Устройство резервирования датчиков в системе управления пространственным положением объекта

 

Изобретение может быть использовано для резервирования датчиков в системе управления пространственным положением объекта. Целью изобретения является повышение надежности системы управления пространственным положением объекта. Для этого в систему управления пространственным положением объекта дополнительно введены дешифратор 21, регистр 22, компараторы 15 - 20 и второй сумматор 13. Наличие данных блоков позволяет, в случае отказа одновременно двух датчиков, измеряющих параметры относительно какой-либо одной оси, формировать на выходе сумматоров сигналы, не равные нулю (если отказов датчиков нет, сигнал на выходе сумматоров равен нулю), по наличию которых компараторы 15 - 20, дешифратор 21 и регистр 22 определяют с высоким быстродействием факт отказа одновременно двух датчиков. 3 ил.

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления пространственным положением объекта. Цель изобретения повышение надежности работы датчиков системы автоматического управления пространственным положением объекта. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства резервирования датчиков; на фиг. 2 схема дешифратора; на фиг. 3 схема коммутатора. Устройство резервирования датчиков содержит датчики 1 8, коммутаторы 9 12, сумматоры 13 и 14, компараторы 15 20, дешифратор 21 и регистр 22. Датчики 1 и 2 измеряют параметры движения объекта относительно его инерционной оси X, датчики 3 и 4 относительно оси Y, датчики 5 и 6 - относительно оси Z, датчики 7 и 8 относительно оси А, составляющей с осями X, Y и Z одинаковый угол α (оси X, Y и Z ортогональны). Компараторы 17 20 предназначены для сравнения данных измерений, поступающих с датчиков 1 8. Сигнал r_j на выходе такого компаратора равен "1" при I_j1 I_j2, где I_j1 информация, снимаемая с i-го датчика канала j(i=1, 2; j=X, Y, Z, A). Компараторы 15, 16 предназначены для сравнения содержимого сумматоров 13, 14 с "0": r_U1 1, если U₁≠0, r_U2=1, если U₂≠0, где r_U1, i=1,2 выходной сигнал компаратора; U₁, U₂ информация, снимаемая с выходов сумматоров 13 и 14 соответственно. Дешифратор 21 предназначен для управления триггерами регистра 22, запоминающими состояние датчиков 1 8. Он представляет собой дешифратор на шесть входов с логическими связями между шинами и имеет восемь выходов Z₁,Z₈. Если входным сигналам дешифратора присвоить веса следующим образом: вес r_x 1; вес r_y 2; вес r_z 4; вес r_a 8; вес r_u1 16; вес r_u2 32, для выходов Z_j можно перечислить рабочие наборы выходных переменных так: Z₁=V (17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 49), (I)
Z₂=V (33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49), (I)
Z₃=V (18, 19, 22, 23, 26, 27, 30, 31, 50), (I)
Z₄=V (34, 35, 38, 39, 42, 43, 46, 47, 50), (I)
Z₅=V (20- 23, 28 52), (I)
Z₆=V (36 39, 44 52), (I)
Z₇=V (24 31, 56), (I)
Z₈=V (40 47, 56) (I)
Регистр 22 (фиг. 2) предназначен для запоминания факта отказа каждого из восьми датчиков и состоит из четырех пар триггеров с раздельной установкой: j-я пара триггеров запоминает факт отказа датчиков канала j(j=X, Y, Z, A) и управляет коммутаторами каналов 9 12. Исходное состояние триггеров - нулевое, а запись в i-й триггер происходит при возбуждении выхода Z_i дешифратора 21. Выходы 23-го и 24-го триггеров (X-пара) подключены к четвертым входам коммутатора 9 канала X;
выходы 25-го и 26-го триггеров (Y-пара) подключены к четвертым входам коммутатора 10 канала Y;
выходы 27-го и 28-го триггеров (Z-пара) подключены к четвертым входам коммутатора 11 канала Z;
выходы 29-го и 30-го триггеров (А-пара) подключены к третьим входам коммутатора 12 канала А. Вход дешифратора 21 с весом 1 подключен к выходу компаратора 17, вход с весом 2 к выходу компаратора 18, вход с весом 4 к выходу компаратора 19, вход с весом 8 к выходу компаратора 20, вход с весом 16 к выходу компаратора 15, вход с весом 32 к выходу компаратора 16, а выход Z₁ дешифратора подключен к входу установки в "1" первого триггера регистра 22, выходы Z₂ Z₈ второго восьмого триггеров регистра 22. Коммутаторы 9 12 каналов j (фиг. 1) имеют каждый первые информационные входы 1, подключенные к выходам нечетного датчика канала j(j=X, Y, Z, A);
вторые информационные входы 2, подключенные к выходам четвертого датчика канала j. Коммутаторы 9 11, кроме того, имеют каждый третьи информационные входы 3, подключенные к выходам сумматора 13 измерений нечетных датчиков. Третьи (управляющие) входы 4 коммутатора 12 подключены к выходам А-пары триггеров регистра 22. Четвертые (управляющие) входы 4 коммутаторов 9 11 подключены к выходам j-ой пары (j=X, Y, Z) триггеров регистра 22. Коммутаторы 9 12 имеют каждый первые выходы 1, подключенные к входам сумматора 14 измерений четных датчиков;
вторые выходы 2, подключенные к входам сумматора 13 измерений нечетных датчиков. Третьи выходы 3 коммутаторов 9 11 являются выходами устройства резервирования датчиков и подключены к регулятору системы управления. Схемы коммутаторов реализуют следующую систему логических функций:

