Устройство усиления-преобразования сигналов управления рулевым агрегатом
Полезная модель относится к усилительной технике и может быть использована в автоматике, системах управления, в частности, в системах управления рулевыми агрегатами различных аппаратов. Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение надежности, быстродействия и стабильности работы устройства. Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве усиления-преобразования сигналов управления рулевыми агрегатами (РА), содержащем первый сумматор, выход которого соединен с входом фильтра низкой частоты (ФНЧ), выход которого соединен с первым входом второго сумматора, преобразователь напряжения-ток с симметричным выходом (ПНТСВ), который является выходом для подключения обмотки двигателя рулевого агрегата, первый масштабирующий усилитель, вход которого соединен с одним из выводов симметричного выхода ПНТСВ, второй масштабирующий усилитель, вход которого, соединенный со вторым входом второго сумматора, является входом для подключения к среднему выводу потенциометра обратной связи рулевого агрегата, при этом аналоговые сигналы от управляющей ЭВМ приходят на первый и второй входы первого сумматора УРТ, ПНТСВ усилителя рулевого тракта выполнен с устройством защиты от короткого замыкания (УЗКЗ) на своем входе, которое содержит дифференциальный усилитель (ДУ), и с устройством суммирующих усилителей ограничителей (СУО) на своем входе, которое содержит первый резистивный делитель напряжения (РДН), первый сумматор-ограничитель (СО), второй РДН, второй СО и два выходных резистора, при этом первый СО и второй СО выполнены на операционных усилителях (ОУ), неинвертирующие входы которых соединены с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход ОУ первого СО через первый суммирующий резистор первого СО соединен с выходом второго сумматора и через второй суммирующий резистор первого СО - с выходом первого РДН, выход ОУ первого СО соединен с анодом первого диода первого СО, катод которого через первый резистор обратной связи первого СО соединен с инвертирующим входом ОУ первого СО, выход ОУ первого СО соединен также с катодом второго диода первого СО, анод которого через второй резистор обратной связи первого СО соединен и инвертирующим входом ОУ первого СО, инвертирующий вход ОУ второго СО через первый суммирующий резистор второго СО соединен с выходом второго сумматора УРТ и через второй суммирующий резистор первого СО - с выходом второго РДН, выход ОУ второго СО соединен с анодом первого диода второго СО, катод которого через первый резистор обратной связи второго СО соединен с инвертирующим входом ОУ второго СО, выход ОУ второго СО соединен также с катодом второго диода второго СО, анод которого через второй резистор обратной связи второго СО соединен и инвертирующим входом ОУ второго СО, один из выводов первого РДН подключен к положительной шине двуполярного источника питания, один из выводов второго РДН подключен к отрицательной шине двуполярного источника питания, вторые выводы первого и второго РДН подключены к шине нулевого потенциала, выходные резисторы включены последовательно между катодом первого диода первого СО и анодом второго диода второго СО, а точка соединения этих резисторов является выходом СУО УРТ, ПНТСВ содержит, последовательно соединенные входной суммирующий усилитель, выполненный на своем ОУ, инвертирующий вход которого подключен к точке соединения выходных резисторов СУО, и, по крайней мере, один преобразователь напряжение-ток, выполненный на своем ОУ с резистором - датчиком тока, включенном между выходом этого ОУ и первым выводом симметричного выхода ПНТСВ, а также инвертирующий повторитель напряжения, выполненный на своем ОУ, вход которого подключен к выходу ОУ преобразователя напряжение-ток данного ПНТСВ, а выход через резистор - датчик тока подключен ко второму выводу симметричного выхода ПНТСВ,
СУО УРТ снабжен, по крайней мере, третьим и четвертым РДН, при этом один из выводов третьего РДН подключен к положительной шине двуполярного источника питания, один из выводов четвертого РДН подключен к отрицательной шине двуполярного источника питания, вторые выводы третьего и четвертого РДН подключены к шине нулевого потенциала, один из выводов третьего РДН подключен к катоду ОД 1, а анод ОД1 подключен к выходу второго сумматора УРТ, один из выводов четвертого РДН подключен к аноду ОД 2, а катод ОД2 также подключен к выходу второго сумматора УРТ, в состав УЗКЗ УРТ введены делитель цепи обратной связи (ДЦОС) и два пороговых диода, при этом входы дифференциального усилителя УЗКЗ подключены к выводам упомянутого резистора - датчика тока, установленного между выходом инвертирующего повторителя напряжения данного ПНТСВ и вторым выводом симметричного выхода ПНТСВ, инвертирующий вход дифференциального усилителя УЗКЗ подключен к одному из выводов ДЦОС, а выход - к первой точке соединения двух встречно-параллельно включенных пороговых диодов и одному из выводов ДЦОС, вторая точка соединения двух встречно-параллельно включенных пороговых диодов подключена к инвертирующему входу операционного усилителя упомянутого инвертирующего повторителя напряжения данного ПНТСВ.
