Устройство для контроля усилителей Советский патент 1981 года по МПК G05B23/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УШЖТЕЛЕЙ

1

Изобретение относится к автомати- i ке и предназна ено для контроля исправности усилителей в системах с обратной связью, в частности усилителей систем автоматического регулирования и следящих систем, в процессе их функционирования.

Известно устройство для контроля систем управления, содержащее генератор стимулирующих воздействий, аналоговый анализатор и блок регистрации. Известное устройство использует метод активного контроля f1.

Недостатки известного устройства состоят в сложности и низкой надежг.ности.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для функционального контроля системы управления, содержащее эта лонное устройство, пороговый блок, последовательно включенные блок сравнения, ограничитель и интеграт), причем выход интегратора со цинен с

дополнительным входом блока сравнения, основнле входы которого подключены к выходам контролируемого и эталонного устройства 2j.

Недостатки известного устройства заключаются в низком быстродействии и 1а1зкой достоверности контроля. Низкое быстродействие обусловлено инерционностью интегратора, в результате

to которс порогов блок должен иметь задержку срабатывания для предотвраще1в1Я получения ложных результатов контроля, вязкая достоверность контроля обусловлена отсутствием ограничеtsния на выходе интегратора, что приводит к конпенсащт 5 больших расхозвдений сигналов с ЕЕЛХОДОВ эталонного и контролируемого устройств и, след0ватепьно, к пропуску некоторых видов отказов.

