Устройство допускового контроля параметров импульсной энергетической установки Советский патент 1988 года по МПК G01R19/155 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения и контроля параметров импульсных энергетических установок и систем.

Целью изобретения является обеспечение непрерывного контроля параметра как на стадии его выхода на заданное стационарное значение, на стационарной стадии, так и на стадии его спада к начальному значению.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - кривые, иллюстрирующие его принцип действия.

Устройство содержит регулируемый задатчик 1 напряжений, выход которого через ключ 2 соединен с входами, формирователей 3 предельных напряжений (ФПН) и с входом устройства 4 управления импульсной энергетической установкой (ИЭУ). ИЭУ, для которой разработано предлагаемое устройство, кроме устройства 4 управления содержит также генератор 5 постоянного тока (электромашинный агрегат), включенный на нагрузку 6 (мощный соленоид) через датчик 7 контролируемого параметра (датчик тока через соленоид) и выключатель 8.

Устройство допускового контроля может работать с самыми различными энергетическими установками. Блоки 4-8 образуют замкнутую систему автоматического регулирования, служащую для получения в нагрузке 6 импульса тока, имеющего площадку (плато) определенной длительности. Замыкание системы регулирования осуществляется подачей сигнала с выхода датчика тока 7 на устройство 4 управления При зтом процесс формирования импульса тока в нагрузке 6 начинается с подачи на устройство 4 управления скачка напряжения через ключ 2 с выхода задатчика 1 напряжения.

ФПН 3 выполнены по единой принципиальной схеме (на фиг. 1 для определенности изображены два ФПН), где один из резисторов 9 включен между входом и вь1ходом ФПН 3, а резистор 10 и конденсатор 11 включены между. его выходом и щиной нулевого потен-. циалаъ Выходы блоков 3 через резисторы 12 соединега. с входами первого апериодического звена 13 (A3), с выхода которого на его вход включен

цепь из параллельно соединенных резистора 14 и конденсатора 15. Выход A3 13 через диод 16 соединен с входом делителя 17 напряжения, формирующего верхнее и нижнее предельно до- пустимь1е аппроксимирующие напряжения,

Формирователи 18 экспоненциальных напряжений (ФЭН) выполнены по

единой принципиальной схеме и состоят из конденсатора 19, включенного между выходом ФЭН 18 и шиной нулевого потенциала, и двух цепей, включенных между входом и выходом ФЭН, из

последовательно соединенных резисто ра 20 и диода, резистора 21 и диода, при этом указанные диоды соединены с ФЭН раз но полярными выводами. Входы ФЭН 18 соединены ключом 22 с

источником опорного напряжения Е с, а ключом 23 - с шиной нулевого потенциала. Выходы ФЭН соединены через резисторы 24 с входами второго A3 25, с выхода которого на его вход включена цепь из параллельно соединенных резистора .26 и конденсатора 27. Выход A3 25 через резистор 28 соединен с входом делителя 17 напряжения. Апериодические звенья выполнены на

операционных усилителях (например, типа 553УД2А). Выход датчика 7 тока соединен с первыми входами сумматоров 29 и 30. Вход делителя 17 соединен с вторым входом сумматора 29, а

выход делителя - с вторым входом

сумматора 30. Сумматоры выполнены на операционных усилителях. Выходы сумматоров соединень с входами логичес-г кого блока, состоящего из двух поро-

говых устройств 31 и 32, выходь которых соединены с входами элемента ШШ 33. Выход элемента ИЛИ является выходом логического блока и выходом устройства. Он связан с входом цепи

отключения выключателя 8. Пороговые устройства могут быть выполнень по известным схемам на базе компараторов , например , серии 521 или операционных усилителей, а элемент ИЛИ на логических элементах серий 155.

Ключи 2, 22 и 23 управляются выходными сигналами синхронизирующего устройства - таймера 34. В качестве таймера можно использовать, например, известные устройства типа Ф 4842 или НС-915, позволяющие управлять больпмм количеством цепей по заданной временной программе.

Устройство работает следующим образом.