где L_ji вектор столбец n-функций выходов i (i=1, 2, 3) коммутатора канала j;
I_jν(I_кν) вектор столбец сигналов на n входах ν(ν=1,2) j-го (k-го канала);
U₁ вектор столбец сигналов на выходах сумматора 13, т.е. на входах 3 каждого из каналов X, Y, Z;
q_jμ(q_кμ) сигнал на прямом выходе m-го триггера (m=1,2) j-ой (k-ой) пары регистра 22;
n разрядность информации, циркулирующей в устройстве. Функциональная схема коммутатора канала j (j=X, Y, Z) может иметь вид, приведенный на фиг. 3. В зависимости от состояний 1-ой пары триггеров 23, 24 регистра 22:
ключ SW1 31 соединяет выходы L_j1 либо с входами I_j1, либо с входами I_j2;
ключ SW2 32 соединяет выходы L_j2 либо с входами I_j2, либо с входами I_j1;
ключ SW3 33 соединяет выходы L_j, либо с входами I_j1, либо с входами I_j2, либо с входами U₁. В коммутаторе канала А нет ключа SW3. Рассмотрим работу устройства. В исходном состоянии в триггеры регистра 22 записаны нули (подается сигнал на шину установки регистра 22 в исходное):

Поэтому
L_j1 I_j1,
L_j2=I_j2,
L_k= I_k1, j= X, Y, Z, A; k=X, Y, Z, т.е. на входы сумматора 13 поступает информация от нечетных датчиков 1, 3, 5, 7;
на входы сумматора 14 от четных датчиков 2, 4, 6, 8;
на блок выработки команд информация от датчиков 1, 3, 5. Если все узлы устройства работоспособны, каждый из компараторов 17 20 принимает от обоих датчиков одинаковую информацию, и на его выходе сигнал равен "0":
I_j1=I_j2, r_j=0, j=X, Y, Z, A
Таким образом, коммутаторы 9 11 находятся в таком состоянии, что на вычитающие входы сумматора 13 проходят сигналы с датчиков 1, 3 и 5, а на вычитающие входы сумматора 14 с датчиков 2, 4, 6. Сигналы же с датчиков 7 и 8 через коммутатор 12 попадают на суммирующие входы соответственно сумматоров 13 и 14. Сигналы на выходе сумматоров 13 и 14
(1)
где U_x, U_y, U_z, U_a сигналы с датчиков 1 - 8;
m коэффициент пропорциональности (он постоянен и равен cosα). Когда показания всех датчиков правильны, всегда должны выполняться соотношения
(2)
Если выполняются соотношения (2), U₁= U₂=0. Поэтому выходные сигналы компараторов 15, 16 также равны "0". Таким образом, на входах дешифратора 21 сигналы равны "0" и ни один из его выходов не возбужден. Сохраняется исходное состояние регистра 22 и коммутаторов 9 12. Пусть отказывает датчик 1 канала X, так что
I_x1≠I_x2, U₁≠ 0,
и компараторы 17 и 15 формируют единичные сигналы
r_x≠r_u1 1
Возбуждаются входы дешифратора 21, которые имеют веса 1 и 16, поэтому появляется выходной сигнал Z₁, переводящий первый триггер 23 регистра 22 в единичное состояние. Остальные триггеры остаются в состоянии "0":

