DE1283002B - Steuereinrichtung fuer die Selektion des mittleren Signals aus einer Anzahl von redundanten, unabgeglichenen analogen Eingangssignalen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WfitfSk PATENTAMT Int. CL:

G06g

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 42 m4- 7/00

Nununer: 1283 002

Aktenzeichen: P 12 83 002.3-53 (G 45237)

Anmeldetag: 19. November 1965

Auslegetag: 14. November 1968

ro
DO
!N

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Selektion des mittleren Signals aus einer Anzahl von redundanten, unabgeglichenen, analogen Eingangssignalen.

Die Erfindung beschäftigt sich vor allem mit den durch schaltartige Vorgänge verursachten Schwierigkeiten, die bei Änderung paralleler Signale in redundanten Echt-Zeit-Analogsteuersystemen auftreten, und sie hat den Vorteil, daß die Erzeugung von Informationssignalen eine Störungskorrektur darstellt.

Digitale Datenverarbeitungssysteme und Digitalrechner, die dreifach redundante Schaltungen benutzen, beruhen im allgemeinen darauf, daß jedes Digitalsignal entweder richtig oder falsch ist. Wenn bei dreifacher Redundanz eine Signalstörung auftritt, bleiben zwei Signale übrig, die identisch sind, und es ist nur notwendig zu »wählen«, um zu bestimmen, welches Signal falsch ist, und dann das geeignete Signal auszuwählen; d. h., das Signal, bei dem zwei Eingangssignale identisch sind, ist gleich dem richtigen Signal. Auf der anderen Seite sind Analogsignale niemals vollständig identisch. In einem dreifach redundanten Analogsystem oder Digitalsystem, das Daten von einem Analogsystem oder einem Analogmeßwertgeber verarbeitet, wird das Signal mit dem mittleren Wert (im folgenden kurz mittleres Signal genannt) für die Weitergabe als richtiges Signal ausgewählt. Wegen der digitalen Analogie wird diese Selektion oft »Wahl« genannt. Wenn die Quelle des mittleren Signals gestört ist, wie z. B. gemäß Fig. IA durch einen Sprung infolge eines kurzgeschlossenen oder gebrochenen Drahtes usw., hat das automatisch eine schaltartige Wirkung, was in einem Digitalsystem nicht vorhanden ist. Bei einer solchen Störung ist ein Sprung des Ausgangssignals um 50% nicht außergewöhnlich. Bei vielen Anwendungen, z. B. Flugkontrollsystemen, kann ein so großer Sprung nicht erlaubt werden und eine Katastrophe zur Folge haben.

Ein anderes Beispiel von Redundanzproblemen bei Steuersystemen ist es, wenn eine Störung zu einem Signal führt, das eine Schwingungsform gemäß Fig. IB hat. Wenn die Elongation der Schwingung teilweise einen mittleren Wert darstellt, dann weist das Ausgangssignal eine entsprechende Schwingungsform mit Amplitudengrenzen infolge der beiden übrigbleibenden Eingangssignale auf. Weil das System auf diese Schwingung erneut ansprechen kann, müssen solche Schwingungen vermieden werden. Während diese Probleme manchmal dadurch kontrolliert werden können, daß die Rate, mit der das Aus-Steuereinrichtung für die Selektion des mittleren Signals aus einer Anzahl von redundanten,
unabgeglichenen analogen Eingangssignalen

Anmelder:

General Electric Company,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Phys. F. Endlich, Patentanwalt,

8034 Unterpfaffenhofen, Blumenstr. 5

Als Erfinder benannt:

Billy Sunday Chamberlain, Johnson City, N. Y.;

Byron John Shinn, Vestal, N. Y.;

Luther Duane Sunderland,

Apalachin, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. November 1964
(413 271)

gangssignal variiert, begrenzt wird, können Steuer-

a5 systeme im allgemeinen die daraus resultierende Begrenzung ihrer Ansprechgeschwindigkeit nicht erlauben. Der Einbau von Verzögerungsschaltungen, die Sprünge von Befehlssignalen vermeiden, verursacht eine unzulässige Trägheit des Systems.

Bei Störungskorrektursystemen ist es im allgemeinen wichtig, die Störungen zusätzlich zu ihrer Korrektur zu identifizieren. Das ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß bei der Störungskorrektur das System etwas von seiner grundsätzlichen Redundanz aufgeben muß. Auf diese Weise hat das resultierende System eine reduzierte, äquivalente mittlere Störungszeit. Es soll als Beispiel ein dreifach redundantes System mit einer Störung in einem speziellen Block betrachtet werden (der durch Wähler geschützte Rechenbereich). Es ist notwendig, daß keines der beiden anderen Signale wie das erste Signal gestört wird, oder das ganze System wird eine Störung zeigen. Der Pilot oder der Systemoperateur muß diese Situation abschätzen, wenn sie auftritt, so daß geeignete Maßnahmen, z. B. manuelle Bedienung, getroffen werden können. Daher wird eine Störungsanzeige benötigt, um vor der reduzierten Systemzuverlässigkeit zu warnen. Da Störungen intermittierend sein können, ist es oft erwünscht, sie irreversibel zu speiehern, um so eine Information zu haben, daß eine Störung sich ereignet hat. Das erlaubt dem Operateur, seine Zeit zwischen der Beobachtung der Warn-

