Диссертация (785901), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Представляет собойнагруженный однонаправленный граф, вершины которого – состояния конечногоавтомата, ребра – переходы из одного состояния в другое, а нагрузка – символы(условия), при которых осуществляется данный переход. Если переход изсостояния q1 в q2 может быть осуществлен при появлении одного из несколькихсимволов (выполнении условий), то над дугой диаграммы (ветвью графа) должныбыть надписаны они все.–Таблица переходов – табличное представление функции . Обычно втакой таблице каждой строке соответствует одно состояние, а столбцу – одиндопустимый входной символ.
В ячейке на пересечении строки и столбцазаписывается действие, которое должен выполнить автомат, если в ситуации,когда он находился в данном состоянии на входе, он получил данный символ.Конечный автомат может быть эффективно использован для контролясигналов. Для этого необходимо сформировать сценарии изменения входных219сигналов, для которых алгоритм контроля может сформировать выходныесигналы, формирующие язык конечного автомата.
Если же реализуется сценарий,где невозможно определить выходной сигнал, то это слово не входит в языкконечного автомата, а входной сигнал считается отказавшим.Контроль и выравнивание выходного сигнала реле. Весьма важнымчастным случаем является выходной сигнал реле, т. е. признак превышениявходным аналоговым сигналом порогового значения.
Эти реле применяются дляотключения режимов автоматического управления при вмешательстве летчика вуправление, подключения режимов стабилизации тангажа и крена и т. д.Поскольку выход реле дискретный, то разное по времени срабатывание релеприводит к значительному рассогласованию управляющих сигналов, а значит, кложному срабатыванию системы контроля. Если входной сигнал близок кпороговому значению реле и медленно меняется, то даже небольшое отличиевходных сигналов каналов управления и контроля приводит к значительнойразнице по времени между срабатываниями реле. Это вызывает большую разницумежду выходными сигналами реле, что трактуется системой контроля как отказ.Для того чтобы обеспечить надежную и синхронную работу реле и предотвратитьэти ложные срабатывания, разработан алгоритм в виде конечного автомата,приведенный на рис.
5.7. Суть алгоритма состоит в следующем. В каналеуправления реализовано обычное реле. В канале контроля предусмотрены мерыпо обеспечению синхронизации срабатывания реле. В частности, если произошлосрабатывание в канале управления, т. е. входной сигнал Хс равен уровнюсрабатывания реле H и входной сигнал канала контроля лежит в диапазоне H –h < Хm < H + h, где h – порог допустимого разброса входного сигнала, то и вканале контроля происходит срабатывание, что обеспечивает синхронностьсрабатывания реле при наличии небольших рассогласований между каналами.Если Хm > H + h или Хm < H – h, переключения реле не происходит, и на еговыходе имеем номинальные значения 0 и 1.
В том случае, если выходные сигналыреле каналов управления и контроля отличаются в течение определенноговремени,вычислительсчитаетсяотказавшим.Дляопределенияотказа220вычислителя используется логический блок подтверждения отказа (рис. 5.7) сосчетчиком несравнений. Логика этого блока следующая:− если выходные значения реле каналов управления и контроля разные, тозначение счетчика увеличивается на единицу вплоть до максимального;− если выходные значения реле каналов управления и контроля одинаковые,то значение счетчика уменьшается на единицу вплоть до нуля;− по достижении счетчиком несравнений максимального значения считается,что факт отказа вычислителя установлен, и он отключается;− максимальное значение счетчика несравнений определяется временемподтверждения, в течение которого отказ должен быть обнаружен.Необходимо провести анализ эффективности разработанных алгоритмовсинхронизации и контроля.