Цель изобретения - повьшение быстродействия устройства и достоверности контроля. 3 Поставленная цель достигается тем что в устройство для контроля усилите лей, содержащее блок сигнализации и первый операционный усилитель, соединенный первым входом через первьй и второй резисторы, соответственно, первым и вторым входами устройства, через третий резистор - с собственным выходом, введены второй операционный усилитель, конденсатор, пятый, шесто седьмой, восьмой и девятый резисторы первый и второй светодиоды, прич первый вход операционного усилителя соединен через пятый и шестой резист ры, соответственно, с третьим входом устройства и выходом первого операци онного усилителя, через конденсатор- со входом блока сигнализации, через седьмой резистор - с катодом первого светодиода, анод которого соединен с катодом второго светодиода, соединенного анодом с катодом первого светодиода, через восьмой резистор со входом блока сигнализации, через девятый резистор - со вторым входом первого операционного усилителя. На чертеже приведена функциональная схема устройства для контроля усилителей. Устройство для контроля усилителей содержит первый и второй 2 резисторы, первый операционный усилитель 3, третий 4, четвертый 5, девятый 6 резисторы, блок 7 сравнение, включающий второй операционный усилитель 8, пятый 9 и шестой 10 резисторы, конденсатор 11 восьмой 12 и седьмой 13 резисторы, первый 14 и второй 15 светодиоды блок 16 сигнализации. Контролируемый усилитель 17 входит в состав следящей системы 18, включающей задатчик 19 обратной свя зи, исполнительный механизм 20, дат чик 21 обратной связи. Устройство для контроля усилителей работает следующим образом. В исходном состоянии в установив шемся режиме следящей систе «ы 18, когда напряжения Ц. задатчика 19 и IL датчика 21 обратной связи уравно вешены, напряжение Us ча выходе кон ролируемого -усилителя., 17 рассогласования не превышает напряжения трогания исполнительного механизма JTP Напряжение выходе блока 7 сравнения определяется разностью напряжений Ц н выходного на ряжения и 2. усилителя 3. За счет вве 4 енной отрицательной обратной связи выхода блока 7 сравнения на второй ход усилителя 3 ои выдает напряжеие 1)2 автоматически подстроенное соответствии с сигналом U , обесечивая достаточно малое напряженке и на выходе усш ителя 8, С учетом дейстйия указанной обратной .связи напряжение Ug{,,jjpaBHO а Bbix Tpl4K jKj, No4 де К - козффициент усиления усилителя 3 по входу с резистора 6 i 9 So козффициенты усиления блока 7 по входам через резисторы 9 и 10 соответственно; k - коэффициент усиления усилителя 3 по входу через резисторы 1 и 2; Д - эквивалентньй сигнал ошибки на входе усилителя 3. Напряжение Л определяется с,уммой собственного смещения нуля усилителя 3 и статической погрешностью Л.следящей системы ()-При достаточно глубокой обратной связи К К , что легко выполняKgKg и . ется при JTP Bbix к 6 и...ъ- Ц - Л . при и,- ч- Л. в установившемся режиме напряжение на выходе блока 7 имеет величину порядка статической ошибки следящей система. Это напряжение существенно уровня срабатывания блока 16 и порога включения светодиодов 14 и 15. Позтому светодиоды 14 и 15 находятся в непроводящем состоянии, и усилитель 8 охвачен обратной связью через резисторы 12 и 13 (внутренняя обратная связь). При отсутствии введенной обратной связи на второй вход усилителя 3 (внешняя обратная связь) пазброс статических характеристик усилителя 17 и усилителя 3, а также смещение нуля усилителя 3 и статическая ошибка следящей системы приводят к несоответствию напряжений Щ и Uj. Усилитель 3, обладающий как и усилитель 17 весьма больпшм козффициентом усиления, при отсутствии указанной обратной связи под действием сигнала Д находится 5 в насыщенном состоянии, в то время как выходной сигнал усилителя 17 н превышает напряжения трогания . Поэтому без внешней обратной связи выходе блока 7 возникает большое -на ряжение, под действием которого св тодиоды 14 и 15 переходят в проводя щее состояние. Это привело бы к раз мыканию цепи внутренней обратной св зи, охватывающей усилитель 8,-еще большему возрастанию напряжения на выходе этого усилителя и срабатыван блока 16, т.е. к ложному срабатыван устройства, В том случае, когда следящая сис ма 18 находится в переходном режиме происходит значительное рассогласов ние усилителя 17 и усилителя 3, кот рые работают в режиме ограничения, на их выходах действуют максимальны напряжения противоположных знаков. Поскольку усилитель 3 насыщен, внеш обратная связь, охватывающая блок 7 через усилитель 3, разорвана (напря жение Ц. поступающее через резисто 6 на вход усилителя 3, существенно меньше сигнала рассогласования и не достаточно для выведения усилителя 3 из насьш ения). Поэтому в переходном процессе выходное напряжение Ugy блока 7 составляет ъш Коэффициенты усиления Кл и К блока 7 обеспечивают такой режим его работы, чтобы при любом возможном разбросе уровней ограничения насыщенных усилителя 3 и усилителя I 7 напряжение LL..,v было меньше пороВМл ,, гового напряжения светодиодов 14 и 15. Ц)и этом как и в рассмотренном выше случае светодиоды 14 и 15 сохраняют непроводящее состояние, усилитель 8 охвачен внутренней обратной связью через резисторы 12 и 13, благодаря чему коэффициенты усиления К и К достаточно малы и блок 16 выключен. При подходе следящей системы 18 к положению равновесия сигнал рассогласования на входах усилителя 17 уменьшается и становится соизмеримым с напряжением Ц , поступающим на второй вход усилителя 3. В результате усилитель 3 переходит в линейный режим