809 637/1183

tion zu den entsprechenden ursprünglichen Eingangssignalen verarbeitet. Auf diese Weise werden die beiden nicht mittleren ursprünglichen Signale mit den addierten Abgleichsignalen modifizierte Signale, die 5 das mittlere Signal eng eingabein. Im Falle einer Störung verhindern die beiden eingabelnden abgeglichenen redundanten Signale, daß das endgültige Ausgangssignal sich zu schnell ändert. Andererseits, wenn das mittlere Signal sich schnell, aber richtig

gabelnden Signale eine geringe oder gar keine Beschränkung der Ansprechzeit des Systems nach sich ziehen.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. IA und IB Beispiele von unerwünschten Störungskorrekturen in einem redundanten Analogsystem,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Störungskorrektur der Erfindung,

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines bevorzugten elektronischen Ausführungsbeispiels der Erfindung, das dreifach redundante Impulsdauersignale benutzt,

F i g. 4 bis 6 schematische Schaltbilder geeigneter Komponenten des Ausführungsbeispiels von F i g. 3, nämlich eine Subtraktions-, eine Abgleich- und eine Störungsanzeigeschaltung,

F i g. 7 ein Ersatzschaltbild der Übertragungs

anzeige und anderer Systemaufgaben aufzuteilen. Auf
diese Weise ist es nicht nötig, die ganze Aufmerksamkeit der Warnanzeige zu widmen, um irgendwelche schaltartige Störungen zu entdecken. In
Digitalsystemen ist die Identifizierung von Störungen
relativ einfach, sie erfordert nur die Feststellung, daß
ein Signal von den beiden übrigen Signalen verschieden ist. Bei Analogsignalen ist es wegen der Abwesenheit eines vergleichbaren Standards viel schwieriger. Ferner schließt der Störungsnachweis normaler- io ändert, ändern sich die abgeglichenen redundanten weise das Speichern der Störung auf eine irreversible Signale dazu proportional schnell, so daß diese ein-Weise ein. Normalerweise wird bei einer Störung ein
Warnlicht oder irgendeine andere Anzeige eingeschaltet gehalten. Beim Betrieb von Analogsystemen
können häufig unechte Störungen infolge Über- 15
spannungen der Stromquelle u. dgl. auftreten, die
sich tatsächlich selbst korrigieren, aber zufälligerweise eine Störungskorrektur auslösen können. Es
ist gewöhnlich wünschenswert, daß die Störungsanzeige solche unechten Störungen ausmacht und 20
von der Störungsspeicherung und -anzeige abhält.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur modifizierten Selektion des mittleren Signals (im folgenden kurz mittlere Selektion genannt) für redundante Analogsysteme anzugeben, die 25 große schaltartige Veränderungen im Ausgangssignal infolge einer Störung des mittleren Eingangssignal vermeidet, ohne unzulässige Verzögerungen der Ansprechbarkeit zur Folge zu haben. Ferner soll in

vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung eine Ein- 30 funktion der Schaltung und richtung für die Korrektur von Störungen von F i g. 8 eine schematische Darstellung eines zweiten

redundanten Analogsignalen angegeben werden, die elektronischen Ausführungsbeispiels, das Analogeine Anzeige einer Störungskorrektur ermöglicht, die Spannungssignale benutzt.

nicht unecht ist. Es sollen nun die Figuren im einzelnen be-

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist 35 sprachen werden. F i g. 2 ist eine verallgemeinerte gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch min- Darstellung der erforderlichen Verfahrensschritte für destens einen mittleren Selektor zur Selektion des die verbesserte mittlere Selektion von redundanten mittleren Signals von einer Anzahl redundanter, ab- Analogsignalen. Drei redundante »Wahlen« oder geglichener Eingangssignale als Ausgangssignal, durch mittlere Selektionen, dargestellt durch die Blöcke 11, eine entsprechende Anzahl von Summieren zur 40 21 und 31, werden in der gleichen Weise wie früher Summation jedes redundanten unabgeglichenen Ein- durchgeführt. Bei Abwesenheit einer Störung bei gangssignals und eines entsprechenden Abgleichs- diesen mittleren Selektionen sind alle Ausgangssignals zur Erzeugung von Summensignalen, durch signale V identisch. Die Eingangsschaltungen zu den einen Subtrahierer zur Erzeugung von Abgleich- Blöcken 11, 21 und 31 sind jeweils identisch, und es korrektursignalen proportional zur Differenz zwischen 45 ist der Zweck der redundanten mittleren Selektion, den mittleren Ausgangssignalen und jedem Summen- sich gegenüber einer Störung in der mittleren Selektion zu versichern, da diese der Aufgabe der Anzeige und Zurückweisung einer Störung infolge einer Störung in den Quellen der ursprünglichen redundanten 50 Signale A, B und C entgegengesetzt ist. Wenn die redundante Wahl nicht erwünscht ist, z. B. wenn die Wahrscheinlichkeit der Störung zweier der Signale A, B und C sehr viel größer als eine einzelne Störung bei der mittleren Selektion ist, kann es vorzuziehen danten Eingangssignalen gestört wird. Für diese drei 55 sein, daß nur eine mittlere Selektion durchgeführt redundanten Eingangsimpulse sind drei signal- und das letzte gemeinsame mittlere Ausgangssignal abgleichende Kanäle vorhanden. Wie früher ohne in jedem der Abgleichkanäle benutzt wird. Berm Abgleichung ist das endgültige Ausgangssignal das Gebrauch der Erfindung ist es wesentlich, daß jedes mittlere der drei redundanten Signale, aber diese redundante Eingangssignal A, B und C mittels Signale sind die ursprünglichen redundanten Signale, 60 entsprechender Abgleichkanäle 10, 20 und 30 verdie durch die Addition von Abgleichsignalen modi- arbeitet wird, in denen die Signale durch Summationsfiziert wurden. Die Abgleichsignale werden durch operationen 12, 22 und 32, die algebraisch ein AbStauchung jedes Eingangssignals auf das Ausgangs- gleichsignal ΔA₁ AB, AC dazuaddieren und ein signal der mittleren Selektion für die konventionelle Summensignal A+ A A, B+AB, C+A C erzeugen, mittlere Selektion erzeugt. Die Störungen der Ab- 65 modifiziert werden. Die Abgleichsignale werden gleichsignale im Vergleich zum mittleren Ausgangs- durch eine Subtraktionsoperation 13, 23, 33 jedes signal werden durch Verzögerung und Verstärkung redundanten Signals A, B, C vom mittleren Ausgangsder Differenzsignale und durch anschließende Addi- signal und eine anschließende Verzögerung 14,24