Технический результат заключается в повышении надежности и быстродействия путем воздействия сигнала обратной связи устройства защиты от короткого замыкания (УЗКЗ) непосредственно на вход операционного усилителя (ОУ) инвертирующего повторителя напряжения (ИПН) преобразователя напряжения-ток с симметричным выходом (ПНТСВ), при такой схеме, в случае короткого замыкания, блокируется только ИПН, при этом выходной ток ПНТСВ не изменяется и не вызывает остановку рулевого агрегата (РА), а также повышение стабильности работы путем исключения возможности возбуждения усилителей рулевого тракта (УРТ) введением пороговых диодов (ПД) и делителя цепи обратной связи (ДЦОС) дифференциального усилителя (ДУ) УЗКЗ.
Полезная модель относится к усилительной технике и может быть использована в автоматике, системах управления, в частности, в системах управления рулевыми агрегатами различных аппаратов.
Известно устройство управления рулевыми агрегатами беспилотного летательного аппарата, содержащее адаптер мультиплексного канала информационного обмена (МКИО), последовательная цифровая шина которого является цифровым входом-выходом устройства, четыре преобразователя код-напряжение и восемь преобразователей напряжение-код, выходы которых и входы преобразователей код-напряжение соединены посредством параллельной цифровой шины с параллельной цифровой шиной адаптера МКИО, а также блок усилителей рулевого тракта, содержащий блок коммутации и масштабирования (БКМ) и четыре усилителя рулевого тракта (УРТ), каждый из которых содержит первый сумматор, выход которого соединен с входом фильтра низкой частоты (ФНЧ), выход которого соединен с первым входом второго сумматора, третий вход которого соединен со средней точкой потенциометра юстировки, который подключен к положительной шине источника питания и шине нулевого потенциала, выход второго сумматора соединен с входом преобразователя напряжения-ток с симметричным выходом (ПНТСВ), который является выходом для подключения обмотки двигателя соответствующего рулевого агрегата, первый масштабирующий усилитель, вход которого соединен с одним из выводов симметричного выхода ПНТСВ, второй масштабирующий усилитель, вход которого, соединенный со вторым входом второго сумматора, является входом для подключения к среднему выводу потенциометра обратной связи соответствующего рулевого агрегата, при этом выход сигнала коммутации адаптера МКИО соединен с управляющим входом БКМ, входы сигналов 
х, у, у БКМ являются входами устройства для подключения выходов соответствующих датчиков угловых скоростей, где x, у, z - сигналы, пропорциональные значениям проекций угловой скорости центра масс летательного аппарата на оси координат х, у, z, а выходы сигналов х и у БКМ соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора первого УРТ, выход сигнала z БКМ соединен с третьими входами первого сумматора второго и четвертого УРТ, выходы сигналов х и у БКМ соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора третьего УРТ, выходы преобразователей код-напряжение с первого по четвертый соединены с четвертыми входами первого сумматора УРТ с первого по четвертый соответственно, вход каждого из преобразователей напряжение-код с первого по четвертый соединен с выходом первого масштабирующего усилителя УРТ с первого по четвертый соответственно, вход каждого из преобразователей напряжение-код с пятого по восьмой соединен с выходом второго масштабирующего усилителя УРТ с первого по четвертый соответственно. (Патент РФ 
23003 на полезную модель, МПК7 G05В 13/00, 2001 г., опубл. 10.05.2002 г.).
