Устройство для функционального контроля систем управления Советский патент 1985 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может быть использовано для функционально го контроля линейных динамических систем, например систем управления летательных аппаратов в режиме их нормального функционирования. Известно устройство для функционального контроля систем управления содержащее динамическую модель сиетем управления,блоки упреждения,сум маторы, контур компенсации рассогла сования упрежденных значений сигналов модели и системы, содержащий ограничитель и интегратор Cl. В пороговом блоке производится сравнение величины рассогласования упрежденных значений сигналов системы управления и эталонной модели, которое обусловлено отклонением пара метров системы, с предельным допусти мым значением этой величины. Недостаток этого устройства заклю чается в снижении точности в условия действия помех, поскольку при этом точность определения значений производных сигналов существенно понижает ся. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для функционального контроля систем управления, содержащее генератор импульсов, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, эталонную модель, блок вычитания, ограничитель, интегратор, пороговый блок и блок индикации, выход генератора импульсов соединен с тактовыми входами первого и второго аналогоцифровых преобразователей, информацнонный вход первого аналого-цифрово го преобразователя является первым входом устройства и подключен к входу контролируемой системы управления выход которой соединен с информацион ным входом второго аналого-цифрового преобразователя, являющимся вторым входом устройства, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с входом модели, выход которой подключен к первому входу блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом второго аналогоцифрового преобразователя, выход блока вычитания соединен с входами ограничителя и порогового блока, выход которого подключен к входу бло ка индикации. Выход ограничителя соединен с входом интегратора, выход которого подключен к I третьему входу блока вычитания, замыкая тем самым контур компенсации t2. Недостатком этого Iустройства является невысокая точность устройства вследствие невозможности обнаружения медленных изменений параметров контролируемой систе |1Ы. Цель изобретения -г повьцпение точности устройства. I Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор импульсов, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, блок вычитания, блок инди1|:ации и первый пороговый блок, выхо4 которого подключен к входу индикации, информационные входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей являются первым и вторым информационными входами устройства соответственно, первый выход генератора импульсов соединен с тактовыми входами первого и второго аналого-цифровьк преобразователей, введены блок задержки, второй пороговый блок, ключ, блок деления, блок постояннойiпамяти, регистры первой и второй групп, умножитель, умножители первой и фторой групп, сумматор, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом умножителя и с информационным входом однфго из регистров первой группы, вфходы и информационные входы регистров первой группы соответственно соединены и подключены к первым входам умножителей первой группы, выход умйожителя и выходы умножителей перво группы соединены с входами nepBoj o слагаемого сумматора, второй генератора импульсов соединен с стробирующими входами регистров первой и второй групп и с входом Чтение блока постоянной памяти, выходы которого подключены соответственно к вторым входам умножителя и умножителей первой группы и к первым входам умножителей второй группы, выход которых соединен с входами второго слагаемого сумматора, выход которого подключен к первому входу блока вычитания, к входу делителя блока деления, к входу второго порогового блок и к информационному входу одного регистра второй группы, выходы и вхоАы регистров второй группы соответственно соединены и подключены к вторым входам умнолсителей второй группы, выход второго аналого-цифрового преобразователя через блок задержки соединен с вторым входом блока вычитания, выход которого подключен к выходу делимого блока деления, выход которого соединен с входом первого порогового блока, выход второго порогового блока соединен с управляющим входом ключа, коммутируемый вход которого является синхровходом устройства, а выход соединен с управляющим входом блока деления,объединенные входы Сброс регистров первой и второй групп явялются входом Сброс устройства.

На чертеже изображена схема устройства.

На схеме обозначены генератор 1 импульсов, первый 2 и второй 3 аналого-цифровые преобразователи, блок вычитания, блок 5 индикации, первый пороговый блок 6, блок 7 задержки, второй пороговый блок 8, ключ 9, блок 10 деления, блок 11 постоянной памяти, регистры первой 12 и второй 13 групп, умножитель 14, умножители первой 15 и второй 16 групп, сумматор 17 и контролируемая система 18 управления.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания на вход Сброс устройства: поступает одиночный импульс, приводящий в исходное состояние регистры первой 12 и второй 13 групп. С первого выхода генератора 1 импульсов на тактовые входы первого 2 и второго 3 аналого-цифровых преобразователей начинают поступать. тактовые импульсы. Текугцие значения входного x(t) и выходного y(t) сигналов контролируемой системы управления преобразуются соответственно первым 5 и вторым 6 аналогоцифровыми преобразователями в цифровую форму и представляют собой последовательность дискретных значений x(iT) и у (1Т), где i - номер такта Т - период квантования, определяемый частотой следования тактовых импульсов с генератора 1 импульсов. С второго выхода генератора 1 импульсов импульсы поступают на вход Чтение блока 11 постоянной памяти и на стро бирующие входы регистров первой 12 и второй 13 групп, синхронизируя их работу. Для воспроизведения эталонного сигнала, который должен быть на выходе контролируемой системы 18 управления, в дискретные моменты времени 1Т используется ее дискретный аналог, передаточная функция которого V(Z) определяется с помощью операции Z-преобразования