signal, und durch eine Einrichtung zur Phasenverzögerung und Verstärkung der Abgleichkorrektursignale zur Erzeugung der redundanten, abgeglichenen Eingangssignale.

Durch die Einrichtung gemäß der Erfindung ist eine wesentliche Korrektur von Störungen ohne starke schaltartige Signale möglich, wenn die Quelle des mittleren Signals von insbesondere drei redun-

und 34 der resultierenden Differenzsignale erzeugt. Die resultierenden Signale sind, nachdem sie mit den ursprünglichen redundanten Signalen V± A+AA], V±\B + AB\, V±C+AC\ summiert worden sind, Abgleichkorrekmrsignale. Eines der Eingangssignale, z. B. B, ist das mittlere Signal und im wesentlichen identisch mit den Ausgangssignalen, während die übrigbleibenden Signale das mittlere einklammern. Wenn z. B. im stationären Fall A klein ist, ist A-V Δ A wenig von B verschieden, nur etwas kleiner, und C+Λ C ist ähnlich etwas größer als B. Weil das Ausgangssignal gleich B ist, ist AB gleich Null, und das mittlere Signal wird durch den Abgleichkanal nicht beeinflußt, solange B konstant ist. Wenn jedoch eine Störung eine Veränderung von B hervorruft, so wird die eng durch A+A A und C+J C begrenzt, während sie bei der früheren mittleren Selektion direkt im endgültigen Ausgangssignal auftauchen würde. Wenn B unter das abgeglichene redundante Signal A+A A abfällt, wird das letztere das mittlere Signal und hält daher das Ausgangssignal nahe dem Wert, den B ohne Störung gehabt hätte. Ähnlich wird das (C+JC)-Signal das mittlere Signal, wenn die Störung ein Ansteigen von B verursacht hat. Wenn jedoch die Störung andauert, dann fällt J A (oder A C) allmählich auf Null ab, wie es die Verzögerung 14 (oder 34) erlaubt, bis das Ausgangssignal dann A (oder C) in der gleichen Weise widerspiegelt, wie es das Signal B vor dem Fehler widerspiegelte. Wenn keine Störung aufgetreten ist, aber das .B-Signal sich in richtiger Weise schnell geändert hat, wird die Änderung des Ausgangssignals nicht sehr behindert. Obwohl AA und A C eine enge Eingabelung des mittleren Ausgangssignals darstellen, verändern sich sowohl A und C mit B, so daß die Eingabelung, die von A+AA und C+AC hergestellt wird, ohne bedeutende Verzögerung mit B mitgeht.