При работе известного устройства, сигналы управления рулями вычисляются в соответствии с алгоритмом управления и по цепи поступают на первый сумматор, где суммируются с сигналами аналоговых обратных связей, поступающих по цепи датчика угловой скорости сигнал с выхода первого сумматора поступает на вход ФНЧ, отделяющую высокочастотную составляющую сигнала, который возникает за счет дискретности сигнала и других шумов, с выхода ФНЧ сигнал поступает на первый вход второго сумматора, на котором суммируется с сигналом, поступающим по цепи «потенциометр обратной связи - вход второго сумматора», с выхода второго сумматора сигнал поступает на вход преобразователя напряжение-ток. Далее в нагрузке (обмотке двигателя рулевого агрегата) возникает ток, пропорциональный входному напряжению, вызывающий поворот руля, при этом изменяется значение сигнала на входе второго сумматора и поворот руля происходит до тех пор пока сумма всех входных сигналов на входах второго сумматора, а следовательно и сигнал на выходе сумматора не станет равным нулю.
Недостатком известного устройства является отсутствие защиты системы от короткого замыкания в условиях ограничения числа линий связи, что снижает достоверность контроля готовности летательного аппарата к полету.
За прототип выбрано устройство усиления-преобразования сигналов управления рулевыми агрегатами, входящее в исполнительную систему комплекса автопилотирования беспилотного летательного аппарата по Патенту РФ 79345 на полезную модель, МПК G05B 13/00, 2008 г., опубл. Бюл. 36, 2008 г., содержащее четыре усилителя рулевого тракта (УРТ), каждый из которых содержит первый сумматор, выход которого соединен с входом фильтра низкой частоты (ФНЧ), выход которого соединен с первым входом второго сумматора, преобразователь напряжения-ток с симметричным выходом (ПНТСВ), который является выходом для подключения обмотки двигателя соответствующего рулевого агрегата, первый масштабирующий усилитель, вход которого соединен с одним из выводов симметричного выхода ПНТСВ, второй масштабирующий усилитель, вход которого, соединенный со вторым входом второго сумматора, является входом для подключения к среднему выводу потенциометра обратной связи соответствующего рулевого агрегата, при этом аналоговые сигналы от управляющей ЭВМ приходят на первый и второй входы первого сумматора соответствующего УРТ, каждый усилитель рулевого тракта ПНТСВ выполнен с устройством защиты от короткого замыкания (УЗКЗ) на своем входе, которое содержит дифференциальный усилитель, первый суммирующий усилитель-ограничитель (СУО), первый резистивный делитель напряжения, первый сумматор-ограничитель (СО), второй СУО, второй резистивный делитель напряжения, второй СО и два выходных резистора, при этом первый СУО, первый СО, второй СУО и второй СО выполнены на операционных усилителях (ОУ), неинвертирующие входы которых соединены с шиной нулевого потенциала (непосредственно или с целью компенсации влияния входных токов через дополнительно введенные резисторы), инвертирующий вход ОУ первого СУО через первый суммирующий резистор первого СУО соединен с выходом дифференциального усилителя УЗКЗ и через второй суммирующий резистор первого СУО - с выходом первого резистивного делителя напряжения, выход ОУ первого СУО соединен с анодом первого диода первого СУО, катод которого через первый резистор обратной связи первого СУО соединен с инвертирующим входом ОУ первого СУО, выход ОУ первого СУО соединен также с катодом второго диода первого СУО, анод которого через второй резистор обратной связи первого СУО соединен и инвертирующим входом ОУ первого СУО, инвертирующий вход ОУ первого СО через первый суммирующий резистор первого СО соединен с выходом второго сумматора данного УРТ и через второй суммирующий резистор первого СО - с точкой соединения катода первого диода первого СУО с первым резистором обратной связи первого СУО, выход ОУ первого СО соединен с анодом первого диода первого СО, катод которого через первый резистор обратной связи первого СО соединен с инвертирующим входом ОУ первого СО, выход ОУ первого СО соединен также с катодом второго диода первого СО, анод которого через второй резистор обратной связи первого СО соединен с инвертирующим входом ОУ первого СО, инвертирующий вход ОУ второго СУО через первый суммирующий резистор второго СУО соединен с выходом дифференциального усилителя и через второй суммирующий резистор второго СУО - с выходом второго резистивного делителя напряжения, выход ОУ второго СУО соединен с катодом первого диода второго СУО, анод которого через первый резистор обратной связи второго СУО соединен и инвертирующим входом ОУ второго СУО, выход ОУ второго СУО соединен также с анодом второго диода второго СУО, катод которого через второй резистор обратной связи второго СУО соединен с инвертирующим входом УО второго СУО, инвертирующий вход ОУ второго СО через первый суммирующий резистор второго СО соединен с выходом второго сумматора данного УРТ и через второй суммирующий резистор второго СО - с точкой соединения анода первого диода второго СУО с первым резистором обратной связи второго СУО, выход ОУ второго СО соединен с катодом первого диода второго СО, анод которого через первый резистор обратной связи второго СО соединен и инвертирующим входом ОУ второго СО, выход ОУ второго СО соединен также с анодом второго диода второго СО, катод которого через второй резистор обратной связи второго СО соединен с инвертирующим входом второго СО, один из выводов первого резистивного делителя напряжения подключен к положительной шине двуполярного источника питания, один из выводов второго резистивного делителя напряжения подключен к отрицательной шине двуполярного источника питания, вторые выводы первого и второго резистивных делителей напряжения подключены к шине нулевого потенциала, выходные резисторы включены последовательно между катодом первого диода первого СО и анодом первого диода второго СО, а точка соединения этих резисторов является выходом УЗКЗ данного УРТ, ПНТСВ содержит, последовательно соединенные входной суммирующий усилитель, выполненный на своем ОУ, инвертирующий вход которого подключен к точке соединения выходных резисторов, и, по меньшей мере, один преобразователь напряжение-ток, выполненный на своем ОУ с токозадающим резистором, включенном между выходом этого ОУ и первым выводом симметричного ПНТСВ, а также инвертирующий повторитель напряжения, вход которого подключен к выходу ОУ преобразователя напряжение-ток данного ПНТСВ, а выход через токоограничительный резистор подключен ко второму выводу симметричного выхода ПНТСВ, входы дифференциального усилителя УЗКЗ подключены к выводам токозадающего резистора, включенного между выходом инвертирующего повторителя напряжения данного ПНТСВ и вторым выводом симметричного выхода данного ПНТСВ.
При работе с системой-прототипом, аналоговые сигналы управления рулями вычисляются в соответствии с алгоритмом управления и поступают на первый сумматор, где суммируются с сигналами аналоговых обратных связей, поступающими по цепи датчика угловой скорости, сигнал с выхода первого сумматора поступает на вход ФНЧ, отделяющего высокочастотную составляющую сигнала, которая возникает за счет дискретности сигнала управления рулями и других шумов, с выхода ФНЧ сигнал поступает на первый вход второго сумматора, на котором суммируется с сигналами пропорциональными значениям угла положения руля, поступающих с потенциометров обратной связи, поступающим по цепи «потенциометра обратной связи - вход второго сумматора», с выхода второго сумматора сигнал поступает через схему СУО на вход преобразователя напряжение - ток данного ПНТСВ. Далее в нагрузке возникает ток, пропорциональный входному аналоговому сигналу, вызывающий поворот руля, при этом изменяется значение сигнала на входе второго сумматора и поворот руля происходит до тех пор пока сумма всех входных сигналов на входах второго сумматора, а, следовательно и сигнал на выходе сумматора не станет равным нулю.
Недостатками усилителя-преобразователя, выбранного за прототип, являются недостаточная надежность и быстродействие схемы преобразователя напряжение-ток с симметричным выходом (ПНТСВ), поскольку сигналы с выхода устройства защиты от короткого замыкания (УЗКЗ) поступают на вход преобразователя напряжение - ток ПНТ, что, в случае короткого замыкания, может привести к блокировке выходного тока ПНТСВ и полной остановке рулевого агрегата (РА), а также нестабильность работы, обусловленная склонностью усилителей рулевого тракта (УРТ) к возбуждению.
Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение надежности, быстродействия и стабильности работы устройства.
Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве усиления-преобразования сигналов управления рулевым агрегатом (РА), содержащем первый сумматор, выход которого соединен с входом фильтра низкой частоты (ФНЧ), выход которого соединен с первым входом второго сумматора, преобразователь напряжения-ток с симметричным выходом (ПНТСВ), который является выходом для подключения обмотки двигателя рулевого агрегата, первый масштабирующий усилитель, вход которого соединен с одним из с одним из выводов симметричного выхода ПНТСВ, второй масштабирующий усилитель, вход которого, соединенный со вторым входом второго сумматора, является входом для подключения к среднему выводу потенциометра обратной связи рулевого агрегата, при этом аналоговые сигналы от управляющей ЭВМ приходят на первый и второй входы первого сумматора УРТ, ПНТСВ усилителя рулевого тракта выполнен с устройством защиты от короткого замыкания (УЗКЗ) на своем входе, которое содержит дифференциальный усилитель (ДУ), и с устройством суммирующих усилителей ограничителей (СУО) на своем входе, которое содержит первый резистивный делитель напряжения (РДН), первый сумматор-ограничитель (СО), второй РДН, второй СО и два выходных резистора, при этом первый СО и второй СО выполнены на операционных усилителях (ОУ), неинвертирующие входы которых соединены с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход ОУ первого СО через первый суммирующий резистор первого СО соединен с выходом второго сумматора и через второй суммирующий резистор первого СО - с выходом первого РДН, выход ОУ первого СО соединен с анодом первого диода первого СО, катод которого через первый резистор обратной связи первого СО соединен с инвертирующим входом ОУ первого СО, выход ОУ первого СО соединен также с катодом второго диода первого СО, анод которого через второй резистор обратной связи первого СО соединен и инвертирующим входом ОУ первого СО, инвертирующий вход ОУ второго СО через первый суммирующий резистор второго СО соединен с выходом второго сумматора УРТ и через второй суммирующий резистор первого СО - с выходом второго РДН, выход ОУ второго СО соединен с анодом первого диода второго СО, катод которого через первый резистор обратной связи второго СО соединен с инвертирующим входом ОУ второго СО, выход ОУ второго СО соединен также с катодом второго диода второго СО, анод которого через второй резистор обратной связи второго СО соединен и инвертирующим входом ОУ второго СО, один из выводов первого РДН подключен к положительной шине двуполярного источника питания, один из выводов второго РДН подключен к отрицательной шине двуполярного источника питания, вторые выводы первого и второго РДН подключены к шине нулевого потенциала, выходные резисторы включены последовательно между катодом первого диода первого СО и анодом второго диода второго СО, а точка соединения этих резисторов является выходом СУО УРТ, ПНТСВ содержит, последовательно соединенные входной суммирующий усилитель, выполненный на своем ОУ, инвертирующий вход которого подключен к точке соединения выходных резисторов СУО, и, по крайней мере, один преобразователь напряжение-ток, выполненный на своем ОУ с резистором - датчиком тока, включенном между выходом этого ОУ и первым выводом симметричного выхода ПНТСВ, а также инвертирующий повторитель напряжения, выполненный на своем ОУ, вход которого подключен к выходу ОУ преобразователя напряжение-ток данного ПНТСВ, а выход через резистор - датчик тока подключен ко второму выводу симметричного выхода ПНТСВ, СУО УРТ снабжен, по крайней мере, третьим и четвертым РДН, при этом один из выводов третьего РДН подключен к положительной шине двуполярного источника питания, один из выводов четвертого РДН подключен к отрицательной шине двуполярного источника питания, вторые выводы третьего и четвертого РДН подключены к шине нулевого потенциала, один из выводов третьего РДН подключен к катоду ОД 1 а анод ОД1 подключен к выходу второго сумматора УРТ, один из выводов четвертого РДН подключен к аноду ОД 2, а катод ОД2 также подключен к выходу второго сумматора УРТ, в состав УЗКЗ УРТ введены делитель цепи обратной связи (ДЦОС) и два пороговых диода, при этом входы дифференциального усилителя УЗКЗ подключены к выводам упомянутого резистора - датчика тока, установленного между выходом инвертирующего повторителя напряжения данного ПНТСВ и вторым выводом симметричного выхода ПНТСВ, инвертирующий вход дифференциального усилителя УЗКЗ подключен к одному из выводов ДЦОС, а выход - к первой точке соединения двух встречно-параллельно включенных пороговых диодов и одному из выводов ДЦОС, вторая точка соединения двух встречно-параллельно включенных пороговых диодов подключена к инвертирующему входу операционного усилителя упомянутого инвертирующего повторителя напряжения данного ПНТСВ.