и замыкает контур внешней обратной связи, охватывающей блок 7 как в установившемся режиме. Из-за неидентичпости характеристик усилителя 3 и усилителя 17 {различий коэйфициентов усиления, динамических параметров, а также из-за смещения нулейУ моменты перехода усилителя 17 и усилителя 3 в линейный режим не совпадают во времени. Если усилитель 3 входит в линейный режим раньше, чем усилитель 17, то выходное напряжение блока Сравнения определяется соотношением и - 4- Д ВЫУ к Л/ где Ад - сигнал рассогласования, при котором усилитель 3 переходит в линейный режим. При достаточно большом коэффициенте усиления К и малом линейном диапазоне Дд напряжение достаточно мало, а потому светодиоды 14 и 15 и блок 16 Остаются в выключенном состоянии. Если же усилитель 17 переходит в линейный режим, опережая усилитель 3, то на входах блока 7 в течение некоторого времени- действует значительный разностный сигнал, который может вызвать включение светодиодов 14 и 15, увеличение выходного напряжения Ugj блока 7 и срабатывание блока 16. Однако когщенсатор 11 обеспечивает необходимую задержку срабатывания. Задержка срабатывания блока 7 обусловлена постоянной времени .(в,где и сопротивления резисторов 12 и 13j С - емкость конденсатора .11, и практически не оказывает влияния на работу устройства для контроля, когда усилитель 17 находится в линейном режиме, так как постоянная времени С за счет обратной связи уменьшается в {1+К ) раз. Предлагаемое устройство обеспечивает искдючение ложных срабатываний и при отсутствии конденсатора 1I. Для этого усилитель 3 имеет более широкий динамический диапазон по . сравнению с усилителем 17. В этом случае усилитель 3 переходит в линейный режим, опережая усилитель 17. Как в установившемся режиме, так в переходном процессе следящей сисемы 18 при исправном усилителе 17 ыходное напряжение блока 7 близко нулю, светодиода 14 и 15 находятя в непроводящем состоянии, потому силитель 8 охвачен обратной связью ерез резисторы 12 и 13, и блок 16 ыключен. 78 В зависимости от характера отказа усилителя 17 возможныдва случая, В первом случае напряжение на выходе усилителя 17 равно нулю (пассивный отказ), и исполнительный механизм 20 неподвижен. Неисправность усилителя 17 проявляется при изменении сигнала задания, что вызывает появление неустранимого рассогласования в следящ системе 18 и переход усилителя 3 в режим насьщения. Вследствие размык ния обратной связи, охватывающей уси литель 8 через усилитель 3, выходно напряжение и у блока 7 возрастает и включает один из светодиодов 14 или 15, сигнализируя неисправность. Одно временно за счет включения еветодиод 14 или 15 разрывается цепь обратной связи усилителя 8, что приводит к ре кому увеличению выходнрг о напряжения этого усилителя и включению блока 16 Во втором случае усилитель 17 выдает на выход напряжение Ц. / О (активный отказ усилителя 177 под дейст вием которого происходит перемещение механизма 20 и изменение сигнала обратной связи датчика 21. Это приводит к появлению рассогласования на входах усилителя 3 причем на выходе усилителя 3 возникает напряжение, совпаданядее по знаку с напряжением , При некотором рассогласовании /Skр напряжение U блока 7 достигнет порога включения соответствующего светодиода, который сигнализирует неисправность. Кроме того, за счет размыкания в.нутренней обратной связи усилитель 8 переходит в режим насыщения, что приводит к срабатыванию блока 16. Поскольку при активном отказе усилителя 17 сигналы на входак усилителя 8 через резисторы 9 и 10 суммируются, ошибка, при которой обнаруживается неисправность, меньше, чем при пассивных отказах. Таким образом, за счет введения усилителя В, резисторов 9-13, конденсатора П и светодиодов 14 и 15 обеспечивается высокое быстродействие при контроле усилителей 17 (за счет того, что исключается задержка в цепях порогового блока и интегратора) . Кроме того, предлагаемое уст1ройство обеспечивает возможность выявления отказа при весьма малых ошибках в следящих системах автомафического управления, поскольку сигнал внешней обратной связи, поступающий на дополнительный вход усилителя 3 и компенсирующий рассогласование (ошибку следящей системы 8), ограничен прямым падением напряжения на светодиодах, включени 1х в цепь обратной связи блока 7, что позволяет обеспечить выявление отказов при возникновении сигнала рассогласования порядка двух-трех статических ошибок системы. Формула изобретения Устройство для контроля усилителей, содержащее блок сигнализации и первый операционный усилитель, соединенный первым входом через первый и второй резисторы, соответственно, с первым и вторым входами устройства, через третий резистор - с собственным выходом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, в него введены второй операционный усилитель, конденсатор, пятый , шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы, первый и второй светодиоды, причем первый вход операционного усилителя соединен через пятый и шестой резисторы, соответственно , с третьим входом устройства и выходом первого операционного усилителя, через конденсатор - со входом блока сигнализации, через седьмой резистор - с катодом первого светодиода, анод которого соединен с катодом второго светодиода, соединенного анодом с катодом первого светодиода, через восьмой резистор - со входом блока сигнализации, через девятый резистор - со вторьм входом первого операционного усилителя. Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 413462, кл. Q 05 В 23/02, 1.972. 2.Авторское свидетельство СССР № 439790, кл. 6 05 В 23/02, 1974 (прототип).