Wie Fig. 1 zeigt, wird das Verfahren für ein dreifach redundantes System angewendet, das die bevorzugte Anwendung darstellt. Bei drei Eingangssignalen ist die Mehrzahl der Eingangssignale eine vertrauenswürdige Informationsquelle für die Anzeige von Störungen, und die mittlere Selektion kann allgemein benutzt werden, im Gegensatz zu einem Störungskorrekturverfahren, das auf dem speziellen Verhalten bei einer besonderen Anwendung für die Störungsanzeige beruht, z. B. auf dem Störungsabfang zusammen mit einer Mittelung der Eingangssignale für die Korrektur. Dieses Verfahren ist natürlich auch auf andere Systeme anwendbar. Zum Beispiel auf eine mittlere Selektion von fünf Eingangssignalen, oder auf Systeme mit zwei Eingangssignalen, die eine pseudomittlere Selektion benutzen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das impulsdauermodulierte Signale verwendet, ist als Blockschaltbild in F i g. 3 gezeigt. Die redundanten Eingangssignale A, B und C sind Signale mit positiv verlaufender Spannung, die mit einer festen Wiederholungsrate wiederkehren und ein von 50% abweichendes Tastverhältnis haben, das proportional zum positiven oder negativen Wert der dargestellten Variablen ist. Die Summation der ursprünglichen redundanten Signale und der Abgleichsignale AA, AB und AC wird durch entsprechende konventionelle Hilfsvorverstärker 42, 52 und 62 vorgenommen. Bei den meisten Ausführungen wird die mittlere Selektion vor oder nach einem Funktionsblock des Systems vorgenommen, der ein Steuersignal addiert und/oder verstärkt. Das erlaubt wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Gebrauch eines Hilfsvorverstärkers usw., der schon wegen anderer Aufgaben vorhanden ist und die zusätzliche Aufgabe der Addition der Abgleichsignale A A usw. zu den betreffenden Eingangssignalen A usw. erfüllen kann. Ein konventioneller mittlerer Sektor 41, 51, 61 ist für jeden Abgleichkanal 40, 50, 60 vorgesehen. Jeder mittlere Selektor erzeugt aus dem gleichen Satz von abgeglichenen redundanten Signalen A + A A, B+AB und C+AC am Ausgang ein Impulsdauersignal V, eine positive Spannung, die andauert, solange irgend zwei der Eingangsimpulse anhalten. In einem gewissen Sinne nimmt der Selektor eine digitalartige Wahl vor, um das Vorhandensein von Eingangsimpulsen zu bestimmen. Er liefert einen Ausgangsimpuls mit einer Dauer, die gleich der Impulsdauer des mittleren Signals ist. Wegen spezieller Polaritätsberücksichtigungen bei Impulsdauersignalen hat jeder Abgleichkanal zwei parallele Zweige für die wirksame Verarbeitung von bipolaren Informationssignalen. Das Ausgangssignal des Selektors 41 wird parallel in jeden Abgleichzweig eingespeist. Sowohl normale als auch komplementäre Ausgangssignale werden abgegeben. Das reguläre Ausgangssignal des Hilfsverstärkers 42 wird zum einen Zweig und das komplementäre Ausgangssignal A + AA wird zum anderen Zweig übertragen. Im ersten Zweig wird die Differenz zwischen dem komplementären Signal des mittleren Selektors und A+AA durch die Subtraktionsschaltung 43 erzeugt. Diese Schaltung erreicht auch eine Verzögerung, so daß sie zweckmäßigerweise aus einer einfachen Impulsdauerschaltung zusammen mit einem einfachen Filter aufgebaut ist, das die Differenzsignale in ein Gleichstromsignal proportional zum Tastverhältnis umwandelt und typisch eine Zeitkonstante von einer Sekunde hat. Ähnlich arbeitet die Subtraktionsschaltung 44 mit dem normalen mittleren Ausgangssignal und einem komplementären Signal A + Δ A, das ein zusätzliches Ausgangssignal des Vorverstärkers 42 ist.

Die Polarität der Ausgangsspannung aller Sumrnationsschaltungen ist positiv. Ein Summierverstärker 45 wird verwendet, um die Signale vom negativen Zweig umzukehren und mit den Signalen vom positiven Zweig zu kombinieren. Auf diese Weise ist das Ausgangssignal des Surnmierverstärkers 45 ein auf einem einzelnen Draht übertragenes bipolares Abgleichsignal, das zum Hilfvorverstärker 42 usw. weitergegeben wird. Da die Ausgangssignale aller Subtraktionsschaltungen positive Spannungen sind, werden sie über die Trenndioden 79 von F i g. 4 an eine gemeinsame Störungsanzeigeschaltung oder Monitor 71 weitergegeben. Da alle Signale für den Selektormonitor positive Spannungen sind, sind sie praktisch durch eine Vollweggleichrichtung aus dem Rückkopplungsabgleichsignal abgeleitet worden. Daher wird nur eine Schwelle mit einer Polarität benötigt. Der Gebrauch der Dioden 79 führt zu einer logischen »Oder«-Operation für alle Eingangssignale, d. h., nur das positivste Signal steuert den Betrieb des Selektormonitors 71 und der Anzeigeeinrichtung 72.

F i g. 4 ist eine schematische Darstellung einer geeigneten Subtraktionsschaltung mit Verzögerung für die Schaltungen 43, 44, 53, 54, 63 und 64 von Fig.3. Diese Schaltung hat die Aufgabe, die algebraische Differenz zwischen der Dauer der beiden Impulsdauersignale zu ermitteln und sie in ein dazu

proportionales Ausgangssignal umzuwandeln. Das impulse nicht nur in gemittelten Gleichstrom um, kleinere der beiden Signale muß die umgekehrte sondern er ermöglicht auch bei der Abgleichrück-Form haben. Für beide Signale muß der Impuls- kopplung die Filterung mit einsekundiger Verzögedaueranteil positiv sein. Das normale Impulsdauer- rung. Da die ganze Verstärkung in der Rückkoppsignal und das umgekehrte Impulsdauersignal werden 5 lungsschleife tatsächlich diesem Vorgang vorangeht, mittels der Dioden 77 und 78 in die erste Stufe ein- wird eine Begrenzung der schaltartigen Spitzen durch gekoppelt. Die erste Stufe ist im wesentlichen eine das Filtern und eine Sättigung vermieden,
digitale »Nichtoder (Nor) «-Schaltung. Das heißt, F i g. 5 zeigt das schematische Schaltbild der Sum-

vom Transistor 80 wird ein Ausgangssignal nur dann mierverstärker 45, 55, 65. Eingangssignale vom posierzeugt, wenn beide Eingangsanschlüsse positiv sind. io tiven Zweig werden zum Anschluß 91 übertragen, Es ist dann zu sehen, daß der Transistor 80 zum während Eingangssignale vom negativen Zweig zum positiven Zweig nur dann leitet, wenn das abge- Anschluß 92 kommen. Die Gesamtspannungsverstärglichene Signal größer als das Wählerausgangssignal kung vom Eingangsanschluß 92 ist — 1 und vom Anist, und zum negativen Zweig nur dann, wenn das Schluß 91 +1. Der Summierverstärker ist im wesent-Wählerausgangssignal größer als das abgeglichene 15 liehen ein Verstärker mit hoher Verstärkung, mit der Signal ist. Rückkopplung 1 und mit Differentialeingängen. Der

