Устройство для контроля усилителей

 

(72) Авторы изобретения

N.H. Быстрова и М.Н. Глазов

I: (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УСИ5ИФТЕЛЕЙ

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

Известно устройство для контроля систем управления, содержащее генератор стимулирующих воздействий, ана-, логовый анализатор и блок регистраФО ции. Известное устройство использует метод активного контроля (1.).

Недостатки известного устройства состоят в сложности и низкой надежт.—

tS 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 интегратор, причем выход интегратора соецинен с

2 дополнительным входом блока сравнения, основжае входы которого подключены к выходам контролируемого и эталонного устройства (2).

Недостатки известного устройства заключаются s низком быстродействии и низкой достоверности контроля. Низкое быстродействие обусловлено инерционностью интегратора, в результате которой пороговый блок должен иметь задержку срабатывания для предотвращения получения ложных результатов контроля. Низкая достоверность контроля обусловлена отсутствием ограничения на выходе интегратора, что приводит к компенсации больщих расхождений сигналов с выходов эталонного и контролируемого устройств и, следовательно, к пропуску некоторых видов отказов.

Цепь изобретения — повьипенне быстродействия устройства и достоверности контроля.

86871

11оставленная цель достигается тем, что в 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, 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 операци-. онного усилителя, через конденсаторсо 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 1 и второй 2 резисторы, первый операционный усилитель 3, третий 4, четвертый 5, девятый 6 резисторы, блок 7 сравнени ., включающий второй операционный усилитель 8, пятый 9 и шестой 10 резис35 торы. конденсатор 11, восьмой 12 и седьмой 13 резисторы, первый 14 и второй 15 светодиоды блок 16 сигнализации.

Контролируемлй усилитель 17 входит в состав следящей системы 18, включающей эадатчик 19 обратной связи, исполнительный механизм 20, датчик 21 обратной связи.

Устройство для контроля усилителей работает следующим образом.

В исходном состоянии в установившемся режиме следящей системы 18, I когда напряжения U задатчика 19 и

0 „датчика 21 обратной связи уравновешены, напряжение Оя ча выходе контролируемого усилителя 17 рассогласования не превышает напряжения трогания исполнительного механизма

- U . Напряжение U b õí выходе блока 7 сравнения определяется разностью напряжений Ц1„и выходного нап" ряжения 0 усилителя 3. За счет вве1 4 денной отрицательной обратной связи с выхода блока 7 сравнения на второй вход усилителя 3 он выдает напряжение U автоматически подстроенное в соответствии с сигн и Н17, Обеспечивая достаточно малое напряжение

U на выходе уси,ителя 8.

ВЬИ с учетом действия указанной обратной .связи напряжение UBbtx paulo

"ъ «о

ВЫХ "1 $+ Ê К 1+К К, где К . — коэффициент усиления усили6 теля 3 по входу с резистора 6, К9и ʄ— коэффициенты усиления блока

7 по входам через резисторы

9 и 10 соответственно;

К вЂ” коэффициент усиления усий лителя 3 по входу через резисторы 1 и 2; д — эквивалентный сигнал ошибки на входе усилителя 3.

Напряжение d определяется суммой собственного смещения нуля усилителя 3 и статической погрешностью Ьс следящей системы (dс = U -+<) .При достаточно глубокой обратной связи

К9K<&l и К К ) 1, что легко выполняло ь ется при К 1, ОтР К

U = +ь

ВЫХ К6 K.g при Кб=K =K U = + d . В устаЬЫХ K новившемся режиме напряжение на выходе блока 7 имеет величину порядка статической ошибки следящей системы.

Это напряжение существенно меньше уровня срабатывания блока 16 и порога включения светодиодов 14 и 15.

Поэтому 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) разброс статических характеристик усилителя 17 и усилителя 3, а также смещение нуля усилителя 3 и статическая ошибка следящей системы приводят к несоответствию напряжений U4> и U . Усилитель

3, обладающий как и усилитель 17 весьма большим коэффициентом усиления, при отсутствии указанной обратной связи под действием сигнала Ь находится

=К1! -К И

ВЮХ 9 " "" "О 2"С1

Коэффициенты усиления К, и К блока 7 обеспечивают такой режим его работы, чтобы при любом возможном разбросе уровней ограничения насыщенных усилителя 3 и усилителя !

7 напряжение 0 было меньше поровЬ|Х

Я гового напряженйя светодиодов 14 и 15. При этом как и в рассмотренном выше случае светодиоды 14 и 15 сохраняют непроводящее состояние, усилитель 8 охвачен внутренней обратной связью через резисторы 12

Ф и 13, благодаря чему коэффициенты усиления К и К„достаточно малы блок 16 выключей.

При подходе следящей системы 18 к положению равновесия сигнал расФ согласования 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 ре35

8687 в насыщенном состоянии, в то время как выходной си:.нал усилителя 7 не превышает напряжения трогания U p.

