Резервированный усилитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 51) 4 Н 05 К 10/00 ЫЙ КОМИТЕТ СССРБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУДАРСТВ ПО ДЕЛАМ И ЕТЕН У СВИ ВТОР ЕЛЬ тома к У 40П.11.Коморников,.Стулов усили ежнос- сокраетс ия раб 88,8)идетельство СССР 05 К 10/00, 1986х ва ИСАНИЕ И(54) РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ УСИЛ (57) Изобретение относитс тике и м.б, использовано. тельных устр-вах повышеннти. Белью изобретения явл щение времени восстановле способности состояния уст исключением неисправных у элементов (УЭ) из простра йЬ 121434568 решенных их комбинаций при обеспече" нии на его выходе требуемой мощности. Для достижения цели в устр-в введены Н коммутирующих элементов выхода усилительных элементов (КЭВУЭ), ЗН датчиков 9 контроля тока в цепях питания УЭ, Б блоков 10 контроля состояния УЭ. При исправности всех УЭ 2 все КЭВУЭ 3 нормально замкнуты, и с выхода всех блоков 10 на вход блока уп, равления 6 поступают сигналы 1И 11 , Устр-во обеспечивает. восстановление Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в усилительных устройствах повышеннойнадежностиЦель изобретения - сокращениевремени восстановления работоспособного состояния резервированного усилителя с исключением неисправных усилительных элементов из пространстваразрешенных их комбинаций при обеспечении на его выходе требуемой мощ-.ности.На фиг,1 приведена функциональнаясхема устройства; на фиг.2 - функцио.нальная схема блока управления; на 15фиг.З - принципиальная схема блокасинхронизации работы блока управления (БСРБУ); на фиг,4 - принципиальная схема переменного линейного регистра. 20Резервированный усилитель содержитисточник 1 входного сигнала (ИВС),Н усилительных элементов (УЭ) 2,Б коммутирующих элементов выхода уси- .лительных элементов (КЭВУЭ) 3, управляемый сумматор 4 мощности, нагрузку5, блок 6 управления (БУ), блок 7 питания (БП), И коммутирующих элементов (КЭ) 8, К датчиков 9 контролятока (ДКТ) в цепях питания УЭ, Ю блоков 10 контроля состояния УЭ, пороговый элемент (ПЭ) 11, эквивалент на"грузки (ЭН) 12,Блок управления образуют два входных реверсивных счетчика (ВРС) 13,ЦАП 14, двойной аналоговый компара"тор (АК) 15, цифровой компаратор (ЦК) работоспособности и при кратных повреждениях УЭ 2, при этом чем большекратность, тем будет быстрее восстановление работоспособности устр-ва,Устр-во обеспечит быстрое автоматическое определение неисправного УЭ2 и при агрегатном методе ремонта.Время восстановления исправного состояния будет определяться: Т, "М Т,где М - число отказавших УЭ 2;время замены 1-го элемента. 1 з,п.Ф-лы, 4 ил. 216, БСРБУ 17, генератор 18 тактовыхиспульсов (ГТИ), перестраиваемый линейный регистр 19 сдвига (ПЛРС), преобразователь кодов (ПК) 20, элементыИЛИ .21 и 22, элементы И 23 и 24,триггеры 25 и двигатели 26 и 27.БСРБУ включает элементы И 28 и 29,элемент ИЛИ 30, одновибратор 31 иэлемент И 32,ПЛРС содержит И+1 элементов ИЛИ33,33 33 я+, М элементов памяти34 ,34,34 ,И элементов И-НЕ35, 35 ,.;.,35 н, элемент И 36, И элементов 2 И-ИЛИ 373737 я, .элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 38 (сумматорпо модулю 2, резистор 39 и конденсатор 40,Устройство работает следующим образом.В рабочем режиме при исправностивсех узлов УЭ 2 в любой момент времени по.команде от внешнего управля"ющего устройства, поступающий в двоичном коде на е входов управленияБУ 6 в режиме "Запись" или на счетныйвход Хв режиме "Суммированиесчет или Вычитание - счетнеобходимо подключить требуемое количествоУЭ 2, чтобы обеспечить заданную мощность в нагрузке 5, Максимально возможное число включенных УЭ 2 определяется по формуле(1)так как нулевая комбинация являетсязапрещенной, следовательно минимальное число УЭ 2, находящихся в резерве, можно .