Мажоритарное устройство для выделения проекций векторной величины Советский патент 1984 года по МПК H03K19/23 

11 Изобретение относится- к вычисли. тельной технике.и автоматике и может быть использовано.в системах для автоматической обработки данных резервированных измерительных каналов. По основному авт.св. № 782162 известно мажоритарное устройство для вьщеления проекций векторной величины, состоящее из Л идентичньт резервируемых каналОБj где п 4,5,6,..., и трех нагрузочных резисторов, подкл ченных к шинам выходных каналов, каждый из резервируемых каналов соде жит операционньй усилитель, резистив ные трехполюсники, диодный мост, компаратор и реле, резистивные трехполюсники. крайними полюсами включены мелэду входом и выходом операционного усилителя, средний вывод одного трех полюсника через первую диагональ диодного моста подключен к выходу измерительного канала, к второй диаг нали диодного моста подсоединены чер балансные резисторы источникопорного напряжения постоянного тока, первая диагональ моста через компаратор соединена с обмоткой реле, размыкающие контакты которого включены между средними полюсами соответствующих резистивных трехполюсников и соответ ствующими нагрузочными резисторами 11 Недостатком известного устройства является узкий динамический диапазон мажоритарного выделения проекций векторной величины, что снижает максимально допустимое число резервируемых канало.в устройства и обусловлено ограниченной управляемостью резервируемых каналов из-за взаимосвязи входных и выходных каналов через общую матрицу проводимостей узлов выходных шин устройства относительно общей шины. Цель изобретения - расширение динамического диапазона мажоритарного вьщеления проекций векторной величины. Поставленная цель достигается тем, что.в мажоритарное устройство для вьщеления проекций векторной величины в каждый выходной канал введе ны кo meнcaциoнный резистивный ,трехполюсник и регулятор напряжения, оди из крайних полнюов компенсационного резистивного трехполюсника соединен с средними полюсами резистивных трех полюсников всех каналов и первой вхо ной клеммой регулятора напряжения. 5 а другой - с выводом нагрузочного резистора и второй входной клеммой регулятора напряжения, средний полюс компенсационного резистивного трехполюсника подключен к первой выходной клемме регулятора напряжения, вторая выходная клемма которого соединена с общей шиной, причем регулятор напряжения снабжен двумя шинами источника компенсационного напряжения и тремя шинами источника постоянного на17ряжения. Кроме того, регулятор напряжения содержит чувствительный элемент, выполненный на двух транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых через светодиоды соединены с соответствующими шинами источника постоянного напряжения, эмиттеры - с второй входной клеммой регулятора напряжения, а базы через соответствуйщие резисторы - с первой входной клеммой регулятора напряжения, и регулирующий элемент, выполненный на двух транзисторах одного типа проводимости, базы которых через фотодиоды подключены к первой шине источника компенсационного напряжения, эмиттеры - к второй шине источника компенсационного напряжения, коллекторы соответственно соединены с первой и второй выходными клеммами регулято111а напряжения через соответствующие резисторы - с первой шиной источника компенсационного напряжения. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 схема регулятора напряжения. Устройство состоит (фиг.1) из п резервируемых измерительных каналов где П 4,5,6,...,и трех выходных каналов, каждьй из резервируемых каналов содержит операционньй усилитель 1, резистивные трехполюсники 2 и 3, состоящие из двух резисторов, диодный мост 4, балансные резисторы 5, измерительньй канал (прибор) 6, формирующий входные сигналы, компаратор 7, реле 8, размыкающие контакты 9 которого связаны с шинами 10 выходных каналов, каждый выходной канал содержит компенсационный резистивньй трехполюсник, состоящий из двух