МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ СЕРВОПРИВОД Советский патент 1969 года по МПК G05B15/02 G06F11/07 

Изобретение относится к системам автоматического управления (САУ), выходным устройством которых является сервопривод.

Известны САУ, в которых увеличение надел ности достигается многократным резервированием сервопривода, что усложняет сервопривод и схемном и конструктивном отношениях.

В предлагаемом многоканальном резервированном сервоприводе упрощение конструкции и увеличение надежности и точности достигается тем, что наряду с реальными каналами в нем содержатся дополнительные каналы-аналоги и узел детектора отказов, состоящий из блока голосования, входы которого соединены с выходами датчиков перемещений реальных каналов и выходами каналов-аналогов, и блока коммутании и сигнализации, соединенного со стороны входа - с выходами блока голосования, и выходами всех каналов, а со стороны выхода - с цепями отклЕОчения неисправных каналов сервопривода от общего выхода и отключения входных сигналов от блока голосования, а также с логическим блоком, выходы которого соединены с цепями отключения любых оставшихся двух каналов.

Многоканальный сервопривод представляет собой устройство, состоящее из двух или более идентичных каналов следящих приводов 1, щтоки исполнительных механизмов которых соединены с общим выходом сервопривода (траверсой) 2, одного или двух каналованалогов 3 и детектора отказов 4.

Следящий привод каждого канала состоит

нз электрического усилителя-сумматора 5 и электрогидравлического агрегата с электрогидроусилителем 6 и исполнительным механизмом 7. Суммарный сигнал датчиков САУ и датчика обратной связи привода 8 после

усилителя 5 в виде сигнала ошибки попадает на электромеханический преобразователь 9. Якорь преобразователя, отклоняясь пропорционально сигналу ошибки между двумя соплами 10, вызывает перепад давлений в торцовых камерах золотника П. Смещение золотника под действием этого перепада продолжается до гех пор, пока он не уравновесится усилиями торцовых пружин 12. Смещение золотника, соответствующее полярности и

