Устройство Титова В.Б. для контроля и линеаризации передаточных характеристик многоканальных преобразователей Советский патент 1991 года по МПК G05B23/02 

С

я

00

ел

Јь

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при создании инвариантных к помехам линейных преобразователей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем диагностированияконтролируемых многоканальных преобразователей и повышение точности устройства. Устройство содержит блок 3 выявления неисправности преобразователей, блок 4 и вычисления характеристик преобразователей, инвертор 5 и коммутатор 6, подключенные к преобразователям 1, 2, Раскрыто построение блока вычисления характеристик преобразователей. Устройство обеспечивает высокую точность контроля при наличии погрешностей функционирования каждого из преобразователей и непрерывную оценку величин погрешностей их функционирования. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фи.1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при создании инвариантных к помехам линейных преобразователей.

Цель изобретения - расширение функ- циональных возможностей устройства путем обеспечения диагностирования контролируемых многоканальных преобразователей и повышение точности устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема устройства; на фиг. 3-функциональная схема блока вычисления характеристик преобразователей; на фиг. 4 - граф опера- ций. соответствующий решению системы уравнений, реализуемой на основе устройства.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 электрические преобразователи с посто- янными уровнями смещения рабочих точек , блок 3 выявления неисправности преобразователей, блок 4 вычисления характеристик преобразователей, инвертор 5 и коммутатор б, вход 7 устройства, входы 8 первого преобразователя, вход 9 второго преобразователя, выход 10 первого преобразователя, первый информационный вход 11 блока- 3, первый информационный вход 12 блока 4, выход 13 второго преобразователя 2, второй информационный вход 14 блока 3, второй информационный вход 15 блока 4, выход 16 блока 3, управляющий вход 17 коммутатора и управляющий вход 18 блока 4, вы- ход 19 блока 4, выход 20 коммутатора, его информационные входы 21,22, сумматор 23 и генератор 24 блока 3.

Блок 4 содержит сумматоры 25-38 с первого по четырнадцатый, узлы 39-42 де- ления с первого по четвертый, три узла 43- 45 умножения, три узла 46-48 оперативной памяти, включающие коммутаторы в первом узле 49, во втором 50, третьем 51 и ячейки 52-54 памяти.

Справедливы формулы

гм

Mj rM2j

-±l

M

и

-2i

N4j + M2; Z ijsKO1 ;

n

(Kj«4ll;)(tr, + Z,.e),i.-1l2 ; (2)

Zjj-. zJ0 fi;; 0) I1S K;Z40; w

A-

(5)

где - информационные сигналы на входах 8 и 9 преобразователей соответственно;

5 0

5

0 5 0 5

0 5

0

- чувствительности величин zij и Z2J к изменению сигналов п и гг соответственно;

- смещения, подаваемые на входы 8 и 9 первого 1 и второго 2 преобразователей;

zio Z20 zio -смещения, подаваемые на входные сумматоры блока 4;

Azio, A, Aki - изменения величин , п и kj вследствие воздействия на преобразователи дестабилизирующих факторов;

Mij, M2j - постоянные величины,

Возможны четыре варианта изменения величины zij в зависимости от полярности информационных сигналов ±п на входах 8 и 9 преобразователей. Каждому варианту соответствует линейное алгебраическое уравнение относительно информационного сигнала п и погрешностей AI.

Коммутатор 6 имеет два режима работы в зависимости от наличия сигнала на управляющем входе 17. Первым режимом работы коммутатора является соединение выхода 20 и входа 21. Вторым режимом работы является соединение выхода 20 и входа 22.

На один вход сумматора 25 подано постоянное смещение, равное значению величины г ю . Смещения 220 поданы на входы сумматоров 27, 30 и 31. На один вход узла 43 подано смещение (Р2+1)С/2. Смещение, соответствующее константе 1, подано на входы сумматоров 32, 34, 35 и 36.