Die Leitung des Transistors 80 wird benutzt, um Rückkopplungswiderstand 93 und der Eingangssumeinen Stromgenerator, der aus den Transistoren 81 mierwiderstand 94 sind mit der Basis des Transistors und 82 besteht, zu schalten. Normalerweise wird der 95 verbunden. Da der Summierpunkt praktisch ein Transistor 81 durch den Vorwiderstand 83 offen- 20 niederohmiger Punkt ist, hat die Eingangsimpedanz gehalten, der mit einer positiven Netzspannung ver- am Anschluß 92 den Wert des Widerstandes 94. Um bunden ist. Wenn der Transistor 80 leitet, wird der die Eingangsimpedanz am anderen Eingangsanschluß Widerstand 84 zur Erde kurzgeschlossen, und die geeignet zu machen, wird ein Belastungswiderstand Spannung an der Basis des Transistors 81 fällt auf 96 zwischen die andere Basis des Doppeltransistors den Wert, der durch die Zenerdiode 85 und die ge- 25 95 und Erde geschaltet. Da die Subtraktionsschalkoppelten Dioden 86 und 87 bestimmt wird. Der tungen praktisch Stromgeneratoren sind, haben die nominelle Spannungsabfall an 85 ist 5,6 Volt, und die Signalquellen, die die Eingangsanschlüsse 91 und 92 resultierende Spannung an der Basis des Transistors versorgen, praktisch eine unendliche Ausgangsimpe-81 ist dann kleiner wegen des Abfalls an den beiden danz. Infolgedessen wirken für das Signal, das am gekoppelten Dioden. Diese beiden gekoppelten Di- 30 Anschluß 91 eingespeist wird, die Widerstände 93 öden gewährleisten eine Temperaturkompensation für und 94 nicht als Spannungsteiler, was das an der erdie Basis-Emitter-Dioden in den Transistoren 81 und sten Basis des Doppeltransistors 95 auftretende Si-82. Diese Transistoren sind in einer modifizierten gnal schwächen würde. Der Widerstand 94 ist prak-Darlington-Schaltung geschaltet. Wenn der Transi- tisch ungeerdet, und die Basis des Transistors 95 stör 81 leitet, dann erscheint effektiv die Spannung 35 wird durch die Rückkopplung auf der Spannung geder Zenerdiode 85 am Widerstand 88 beim Emitter halten, die an der Basis des Transistors 97 anliegt, des Transistors 82. Da die Kollektoren der Transi- Der einzige Spannungsfehler ist der Ohmsche Spanstoren 81 und 82 zum Ausgang zusammengeschaltet nungsabfall durch den Basisstrom am Widerstand 93. sind, tritt auch fast der ganze Strom durch den Wi- Ein Dämpfungsglied, das aus den Widerständen 98 derstand 88 am Ausgang auf. Auf diese Weise be- 40 und 99 besteht, wird verwendet, um eine Abstimmen der Widerstand 88 und die Spannung an der Schwächung des am Anschluß 100 auftretenden Aus-Zenerdiode 85 die Verstärkung dieses Stromgenera- gangssignals zu erreichen. Dadurch wird das Signal tors. Der Widerstand 88 wird so ausgewählt, daß die maßstabgetreu verändert, so daß eine Schwellenspan-Spannung der speziellen Zenerdiode dem gewünsch- nung für alle Schaltungen in der Störungsanzeige 71 ten Spitzenwert des Impulsstromes, der typisch 45 des mittleren Selektors verwendet werden kann.
4,45 Milliampere beträgt, angepaßt ist. Das Aus- F i g. 6 ist eine schematische Darstellung des Mo-