Рассмотрим гармонический входной сигнал,амплитуда и среднее значение которого подобраны таким образом, чтобы егомаксимальное значение немного превышало порог срабатывания реле. При этомскорость изменения сигнала при срабатывании реле мала и наличие небольшихрассогласованиймеждуканаламиуправленияиконтроляприводиткзначительной разнице между выходными сигналами. Также рассмотримследующие условия работы и варианты отказов FMEA (Failure Mode and EffectAnalysis) аналогового датчика Хm канала контроля:− появление постоянного смещения сигнала датчика;− появление «шумов» высокой интенсивности в сигнале датчика;− линейно нарастающий по времени увод сигнала датчика;− остановка сигнала в произвольном положении;− сброс входного сигнала на ноль;− наличие кратковременных сбоев во входном сигнале.Поведение системы контроля при таких отказах демонстрируется нарис.
5.8–5.10. На этих рисунках приняты следующие обозначения:− Хс, Хm – входные сигналы реле каналов управления и контроля;− Yс, Ym, – выходные сигналы реле каналов управления и контроля;− Nf, StY, – значение счетчика несравнений и исправность выходного сигнала.221Рисунок 5.7 – Синхронизация реле между каналами управления и контролясдвоенного вычислителямиНа рис. 5.8а демонстрируется поведение системы при нулевом порогедопустимого разброса (h = 0).
Видно, что наличие постоянного сдвига или «шума»во входном сигнале на реле канала контроля приводит к срабатыванию системыконтроля и выключению вычислителя. При ненулевом пороге допустимогоразброса релейные элементы каналов управления и контроля срабатываютодновременно при тех же условиях и срабатывания системы контроля непроисходит (рис. 5.8б). В случае реального отказа вычислителя система контролядолжна его обнаружить. Как правило, рассматриваются следующие отказы:медленный увод, «замораживание» сигнала, сброс сигнала на ноль и т.
д. Нарис. 5.9 приведен пример эффективного обнаружения системой отказа типалинейного ухода выходного сигнала. На рис. 5.10 демонстрируется поведениесистемы при сбоях входного сигнала. Видно, что система контроля справляется стаким поведением входного сигнала, т. е. ложного срабатывания не происходит.222а) h = 0б) h = 0,1Рисунок 5.8 – Реле. Уровень срабатывания Н = 0,5. «Шум» во входном сигнале канала контроля223Рисунок 5.9 – Реле. Линейный уход ХmРисунок 5.10 – Реле.
Сбои в Хm224Контроль и выравнивание выходного сигнала гистерезиса. Наиболеесложными для синхронизации дискретными элементами являются элементы,которые включаются по одному признаку, а выключаются по другому. Частнымслучаем такого элемента является гистерезис. В системе управления самолетагистерезис используется для реализации функции «перекачки» балансировочногоотклонения руля высоты на стабилизатор (рис. 5.11).Рис.
5.11 – Схема «перекачки» балансировочного положения руля высотына стабилизатор с помощью двойного гистерезисаВ том случае, когда выходной сигнал интеграла превышает по абсолютнойвеличине порог включения, гистерезис срабатывает и стабилизатор начинаетотклоняться с постоянной скоростью. Этот же сигнал через обратную связьпоступает на вход интеграла руля высоты, и его выходной сигнал также изменяетсяс постоянной скоростью до тех пор, пока его абсолютная величина не снизится допорога выключения.
После этого стабилизатор останавливается, а интеграл неизменяется. Коэффициент обратной связи подобран таким образом, что суммарныймомент тангажа руля высоты и стабилизатора не меняется, т. е. «перекачка»балансировочного момента тангажа не вносит возмущений в движение самолета.Поскольку выход гистерезиса дискретный, то разное по времени срабатываниеприводит к значительному рассогласованию управляющих сигналов, а значит, кложному срабатыванию системы контроля. При этом если входной сигнал близок кпорогу включения или выключения и медленно меняется, то даже небольшоеотличие входных сигналов каналов управления и контроля может привести квключению/выключению гистерезиса в одном канале и сохранению значения вдругом канале, что ведет к срабатыванию системы контроля.