oi.z

V{Z),2)W(P) JiO-i

(1)

z

1

.(К) (Z-1)

A,(PJ (2) (Р,Г 7

оператор интерполяционного фильтра;

.-. /KU.ir WiPJ

передаточная функция эталонной контролируемой системы.

Коэффициенты d к р, в вьфажении (1) зависят от величины периода квантования Т, оператора интерполяционного фильтра и коэффициентов ,и /5- передаточной функции контролируемой системы.

Расчет коэффициентов oi- и рдля эталонной системы выполняется аналитически, их значения заносятся в блок 11 постоянной памяти.

В соответствии с (1) сигнал на выходе дискретного аналога контролируемой системы в момент времени пТ

определяется соотношением S . п

ДпТ) ci. x(n.S-i)T + .)T

-° М4) Решение (4) при наличии накопленной информации о значениях х(1Т) и у (JT) в предшествукмцие моменты времени позволяет определять эталонное значение сигнала на выходе контролируемой системы управления в данный момент времени.

По каждому тактовому импульсу, поступающему с первого выхода генератора 1 импульсов, цифровой код входного сигнала контролируемой системы с выхода первого аналого-цифрового преобразователя 2 поступает на первый вход умножителя 14 и информационный вход одного регистра первой группы 12; по стробирующему импульсу, поступающему с второго выхода .генератора 1 импульсов, со всех регистров первой 12 и второй 13 групп считывается храняща-яся информация в предшествукхцих значениях x(i Т) и у (j Т), записывается на последующие регистры и поступает на первые входы умножителей первой 15 и вторые входы умножителей второй 16 групп; по команде того же стробируняцего импульса с выходов блока 11 постоянной памяти поступают на вторые входы умножителя 14 и умножителей первой группы 15 и на первые входы умножителей второй группы 16 значения cL и соответственно. Результаты пере множения 0 (т-1)т с выходов умножителя 14 и умножителей первой группы 15 поступают на входы первого слагаемого еуммматора 17, а значения /i-y (m-j)Tj с выходов умножителей второй, группы 16 поступают на входы второго слагаемого сумматора 17, на выходе которого оказывается определенным эталонное значение выходного сигнала контролируемой системы 18 у () в данный момент времени, записываемое в один из регистров второй группы 13. Сразу после включения устройства регистры первой 12 и второй 13 групп обнуляются, поэтому в первый такт работы сигнал на выходе сумматора 17 определяется лишь произведением значения входного сигнала х(тТ) в данный момент на соответствующий коэффициент Ы,; в следующий такт работы УЗ(т Т) для вычисления у (,т т; используются текущие значения х(т Т) и записанные в одном из регистров первой группы 12 - значение х(т-1)Т, в одном из регистров второй группы 13 - значение у, (т-1) т. Результат на выхо де сумматора 17 определяется уже как сумма двух ненулевых значений, поступивших на входы первого слагаемого, и одного ненулевого значения, поступившего на один из входов второго слагаемого сумматора 17. По мере поступления стробируюпщх импульсов с генератора 1 импульсов все регистры первой 12 и второй -13 групп оказываются заполненными кодами дискретных значений x(iT) и ), определение значений у (тТ) осуществ ляется с использованием всех составляющих первого и второго слагаемого в соотношении (4). Так как на вход одного из.регистров первой группы 12 продолжают поступать коды дискретных значений x(iT), а на .вход одного из регистров второй 13 - значений ), регистры йервой 12 и второй 13 групп образуют IB устройстве две стековые памяти, информация в которых постоянно обновляется. В результате при работе устройства в каждый дискретный момент|времени 1Т на выходе сумматора 17 определяется эталонное значение выгодного сигнала контролируемой системы 18 yj(iT), которое в блоке 4 вычитания сравнивается со значением реального выходного сигнала контр6лируе1 ой системы 1 8 управления у (1Т) в TOf же момент времени, поступающим на второй вход блока 4 вычитания с выхода второго аналого-цифрового преобразрвателя 3 через блок 7 задержки. задержки осуществляет задержку сигнала y(i-T) на временной интервал 7, затрачиваемый на вычисление соответствующего значения у(1Т). С вывода блока 4 вычитания величина рассогласования 4y(i-T) поступает на ход делимого блока 10 деления, на фход делителя которого поступает значение у (iT) для вычисления в дискретные моменты времени относительной величины рассогласования . /(iTl-s а) ,..,(а) - ) Чтобы исключить некорректную операцию деления на избежать появления больших погрешностей в определении cAy(iT) по ($) , выходной сигнал сумматора 17 yJ(iT) сравнивается во Втором пороговом блоке 8 с заданным значением - , и лишь в случае выполнения условия y,iT) I (6) с его выхода на управ: гяющий вход ключа 9 поступает сипал, открывающий ключ 9, который замьткс ет цепь синхровхода блока 10 дел4ния, разрешая тем самым выполнение с|перации деления . Вычисленное в блоке 10 деления значение относительного рассогласования (iT) характеризует количественно величину отклонени параметров контролируемой системы 18 управления от эталонных значений Оно поступает на вход первого порогового блока 6, где сравнивается с допустимым значением Результат {функционального контроля в виде об исправности или неисправностей контротгаруемой системы 18 управления отражается на блоке 5 индикации.