.В заданный момент времени t таймером 34 через ключ 2 подается сиг- нал с регулируемого задатчика 1 напряжения на устройство 4 управления генератором 5 постоянного тока и на ФПН 3. С этого момента времени начинается стадия выхода тока нагрузки. 6, протекакяцего через датчик 7 тока и выключатель 8, на стационарное значение. Одновременно с ключом 2 замыкается и ключ 22 (ключ 23 разомкнут), начина,ется процесс формирова- НИН верхнего аппроксимирующего напряжения на входе делителя 17 (кривая 1 на фиг. 2) и нижнего аппроксимирующего напряжения на выходе делителя 17 (кривая 2). В интервале времени

от t, до

Напряжение на входе

делителя 17 определяется выходным напряжением второго A3 25, так как диод. 16 заперт выходным напряжением первого A3 13. С момента t, током от источника опорного напряжения Ед через замкнутый ключ 22, диод и резистрр 20 начинают заряжаться конденсаторы 19 в ФЭН 18. Напряжение с конденсаторов I9 поступает на входные резисторы 24 второго A3 25. При этом .параметры элементов в ФЭН (и количество блоков 18), резисторов 24 и 26 и конденсатора 27 выбирают из условия максимальной точности аппроксимации (до момента t) выходного сиг.нала датчика 7 тока. При ис- шользовании одного (для примера) ФЭН 18 выходное напряжение второго A3 25 определяется выражением, со- держащим два экспоненциальных члена (как известно, число этих членов определяется количеством реактивщлх элементов - конденсаторов - в схеме) При применении двух ФЭН выражение содержит три экспоненциальных члена и т.д..

Аналогично описывается и выходное напряжение A3 13. Конденсаторы 11 в ФПН 3 заряжаются током с выхода регу лируемого задатчика 1 через ключ 2 и резисторы 9. При этом параметры элементов 9-15, определякицие выходное напряжение первого A3 13 до момента tj, выбирают из условия выхода его к этому моменту на стационарное значение (кривая 3 на фиг. 2). Оно пропорционально выходному напряжению регулируемого задатчика 1 и является аппроксимирующим напряжением в интервале от t до t. Действительно, в момент t напряжение на вход делителя 17, определяемое выходным напряжением A3 25, становится равны выходному напряжению A3 13. При этом диод 16 отпирается, поддерживая тем самым напряжение на входе делителя равгаш выходному напряжению A3 I3. Резистор 28 служит для ограничения выходного тока A3 25, выходное напряжение которого продолжает нарастать до моменту времени t (кривая 4).

В заданный момент t таймером 34 размыкаются ключи 2 и 22, ключ 23 замыкается и начинается стадия спада тока в нагрузке 6 к своему начальному значению, так как снимается напряжение с входа устройства 4 управления. Размыкание ключа 2 приводит к снятию напряжения и на входах ФПН 3, в результате чего на входе делителя 17 формируется верхнее аппроксимирующее напряжение (кривая 1), Параметры элементов 10-15 выбирают из условия максимальной точности аппроксимации спадающего сигнала с выхода датчика 7 тока. Замыкание ключа 23 приводит к разряду конденсаторов 19 через резисторы 21 и последовательно соединенные с ними диоды на шину нулевого потенциала. При этом выходное напряжеш1е A3 25 спадает к начальному значению. Параметры элементов 19, 21 ,24-27 выбирают так, чтобы спадающее напряжение на выходе A3 25 превышало выходное напряжение АЗ 13. Таким Образом, на входе де- лителя 17 напряжения и на его выходе формируются верхнее и нижнее аппроксимирующие напряжения в течение всего времени (всех стадий) работы ИЭУ. Рассмотрим работу устройства при превышении током в нагрузке 6 допустимого значения. Сравнение положительного верхнего аппроксимирующего напряжения с входа делителя 17 и отрицательного напряжения с выхода датчика 7 тока (кривая 5 на фиг. 2; напряжение с датчика 7 тока для удобства изображено положительным) осуществляют с помощью первого инвертирующего сумматора 29. При превышении (по модулю) сигнала с датчика 7 на- пряжения с вхйда делителя 17 на выходе сумматора 29 появляется положительное напряжение. Как только оно

превысит порог срабатывания порогового устройства 31, входящего в состав логического блока, последнее срабатывает и, через элемент 33 ИЛИ выход которого является выходом уст ройства, воздействует на выключатель 8, отключающий цепь нагрузки 6.