определить как(5) 55 Бмнн При этом на время. поиска новой комбинации К мощность на выходе резервированного усилителя будет соотБ = Н-К =Б+1. (2)мин максТогда число удовлетворенных элементов определяется неравенством5 а число находящихся в резерве(4)При исправности всех УЭ 2 все КЭВУЭ 3 нормально замкнуты и с выхода всех блоков 10 на вход БУ 6 посту пают сигналы " 1". При поступлениитребования на включение К УЗ 2 БУ 6 выбирает их случайным образом из М, причем вероятность включения распределена равномерно и для ь-го УЭ 2 равна Р, =1/Б. При необходимости увеличения или уменьшения мощности в незначительных пределах в процессе работы сигнал поступает на вход БУ 6 в режиме "Суммирование - счет" или "Вычитание - счет" с одновременной подачей требуемого количества импульсов на счетный вход Х . Если необходимо значительно изменить выходную мощность, то на вход БУ 6 25 сигнал поступает по М входным шинам в режиме "Запись", При изменении мощности каждый раз формируются новые К К К, комбинации.из УЗ 2, причем время перехода от одной комбинации к другой определяется временем срабатывания КЭ 8 и сумматора 4, Таким образом, за время эксплуатации все Б УЭ 2 будут включены в рабочий режим в течение одинакового времени и израсходуют примерно 35 равный эксплуатационный ресурс. При распределении среднего времени наработки до отказа УЭ 2 по закону Вейбулла в этом случае достигается максимальная наработка до отказа системы в целом и, следовательно, по" вышается надежность усилителя.При выходе из строя -го узла УЭ 2 (например, при возрастании тока в его питающих цепях) на выходе фор мируется сигнал "0", который переключает с помощью КЭВУЭ 3 с входа сумматора 4 на ЭН 12 -й УЭ 2. Одновременно сигнал "0" поступает на БУ 6 и исключает 1-й УЗ 2 из числа разрешенных. В этом случае поиск К разрешенных производится из Б-го УЭ 2, а неравенство (4) принимает вид ветствовать (К) включенному УЭ 2и после окончания поиска будет вновьвосстановлена, Устройство обеспечивает восстановление работоспособностии при кратных повреждениях УЭ 2, приэтом чем больше кратность, тем быстрее восстанавливается работоспособность резервированного усилителя, так как сужается область поиска раэ" решенной комбинации: (И), Р), Я), Устройство переходит в аварийное состояние при отказе:Бллакс+(Кмакс К), (6)Резервированный усилитель обеспечивает быстрое автоматическое определение неисправного УЭ 2, и при агрегат- ном методе ремонта вреия восстановления исправного состояния определяется какТ=1 с (7) где М, - число отказавших УЭ 2;г. - время замены "го элемента.ЬцлПосле замены и принудительного включения КЗ 8 ДКТ 9 проверяет егоисправность и если работоспособность -го УЭ 2 восстановлена, формирует на выходе сигнал "1", который нормально замыкает КЭВУЭ 3, подключая 1-й УЭ 2 к сумматору 4, и разрешаетего использование в числе разрешенныхБУ 6, который работает следующим образом.При включении питания 1,2К триггеры ПЛРС 19 (фиг.4) устанавливаются в исходное состояние благодаря кратковременной подаче на их установочные входы К низкого уровня сигнала через конденсатор 38 и неопределенныхБ сигналов от блоков 10,1 на установочные входы Б. По иере заряда конденсатора 40 через резистор 39 и последовательного включения Н УЗ 2 (при их исправности) с помощью КЗ 8 подготавливаются триггеры по нулево" му входу (на установочных входах появляется сигнал Б 1=1). Если хотя бы один, например 0-1-й, УЭ 2 оказывается неисправным, то на его уста" новочном входе Б появляется сигнал "0", который опрокидывает 0-1"й триггер в состояние "0" (так как на установочном входе К "1"), запрещает работу Н-го триггера подачей "0" на 7-вход и через элемент И"НЕ 35 я, разрешает передачу логических сигналов с выхода Я-го триггера через элемент ИЛИ 33 я элемент И 36 я, на вход. элемента ИЛИ 33 я. Таким об 1434568разом длина ПЛРС 19 изменяется наодин элемент и становится Я,Наиболее сложный случай возникаетпри неисправности Я го узла УЭ 2,так как формирующий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 38 включен (при использовании варианта на фиг.4) на выход ивход Я-го триггера, В этом случаенеобходимо осуществить переключение 1 Овходов элемента 38 с входа и выходаЯ-го триггера на вход и выход Я-готриггера.