В предлагаемом устройстве повьшение точности функционального контроля систем управления достигается в резуль.тате исключения аналоговой модели контролируемой системы и контура компенсации параметры которых подвержены дрейфу. Использование дискретного аналога для определения эталонных значений на выходе контролируемой системы управления при соответствующем выборе периода квантования по времени входного сигнала Т обеспечивает более высокую точность функционального контроля.

В отличие от известных устройств контроль состояния систем управления

осуществляется не по абсолютной величине рассогласования реального и эталонного выходных сигналов системы, а по относительной величине рассогласования JV(5) . Эта величина несет информацию о количественных изменениях параметров контролируемой системы управления независимо от амплитуды входного сигнала. Кроме того, использование относительной величины рассогласования сигналов ofy(iT) позволяет производить функциональный контроль систем управления и интегрирующими свойствами без применения контура компенсации, поскольку относительная величина оказьюается ограниченной.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФУНКВДОНАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ., содержащее генератор импульсов, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, блок вычитания, блок индикации и первый пороговый блок, выход которого подключен к входу блока индикации, информационные входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей являются первым и вторым информационными входами устройства соответственно, первый выход генератора импульсов соединен с тактовыми входами первого и второ- го аналого-цифровых преобразователей, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности устройства, в него введены блок задержки, второй пороговый блок, ключ, блок деления, блок постоянной памяти, . регистры первой и второй групп, умножитель, умножители первой и второй групп, сумматор, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом умножителя и с информационным входом одного из регистров первой группы, выходы и информационные входы регистров первой группы соответственно соединены и подключены к первым входам умножителей первой группы, выход умножителя и выходы умножителей первой группы соединены с входами первого слагаемого сумматора, второй выход генератора импульсов соединен со стробирующими входами регистров первой и второй групп и с входом Чтение блока постоянной памяти, выходы которого подключены соответственно к вторым входам умножителя и умножителей первой группы и к первым входам умнояэ телей второй группы, выходы которых соединены с входами второго слагаемого сумматора, выход которого подклюkn чен к первому входу блока вычитания, к входу делителя блока деления, к входу второго порогового блока и к информационному входу одного регистра второй группы, выходы и входы регистров второй группы соответственно соединены и подключены к вторым входам умножителей второй группы, выход второго аналого-цифрового преобразователя через блок задержки соединен с вторым входом блока вычитания, выход которого подключен к входу делимого блока деления, выход которого соединен с входом первого порогового блока, выход второго порогового блока соединен с управляющим входом ключа, коммутируемый вход которого является синхровходом уст- ройства, а выход соединен с управляющим входом блока деления, объединённые входы Сброс регистров первой и второй групп являются входом Сброс устройства.