдельности известны и проявляют в процессе взаимодействия присущие им известные свойства, дающие каждый в отдельности известный положительный аффект. Однако совокупность введенных признаков обеспечивает получение сверх- суммарного эффекта, заключающегося в том., что предложенная система сохраняет точность при наличии сбоев.Благодаря схемному решению в предложенном устройстве удерживается предыдущее значение ошибки при наличии сбоя вместо ступенчатого обнуления входа сумматора при срабатывании схемы защиты.Кроме того, допускаемое значение приращения за такт переменно в зависимости от скорости и от длительности сбоя, что обеспечивает одинаковую эффективность схемы защиты во всем скоростном диапазоне и при сбоях разной длительности,Т. о. удается сохранить прежнюю точность системы при наличии сбоев. что позволяет сделать вывод о наличии критерия "существенные отличия".Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема цифровой следящей системььЦифровая следящая система содержит блок 1 задания положения, первый сумматор 2 кодов, коммутатор 3, второй сумматор 4 кодов, цифроаналоговый преобразователь 5 (ЦАП), привод 6, цифровой датчик 7 положения, блок 8 задания скорости, регистр 9 сдвига, первый блок 10 масштабирования, четвертый сумматор 11 кодов. компаратор 12, третий сумматор 13 кодов. блок 14 задания допуска, второй блок 15 масштабирования, пятый сумматор 16 кодов, счетчик 17, первый элемент 18 И, втоБлок 1 задания положения, блок 8 задания скорости представляют собой цифровой генератор функции или ЭВМ типа "Электроника" с интерфейсом связи. и служат: блок 1 - для формирования кода, пропорционального заданному положению, блок 8 - для формирования кода, пропорционального заданной скорости.Выход блока 1 задания положения соединен с первым входол первого сумматора 5 10 15 20 25 30 35 40 45 2 кодов. Выход блока 8 задания скорости соединен с первым входом второго сумматора 4 кодов и через блок 10 масштабирования со вторым входом четвертого сумматора 13 кодов, первый вход которого соединен с выходом блока 14 задания допуска.Второй сумматор 4 кодов последовательно соединен с цифроаналоговым преобразователем 5, приводом 6. цифровым датчиком 7 положения, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора 2 кодов,Привод 6 представляет собой последовательно соединенные блок операционных усилителей, усилитель мощности, двигатель и силовой редуктор.Выход первого сумматора 2 кодов соединен с первым входом третьего сумматора 13 кодов, с первым информационным входом коммутатора 3 и через информационный вход регистра 9 сдвига со вторым входом третьего сумматора3 кодов, выход которого соединен с первым входом компаратора 12, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора 16 кодов.Выход регистра 9 сдвига соединен со вторым информационным входом коммутатора 3, управляющий вход которого соединен с выходом "больше или равно" компаратора 12, который также соединен со вторым входом первого элемента 18 И. Выход "меньше" компаратора 12 соединен со вторым входом второго элемента 19 И. Выход четвертого сумматора 11 кодов соединен с первым входом пятого сумматора 16 кодов, второй вход которого через второй блок 15 масштабирования соединен с выходом счетчика 17, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента 18 И, а вход сброса - с выходом второго элемента 19 И. который соединен с управляющим входом регистра 9 сдвига,Выход коммутатора 3 соединен со вторым входом второго сумматора 4 кодов.Регистр 9 сдвига осуществляет задержку выходного кода первого сумматора 2 кодов на один такт, где такт - время обновления информации, поступающей с блока 1 задания положения и блока 8 задания скорости. Блок 14 задания допуска может быть выполнен на выключателе типа ВДМ. Блоки 10 и 15 масштабирования выполнены на базе сдвиговых регистров (типа 155 ИР 1). Счетчик 17 осуществляет подсчет количества сбоев и может быть выполнен на микросхеме 155 ИЕ 7,Цифровая следящая система работает следующим образом,Блоки 1, 8 задания положения и скорости вырабатывают цифровые коды, пропор 1772782циональные заданным углу и скорости выходного звена привода, которые поступают на первый вход сумматора 2 кодов и первый вход сумматора 4 кодов,На второй вход сумматора 2 кодов поступает код цифрового датчика 7 положения, поэтому на вь 1 ходе сумматора 2 кодов формируется код, пропорциональный ошибке следящей системы.Ошибка следящей системы ( Ь ) поступает на регистр 9 сдвига и на второй вход сумматора 4 кодов через коммутатор 3, на второй вход которого с выхода регистра 9 сдвига поступает ошибка (Ль 1) на предыдущем шаге, Таким образом на второй вход сумматора 4 кодов поступает, в зависимости от состояния управляющего входа коммутатора 3, текущая ошибка (Л ) следящей системы или ее значение (Ль 1) на предыдущем такте.Выходной код сумматора 4 кодов поступает на ЦАП 5, на выходе которого в анаголовой форме присутствует информация об ошибке и заданной скорости следящей системы,Привод 6 в соответствии с поступившим на его вход аналоговым сигналом изменяет полокение выходного звена привода, измеряемое цифровым датчиком 7, выходной код которого поступает на второй вход сумматора 2 кодов.