Выходом 19 устройства является выход узла 48, включающий три составные части (с первой снимают сигнал, соответствующий величине Ј, с второй - величине 5i, ас третьей - величине 62).

Управление блоком 4 осуществляют путем подачи тактовых прямоугольных импульсов на управляющий вход 18. Вход 18 связан с управляющими входами коммутаторов 49-51, Коммутаторы 49 и 50 являются нормально замкнутыми, а коммутатор 51 - нормально разомкнутым.

Первое и второе алгебраические уравнения реализуют следующим образом. В исходном состоянии, при отсутствии информационных сигналов на входах 8 и 9 преобразователей , назначают величины смещений

zij zio+Zjio Mij;

Z2j Z20+Z20 M2j; , J 1,2. (6)

Первое алгебраическое уравнение. Первый режим работы коммутатора 6

j 1, zn zio + zio + kin + А,

Z21 Z20 + Z20 - k2P2 + Дг,(7)

516758546

Подставив выражения (7) в порождаю- ,zi4 (210 +zio-km+ Д1) +

ЩИЙ МНОГОЧЛеН (1), ПОЛУЧИМ+ (Z20 - k2H2 + А),(14)

r +H-DW TC + M-PY rS -Z24 Z20

l v VbnJb vi тж/01Подставив выражения (14) в порождаю,„ „ ro+iw (.8)5 Щий многочлен (1), получим

(1+YMi)02-lM T- IMT

где ,()YM4- 15)

.V-Ve/M. Ј,--ЈЈ- .

20 Z2°ЮvP2 + 1

у , ,r -.гДеУм4 -рГ-К4.

Ml P, 1 1 Zfo г Z2o+Z2oСигналы, соответствующие величинам

zi3 и ZH, снимают с выхода сумматора 26.

Второе алгебраическое уравнение. Вто- Величины газ и Z24 задают в виде смещения рой режим работы коммутатора 615 /20 подаваемого на входы сумматоров 27,

А30 и 31.

j-2 zi2-zjo +zio kin+ AI,Таким образом, на основе двух преобZ22 Z20+Z20 Н 2Г2+Л2.(9)разователей, включенных по балансной схеме, при преобразовании последовательно

Подставив выражения (9) в порождаю- 20 парафазных и синфазных сигналов реализу- щий многочлен (1), получимют систему уравнений

(Pi + 1)YM2Ј + (1-PiYM2)5i-(1+YM2) + .(1-P)(t-P1YMi)$ (Pi + i)YM2,(Ю))5(p/mN1,

fp1 + 1425 (P,M)YM2Ј()y;: (16)

W YM2 РГ1 K2 r YM,)-(,

Сигналы, соответствующие величинам

zn и zi2, снимают с выхода сумматора 25., , С (Ра + 1) УМЗ

Сигналы, соответствующие величинам Z21 и 30 0- +02 i р2 ум3 Z22, снимают с выхода сумматора 27.

Третье и четвертое алгебраические С(Р2 + 1) Ум4

уравнения реализуют следующим образом. о - 02 - М4

В исходном состоянии при отсутствии информационных сигналов на входах 8 и 9 35 Откуда преобразователей , назначают ве-. личины смещенийс. Ym унг (,§г + 1.,

1- YMZ V 2.

zij zio + zio + Z20 М ij,где

Z2J ,4.(11) 40. y

. б--с() f«

Третье алгебраическое уравнение. Пер-г мз

вый режим работы коммутатора 6#f (YM1 -Ј (-f YM1);(19;

zi3 (zio+zio-kin+Ai)+45 F2-- в - Ј( .(2o)

+ (z20 - k2T2 + Дг),Порядок функционального диагностиZ23 Z20.(12)рования преобразователей состоит в следующем..

Подставив выражения (12) в порождаю-Исходя из максимально возможных знащий многочлен (1), получимьи чений входных информационных сигналов nl ir2i г на основе выражений

6i +д - (2 (131 6) и (11) задают смещения zio, zio , Z20, Z20,

1-P2YM3 Mij макс Inl ,M2j макс Ira I, J 1(1)4.