Чтобы обеспечить225надежную и синхронную работу гистерезиса и предотвратить ложные срабатывания,разработан алгоритм в виде конечного автомата, приведенный на рис. 5.12. В каналеуправления реализован обычный гистерезис. В канале контроля предусмотренымеры по обеспечению синхронизации срабатывания, аналогичные тем, которыеиспользовались для реле. Можно сказать, что работа данного гистерезиса можетбыть описана с помощью четырех реле. Если эти реле будут синхронизованы, то иработа гистерезиса будет синхронизована. Для определения отказа используетсялогический блок подтверждения отказа (см.
рис. 5.7) со счетчиком несравнений.Дляподтвержденияэффективностиразработанныхалгоритмовсинхронизации и контроля необходимо провести их анализ. Для этогорассматривают различные сценарии изменения входных сигналов и различныеварианты отказов FMEA. В качестве примера можно привести варианты отказовдатчика Хm канала контроля:− появление постоянного смещения сигнала датчика;− появление «шумов» высокой интенсивности в сигнале датчика;− линейно нарастающий по времени увод сигнала датчика;− остановка сигнала в произвольном положении;− сброс входного сигнала на ноль;− наличие кратковременных сбоев во входном сигнале.Поведение системы контроля при таких отказах показано на рис.
5.13–5.17.На рис. 5.13а демонстрируется поведение системы при нулевом порогедопустимого разброса (h = 0). Видно, что наличие постоянного сдвига или «шума»во входном сигнале канала контроля приводит к срабатыванию системы контроля ивыключениювычислителя.Приненулевомпорогедопустимогоразбросагистерезисные элементы каналов управления и контроля срабатывают одновременнопри тех же условиях, и срабатывания системы контроля не происходит (рис. 5.13б).В случае реального отказа вычислителя система контроля должна его обнаружить.Рассматриваемые в работе отказы – медленный увод, «замораживание» сигнала исброс в ноль– система обнаруживает (рис. 5.14–5.16).
На рис. 5.17 демонстрируетсяповедение системы при сбоях входного сигнала. Видно, что система контролясправляется с таким поведением входного сигнала, т. е. ложного срабатыванияне происходит.226Рис. 5.12 – Представление блока «перекачки» сигнала руля высоты на стабилизатор (двойной гистерезис)в виде конечного автомата. Каналы управления и контроля227а) h = 0б) h = 0,1Рисунок 5.13 – Гистерезис.
«Шум» во входном сигнале канала контроля228Рисунок 5.14 – Гистерезис. Линейный уход ХmРисунок 5.15 – Гистерезис. «Замораживание» Хm229Рисунок 5.16. Гистерезис. Сброс Хm в нольРисунок 5.17. Гистерезис. Сбои в Хm2305.3 Анализ рассогласований между каналами цифровой системы управления,вызванных сбоями информацииВесьма важным вопросом при разработке систем контроля резервированныхцифровых систем управления является анализ последствий сбоев цифровойинформации.
Под сбоями понимается случайное изменение значений сигналов,хранящихся в оперативной памяти вычислителя, вызванное внешними факторами(излучение, перепады в питании и т. д.). На рис. 3.15 приведены сигналы датчиковнормальной перегрузки и интегральных звеньев разных каналов трехканальнойсистемы управления при ступенчатом входном сигнале от летчика. Переходныепроцессы демонстрируют расхождение интегралов вследствие сдвигов нулей иналичия «шумов» в сигналах датчиков разных каналов и наличия сбоев значенийинтегралов. Расхождение сигналов разных каналов может привести к следующимотрицательным последствиям:− отрицательному результату контроля сигнала отдельного вычислителя втечение установленного времени подтверждения, что может вызватьотключение этого вычислителя.
Если подобные события произойдут ввычислителях различных каналов, то возможно отключение всей системыуправления;− импульсным входным воздействиям на привод (в случае больших пороговсрабатывания алгоритмов контроля, почти одинаковых сбоях в различныхканалах и т. п.).Ниже рассматриваются процессы, происходящие в одноканальной идвухканальной системах управления, вызванные сбоями сигналов прямой цепи,интегрального звена и апериодического фильтра [72].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