gangssignal der Subtraktionsschaltung ist ein Span- nitors 71. Der Eingangsanschluß 101 ist mit der Basis nungsabfall, der durch den Impulsstrom am Konden- des Transistors 102 in Emitterfolgerschaltung versator 89 und am Eingangswiderstand des Summier- bunden. Dieser Emitterfolger speist einen Tiefpaß, Verstärkers 45 entsteht. Diese i?C-Kombination er- 50 der aus dem Widerstand 103 und dem Kondensator gibt eine Zeitkonstante von ungefähr einer Sekunde. 104 besteht und ein Filter mit einer Zeitkonstante Der Kondensator 89 wird durch ein Impulsstörungs- von ungefähr 0,25 Sekunden darstellt. Der Ausgang signal aufgeladen, das von 0 bis 30 Mikrosekun- des Filters ist mit der Basis 106 eines Differentialden variiert, was von der Eingangsstörung abhängt, transistors 105 verbunden. Die Basis 107 dieses Tran- und er entlädt sich während der übrigen Zeit der 55 sistors ist mittels zweier Temperatur kompensieren-Impulsdauerperiode. Die Filterwirkung des Konden- der Dioden 108 und 109 mit einer Abzapfung eines sators 89 wandelt das Impulssignal von den Transi- Spannungsteilers verbunden. Der Widerstand 110 stören 81 und 82, die den Stromgenerator bilden, in dieses Spannungsteilers wird zusammen mit einer speeine gemittelte Gleichspannung, die proportional zur ziellen Zenerdiode 111 so ausgewählt, daß das geDifferenz der beiden Eingangssignale ist. 60 wünschte Potential an der Anode der Diode 109 Der Kondensator 89 erfüllt die kurzzeitige Spei- liegt. Das ist die Schwellenspannung, mit der alle cherfunktion, die für die Abgleichrückkopplung not- Eingangssignale für die Störungsanzeige verglichen wendig ist. Wenn im mittleren Zweig eine Störung werden. Wenn irgendeine Eingangsspannung diese auftritt, so sucht der Wähler einen anderen Zweig mit Schwelle überschreitet, leitet der Kollektor 112 des dem mittleren Wert. Die Spannung am Kondensator 65 Transistors 105 und schaltet dadurch den Transistor sinkt langsam mit einer Zeitkonstante von 1 Se- 113 ein, der seinerseits den Thyristor oder SCR 115 künde, so daß die Umschaltimpulse vermieden wer- zündet. Das resultierende Ausgangssignal wird zur den. Somit wandelt der Kondensator 89 die Stör- Anzeigelampe 72 gegeben.

9 10

Diese Schaltung nutzt die Kennlinien des SCR 115 Wenn ein spezieller Zweig auch das mittlere Si-

aus, um die gewünschte Speicherfunktion zu erhal- gnal aufweist, ist der Rückkopplungsfehler Null, und

ten. Sobald der SCR 115 gezündet ist, bleibt er in die Schleife ist im wesentlichen offen. Das hat die

diesem Zustand bis zur Rückschaltung, da er mit gleiche Wirkung wie die Öffnung des Schalters 130.

Anodengleichspannung versorgt wird. Um den SCR 5 Irgendwelche Ladung, die der Kondensator des Ver-

zurückzuschalten, muß die Anoden-Kathoden-Span- zögerungsnetzwerkes trägt, fließt dann mit der Zeit-

nung auf Null reduziert werden oder sogar eine ent- konstanten des Verzögerungsnetzwerkes ab (1 Se-

gegengesetzte Polarität annehmen. Eine äußere Schal- künde). Wenn in einem Zweig das Signal zum mitt-

tung gewährleistet.die Rückschaltung durch Verbin- leren wird, so wird es dessen wahren Wert nur sehr

dung mit der 28-Volt-Sammelschiene. Diese Span- io langsam annehmen.

nung ist ihrerseits mit der Kathode des SCR 115 mit- Wenn ein nicht mittlerer Zweig nicht das mittlere

tels der Kopplungsdiode 120 verbunden. Da eine Signal leitet, ist die Abgleichansprechbarkeit wegen

Diode in Serie mit einem Rückschaltsignal ist, ist es der Schleifenverstärkung hoch. Auf diese Weise wird

notwendig, einen zusätzlichen Diodenabfall in Serie die erforderliche Abgleicheinstellung proportional

mit der Anode des SCR 115 zu erreichen, um die 15 zur Abweichung des Fehlersignals von dem kleinen

richtige Rückspannung zu gewährleisten. Daher wer- stationären Pegel gezwungen.

den zwei Abfalldioden 117 und 114 benötigt. Der Der Fehler zwischen dem Ausgangssignal jedes Widerstand 110 sorgt dafür, daß diese Anodenfall- Zweiges und dem Wähler-Ausgangssignal wird Dioden immer in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind. zweckmäßigerweise vollweggleichgerichtet und dann Wenn das 28-Volt-RückschaItsignal anliegt, ist der 20 durch das Verzögerungsnetzwerk gefiltert und zum resultierende Spannungsabfall am SCR 115, gemes- Monitor 71 übertragen. Die Anzeige 72 wird dann sen von der Anode zur Kathode, ein negativer Di- in Betrieb gesetzt, wenn der Gleichspannungspegel odenabfall. Es wird darauf hingewiesen, daß der der Eingangssignale zum Monitor 71 einen kritischen Monitor 71 nicht zurückgeschaltet bleiben kann, so- Schwellenwert überschreitet, wobei dieser Schwellenlange irgendein Eingangssignal oberhalb der 25 wert auf jeden gewünschten Pegel eingestellt werden Schwelle bleibt. Der Widerstand 121 gewährleistet kann.

die niederohmige Verbindung zwischen dem Tor und Die für die Störungswarnung tatsächlich benutzte

der Kathode, um einen Torleckstrom durch ver- Schaltung verwendet die Elemente, die schon in der

sehentliches Zünden des SCR 115 zu verhindern. Die Abgleichrückkopplungsschaltung zur Erzielung von