Коммутатором 3 управляет компаратор 12, на первый вход которого поступает формируемая сумматором 13 кодов разность ( Л- Ль 1) между текущей ошибкой и ошибкой следящей системы на предыдущем такте в зависимости от количества сбоев подряд, что осуществляется за счет поступления управляющего сигнала с выхода второго элемента 19 И на управляющий вход регистра 9 сдвига,На второй вход компаратора поступает допускаемое значение погрешности Л дол, формируемое за счет сложения на сумматоре 16 кодов двух составляющих, Одна составляющая формируется за счет последовательного прохождения выходного сигнала фз блока 8 задания скорости через блок 10 масштабирования. который одновременно осуществляет операцию взятия модуля. и сумматор 1 кодов, на второй вход котороо поступает код с блока 14 задания допуска. Вторая составляющая. изменяющаяся в зависимости от числа сбоев подряд, формируется за счет поступления управляющего сигнала с выхода "больше или равно" компаратора через элемент 18 И на счетчик 17. и с выхода счетчика через блок 15 масштабирования на сумматор 11 кодов, Обнуление счетчика происходит за счет поступления сигнала с выхода элемента 19 И. на входсброса счетчика 17,Ьдол Ьн+ О 1(фз)+ 032 и, (1)где Ь н - начальное значение допустимойошибки,е 1 - коэффициент масштабирования10 блока 10,т 2 - коэффициент масштабированияблока 15,и - число сбоев подряд.На выход коммутатора 3 в соответствии15 с управляющим сигналом с выхода компаратора проходят следующие значения ошибки:текущая ошибка Л 1 при( Л - Ли)Ьдоп20 или ошибка на предыдущем шаге Ь при(Л - Ь ь 1)ЛдопТ, о, при работе следящей системы навыходе сумматора 13 кодов с тактом, определяемым временем обновления информа 25 ции, поступающей с блока 1. формируетсяразность ( Л- Ь ь 1).Превышение этой разности относительно допускаемого значения свидетельствуето сбое в цифровом датчике 7 или в сумма 30 торе 2 кодов, что фиксируется компаратором 12. который переключает коммутатор 3на прохождение ошибки Л ь 1 на предыдущем такте, если сбой единичный, Это жезначение ошибки сохраняется, если сле 35 дует несколько сбоев подряд.Технико-зкономическая эффективностьпредложенной системы определяется двумя факторами, во-первых, вместо, как в прототипе, ступенчатого обнуления первого40 входа сумматора 4 кодов при срабатываниисхемы защиты, в предложенной системеудерживается предыдущее значение ошибки(Л ь 1); во-вторых, допускаемое значениеприращения за такт ( Лдоп ) переменно в45 зависимости от скорости и от числа сбоевподряд, что обеспечивает одинаковуюэффективность схемы защиты при наличии нескольких сбоев во всем скоростном диапазоне, т. е. допускаемоезначение приращения ошибок должнобыть увеличено за счет возможной динамической ошибки следящей системы и набольших скоростях, и при наличии в системе нескольких сбоев подряд., Т. о. при наличии сбоев в системе точность системы остается неизменной,Формула изобретенияЦифровая следящая система с защитойот сбоев, содержащая блок задания положе1772782 10 Составитель Е.МухамедоваТехред М.Моргентал Корректор О.Кравцова Редактор Заказ 3845 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ния, блок задания скорости, с первого по пятый сумматоры кодов, цифроаналоговый преобразователь, привод, цифровой датчик положения, первый и второй элементы И, регистр и блок задания допуска, причем ши на тактовых импульсов устройства соединена с первыми входами первого и второго элементов И, выход блока задания положения подключен к первому входу первого сумматора кодов, к второму входу которого 10 подключен выход цифрового датчика положения, соединенного входом с выходом привода, вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, выход блока задания скорости подключен к перво му входу второго сумматора кодов, выход которого связан с входом цифроаналогового преобразователя, выход первого сумматора кодов соединен с первым входом третьего сумматора кодов, выход блока за дания допуска подключен к первому входу четвертого сумматора кодов, выход регистра соединен с вторым входом третьегосумматора кодов, о т л и ч а ю ща я с я тем, что, с целью сохранения точности работы систе мы при возникновении случайных сбоев, в нее введены первый и второй блоки масштабирования, счетчик, компаратор и коммутатор, а рагистр выполнен в виде регистра сдви;а, зьход коммутатора подключен к .30 второму входу второго сумматора кодов, выход блока задания скорости подключен к входу первого блока масштабирования, выход которого связан с вторым входом четвертого сумматора кодов, выход которого соединен с первым входом пятого сумматора кодов, выход третьего сумматора кодов подключен к первому входу компаратора, к второму входу которого подключен выход пятогосумматорэ кодов, выход "Больше или равно" компаратора соединен с управляющим входом коммутатора и с вторым вхОдом первого элемента И, выход "Меньше" компаратофа подключен к второму входу второго элемента И, выход которого подключен к управляющему входу регистра сдвига и входу сбросасчетчика, выход первого элемента И связан со счетным входом счетчика, выход которого подключен к входу второго блока масштабирования, соединенного выходом с вторым входом пятого сумматора кодов, выход первого сумматора кодов подключен к информационному входу регистра сдвига и к первому информационному входу коммутатора, второй информационный вход которого связан с вь 1 ходом регистра сдвига, а шина тактовых импульсов устройства подключена к входам синхронизации блока задания скорости и блока задания положения.