резисторов 11 и 12, нагрузочньй резистор 13, регулятор 14 напряжения. В калздом резервируемом канале резистивные трехполюсники вторым и третьим кранними полюсами включены между вхо дом и выходом оператдаонного усилителя 1 , к среднему выводу одного трехполюсника 2 (3) через первую диагональ моста 4 подключен выход измериI тельного канала 6, вторая диагональ моста 4 через балансные резисторы 5 Подключена к источнику опорного напряжения ЕО, выход реле 8 через компаратор 7 срязан с диодным мостом 4, средние полюса соответствующих трехполюсников 2 и 3 всех резервируемых каналов подключены через размыкающие контакты 9 реле 8 к соответствующим шинам 10 выходных каналов устройств. В каждом выходном канале один из крайних полюсов компенсационного трехполюсника, состоящего из резисторов 11 и 12, соединен с выходной шиной 10 и первой входной клеммой регулятора 14 напряжения, а другой - с выводом нагрузочного резистора 13 и второй входной клеммой регулятора 14 напряжения, средний полюс компенсационного трехполюс ника подключен к первой выходной клемме регулятора 14 напряжения, вто рая выходная клемма которого соединена с общей шиной, причем регулятор 14 напряжения соединен с первыми двумя шинами источника компенсацион ного напряжения (Ец} и вторыми тремя шинами источника постоянного напряже ния (BO) , регулятор напряжения имеет входные 15 и 16 и выходные 17 и 18 клеммы. Регулятор 14 напряжения (на фиг.2) состоит из чувствительного и регулирующего элементов. Первый выполнен на транзисторах 19 и 20 разного типа проводимости, включенных по схеме с общим эмиттером, в коллекторные це пи которых включены светодиоды 21 и 22. Регулирующий элемент выполнен на транзисторах 23 и 24, например, п-р-п типа проводимости, включенных по схеме с общим эмиттером, в базовые цепи которьк включены фотодиоды 25 и 26, связанные по световому пото ку с соответствующими светодиодами 21 и 22. Чувствительный и регулирующий элементы регулятора 14 напряжени питаются от соответствующих источников (Е х и Ert) . На выходе j-ro измерительного ка- jj нала по j-му направлению присутствует сигнал Vru, i 1,n, на i-ом выходе fei устройства - сигнал V, пропорцио135 нальный проекции вектора физической величины на i-ю ось основного базиса, i 1,3, на входе и выходе операционного усилителя 1 - сигналы V- и V2 соответственно напряжений питания Е„, Е, и Е, -о 1.) 1-2 Устройство работает следующим образом. При исправности всех резервируемых каналов соответствие между составляющими п-мерного вектора Vp на вькодах информационных (измерительных) каналов 6 и компонентами трехмерного вектора V((,| на выходных шинах 10 устройства устанавливается уравнением вида где А jnj |, (J . 1,п, i 1 ,3) п X 3 - матрица, элементы которой nji определяются соотношением проводимостей резистивных трехполюсников 2 и 3. При этом на нагрузочных резисторах 13 формируются сигналы Vj,ir, так как регуляторы 14 вырабатывают напряжется, которые уравновешивают паден -ш напряжений на компенсационных резисторах 11 и 12, благодаря чему выполняется равенство U(t) О,(2) где U(t)-- напряжение между крайними полюсами компенсационного трехполюсника. При работе регулятора напряжения 14 в цепи i-ro выходного канала напряжение U(t) меязду крайними полюсами коьшенсационного трехполюсника приложено к эмиттерно-базовым цепям транзисторов 19 и 20. Если напряжение U(t) равно нулю, светодиоды 21 и 22 излучают равные исходные световые потоки, поступающие на соответствуюш:ие фотодиоды 25 и 26, коToptJM соответствуют начальные коллекторные токи транзисторов 23 и 24, В результате этого напряжение на нагрузочном резисторе 13 в точности равно по знаку и величине напряжению U(,jj(t). Как только напряжение U(t) становится отлшшым от нуля, изменяются уровни излучения, генерируемые светодиодами 21 и 22. Коллекторный ток одного из транзисторов увеличивается, а другого уменьшается, и падение напряжения. на резисторе 12 кo ffleнcиpyeт паде1ше напряжения на резисторе 11. Вновь