Kondensatoren 122 und 123 liefern eine nieder- 3° Vollweggleichrichtung und Filterung verwendet wer-

ohmige Leitung, um Hochfrequenzrauschen abzu- j„„ _n. _D» ,, , .... K, K₁ ,

, ·. ^b a· -..I₁. τ- j j c-^.ri "^en· Die Ruckkopplungsverstarkiing -——- kommt

leiten und eine zufällige Zündung des SCR zu ver- rr b ^b i + S

hindern. durch zwei parallele Leitungen zustande, eine für die F i g. 7 ist ein Blockschaltbild eines Abgleich- positiven Rückkopplungssignale und eine andere für kanals von F i g. 3. Die Ansprechbarkeit der Ab- 35 die negativen. Die Spannungen in beiden Leitungen gleichschaltung ist bei normalem Betrieb sehr groß, sind positiv. Wenn daher diese beiden Rückkoppwenn die Rückkopplungsverstärkung K₃ K^ groß ist lungssignale summiert werden, dann ergibt sich die (was zu einer hohen Rückkopplungsschleifenverstär- Vollweggleichrichtung; wenn die negative Rückkoppkung K₁K₂K_sK₁ führt). Wenn K₁K₂K₃K₄ = 20 ist, lung subtrahiert wird, erhält man das für die Abist der Abweichungsfehler nur V21 des unkompen- 40 gleichrückkopplung erwünschte Fehlersignal. Eine sierten Fehlers. Zum Beispiel ein unkompensierter Analyse des Systems zeigt, daß das für das Störungs-Fehler von 50Vo des vollen Ausschlags in einem Ka- ; _{ivaIente FiIter 71 tatsäc}hlich f %, nal, der nicht das mittlere Signal fuhrt, wurde durch ^{6 H} 1 + S' den Rückkopplungsabgleich auf etwa 2,5 °/o reduziert d. h. die Verstärkung der Rückkopplungsleitung 43, werden. Mit dieser Rückkopplungsschleifenverstär- 45 44 ist. Ein Verzögerungsnetzwerk mit einer Zeitkonkung von 20 und einer Zeitkonstanten von 1 Sekunde stanten von 1 Sekunde hat sich auch als befriedigend im Rückkopplungsverzögerungsnetzwerk wird der für die Störungswarnung herausgestellt. Es dient als Abgleich mit einer Ansprechbarkeit von 21 radian/ ein Kurzzeitintegrator nach der Vollweggleichrichsec vorgenommen. tung. Auf diese Weise steigt für oszillatorische oder Wenn das mittlere Signal auf einen solchen Wert 50 stationäre Fehler das Gleichstromausgangssignal fällt, daß in einem anderen Zweig des mittlere Signal langsam bis zum Spitzenwert an und triggert schließauftritt, verändert sich das Ausgangssignal des Wäh- lieh die Warnanzeige. Bei normalem Betrieb werden lers langsam mit der Zeitkonstanten des Verzöge- jedoch die schaltartigen Signale nicht so groß oder rungsnetzwerkes zu dem neuen mittleren Signal. Die so kontinuierlich sein, daß das Signal an der Warn-Ursache für die verschiedene Reaktion bei normalem 55 anzeige 72 den Schwellenpegel erreicht,
und gestörtem Betrieb ist, daß bei normalem Betrieb, F i g. 8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der wenn ein Fehler zwischen einem Zweigausgang und Erfindung, das für redundante analoge Spannungsdem mittleren Selektorausgang auftritt, die Rück- signale vorgesehen ist. Die drei Abgleichkanäle 140, kopplungsschleife als geschlossene Schleife arbeitet 150 und 160 sind identisch, jeder Kanal gleicht eines und so das Fehlersignal klein hält. Die Übertragungs- 60 der Eingangssignale A, B oder C ab und überträgt funktion für den Störungsanteil des Eingangssignals die abgeglichenen Signale A+ A A, B+AB oder

C+AC zu den anderen Kanälen. Die mittlere Selek- ^^{on w}'^rt* durch ^ie <*rei Funktionsverstärker 141, 151 und 161 vorgenommen. Die Verstärker sind

65 gleichstromgekoppelt mit einem strombegrenzenden Ausgang. Sie sind mit Eingangs- und Rückkopplungswiderständen versehen, die den gleichen Wert aufweisen, um eine Verstärkung von Eins zu liefern.

809 637/1188

ist	einfach	._i_	3,7	5,4	5,4.	3,7(14-5)
	K1K2 =	1 + 3.7 und	3,7·	-S) ι ~	20 4- (1 + 5)
mit	(14 K3K4

Durch das Vorhandensein eines gemeinsamen Ausgangspunktes für alle Verstärker ist das Spannungsausgangssignal an einer Verbraucherimpedanz entsprechend dem mittleren Eingangssignal. Der Abgleich wird vorgenommen durch die Subtraktion des Eingangssignals, das abgeglichen werden soll, von dem Ausgangssignal des mittleren Selektors, durch Dazwischenschalten eines Verzögerungskreises, z. B. mit einem Speicherkondensator 143, und durch die Rückkopplung des verstärkten Signals vom Verstärker 145 zum Funktionsverstärker 141. Ein geeigneter Funktionsverstärker für den Verstärker 161 wird in Fig. 8 gezeigt. Die Transistoren 162 und 163 wirken als Generator mit konstantem Strom, und die Transistoren 164 und 165 wirken als eine abgeglichene differentielle Eingangsstufe für die Sparmungsverstärkung.

