Устройство для контроля усилителей

(71) Заявител 4) УСТРОЙС КОНТРОЛЯ УСИЛИ Изобретение относится к автоматике и предназначено для контроля исправности усилителей в системах с обратной связью, и частности усилителейсистем автоматического регулированияи следящих систем, в процессе ихфункционирования,Известно устройство для контролясистем управления, содержащее генератор стимулирующих воздействий, аналоговый анализатор и блок регистра-ции. Известное устройство используетметод активного контроля 1.,Недостатки известного устройствасостоят в сложности и низкой надежт. -ности олни х овны к выходам кого устройств Недостатки известного устройства заключаются в низком быстродействии и низкой достоверности контроля. Вязкое быстродействие обусловлено инерционностью интегратора, в результате которой пороговый блок должен иметь задержку срабатывания для предотвращения получения ложных результатов контроля. Низкая достоверность контроля обусловлена отсутствием ограничения на выходе интегратора, что приводит к компенсациибольвих расхождений сигналов с выходов эталонного и контролируемого устройств и, следрвательно, к пропуску некоторых видов отказов,Цель изобретения - повьипение быстродействия устройства и достоверности контроля. ческим реется устго контролякащее этавый блок е блок сравегратор,соединен с шением ройств системы нн п н п Наиболее близким техни к изобретению явл о для функционально управления, содер ое устройство, порого ледовательно включенны ния, ограничитель и инт чем выход интеграторавходом блока сравнения которого подключеныролнруемого и эталонно86871 30 Ц р КО = - +дВЫХ К 6 Кь Поставленная цель достигается тем,что в устройство для контроля усилителей, содержащее блок сигнализации и первый операционный усилитель, соединенный первым входом через первый и второй резисторы, соответственно, с первым и вторым входами устройства, через третий резистор - с собственным выходом, введены второй операционный усилитель, конденсатор, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы, первый и второй светодиоды, причем первый вход операционного усилителя соединен через пятый и шестой резисторы, соответственно, с третьим входом устройства и выходом первого операци-. онного усилителя, через конденсаторсо входом блока сигнализации, через седьмой резистор - с катодом первого светодиода, анод которого соединен с катодом второго светодиода, соединенного анодом с катодом первого светодиода, через восьмой резистор - со входом блока сигнализации, через девятый резистор - со вторым входом первого операционного усилителя.На чертеже приведена функциональная схема устройства для контроля усилителей.Устройство для контроля усилителей содержит первый 1 и второй 2 резисторы, первый операционный усилитель 3, третий 4, четвертый 5, девятый б резисторы, блок 7 сравнени .,включающий второй операционный усилитель 8, пятый 9 и шестой 10 резис 35торы., конденсатор 11 восьмой 12 иседьмой 13 резисторы, первый 14 ивторой 15 светодиоды блок 16 сигнализации.40Контролируеьв 1 й усилитель 17 входит в состав следящей системы 18,включающей эадатчик 19 обратной связи, исполнительный механизм 20, датчик 21 обратной связи.Устройство для контроля усилителей работает следующим образом.В исходном состоянии в установившемся режиме следящей системы 18,когда напряжения 0 задатчика 19 иО датчика 21 обратной связи уравновешены, напряжение Оя ча выходе контролируемого усилителя 17 рассогласования не превышает напряжениятрогания исполнительного механизма 01 тОтр Напряжете ЕЬ 1 хна выходблока 7 сравнения определяется разностью напряжений Ц 1 и выходного нап"ряжения О усилителя 3. За счет вве 1денной отрицательной обратной связи с выхода блока 7 сравнения на второй вход усилителя 3 он выдает напряжение 0 автоматически подстроенноеетствиис ал О обес печивая достаточно малое напряжение О на выходе уси,ителя 8. ВЬ%с учетом действия указанной обратной связи напряжение ОВЬШравно ъ Ко Вь 1 Х т +К К 1+К К, где К . - коэффициент усиления усили 6теля 3 по входу с резистора 6,К 9 и К - коэффициенты усиления блока7 по входам через резисторы9 и 10 соответственно;К - коэффициент усиления усийлителя 3 по входу через резисторы 1 и 2;Д - эквивалентный сигнал ошибки на входе усилителя 3.Напряжение Д определяется суммойсобственного смещения нуля усилителя 3 и статической погрешностью д.