11

s

достигается равновесие, при котором U(t)j О, а напряжение на нагрузочном резисторе 13 равно ). Другие выходные каналы устройства работают аналогично. Регулятор напряжения 14 не содержит реактивных элементов, что позволяет выполнить его в интегральном исполнении средствами микроэлектроники.

При отказе узлов или элементов одного из резервируемых каналов, когда его сигнал V не соответствует номинальному значению, возрастает потенциал выходной диагонали диодного моста 4. Под действием указанного потенциала компаратор 7 вьфабатывает команду на включение реле 8, которое срабатывает и своими размыкающими контактами 9 отключает неисправный канал от выходных шин 10 устройства. Работа устройства при отказах других резервируемых каналов происходит аналогично. При этом взаимосвязь напряжений на входе и выходе резервируемых каналов, оставшихся работоспособными, определяется матричным уравнением вида

(с GO)V,,, , лЧ (з)

где G Eg, g (g, gj, g ) - матрица проводимостей узлов a,о ,с выходных шин 10 при отсутствии компенсационных трехполюсников, Е - единичная матрица, G Ego, g, (gj, gjj Soi - матрица собственных проводимостей цепей из резисторов 1113, V-f - вектор рассогласования (напряжения на входе усилителей 1), V - вектор управляющих величин (напряжения на выходе усилителей 1), Т - символ транспортирования. Так как регулятор 14 обеспечивает равенство нулю вектора напряжений V (Ux, и, и) при любых значениях вектора выходных сигналов V-, собственная проводимость цепи из резисторов 11-13, например, для j-ro выходного канала равна

lob

(4) 0 VQb

где igj, VQ{, - ток и напряжение в цепи из резисторов 11-13. На основании уравнения (1) и учитывая знак ве

15235

личины gg в соотношении (4), а также то, что при большом коэффициенте усиления усилителя 1 , уравнение (3) запишем как:

G

(5)

К W 1

где А А .- А К Д. 1

коэффициент, характеризующий изменение общей проводимости G + G по сравнению с проводимостью G.

Из уравнения (5) следует, что благодаря компенсации падений напряжеНИИ на резисторах трехполюсников, динамический диапазон суммируемых входных сигналов в каналах предложенного устройства в К раз больше, чем в известном. Согласно уравнениям (1)

и (3) во столько же раз шире динамический диапазон мажоритарного выделения сигналов и диапазон управляемости резервируемых каналов.

Если в известном устройстве вместо операционных усилителей с предельными динамическим диапазоном выходных сигналов Д VQlnpEj применить усилитель с динамическим диапазоном KlVjI ptg практически реализуемое значение коэффициента К составит не менее 5-7. Достигнутое увеличение динамического диапазона входных V и вькодных Vgbin сигналов особенно важно при использовании изобретения в системах автопилотирования самолетов гражданской авиации, когда первичные сигналы поступают с резервируемых датчиков и требуется мажоритарная обработка информации в реальном масштабе времени при широкой зоне двусторонних ограничений на величины уровней сигналов. При этом становится возможным увеличить общее число резервируемых каналов по сравнению с известным устройством.

Таким образом, использование новых элементов - балансных трехполюсников, регуляторов напряжения и их связей обеспечивает расширение динамического диапазона мажоритарного вьщеления сигналов пропорциональных проекциям вектора физической величины по заданным направлениям.

5:: о t.

-f.f

-E.

I

1. МАЖОРИТАРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЬЩЕЛЕНИЯ ПРОЕКЦИЙ ВЕКТОРНОЙ ВЕЛИЧИНЫ по авт.св. № 782162, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона мажоритарного выделения проекций векторной величины, в каждый выходной канал введены компенсационный резистивный трехполюсник и регулятор напряжения, один из крайних полюсов компенсационного резистивного трехполюсника соединен с средними полюсами резистивных трехполюсников всех каналов и первой входной клеммой регулятора напряжения, а другой - с вьпзодом нагрузочного резистора и второй входной клеммой регулятора напряжения, средний полюс компенсационного резистивного трехполюсника подключен к первой выходной клемме регулятора напряжения, вторая выходная клемма которого соединена с общей шиной, причем регу- лятор напряжения снабжен двумя шинами источника компенсационного напряжения и тремя шинами источника постоянного напряжения. 2. Устройство-по .п.1, отличающееся тем, что регулятор напряжения содержит чувствительный элемент, вьшопненный на двух транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых через светодиоды соединены с соответствующими шинами источника постоянного напряжеI ния, эмиттеры - с второй входной клеммой регулятора напряжения, а (Л базы через соответствующие резисторы - с первой входной клеммой ре-, с гулятора напряжения, и регулирующий элемент, вьтолненный на двух транзисторах одного типа проводимости, базы которых через фотодиоды подключены к первой шине источника компенсационного напряжения, эмиттеры к второй шине источника ко пенсациел онного напряжения, коллекторы соотN9 ветственно соединены с первой и вто00 СП рой выходными клеммами регулятора напряжения, а через соответствукицие резисторы - с первой шиной источника компенсационного папряжения.