пропорциональное сигналу ошибки, вызывает движение поршня со скоростью, пропорциональной сигналу. 3 Шток исполнительного механизма несет на себе щетки датчиков обратной связи, жестко соединенных с корпусом агрегата. Штоки исполнительных механизмов соединены с траверсой через пружины 13. Посколь-5 ку относительное перемещение нлтоков подканалов и траверсы при нормальной работе определяется допусками на рассогласование по входному сигналу и сигналу обратной связи: (аЧ-р), где: а 1-допуск наю рассогласование по входному сигналу в единицах перемещения, отнесенных к полному ходу: р I-аналогичный допуск на рассогласование по сигналу. обратной связи; х- полный ход штока исполнительного механиз-15 ма подканала (в одну сторону от нейтрали), то ход пружины должен соответствовать величине этого рассогласования и перемещение траверсы будет пропорционально (в пределах -f Ах) среднему арифметическому вели-20 чин входных сигналов: + t/B.42 + вхз - - где X тр - перемещение траверсы;25 f/Bxi,2,3- входные сигналы; /Сое - коэффициент обратной связи. Сочленение траверсы неносредственно со штоками исполнительных механизмов осуще-30 ствляется через замок 14, предназначенный для отключения исполнительного механизма отказавшего канала от траверсы по сигналам узла детектора отказов или по принудительному сигналу от оператора с помощью вы-35 ключателей 15. При исчезновении кратковременного, случайно возникшего сигнала отключения каиала (ложный отказ) нод действием нружииы 16 вновь осуществляется сочленение штока40 исполнительного механизма подканала с траверсой. Гидравлический исполиительиый механизм может быть отключен также с помощью кольцевания полостей цилиндра исполнительного45 механизма отказавшего канала клапаном кольцевания 17 с одновременным отключением входного давления клапаном 18. Канал-аналог 3 представляет собой простейшую модель следящего привода на полу-50 ироводниковых усилителях 19 постоянного тока и пассивных четырехполюсниках 20. Коэффициенгы усиления, коэффициенты передачии постоянные времени канала-аналога выбирают, исходя из соответствия ха-55 рактеристикам реальных приводов. Узел детектора отказов, состоящий из блока 21 голосования и блока 22 сигнализации и коммутации, нредставляет собой логическую схему, в которой блок голосования, при-60 нимающий сигнал положения выходных штоков с датчиков обратной связи и с канала4штоков исполнительных механизмов каналов, кроме того, одновременно подаются в блок 22 сигнализации и коммутации, количестро каналов которого соответствует количеству следящих приводов и каналов-аналогов, и сравниваются в них с результирующим сигналом блока голосования. Когда разница между этими сигналами становится больше наперед заданной величины, что свидетельствует о ненормальной работе реального канала, в блоке сигнализации и коммутации появляется сигнал, включающий через реле 23 сигнальную лампу. Затем этот сигнал передается в логическое устройство 24 сигнализации отказов и отключает иеисправный канал через один из замков 14. Зона нечувствительности узла детектора отказов определяется допусками на возможные рассогласования между каналами при любых уровнях сигналов. Одновременно с выключением отказавшего канала это же реле 23 разрывает цепь входного сигнала, поступающего на блок голосования с отказавшего канала, что позволяет подготовить схему узла детектора отказов к анализу следующего возможного отказа при сохранении достаточной точности. При отказе канала-аналога сигнал с его выхода также отключается от блока голосования с помощью одного из реле 23. Блок голосования работает по принципу голосования большинством, имеет в общем случае п входов и один выход; для определенности рабогы в данном случае количество параллельно работающих блоков должно быть больше двух. Блок формирует на выходе достоверный сигнал, пока число отказавших каналов не превысит числа исправно работающих. Оптимальиая обработка поступающей на вход информации в схеме резервирования идентичиых каналов осуществляется выделением на выходе блока голосования среднего арифметического входных сигналов, Блок 21, принимая информацию в виде напряжений, пропорциональных перемещению выходных штоков исполнительных механизмов каналов (или их моделей), на выходе выдает сигнал, равный среднему арифметическому из указанных напряжений, а поскольку перемещения штоков исполнительных механизмов каналов, с одной стороны, однознач1«о через коэффициент передачи /С„ -свя°заны со входными сигналами, а с другой - ход траверсы также равен среднему арифметическому из входных сигналов, то выходной сигнал блока 21 пропорционален иеремещепию траверсы, т. е. пропорционален среднему арифметическому из входных сигналов, Схема блока 21 представляет собой набор

(знакопеременные) соединены в общую выходную точку. К нротивоноложным концам днагоналей мостов подаются сигналы от резервируемых каналов. Другие диагонали каждого из мостов через балансные сопротивления соединены с источником напряжения иостоянпого тока.

При входных токах, меньших некоторой величины /о, заданного балансными сопротивлениями, сопротивление между точками А н В мостов мало.

При достижении величины входного тока динамическое сопротивление диагонали ЛВ моста резко возрастает. Входной ток моста состоит из тока нагрузки и уравнительного тока. Уравнительные токи обуславливаются допусками на выходные сигналы резервируемых датчиков и отказами, /о устанавливается большим или равным величине входного тока моста, обусловленного нагрузкой и разбросом входных нанряжений в нределах поля допуска резервируемых датчиков,

поэтому при отсутствии отказов (/в.: 4)

сопротивления диагоналей АВ мостов весьма малы и равны между собой.

Таким образом, осуществляется суммирование напряжений на сопротивлениях и выходное напряжение становится равным среднему арифметическому входных сигналов.

При выходе сигнала одного из датчиков за пределы поля допуска входной ток моста, подключенного к данному нрнбору, достигает величины, большей /о ; сопротивление этого моста резко возрастает, но так как уравнительный ток этого моста распределяется между несколькими параллельиыми цепями, которыми являются мосты, подключенные к исиравным датчикам, то ток через эти мосты хотя и несколько увеличивается, но не достигает величины /„ и сопротивлеиие всех остальных мостов остается небольшим; мост же отказавшего датчика запирается и нрн отключении его на нагрузке но-нрежнему будет среднее арифметическое значение сигналов исправно работающих каналов. Точность увеличивается с увеличением количества входов, участвующих в голосовании.