Переключение входа осуществляетсяаналогично рассмотренному для Я"готриггера с использованием обходногопути через элементы ИЛИ 33, И 36,ИЛИ 33 и+ а переключение входа элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 38 осуществля-ется с использованием элемента 2 ИИЛИ 37 следующим образом сигнал "О"от Я-го (при неисправности Я-го УЭ 2)ДКТ 9 запрещает подачу на выход элемента 2 И-ИЛИ 37 мсигналов с выходаэлемента ИЛИ 33 я и разрешает через 25элемент И-НЕ 35 я считывание информации с элемента 2 И-ИЛИ 37 у, (приисправности Я-го УЭ 2), на еговход подаются сигналы с выхода элемента ИЛИ 33 если Я-й УЭ 2 так-" ЗОже неисправен, то с выхода элемента2 И ИЛИ 37 я з и т.д. Таким образом,длина ПЛРС 19 определяется числомтолько исправных УЭ 2, и блок управления гатов к работе. Параллельно навход блока управления в режиме "Запись" (быстрой перестройки) поступаетна вход реверсивных счетчиков 13,и 13 требование в двоичном коде навключение К УЭ 2, которое сравнивается с информацией, поступившей отПК 20 в двоичном коде на первые швходов ЦК 16, соответствующей состоя-нию ПЛРС 19, при их различии на одном из выходов ЦК 16 присутствуетсигнал "1", который через элементИЛИ 22 разрешает подачу сигнала наПЛРС.19 (через элемент И 23) тактовых импульсов и запрещает (через элемент И-НЕ 24) изменение состояниявыходных триггеров 25 1, 2525.Когда на обоих входах ЦК 16 сигналыбудут равны,ПЛРС 19 зафиксируетсяподачей сигйала "О" на вход элементаИ 23 и информация с Я выходов ПЛРС19 будет считана на выход Я 0-Ч-триг 55герон, так как на их входы Ч черезэлемент И-НЕ 24 поступит сигнал "1"и управляющие воздействия поступят на управляющий вход сумматора 4 и на К КЭ 8, обеспечивая включение нужного количества УЭ 2. В результате резервированный усилитель готов к работе.В режиме "Суммирование - счет" и "Вычитание - счет" (медленной перестройки) на вход реверсивных счетчиков по шине "Запись - О"/Счет" поступает сигнал "1", которая снимается только в режиме быстрой перестройки, На вход реверсивного счетчика 13 поступает или на шину "+", или на шину "-" сигнал "1" (в зависимости от требования уменьшить или увеличить входную мощность), поступающие на счетную шину Химпульсы изменяют состояние задающего реверсивного счетчика 13, на заданное количество единиц, что приводит к изменению комбинации, поступающей на вход ЩП 14, на выходе которого изменяются пороговые напряжения, которые сравниваются со стробирующим сигналом, поступающим от ПЭ 11 с помошью АК 15, на выходе которого появляется управляющий потенциал, разрешающий изменение состояния реверсивного счетчика 131 (т.е. прибавление или вычитание) и через элемент ИЛИ 21 подающий управляющий сигнал на БСРБУ 17, который разрешает подачу одного импульса с выхода ГТИ 18 на счетный вход реверсивного счетчика 13, после чего работает схема быстрой перестройки, которая обеспечивает включение требуемого количества УЭ 2, что приводит к увеличению или уменьшению стробирующего напряжения П на выходе ПЭ 11, поступающего на входе АК 15.Пян с Пс Цве(8)На выходах АК 15 появляется сигнал. "О", если неравенство (8) не выполняется, то на выходе БСРБУ 17 появляется следующий счетный импульс, разрешенный подачей сигнала "1" с выхода элемента ИЛИ 21. Величины Пд и Уя выбираются таким образом, чтобы П , соответствующее выходной мощности резервированного усилителя в нагрузке 5, при включении заданного числа УЭ 2 удовлетворяло неравенству (8). Если учесть, что Ппропорционально включению К , УЭ 2 и равно КО где Пс; - стробирующее напряжение, пропорциональное включению.одного УЭ 2. Сопротивления делителей 26 и 27 напряжения выбирают1. Резервированный усилитель, со- Б держащий Ы усилительных элементов,сигнальные входы которых объединеныи являются входом устройства, 0 коммутирующих элементов, причем одиниз выводов каждого коммутирующего : 7 43 ся такими, чтобы при включении Кмакс УЭ 2 выполнились соотношенияЕ Пщз-Пц й 11;(9)При выходе из строя х-го узла УЭ 2 включается быстрое кольцо. С выхода -го блока 10, поступает сигнал "О" на -ю ячейку памяти ПЛРС 19 (фиг.4), которая исключается из числа разрешенных аналогично режиму включения блока управления, рассмотренному выше, на ее выходе появляется сигнал "О", который отключает 1-й КЭ 8, на выходе ПК 20 изменяется кодовая комбинация, что приводит к появлению сигнала "1" на выходе ЦК 16, в дальнейшем работа БУ 6 осуществляется по схеме .