УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ N-РАЗРЯДНОГО ЦИФРОВОГО ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА С МАЖОРИТИРОВАНИЕМ УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к системам управления, в частности к моделированию электрогидравлических "N"-разрядных механизмов с мажоритированием управляющих сигналов, и предназначено для использования при полунатурном моделировании в цифровых системах с реальным контуром управления.

Предлагается устройство для моделирования "N" -разрядного (7-разрядного) цифрового электрогидравлического привода (ЦЭГП) [1, с. 183-188] перемещение выходного штока которого можно представить как

где δ₁ ход младшего разряда, a₁ состояние разряда (0 или 1), n количество разрядов.

Моделирование электрогидравлического привода в виде системы, состоящей из электромеханического преобразователя, усилителя мощности с широтно-импульсной модуляцией и формирующего элемента второго рода [2, с. 335-340] приводит к отличию в характеристиках привода и модели.

Известно устройство для моделирования привода [3] предназначенное для моделирования систем АРУ, содержащих в качестве исполнительного органа привод программного управления.

Данное устройство наиболее близко по технической сущности и принято за прототип.

Недостатком известного решения являются погрешности при полунатурном моделировании систем управления с использованием реальной аппаратуры управления, обусловленные несоответствием входной характеристики имитатора динамической характеристике входных цепей реального привода, гальванической связью входных и выходных цепей имитатора, а также невозможностью в известном решении имитировать привод с мажоритированием управляющих сигналов.

Техническим результатом изобретения является повышение точности моделирования цифровых электрогидравлических приводов, при этом повышается достоверность испытаний аппаратуры системы управления ЦЭГП, так как для оконечных каскадов (усилителей) практически воспроизводятся реальные условия, а замыкание контура обратной связи аппаратуры управления через модель привода позволяет имитировать различные режимы работы реальной системы управления с высокой точностью.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее модель обмоток электромагнитного механизма и модель гидравлического привода, состоящую из преобразователя код-аналог и интегратора, соединенного с блоком формирования управляющего сигнала, введены по числу обмоток электромагнитного механизма блоки преобразования биполярных импульсов в однополярный код, блоки контроля входного сигнала, блок коррекции кода, блок индикации, а в модель гидравлического привода введен блок сопряжения, при этом каждый блок преобразования биполярных импульсов в однополярный код включен последовательно с соответствующим выходом модели обмоток электромагнитного механизма, а первый выход каждого блока преобразования биполярных импульсов в однополярный код соединен с первым входом соответствующего блока контроля входного сигнала и соответствующим информационным входом блока коррекции кода, второй вход каждого блока контроля входного сигнала соединен с вторым выходом соответствующего блока преобразования биполярных импульсов в однополярный код, выходы блоков контроля входного сигнала соединены с входами управления блока коррекции кода, выход которого соединен с входом блока индикации и входом преобразователя код-аналог, выход которого соединен с входом блока сопряжения, выход которого соединен с входом интегратора.

Получение результата достигается за счет введения в предлагаемое устройство вышеперечисленных блоков, что позволяет с требуемой степенью соответствия провести моделирование работы ЦЭГП при отработке и приемо-сдаточных испытаниях аппаратуры системы управления, осуществив при этом в модели ЦЭГП гальваническую развязку входных и выходных сигналов, что отражает реальное состояние в реальном ЦЭГП.

Пример конкретной реализации представлен на чертеже, где 1 модель обмоток электромагнитного механизма; 2.1-2.21 блоки преобразования биполярных импульсов в однополярный код; 3.1-3.21 блоки контроля входного сигнала; 4 блок коррекции кода; 5 блок индикации; 6 преобразователь код аналог; 7 блок сопряжения; 8 интегратор; 9 блок фомирования управляющего сигнала.