Технический результат заключается в повышении надежности и быстродействия путем воздействия сигнала обратной связи устройства защиты от короткого замыкания (УЗКЗ) непосредственно на вход операционного усилителя (ОУ) инвертирующего повторителя напряжения (ИПН) преобразователя напряжения-ток с симметричным выходом (ПНТСВ), при такой схеме, в случае короткого замыкания, блокируется только ИПН, при этом выходной ток ПНТСВ не изменяется и не вызывает остановку рулевого агрегата (РА), а также повышение стабильности работы путем исключения возможности возбуждения усилителей рулевого тракта (УРТ) введением пороговых диодов (ПД) и делителя цепи обратной связи (ДЦОС) дифференциального усилителя (ДУ) УЗКЗ.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - функциональная схема устройства усиления - формирования сигналов управления рулевым агрегатом;
на фиг.2 - электрическая схема суммирующих усилителей ограничителей;
на фиг.3 - электрическая схема преобразователя напряжения-ток с симметричным выходом и устройства защиты от короткого замыкания, где:
Устройство усиления-преобразования сигналов управления рулевым агрегатом содержит.
1 - первый сумматор 
1;
2 - фильтр низкой частоты ФНЧ;
3 - второй сумматор 2;
4 - преобразователь напряжение-ток с симметричным выходом ПНТСВ;
5, 6 - масштабирующие усилители MУ1 и МУ2;
7 - устройство защиты от короткого замыкания УЗКЗ;
8 - суммирующие усилители-ограничители СУО
9 - дифференциальный усилитель ДУ УЗКЗ;
10 - первый резистивный делитель напряжения РДН1
11 - первый сумматор-ограничитель CO1
12 - второй резистивный делитель напряжения РДН2;
13 - второй сумматор-ограничитель СО2
14, 15 - выходные резисторы BP1 CO 1 и BP2 СО2;
16, 17 - операционные усилители OУ1 CO1 и ОУ 2 CO2;
18, 19 - суммирующие резисторы CP1 CO1 и СР2 CO1 ;
20, 21 - диоды Д1 CO1 и Д2 CO1;
22, 23 - резисторы обратной связи POC1 CO1 и РОС2 CO1;
24, 25 - суммирующие резисторы CP1 CO2 и CP2 СО2 ;
26, 27 - диоды Д1 СО2 и Д2 СО2;
28, 29 -резисторы обратной связи РОС2 СО2 и POC2 CO2;
30 - входной суммирующий усилитель ВСУ ПНТСВ;
31 - операционный усилитель ОУ ВСУ ПНТСВ;
32 - преобразователь напряжение-ток ПНТ;
33 - операционный усилитель ОУ ПНТ;
34 - резистор-датчик тока РДТ ПНТ;
35 - инвертирующий преобразователь напряжения ИПН;
36 - операционный усилитель ОУ ИПН;
37 - резистор - датчик тока РДТ ИПН;
38, 39 - третий и четвертый резистивные делители напряжения РДН3 и РДН4;
40 - делитель цепи обратной связи ДЦОС УЗКЗ;
41 - пороговые диоды ПД УЗКЗ;
42 - делитель входной цепи ДВЦ ДУ УЗКЗ;
43 - входной резистор В хР ИПН;
44 - резистор обратной связи РОС ИПН;
45 - делитель цепи обратной связи ДЦОС ПНТ;
46 - входной резистор ВхР ПНТ;
47 - резистор обратной связи РОС ПНТ;
48 - резистор обратной связи РОС ВСУ;
49 - потенциометр юстировки
50, 51 - первый и второй ограничительные диоды ОД 1 и ОД2.