сследящей системы (ДС = Оч-О)Придостаточно глубокой обратной связиК 9 К М и К К)11, что легко выполня 1 О 6ется при КЬ 1,при К 6=К =К 0 = - + Д . В устаЬЬХ Кновившемся режиме напряжение на выходе блока 7 имеет величину порядка статической ошибки следящей системы. Это напряжение существенно меньше уровня срабатывания блока 16 и порога включения светодиодов 14 и 15. Поэтому светодиоды 14 и 15 находятся в непроводящем состоянии, и усилитель 8 охвачен обратной связью через резисторы 12 и 3 (внутренняя обратная связь).При отсутствии введенной обратной связи на второй вход усилителя 3 (внешняя обратная связь) разброс статических характеристик усилителя 17 и усилителя 3, а также смещение нуля усилителя 3 и статическая ошибка следящей системы приводят к несоответствию напряжений 01 и О . Усилитель 3, обладающий как и усилитель 17 весьма большим коэффициентом усиления, при отсутствии указанной обратной связи под действием сигнала Д находится=К О -К 1. ВЮХ 9 ПтСХ 40 2 пЮ Коэффициенты усиленияблока 7 обеспечивают такой режим его работы, чтобы при любом возможном разбросе уровней ограничения насыщенных усилителя 3 и усилителя 7 напряжение 0 было меньше поровЬХ1 гового напряженйя светодиодов 14 и 15. При этом как и в рассмотренном выше случае светодиоды 14 и 15 сохраняют непроводящее состояние, усилитель 8 охвачен внутренней обратной связью через резисторы 12Фи 13, благодаря чему коэффициенты усиления Ки Кдостаточно малы и блок 16 выключей.При подходе следящей системы 18 к положению равновесия сигнал расФсогласования на входах усилителя 17 уменьшается и становится соизмеримым с напряжением Ц 1 . поступающим на второй вход усилителя 3. В результате усилитель 3 переходит в линейный режим и замыкает контур внешней обратной связи, охватывающей блок 7 как в установившемся ре 404550 8687в насыщенном состоянии, в то время как выходной си: нал усилителя 7 не превышает напряжения трогания О р. Поэтому без внешней обратной связи на выходе блока 7 возникает большое напряжение, под действием которого светодиоды 14 и 15 переходят в проводящее состояние. Это привело бы к размыканию цепи внутренней обратной связи, охватывающей усилитель 8 еще большему возрастанию напряжения на выходе этого усилителя и срабатыванию блока 16, т.е. к ложному срабатыванию устройства.В том случае, когда следящая систе - 15 ма 18 находится в переходном режиме. происходит значительное рассогласование усилителя 17 и усилителя 3, которые работают в режиме ограничения, и иа их выходах действуют максимальные напряжения противоположных знаков. Поскольку усилитель 3 насыщен, внешняя обратная связь, охватывающая блок 7 через усилитель 3, разорвана (напря-, жение 0 , поступающее через резистор25 6 на вход усилителя 3, существенно .меньше сигнала рассогласования и недостаточно для выведения усилителя 3 из насыщения) Поэтому в переходном процессе выходное напряжение30 ОБА блока 7 составляет 11 6жиме. Из-за неидентичмости характеристик усилителя 3 и усилителя 17 различий коэФфициентов усиления, динамических параметров, а также из-за смещения нулей 7 моменты перехода усилителя 17 и усилителя 3 в линейный режим не совпадают во времени. Если усилитель 3 входит в линейный рвким раньше, чем усилитель 17, то выходное напряжение блока сравнения определяется соотн шениемПЛОХ+.вьи к 6 ф где Ь - сигнал рассогласования,при котором усилитель 3 переходит в линейный режим.При достаточно большом коэффициенте усиления К и малом линейном диапазоне Ь напряжение .1, достаточно мало, а потому светодиоды 4 и 15 и блок 16 остаются в выключенном состоя нии.Если же усилитель 17 переходит в линейный режим, опережая усилитель 3, то на входах блока 7 в течение некоторого времени. действует значи;тельный разностный сигнал, которыйможет вызвать включение светодиодов14 и 5, увеличение выходного напряжения ОВИХблока 7 и срабатывание блока 16. Однако конденсатор 11 обеспечивает необходимую задержку срабатывания. Задержка срабатывания блока 7 обусловлена постоянной времениГ:С(К 4 ФЯ,),где Й 4 и э- сопротивления резисторов 12 и 13 С " емкость конденсатора .11, и практически не оказывает влияния на работу устройства для контроля, когда усилитель 17 находится в линейном режиме, так как постоянная времени С за счет обратной связи уменьшается в (1+К 1 о ) раз.