Устройство состоит из:
модели обмоток электромагнитного механизма 1, имеющей количество входов и выходов, равное количеству обмоток электромагнитного механизма, при этом каждая обмотка имитируется отдельной цепью, состоящей из резистора и индуктивности;
блоков преобразования биполярных импульсов 2.1-2.21 в однополярный код по числу обмоток электромагнитного механизма, причем вход каждого блока преобразования биполярных импульсов соединен только с одним соответствующим выходом модели обмоток электромагнитного механизма;
блоков контроля входных сигналов 3.1-3.21, входы которых соединены с соответствующими выходами блоков преобразования биполярных импульсов в однополярный код;
блока коррекции кода 4, информационные входы А которого соединены с первыми выходами блоков преобразования биполярных импульсов в однополярный код, а входы управления Б с выходами блоков контроля входных сигналов;
преобразователя код-аналог 6, входы которого соединены с одной из групп выходов блока коррекции кода 4;
блока индикации 5, входы которого соединены с выходами блока коррекции кода 4;
блока сопряжения 7, вход которого соединен с выходом преобразователя код-аналог 8;
интегратора 8, вход которого соединен с выходом блока сопряжения 7;
блока формирования управляющего сигнала 9, вход которого соединен с выходом интегратора 8.

7-разрядный ЦЭГП преобразует параллельный 7-разрядный троированный командный код в аналоговое перемещение выходного штока привода. Командный сигнал по каждому разряду представляет собой напряжение плюс 27B (логическая "1") и минус 27B (логический "0"). ЦЭГП с учетом резервирования имеет 21 вход (21 канал управления). Входом электрогидравлического привода является 21 обмотка электромагнитного механизма (ЭММ). ЭММ привода содержит 7 электромагнитных золотниковых устройств (7 разрядов), каждое из которых содержит три обмотки (резервирование), изолированных друг от друга и от обмоток других разрядов, при этом все обмотки идентичны и имеют одинаковые электрические параметры. На вход каждой обмотки каждого канала подаются одинаковые по амплитуде релейные сигналы (±27B), а их "вес" ход штока гидропривода учитывается ходом соответствующего разрядного поршня в реальном приводе. Мажоритирование в реальном приводе осуществляется непосредственно в электромагнитном механизме, где 2 из 3 обмоток "перетягивают" отказавшую.

Подобный привод установлен на ракете-носителе (PH) "Энергия". В контуре управления PH "Энергия" насчитывается 40 ЦЭГП [1] что в принципе может привести к одновременной коммутации 840 обмоток ЭММ, каждая из которых коммутируется своим усилителем и влияние процессов коммутации обмоток ЭММ существенным образом отражается на аппаратуре управления ЦЭГП. Значительная индуктивность обмоток вызывает в моменты смены управляющих кодов такие всплески токов и напряжений в цепях управления, что пренебрегать ими невозможно. Например, при напряжении питания обмоток 27B выбросы от противоЭДС, обусловленные коммутацией индуктивностей, достигают 200 В.

Одновременная коммутация десятков и сотен ЭММ пагубно отражается на аппаратуре системы управления, вызывая ее отказы и сбои. Специальными защитными мерами в этих случаях являются различного рода заградительные фильтры, гальванически развязанные источники питания и каналы управления и пр. Эффективность этих мер можно подтвердить только в условиях, адекватных реальным. В конкретном случае предлагается модель обмотки электромагнитного механизма, выполненная в виде последовательно соединенных индуктивного элемента (дросселя-катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником) и резистора, при этом входной импеданс модели равен входному импедансу реальной обмотки. В этих условиях при полунатурном моделировании контура управления ЦЭГП, когда аппаратура управления представлена физически, все процессы коммутации (управление ЦЭГП) воспроизводятся адекватно рельным, при этом статические и динамические входные характеристики модели и электромагнитного механизма практически совпадают.

Модель обмоток электромагнитного механизма 1 предназначена для воспроизведения статических и динамических входных характеристик имитируемого привода и также имеет 21 вход, при этом каждая из 21 обмотки имитируется отдельной цепью, состоящей из резистора и индуктивности.