Блок 22 работает но нрииципу попарного сравнения двух сигналов, одним из которых является выделеиный блоком 21 достоверный сигнал, а вторым - сигнал датчика, состояние которого анализуется. Количество каналов блока так же, как и мостов блока 21 равно числу параллельно работающих резервных каналов. Это позволяет установить небольшую зону нечувствительности узла детектора отказов (минимальиый пороговый сигнал, при котором происходит отключение неисправного канала), разбив ее симметрично относительно достоверного значения.

Блок 22 работает следующим образом.

заданной величины, то сигнал с модулятора попадает на несколько каскадов усиления 26, построенных на триодах в триггерном режиме, и затем выходит на оконечный каскад- реле или мощный триод, работающий в ключевом режиме, который включает одновременно замок или клапаны кольцевания и отсечки входного давления и электромагнитное реле 23. Реле контактами Ki-/Сз отключает

сигиал 01казавшего канала от блока 2} н включает сигнальную -лампу отказа канала.

После отключения входного сигнала отказавшего канала от блока 21 на соответствующем канале блока 22 сигнал датчика сравнивается со средним арифметическим значением, нолученным от исправно действующих каналов, и, если разница между этими сигналами уменьшится до допустимой величины, сигнал отказа снимается, отпуская реле и отключая лампочку, а пришедший в норму канал вновь подключается к общему выходу с одновременным подсоединением сигнала с его датчика к блоку голосовани5Г.

Сигнал отказа с реле 23 нли взятый до неге

подается также к логическому устройству 24, которое дает интегральную оценку количества отказов и информирует, направляя сигналы ио разным шинам, о нервом, втором и последующих отказах онератора.

После отказа любого нз двух последних оставшихся резервных каналов устройства с 24 выдается сигнал на их одновременное отключение. Устройство 24 иснользуется также для нолучения сигнала критического отказа группы из четырех каналов. В данном устройстве для четырех датчиков критическим является отказ любых трех исполнительных механизмов. Устройство 24 реализует все четыре сочетания

но два из четырех. При трех отказах с устройства 24 подается сигнал нолного отказа, который через разделительные диоды 27 подается одновременно ко всем электромагни; там, выключая оставшиеся два канала.

В ряде случаев конкретного применения многоканальных сервоприводов ставится задача центрирования выходного элемента сервопривода (траверсы) и фиксация его в этом положении с заданным усилием после отключення всех каналов.

Для решения этой задачи в предлагаемом сервоприводе давление рабочей л идкости после отсечных клапанов 18 через обратные клапаны 28 подается к фиксатору 29 нулевого положения.

При падении давления во всех гидросистемах в случае их отказов или отключения давления клапанами 18, если выключены исполнительные механизмы всех реальных каналов,

поршень со штоком 30, жестко связанный с траверсой, центрируется относительно корпуса фиксатора 29, связанного с корпусом сервопривода, приводя траверсу в нейтральное положение и фиксируя ее в этом положении.

бодно перемещается в корпусе фиксатора в пределах максимального хода траверсы, не налагая на нее никаких дополнительных усилий.

Предмет изобретения

Многоканальный резервированный сервопривод, содержащий п () реальных идентичных, параллельно действующих на общий выход каналов, каждый из которых содержит электрический усилитель, гидроусилитель и исполнительный механизм с датчиком перемещения, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности, точности и упрощения конструкции, он содержит дополнительные каналы-аналоги и узел детектора отказов, состоящий из блока голосования, входы которого соединены с выходами датчиков перемещений реальных каналов и выходами каналов-аналогов, и блока коммутации и сигнализации, соединенного со стороны входа- с выходами блока голосования и выходами всех каналов, а со стороны выхода - с цепями отключения неисправных каналов сервопривода от общего выхода и отключения входных сигналов от блока голосования, а также с логическим блоком, выходы которого соединены с цепями отключения любых

оставшихся двух каналов.

Ч-.