Предлагаемое устройство обеспечивает исключение ложных срабатываний и при отсутствии конденсатора 1. Для этого усилитель 3 имеет более широкий динамический диапазон по . сравнению с усилителем 17. В этом случае усилитель 3 переходит в линейный режим, опережая усилитель 7.Как в установившемся режиме, так и в переходном процессе следящей системы 18 при исправном усипителе 17 выходное напряжение блока 7 близко к нулю, светодиоды 4 и 15 находятся в непроводящем состоянии, потому усилитель 8 охвачен обратной связью через резисторы 12 и 13, и блок б выключен.Формула изобретения Устройство для контроля усилителей, содержащее блок сигнализациии первый операционный усилитель, соединенный первым входом через первыйи второй резисторы, соответственно,с первым и вторым входами устройства, через третий резистор - с собственным выходом, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, в него введены второй операционный усилитель, конденсатор,пятый , шестой, седьмой, восьмойи девятый резисторы, первый и второйсветодиоды, причем первый вход операционного усилителя соединен черезпятый и шестой резисторы, соответственно, с третьим входом устройстваи выходом первого операционного усилителя, через конденсатор - со входомблока сигнализации, через седьмойрезистор - с катодом первого светодиода, анод которого соединен с катодом второго светодиода, соединенного анодом с катодом первого светодиода, через восьмой резистор - совходом блока сигнализации, через девятый резистор - со вторым входомпервого операционного усилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 413462, кл, 6 05 В 23/02, 1972.50 2. Авторское свидетель.тво СССРУ 439790, кл.05 В 2302, 1974(прототип). 7 86873В зависимости от характера отказа усилителя 17 возможныдва случая, , В первом спучае напряжение на выходе усилителя 17 равно нулю (пассивный отказ), и исполнительный механизм 20 неподвижен. Неисправность усилителя 17 проявляется при изменении сигнапа задания, что вызывает появление неустранимого рассогласования в следящей системе 18 и переход усилителя 3 1 О в режим насыщения. Вследствие размыкания обратной связи, охватывающей усилитель 8 через усилитель 3, выходное напряжение Онблока 7 возрастает и включает один из светодиодов 14 или 15, сигнализируя неисправность. Одновременно эа счет включения светодиода 14 или 15 разрывается цепь обратной связи усилителя 8, что приводит к реэ кому увеличению выходного напряжения этого усилителя и включению блока 16.Во втором случае усилитель 17 выдает на выход напряжение ОФ 0 (активный отказ усилителя 17),под действием которого происходит перемещение механизма 20 и изменение сигнала обратной связи датчика 21. Это приводит к появлению рассогласования на входах усилителя 3 причем на выходе усилителя 3 возникает напряжение,совпадающее по знаку с напряжением О, При некотором рассогласованиидр напряжение О блока 7 достигнетпорога включения соответствующегосветодиода, который сигнализирует неисправность. Кроме того, за счетразмыкания внутренней обратной связиусилитель 8 переходит в режим насыщения, что приводит к срабатываниюблока 16. Поскольку при активномотказе усилителя 17 сигналы на входах усилителя 8 через резисторы 9и 1 О суммируются, ошибка, при которой обнаруживается неисправность,меньше, чем при пассивных отказах.Таким образом, эа счет введенияусилителя 8, резисторов 9-13, конденсатора 11 и светодиодов 14 и 15обеспечивается высокое быстродействие при контроле усилителей 17 (засчет того, что исключается задержкав цепях порогового блока и интегратора). Кроме того, предлагаемое уст 1 8ройство обеспечивает возможностьвыявления отказа при весьма малыхошибках в следящих системах автоматического управления, поскольку сигнал внешней обратной связи, поступающий на дополнительный вход усилителя 3 и компенсирующий рассогласование (ошибку следящей системы 18),ограничен прямым падением напряжения на светодиодах, включенных вцепь обратной связи блока 7, чтопозволяет обеспечить выявление отказов при возникновении сигнала рассогласования порядка двух-трех статических ошибок системы.Заказ 8327 89 Тираж 943ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, 3-35, РауШская наб., д. 4/5 Подписное филиал ППП Патент , г. Укгородб ул. Проектная, 4 Составитель В. ДворкинРедактор И. 1 бйхеева Техред А,Бабинец Корректор О. Билак