Блоки преобразования биполярных импульсов в однополярный код 2.1-2.21 предназначены для гальванической развязки цепей управления и модели (недопущения проникновения выбросов токов и напряжений при коммутации моделей обмоток 1 в цепи модели ЦЭГП и на выход модели ЦЭГП) и одновременного преобразователя 7-разрядного токового биполярного управляющего сигнала в потенциальный однополярный двоичный код для его последующей обработки на цифровых ИС, при этом каждый блок выполнен на двух мксх. 249ЛП1Б таким образом, что вход положительной полярности первой мксх, соединен с входом отрицательной полярности второй мксх. С выходов обеих мксх 249ЛП1Б потенциальные сигналы, соответствующие "0" и "1", поступают раздельно и одновременно на два инвертора.

Блоки контроля входных сигналов 3.1-3.21 предназначены для подтверждения факта неискаженного преобразования токового биполярного управляющего сигнала в потенциальный однополярный двоичный код по каждому разряду и каждый блок выполнен на мксх 564ЛЕ5 и 564ЛА10 (схема "два из двух").

Блок коррекция кода 4 предназначен для создания N-разрядного (7-разрядного) кода повышенной достоверности и выполнен и для сигналов с входа А и для сигналов с входа Б по схеме голосования "два из трех" для каждого разряда на мксх. 564ЛП13 с последующим голосованием "два из двух" одноименных разрядов.

Блок индикации 5 обеспечивает раздельное визуальное отображение "0" и "1" по каждому разряду и выполнен на светодиодах.

Преобразователь код-аналог (КА) 7 предназначен для преобразования кода, генерируемого блоком коррекции кода 4, в аналоговый сигнал и выполнен по типовой схеме цифроаналогового преобразователя [4, с. 55-62]
Задачей блока сопряжения 6, выполненного по типовой схеме на диодной оптопаре и операционном усилителе, является обеспечение гальванической развязки выхода устройств, исключающей взаимовлияние устройства и аппаратуры системы управления, работающей на прием информации с ЦЭГП.

Интегратор 10 и блок формирования управляющего сигнала 11 служат для выработки сигнала, определяющего динамику ЦЭГП, и могут быть выполнены по типовым схемам интегратора, апериодического или колебательного звена и усилителя мощности.

Устройство работает следующим образом.

Входные токи управления ЦЭГП в зависимости от полярности управляющего сигнала, протекая через модель обмоток ЭММ, состоящую для каждого канала из индуктивности 10, 11, 12, 13 и резистора 14, 15, 16, 17 создают на резисторах 14, 15, 16, 17 положительный либо отрицательный потенциал, определяющий в дальнейшем направление движения соответствующего разрядного поршня в реальном ЦЭГП. Ток управления положительной полярности в первом канале создает на резисторе 14 положительный потенциал, открывающий через ограничительный резистор 18 входной диод мксх 249ЛП1Б (элемент 19) в блоке преобразования биполярных импульсов в однополярный код 2.1, переводя его первый выход в низкое состояние (выход инвертора 21), второй выход (элемент 20 инвертор 22) при этом имеет высокое состояние. При отрицательной полярности управляющего сигнала состояние элементов 21 и 22 меняется на противоположное. Выходы инверторов соединены через элементы "ИЛИ" 23, 24 (мксх. 564ЛЕ5) с входами элемента "И" (мксх 564ЛА7) в устройстве контроля входного сигнала 371, при этом выход блока 3.1 при протекании тока через обмотку 10, независимо от его полярности, всегда имеет высокий потенциал. При отсутствии токов во входных цепях (отказ одного разряда) выходы блоков 2.1, 2.2, 2.3 имеют высокий потенциал, что контролируется устройствами 3.1, 3.2, 3.3 (элементами 23, 24, 25 в устройстве 3.1 выход элемента "И" приобретает низкий потенциал). Выходы устройств 3.1, 3.2, 3.3 соединены с входами мажоритарного элемента 27 (мксх. 564ЛП13) вход Б блока 4. При исправном разряде либо отказе любого из трех каналов в одном из разрядов (в первом или, например, в седьмом) на выходе элемента 27 (33) присутствует высокий потенциал. В этом случае состояние выходов элементов "И" 28 и 29 (34 и 35) (мксх. 564ЛА7) меняется в зависимости от полярности токового управляющего сигнала и, соответственно, состояния выхода мажоритарного элемента 26 (32) (мксх. 564ЛП13) вход А блока 4, входы которого соединены с первыми выходами блоков 2.1, 2.2, 2.3. Изменение состояния выходов элементов 28 и 29 (34 и 35) через резисторы 30 и 31 (36 и 37) вызывает загорание светодиодов "0" либо "1" в соответствующем разряде в блоке 5. При отказе первого (седьмого) троированного разряда либо отказе 2 и 3 каналов разряда выход элемента 27 (33) приобретает низкое состояние, что приводит к блокировке элементов 28 и 29 (34 и 35) и полному погасанию соответствующего разряда в блоке 5. Таким образом, при отсутствии управления по какому-либо разряду индикация по соответствующему разряду отсутствует, что контролируется оператором. Один из двух выходов соответствующего разряда (в зависимости от того, какой входной код прямой или инверсный использует КА) соединяется с входом КА. После КА сигнал поступает в блок сопряжения, выполненный на оптроне 38 и операционном усилителе 39, в котором резисторы 40 и 41 определяют коэффициент передачи сигнала.