Поэтому без внешней обратной связи на выходе блока 7 возникает большое напряжение, под действием которого све— тодиоды 14 и 15 переходят в проводя— щее состояние. Это привело бы к размыканию цепи внутренней обратной связи, охватывающей усилитель 8 .еще большему возрастанию напряжения на выходе этого усилителя и срабатыванию блока 16. т.е. к ложному срабатыванию устройства.

В том случае, когда следящая систе — 15 ма 18 находится в переходном режиме. происходит значительное рассогласова— ние усилителя 17 и усилителя 3, которые работают в режиме ограничения, и иа их выходах действуют максимальные напряжения противоположных знаков.

Поскольку усилитель 3 насыщен, внешняя обратная связь, охватывающая блок 7 через усилитель 3, разорвана (напря-, жение Ц, поступающее через резистор

6 на вход усилителя 3, существенно . меньше сигнала рассогласования и недостаточно для выведения усилителя

3 из насыщения). Поэтому в переходном процессе выходное напряжение

ОБА блока 7 составляет

lI 6 жиме. Из-за неидентичмости характеристик усилителя 3 и усилителя 17 (различий коэФфициентов усиления, динамических параметров, а также из-за смещения нулей7 моменты перехода усилителя 17 н усилителя 3 в линейный режим не совпадают во времени. Если усилитель 3 входит в линейный ряким раньше, чем усилитель !

7, то выходное напряжение блока сравнения определяется соотн шением

I плох

U = — +д вьи к hi где — сигнал рассогласования, при котором усилитель 3 переходит в линейный режим.

При достаточно большом коэффициенте усиления К и малом линейном диапазоне b,< напряжение !.1, достаточно мало, а потому светодиоды !4 и 15 и блок 16 остаются в выключенном состоя нии.

Если же усилитель 17 переходит в линейный режим, опережая усилитель

3, то на входах блока 7 в течение некоторог времени. действует значи; тельный разностный сигнал, который может вызвать включение светодиодов

14 и !5, увеличение выходного напряжения U13!4 áëîêà 7 и срабатывание блока 16. Однако конденсатор ll обеспечивает необходимую задержку срабатывания. Задержка срабатывания блока 7 обусловлена постоянной времени С=С(К . !.Я„, ),где й4 и Q+- сопротивления резисторов 12 и 13 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 К„ ) раз.

Предлагаемое устройство обеспечивает исключение ложных срабатываний и при отсутствии конденсатора 11.

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 !7.

Как в установившемся режиме, так и в переходном процессе следящей системы 18 при исправном усипителе 17 выходное напряжение блока 7 близко к нулю, светодиоды !4 и 15 находятся в непроводящем состоянии, потому усилитель 8 охвачен обратной связью через резисторы 12 и I3 и блок 16 выключен.

7 86873

В зависимости от характера отказа усилителя 17 возможны два случая,, В первом спучае напряжение на выходе усилителя 17 равно нулю (пассивный отказ), и исполнительный механизм 20 неподвижен. Неисправность усилителя

17 проявляется при изменении сигнапа задания, что вызывает появление неустранимого рассогласования в следящей системе 18 и переход усилителя 3 1О в режим насыщения. Вследствие размыкания обратной связи, охватывающей усилитель 8 через усилитель 3, выходное напряжение О „„ блока 7 возрастает и включает один из светодиодов 14 или

15, сигнализируя неисправность. Одновременно эа счет включения светодиода

14 или 13 разрывается цепь обратной связи усилителя 8, что приводит к рез» кому увеличению выходного напряжения этого усилителя и включению блока 16.

Во втором случае усилитель 17 выдает на выход напряжение 0 0 (активный отказ усилителя 17),под действием 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, совпадающее по знаку с напряжением

U, При некотором рассогласовании др напряжение U блока 7 достигнет порога включения соответствующего светодиода, который сигнализирует неисправность. Кроме того, за счет размыкания внутренней обратной связи усилитель 8 переходит в режим насыщения, что приводит к срабатыванию блока 16. Поскольку при активном отказе усилителя 17 сигналы на входах усилителя 8 через резисторы 9 и 1О суммируются, ошибка, при которой обнаруживается неисправность, меньше, чем при пассивных отказах.

Таким образом, эа счет введения усилителя 8, резисторов 9-13 конденсатора II 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 уст1 8 ройство обеспечивает возможность выявления отказа при весьма малых ошибках в следящих системах автоматического управления, поскольку сигнал внешней обратной связи, поступающий на дополнительный вход усилителя 3 и компенсирующий рассогласование (ошибку следящей системы 18), ограничен прямым падением напряжения на светодиодах, включенных 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, о т л и ч а ю— щ е е с я 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

I 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 - co входом блока сигнализации, через девятый резистор — со вторым входом первого операционного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

II- 413462, кл. 6 05 В 23/02, 1972.

2. Авторское свидетель тво СССР

У 439790, кл. 6 05 В 23/02, 1974 (прототип).

8687)) Заказ 8327 89 Тираж 943

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Москва, 3-35, Рау)пская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал IlllII Патент, г. У кгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Дворкин

Редактор И. )Ыхеева Техред А.Бабинец Корректор О. Билак