Поэтому изменяется состояние коммутатора 9:
L_x1 I_x2;
L_x2 I_x2;
L_x I_x2
т. е. информация с датчика 2 начинает поступать как на входы сумматора 14, так и на входы сумматора 13. Состояние коммутаторов 10 12 не изменяется. При отказах двух датчиков, например датчиков, измеряющих параметры движения объекта относительно оси X, показания датчиков 1 и 2 не совпадают между собой. Тогда U₁≠ 0, U₂≠ 0 и I_x1≠I_x2 и единичные сигналы появляются на выходах компараторов 17, 15, 16:
r_x r_u1 1, r_y r_z r_A 0
Сигналы на выходах сумматоров 13 и 14
(3)
Если показания датчиков U_A, U_y, U_z верны, U₁=U¹_x, U₂=U²_x, т.е. U₁ и U₂ соответствуют параметрам движения относительно оси X. Благодаря воздействию единичных сигналов с компараторов 17, 15, 16
r_x r_u1 r_u2 1, r_y r_z r_A 0
у дешифратора 21 возбуждаются входы с весами 1, 16, 32, т.е. на входах появляется набор 49 и возбуждаются выходы Z₁ и Z₂. Этими сигналами записывается "1" в первый 23 и второй 24 триггеры регистра 22, т.е. в оба регистра X-пары. Состояния остальных триггеров не изменяются:

Изменяется состояние ключей коммутатора 9:
L_x1 L_x2 0, L_x U₁
т.е. входы сумматоров 14 и 13 отключаются от датчиков 1 и 2. Таким образом, устройство резервирования датчиков позволяет устранить отказ одного из датчиков или даже группы датчиков в системе управления пространственным положением объекта.

Формула изобретения

Устройство резервирования датчиков в системе управления пространственным положением объекта, содержащее четыре пары датчиков, четыре коммутатора, первые и вторые информационные входы которых связаны с выходами соответствующих датчиков каждой пары, сумматор, к входам которого подключены первые выходы коммутаторов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы датчиков, оно дополнительно содержит дешифратор, регистр, шесть компараторов и второй сумматор, входы которого подключены к вторым выходам коммутаторов, выход первого сумматора подключен к третьим информационным входам первого, второго и третьего коммутаторов и входу первого компаратора, выход второго сумматора соединен с входом второго компаратора, к каждой паре входов третьего, четвертого, пятого и шестого компараторов подключены выходы соответственно первой, второй, третьей и четвертой пар датчиков, а выходы этих компараторов соединены соответственно с первого по четвертый входами дешифратора, пятый вход которого соединен с выходом первого сумматора, а шестой вход с выходом второго компаратора, восемь выходов дешифратора соединены соответственно с соответствующими информационными входами регистра, вход установки в нулевое состояние которого подключен к шине установки исходного состояния устройства, первый, второй и третий выходы регистра соответственно соединены с управляющими входами первого, второго и третьего коммутаторов, а четвертый выход регистра подключен к управляющему входу четвертого коммутатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3