„На вход преобразователей последо v.. Pa + 1 v r 1, 220вательно подают сначала парафазные

ТДс ТМЗ -п;N3 - 1i i ii.

PazioI п I |-Г2 I, а затем синфазные сигналы

, чередуя режимы работы коммутатоЧетвертое алгебраическое уравнение. ра 6. При этом с выходов преобразовате- Второй режим работы коммутатора 6лей 1 и 2 получают сигналы.

kirj+Л , 1, 2.

На основе порождающего многочлена (1) и выражений (7), (9), (12), (14) для каждого из вариантов изменения величин zij и гг рассчитывают с помощью блока 4 величину Kj, используя сигналы RIJ с выходов 10 и 13 преобразователей.

Рассчитывают коэффициенты уравнений (16) с помощью блока 4,

Реализовав таким образом систему уравнений (16), определяют неизвестные величины С, 5i и дг с помощью блока 4.

Устройство работает следующим образом.

Пусть преобразователи функционируют без погрешностей. Об этом свидетельствует отсутствие напряжения на выходе сумматора 23. Генератор 24 не включен. На выходе 19 устройства значения сигналов равны нулю.

Информационный сигнал с входа 7 устройства через инвертор 5 и коммутатор 6 поступает на вход 8 преобразователя 1 и непосредственно на вход 9 преобразователя 2. Сигналы на входах 8 и 9 преобразователей 1 и 2 являются парафазными. Сигналы с выходов 10 и 13 преобразователей используют в информационно-измерительной системе без обработки. Устройство контроля и линеаризации постоянно контролирует величину погрешности функционирования преобразователей 1 и 2 путем сложения сигналов с выходов 10 и 13 в сумматоре 23 блока 3 и рассчитывает величины (YMI и Умз).

Расчет величин YMI, Умз осуществляют путем подачи сигналов с выходов 10 и 13 преобразователей на входы 12 и 15 блока 1 4 соответственно. Реализуют уравнения (8) и (13). Сигналы преобразуются в сумматорах 25-31 иузлахЗЭ и40деления, Сигнал, соответствующий величине YMI, получают на выходе узла 39 деления, а сигнал, соответствующий величине YMG, на выходе узла 40 деления. Сигнал YMI запоминают в ячейке о2, худа он поступает через нормально замкнутый коммутатор 49. Сигнал Умз дополнительно преобразуют в сумматоре 35, узлах умножения 43 и деления 42, получая таким образом сигнал, соответствующий величине Ь/2, мспользуемой в дальнейшем при расчете величин Ј, 5f и дг. Сигнал Ь/2 поступает в ячейку 53.

При возникновении погрешностей функционирования в преобразователях 1 и/или 2 на выходе сумматора 23 появляется сигнал, включающий генератор 24, прямоугольный импульс которого поступает на управляющий вход 18 блока 4 и таким образом на управляющие входы коммутаторов 49-51, а также на управляющий вход 17 коммутатора 6.

Коммутаторы 49 и 50 размыкают электрические цепи, способствуя запоминанию величин YMJ и Ь/2 в ячейках 52 и 53 соответственно. Коммутатор 51 подключает ячейку 54 к сумматорам 37, 38 и узлу 44 умножения для запоминания величин Ј, 5i и 62, которые будут рассчитаны.

Коммутатор б подключает вход преобразователя 1 непосредственно к входу 7 устройства. Таким образом, на входы 8 и 9 преобразователей 1 и 2 поступает синфазный сигнал. Сигнал на выходе сумматора 23 остается отличным, от нуля. Генератор не выключается.

Сигналы с выходов 10 и 13 преобразователей 1 и 2 поступают на входы 12 и 15 блока

4 соответственно. На основе сумматоров 25-31 и узлов 39 и 40 деления рассчитываются величины YM2 и Уш. Величину YM при расчете величин Е, di и ду (при данном конкретном варианте исполнения блока 4) не

используют. Коммутатор 50 разомкнут.