Auf Grund der obigen Ausführungsbeispiele ist es klar, daß die Erfindung im allgemeinen nützlich für die Verarbeitung von redundanten Analogdaten ist, besonders, wenn wesentliche Unterschiede zwischen parallellaufenden Daten erlaubt sind. Die Erfindung hat mehrere Funktionsmerkmale, die sich zu widersprechen scheinen. Die Abgleichkanäle sind Rückkopplungsschleifen, die im wesentlichen verschiedene Betriebseigenschaften für verschiedene Systemzustände haben. Durch Erzielung eines Verzögerungsfaktors und durch Verstärkung in der Schleife ist der Abgleich von nicht mittleren Signalen schnell, aber die Schleife ist langsam, wenn eine mittleres Signal gestört wird. Das ist so, weil die Kombination von einem wesentlichen Fehlersignal (das augenblickliche mittlere Signal minus das augenblickliche abgeglichene Signal A + Δ A usw.) mit dem Schleifenverstärkten zur Verdeckung des Verzögerungsfaktors führt. (Tatsächlich neigt die Verstärkung dazu, ein Überschwingen zu erzeugen, das von den Filtereigenschaften und der Größe der gewählten Verstärstärkung abhängt.) Andererseits, wenn ein nicht mittleres Signal wegen einer Störung im früheren mittleren Signal ein mittleres Signal wird, dann ist das Fehlersignal für die abgleichende Schleife durch das mit sich (das Ausgangssignal des mittleren Sektors) abgeglichene Signal bestimmt, und eine wesentliche Verzögerung tritt auf. Wenn weiter die abgleichenden Schleifen in der vorliegenden Form angeordnet sind, wobei die nicht mittleren Signale nahe, aber unterscheidbar zum mittleren Signal abgeglichen sind, dann kann, wie sich herausgestellt hat, der resultierende Satz der redundanten Signale nahe genug gehalten werden, so daß ein Wechsel während des Systembetriebes praktisch nicht bemerkt wird, während das absolut notwendige Merkmal von redundanten Signalen, auf die mittlere Selektion angewendet werden kann, erhalten bleibt. Das ermöglicht die Vermeidung einer überharten Störungskorrektur, ohne daß die Betriebseigenschaften des Gesamtsystems aufgegeben werden. Die Erfindung betrifft die Echt-Zeit-Verarbeitung von redundanten Analog-Signalen im Allgemeinen, und sie ist nicht auf eine spezielle Art von Signalmodulation oder eines Trägers begrenzt. Im allgemeinen kann ein Abgleich gemäß der Erfindung mit einer Einrichtung durchgeführt werden, die mechanisch, elektrisch, elektronisch usw. ist, solange sie nur Gegenstand der üblichen Servo-Mechanismus-Analyse ist. Ferner ermöglicht der Abgleich gemäß der Erfindung die Erzeugung von Signalen, die ideal für die Anzeige von Störungskorrekturen geeignet sind.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung zur Selektion des mittleren Signals aus einer Anzahl von redundanten, unabgeglichenen, analogen Eingangssignalen, gekennzeichnet durch mindestens einen mittleren Selektor (11, 21, 31; 41, 51, 61) zur Selektion des mittleren Signals von einer Anzahl redundanter, abgeglichener Eingangssignale (A+A A, B+AB, C+AC) als Ausgangssignal (F), durch eine entsprechende Anzahl von Summierern (12, 22, 32; 42, 52, 62) zur Summation jedes redundanten unabgeglichenen Eingangssignals (A, B, C) und eines entsprechenden Abgleichsignals (AA, AB, AC) zur Erzeugung von Summensignalen (A+A A, B+AB, C+AC), durch einen Subtrahierer (13, 23, 33; 43, 44, 53, 54, 63, 64) zur Erzeugung von Abgleichkorrektursignalen (V±\A+AA\, V±\B + AB\, V±\C + AC\) proportional zur Differenz zwischen den mittleren Ausgangssignalen (F) und jedem Summensignal und durch eine Einrichtung (14, 24, 34; 43, 44, 45, 53, 54, 55, 63, 64, 65) zur Phasenverzögerung und Verstärkung der Abgleichkorrektursignale zur Erzeugung der redundanten, abgeglichenen Eingangssignale.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (71, 72) zur Anzeige einer Störung im mittleren Ausgangssignal (F) durch Integration und Vergleich der Abgleichsignale (AA, AB, AC) mit einem Schwellwert.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Monitor (71), der auf die Subtrahierer (43, 44, 53, 54, 63, 64) anspricht und eine Störungskorrektur von einem aus der Anzahl von redundanten unabgeglichenen analogen Eingangssignalen (A, B, C) speichert.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Monitor (71), der eine Störungsanzeige (72) betätigt, wenn die Abgleichsignale (AA, A B, AC) einen ausgewählten Schwellwert während einer Zeit nach der Periode eines ausgewählten schaltartigen Signals überschreiten.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtrahierer je einen positiven Zweig (44, 54, 64), der mit Verzögerung auf die Differenz zwischen dem mittleren Ausgangssignal (F) und dem entsprechenden abgeglichenen Eingangssignal (A+A A, B+AB, C+A C) anspricht, sowie einen negativen Zweig (43, 53, 63) haben, der mit Verzögerung auf die Differenz zwischen dem mittleren Ausgangssignal (F) und dem Komplement des entsprechenden abgeglichenen Eingangssignals (A+ A A, B+AB, C+A C) anspricht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

809 637/1188 11.68 © Bundesdiuckerei Berlin