Работа устройства при снижении тока в нагрузке ниже допустимого значения происходит аналогичным образом и осуществляется с помощью инвертирующего сумматора 30 и порогового ycT-V: ройства 32. При этом на входы сумматора 30 подают положительное нижнее аппроксимирующее напряжение с выхода делителя 17 и отрицательное напряжение с выхода датчика 7. Следует отметить, что пороговое устройство 32 (в отличие от порогового устройства 31) срабатывает при отрицательном напряжении на его входе, поскольку именно отрицательное напряжение возникает на выходе сумматора 30 при снижении тока ниже допустимого значения (для простоты оба пороговых устройства изображены одинаковым образом) ,

Срабатывание пороговых устройств происходит при превышении (снижении) сигналом, датчика 7 верхнего (нижнего) аппроксимирующего напряжения на определенную величину, зависящую от величины порога порогового устройства 31 (32) и коэффициента усиления сумматора 29 (30). Соответствующие кривые верхнего и нижнего предельно допустимых значений контролируемого параметра изображены на фиг. 2 сплошными линиями (кривые 6).

Таким образом, предлагаемое устройство Обеспечивает непрерывный до- пусковый контроль в течение всех стадий работы ИЭУ, в том числе и в паузах между импульсами тока .в нагрузке. Последнее особенно важно в случае самопроизвольного появления тока в нагрузке вне заданных интервалов времени.

Автоматическая установка верхнего и нижнего предельно допустимых значений контролируемого параметра в соответствии с заданным стационарным значением обеспечивается в устройстве соединением входов ФПН 3 с выходом регулируемого задатчика 1 напряжений,вследствие чего изменение выходного напряжения задатчика 1 приводит к пропорциональному изменению

стационарного напряжения и.(фиг.2) на выходе A3 13.

Формула изобретения

Устройство допускового контроля параметров импульсной энергетической установки, содержащее логический блок, два сумматора, первые входы

которых соедине ны с выходом датчика контролируемого параметра импульсной энергетической установки, а выхода - с входами логического блока, о т - личаю цееся тем, что, с

целью обеспечения непрерывного контроля параметра как иа стадии его выхода на заданное стационарное значение, на стационарной стадии, так и на стадии его спада к начальному

значению, а также с целью автоматической установки верхнего и нижнего допустимых значений контролируемого параметра в соответствии с заданным стационарным значением, в устройство

введены регулируемый задатчик напряжения, формирователи предельных напряжений, формирователи экспоненциальных напряжений, два апериодических звена, три ключа и таймер, подключенный рыходом к управляющим . входам ключей, регулируемый задатчик напряжения через первый ключ соединен с входами формирователей предельных напряжений и входом устройства

управления импульсной энергетической установкой, выходы формирователей предельных напряжений соединены : входами первого апериодического звена, выходы формирователей экспоненциальных напряжений - с входами второго апериодического звена, выход первого апериодического звена соединен с вторыми входами обоих сумматоров через диод, а выход второго апериодического звена соединен с этими же входами через резистор, входы формирователей экспоненциальных напряжений через второй ключ соединены с источником опорного напряжения, а через третий ключ - с шиной нулевого потенциала, при этом каждый формирователь предельных напряжений состоит из резистора, включенного между его входом и выходом, и цепи в виде параллельно соединенных резистора и конденсатора, включенной между, выходом формирователя и шиной нулевого потенциала, каждый формирователь экспоненциальных напряжений содержит

по две параллельные цепи из последовательно соединеннных резистора и диода, включенные разнополярными вы: водами между его входом и выходом, и конденсатор, включенный между выходом формирователя и шиной нулевого потенциала, входы логического блока, состоящего из двух пороговых устройств, и элемента ИЛИ, соединены с входами пороговых устройств, выходы которых соединены с BxojDtaiMH элемента ИЛИ, а выход элемента ИЛИ является выходом логического блока и выходом устройства.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения и контроля параметров импульсных энергетических установок и систем. Целью изобретения является обеспечение непрерывного автоматического контроля параметра как на стадии его выхода на заданное стационарное значение. на стадии стационарного режима,так и на стадии спада параметра к начальному значению. Достижение поставленной цели обеспечивается соединением формирователя 3 предельных напряжений с выходом регулируемого задат- чика 1 напряжения. При этом изменение выходного напряжения задатчика 1 приводит к пропорциональному изменению стационарного напряжения. Устройство также содержит: ключ 2, устройство 4 управления импульсной энергетической установкой, генератор 5 постоянного тока, нагрузку 6, датчик 7 контроля регулируемого параметра, выключатель 8, первое и второе апериодическое звено 13 и 25 соответственно, делитель 17 напряжения, формирователь 18 экспоненциальных напряжений, ключи 22 и 23, сумматоры 29 и 30, пороговые устройства 31 и 32, элемент ИЛИ 33, таймер 34, а также диоды, резисторы и конденсаторы. 2 ил. (Л 00 м 4ib С

tfflH}4 22 бнйЮчен

4

AJWV 3 включен

Фи.2