Сигнал, соответствующий величине Ума (с выхода делителя 39) поступает одновременно с сигналами, соответствующими величинам YMI и Ь/2 (из ячеек 52 и 53), на

входы сумматоров 32, 33, 34 и 36. Эти три сигнала преобразуются сумматорами 32-34 и 36-38, узлами деления 41 и умножения 44 и 45. Реализуются уравнение (10) и формулы (17), (19) и (20). На вход коммутатора 51 поступают три сигнала, соответствующие величинам Ј, 5i и дг. Сигнал е поступает с выхода узла 44 умножения, сигнал di - с выхода сумматора 37, а сигнал дг - с выхода сумматора 38.

Коммутатор 51 замкнут, поэтому сигналы, соответствующие величинам е, 5i и дг. поступают в ячейку 54.

Граф операций расчета величин Е, 5i и дг представлен на фиг. 4 и соответствует

функциональной схеме блока 4 (фиг. 3).

В момент окончания действия прямоугольного импульса коммутатор 6 и коммутаторы 49-51 возвращаются в исходное состояние. Если погрешности функционирования преобразователей 1 и 2 отсутствуют, сигнал на выходе сумматора 23 нулевой, генератор 24 вы ключей, устройство контролирует величину погрешностей Ai,Aa функционирования преобразователей 1 , 2

ц рассчитывает величины YMI и Ь/2. При появлении погрешностей генератор 24 включается, генерирует прямоугольный импульс и процессы расчета величин Ј, 5i и дг повторяются.

Пример. Пусть |r| 10. Поэтому назначим

, ,

, .5

Считаем, что с выходов 8 и 9 преобразователей 1 и 2 при парафазных входных сигналах получены сигналы Яш 6, Я2П -3 и сигналы , при синфазных сиг- 10 налах

33

/ 2л-21; Z2i:12; YMf-:pjf1

Z12- 11 , Z22r12; K2 ЈЈ/ YMST- J

73

Z2j 5; Kr i M3r}&5

77

22tlz5 KJ,--8/YM4--ff1lЈ + 762 3,

Ј-12(5 +11(52 1,

(5i + (52 1 -(52 r.

В результате решения системы уравнений получим

Ј,6i

Отсюда , A , А2 2.

Формула изобретения 1. Устройство для контроля и линеари- зации передаточных характеристик многоканальных преобразователей, содержащее блок выявления неисправностьи преобразователей, блок вычисления характеристик преобразователей и инвертор, вход которого является входом устройства для ввода сигнала, равного подаваемому на один из контролируемых преобразователей, входы устройства для подключения выходов двух контролируемых преобразо- вателей соединены с первыми и вторыми информационными входами блока выявления неисправности преобразователей и блока вычисления характеристик преобразователей, выход которого является инфор- мационным выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства и расширения его функциональных возможностей путем обеспечения диагностирования контролируемых многоканальных преобразователей, в устройство введен коммутатор, первый информационный вход которого соединен с входом устройства для ввода сигнала, рав

5

10

15

20

25

30

35 4045 5055ного подаваемому на один из контролируе мых преобразователей, второй информационный вход коммутатора связан с выходом инвертора, управляющие входы коммутатора и блока вычисления характеристик преобразователей подключены к выходу блока выявления неисправности преобразователей, выход коммутатора служит выходом устройства для подачи сигнала на другой контролируемый преобразователь

н ,

10

0

информационному входу третьего узла оперативной памяти, второй информационный вход которого соединен с выходом четырнадцатого сумматора, инвертирующий вход которого и третий информационный вход третьего узла оперативной памяти связаны с выходом тринадцатого сумматора, управляющие входы всех узлов оперативной памяти подключены к управляющему входу блока, выход третьего узла оперативной памяти связан с выходом блока.

Фиг. 2

Т U0-W+

to ч- „ ...v-.

k

„ ...v-.

k

Pi+f