быстрой перестройки. После восстановления х-го узла УЭ 2 с блока 10 поступает сигнал "1", который разрешает дальнейшее использование -й ячейки памяти ПЛРС 19. При изменении на выходе суммато" ра 4 мощности, которая приводит к нарушению неравенства (8) (в случае отсутствия отказов включенных К УЭ 2), включается медленное кольцо перестройки, которое обеспечивает. работу БУ 6 до момента выполнения неравенства (8). Для исключения влияния медленного кольца перестройки на пра" вилъность работы БУ 6 в режиме быстрой перестройки применяется БСРБУ 17 (фиг.3). В режиме быстрой перестрой" ки запись сигнала рассогласования возникает при выходе как ЦК 16, так и на выходе АК 15, что может привести к изменению состояния реверсивного счетчика 13, а следовательно, к изменению количества включенных УЭ 2, что приводит к длительному процессу установления мощности требуемой на выходе резервированного усилителя, Для этого, учитывая,что ,время переходных процессов в ЦК 16 меньше, чем в ЦАП 14 и АК 15, с выхода элемента ИЛИ 22 (при включении быстрого кольца перестройки) подается на вход элемента И 28 сигнал "1", который разрешает считывание первого тактового импульса ГТИ 18 с выхода элемента И 23 через элементы И 28 и ИЛИ 30 на вход одновибратора 31, который запрещает через элемент И-НЕ 32 считывание счетного импульса ГГИ 18 через БСРБУ 17 (элемент И 29) на вход реверсивного счетчика 13, на время переходных процессов в реэервированном усилителе, т.е. на этовремя запрещается работа медленногокольца перестройки, аналогично БСРБУ17 работает в случае отказов УЭ 2.Если отказов УЭ 2 не произошло, амощность на выходе сумматора 4 несоответствует требуемой, то включаетсн медленное кольцо перестройки1 О следующим образом: с выхода элементаИ 21 гоступает сигнал "1" на входэлемента И 29, на выходе которого(так как до прихода импульса нз выходе одновибратора сигнал "0", а следовательно, на выходе элемента И-ИЕ32 сигнал "1") появляется импульс отГТИ 18, изменяющий состояние реверсивного счетчика 13 и запускающийчерез элемент ИЛИ 30 одновибратор 31,20 который запрещает подачу очередныхимпульсов от ГТИ 18 на реверсивныйсчетчик 13, в течение времени, соот". ветствующего времени переходных процессов в резервированном усилителе;25 в реверсивном счетчике 131, в кольцебыстрой перестройки, в сумматоре 4,в АК 15.Таким образом, длительность форми"руемого одновибратором 31 импульсаопределяется из следующего соотношения:ц 1 Рсй бп+ем+ РАк (5 (10)где ь. , - время переходных процесссов в реверсивном счетчи"ке 13;сб - время работы кольца быстрой перестройки;лс- время переходных процес"сов в сумматоре 4,лвремя переходных процес"сов в АК:15.Период следования импульсов отГТИ 18 определяется быстродействиемцифрового узла,Время восстановления рабочего46 состояния резервированного усилителяв случае любого количества отказовУЭ 2, если их число не превышает И,которое находится из соотношения (6),определяется быстродействием кольцаБО быстрой перестройки. формула изобретениялитель напряжения, двойной аналоговый компаратор, элемент ИЛИ, блок синхронизации работы блока управления, цифровой компаратор, элемент ИЛИ, элемент И, перестраиваемый линейный регистр сдвига, преобразователь кода, элемент И-НЕ, Я РЧ-счвтных триггера, причем ш входов реверсивных счетчиков являются установочными входами блока управления, при этом 2 (И, ш выходов первого счетчика соединены с вторыми ш входами цифрового компаратора, выходы которого соединены с элементом ИЛИ, выход которого является управляющим входом схемы синхронизации работы блока управления, элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен с входами управления перестраиваемого линейного регистра сдвига и блока синхронизации работы блока управления, входы пере" страиваемого линейного регистра сдвига соединены с Н входами блока управления, которые соединены с соответствующими выходами блоков контроля состояния усилительных элементов, К выходов перестраиваемого линейного регистра сдвига соединены с соответствующими Э-входами ЭЧ-счетных триггеров, причем 1-й выход соединен с 1-м триггером, выход которого является 1"м управляющим входом блока управления, С-входы И ЭЧ-счетных триггеров соединены с выходом генератора тактовых импульсов, а Ч-входы " с выходом элемента И-НЕ, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами цифрового компаратора, первые ш входов которого соединены с ш выходами преобразователя кодов, входы которого соединены с Мвыходами перестраиваемого линейного регистра сдвига, ш выходов второго реверсивного счетчика соединены с ш входами цифроаналогового преобразователя, выход которого через делитель напряжения подключен к противоположным входам двойного аналогового компаратора, вторые входы двойного аналогового компаратора соединены с входом блока управления, который подключен к выходу порогового элемента, подключенного к выходу управляемого сумматора. мощности, выходы двойного аналогового1 компаратора соединены с управляющими входами:суммирования и вычитания 9 143456элемента соединен с выводом питания.соответствующего усилительного элемента а второй - с выходом источникапитания, управляемый сумматор мощности, выход которого соединен с нагрузкой, а входы - с выходами Н усилительных элементов соответственно,блок управления, один иэ входов которого через пороговый элемент подключен к выходу управляемого сумматорамощности, другие входы блока управления являются входами управления устройства, первые И выходов блока управления соединены с соответствующими 6входами управления управляемого сумматора мощности, другие Н выходовсоединены с входами управления комму.тирующих элементов соответственно,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью сокращения времени восстановления работоспособного состояниярезервированного усилителя с исключением неисправных усилительных элементов из пространства разрешенныхих комбинаций при обеспечении наего выходе требуемой мощности, в цепи питания усилительных элементоввведены И датчикоэ контроля тока,а также введены И блоков контролясостояния усилительных элементов,И коммутирующих элементов выходовусилительных элементов, при этом первый, второй и третий входй -го бло"ка контроля состояния усилительных. 35элементов соединены с выходом -годатчика контроля тока, с выходом -гоусилительного элемента и вторым кон"тактом -го коммутирующего элементасоответственно, выход д-го блокаконтроля состояния усилительных элементов соединен с входом блока управ"ления устройства и с входом управления .соответствующего коммутирующегоэлемента выхода усилительного элемен 45та, вход коммутирующего элемента выхода усилительного элемента соединенс выходом соответствующего усилительного элемента, один из выходов комму"тирующего элемента выхода усилительного элемента соединен с эквивалентом" 50агрузки, а другой выход - с. соответствующим входом управляемого суммато-,ра мощности.2, Усилитель по п.1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что блок управления содержит два реверсивных счетчика, генератор тактовых импульсов,цифроаналоговый преобразователь, де12 ния, вход которого соединен с выходомгенератора тактовых импульсов, а выход - со счетным входом первого реверсивного счетчика. 11 434568 первого реверсивного счетчика и входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом управления блока синхронизации, работы блока управле1434568 С ос тави тель В. Рогаткинактор А.Огар Техред М.Дидык Корректор А.Обру еСР пис аз д. 4/5 оиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 832 В 11 ИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Раушкомитета Си открытийкая наб.