Этот преобразованный сигнал, проходя через интегратор 8 и блок формирования управляющего сигнала 9, приобретает признаки ЦЭГП (запаздывание по времени, величина хода рабочего органа и т.д.).

Предлагаемое построение модели ЦЭГП позволит при незначительных дополнительных затратах проводить приемо-сдаточные испытания реальной аппаратуры управления приводами в условиях, близких к реальным, имитируя при этом процессы в цепях управления, проводить отработку замкнутых контуров управления по штатным программам.

Изобретение относится к системам управления, в частности к моделированию электрогидравлических механизмов, и предназначено для использования при полунатурном моделировании в цифровых системах с реальным контуром управления. Устройство состоит из модели обмоток электромагнитного механизма и модели гидравлического привода, состоящей из преобразователя код-аналог и интегратора, а также блока формирования управляющего сигнала, блоков преобразования биполярных импульсов в однополярный код по числу обмоток электромагнитного механизма, блоков контроля входного сигнала, блока коррекции кода, блока индикации и блока сопряжения. Предлагаемое построение устройства для моделирования цифрового электрогидравлического привода позволит при незначительных дополнительных затратах проводить приемо-сдаточные испытания реальной аппаратуры управления приводами в условиях, близких к реальным, имитируя при этом процессы в цепях управления, проводить отработку замкнутых контуров управления по штатным программам. Имея высокое соответствие по входу и выходу с реальным приводом, а также обладая значительным ресурсом, устройство в целом позволит снизить затраты и время на изготовление и отладку управляющих комплексов. 1 ил.

Устройство для моделирования N-разрядного цифрового электрогидравлического привода с мажоритированием управляющих сигналов, содержащее модель обмоток электромагнитного механизма и модель гидравлического привода, состоящую из преобразователя код аналог и интегратора, соединенного с блоком формирования управляющего сигнала, отличающееся тем, что в него введены по числу обмоток электромагнитного механизма блоки преобразования биполярных импульсов в однополярный код, блоки контроля входного сигнала, блок коррекции кода, блок индикации, а в модель гидравлического привода введен блок сопряжения, при этом каждый блок преобразования биполярных импульсов в однополярный код включен последовательно с соответствующим выходом модели обмоток электромагнитного механизма, а первый выход каждого блока преобразования биполярных импульсов в однополярный код соединен с первым входом соответствующего блока контроля входного сигнала и соответствующим информационным входом блока коррекции кода, второй вход каждого блока контроля входного сигнала соединен с вторым выходом соответствующего блока преобразования биполярных импульсов в однополярный код, выходы блоков контроля входного сигнала соединены с входами управления блока коррекции кода, выход которого соединен с входом блока индикации и входом преобразователя код - аналог, выход которого соединен с входом блока сопряжения, выход которого соединен с входом интегратора.