Устройство усиления-преобразования сигналов управления рулевым агрегатом снабжено УЗКЗ 7, состоящим из ДУ 9, ДЦОС 40 и двух ПД 41, при этом неинвертирующий вход ДУ 9 УЗКЗ 7 подключен к выводу РДТ 37 ИПН 35, установленного между выходом ОУ ИПН 36 данного ПНТСВ 4 и выходом ИПН 35 через его ДВЦ 42, инвертирующий вход ДУ 9 подключен к одному из выводов ДЦОС 40, а выход ДУ 9 - к первой точке соединения ПД 41 и одному из выводов ДЦОС 40, вторая точка соединения ПД 41 подключена к инвертирующему входу ОУ 36 ИНН 35 данного ПНТСВ 4, а один из выводов ДЦОС 40 ко второму выводу симметричного выхода ПНТСВ 4, при этом инвертирующий вход ОУ 36 ИНН 35 подключен через входной резистор (ВхР) 43 ИПН 35 к выходу ОУ 33 ПНТ 32, и РОС 44 ИПН 35, ПНТСВ 4 содержит ВСУ 30, выполненный на своем ОУ 31 с РОС 48 в цепи отрицательной обратной связи, инвертирующий вход которого подключен к точке соединения BP1 14 CO1 11 и ВР2 15 СО2 13, и, по меньшей мере, один ПНТ 32, выполненный на своем ОУ 33 ПНТ 32 с РДТ 34, включенном между выходом этого ОУ 33 и первым выводом симметричного выхода ПНТСВ 4 и ДЦОС 45 ПНТ 32, с РОС 47 ПНТ 32 и ВхР 46 ПНТ 32, а также ИПН 35, вход которого подключен к выходу ОУ 33 ПНТ 32 данного ПНТСВ 4, а выход через РДТ 37 ИПН 35 подключен ко второму выводу симметричного выхода ПНТСВ 4,
СУО 8 содержит первый CO1 11 и второй CO1 13, первый РДН1 10, второй РДН 2 12, третий РДН3 38, четвертый РДН4 39 и BP1 14 и ВР2 15, при этом первый CO1 11 и второй СО2 13 выполнены на первом OУ1 16 и втором ОУ2 17, неинвертирующие входы которых соединены с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход первого OY1 16 первого CO1 11 через первый CP1 18 первого CO1 11 соединен с выходом второго 2 3 УРТ, и с анодом ОД1 50, катод которого соединен с одним из выводов третьего РДН3 38, и с катодом ОД2 51, анод которого соединен с одним из выводов четвертого РДН4 39 и через второй СР2 19 первого CO1 11 - с выходом первого РДН1 10, выход первого OУ1 16 первого CO1 11 соединен с анодом первого Д1 20 первого CO 1 11, катод которого через первый POC1 22 первого CO1 11 соединен с инвертирующим входом первого OУ 1 16 первого CO1 11, выход первого OУ1 16 первого CO1 11, соединен также с катодом второго Д2 21 первого CO1 11, анод которого через второй РОС2 23 первого CO1 11 соединен с инвертирующим входом первого OУ1 16 первого CO 1 11, инвертирующий вход второго ОУ2 17 второго СO2 13 через первый CP1 24 второго СO 2 13 соединен с выходом второго 2 3 УРТ, и с анодом ОД1 50, катод которого соединен одними из выводов третьего РДН3 38, и с катодом ОД 2 51, анод которого соединен с одним из выводов четвертого РДН4 39, и через второй СР2 25 второго СO2 13 - с выходом второго РДН2 12, выход второго ОУ 2 17 второго СO2 13 соединен с анодом первого Д2 26 второго СO2 13, катод которого через первый POC1 28 второго СО2 13 соединен с инвертирующим входом второго ОУ2 17 второго СO 2 13, выход второго ОУ2 17 второго СO2 13 соединен также с катодом второго Д2 27 второго СO2 13, анод которого через второй РОС2 29 второго СO2 13 соединен с инвертирующим входом второго ОУ2 16 первого CO1 11, при этом катод первого Д1 20 первого CO1 11 соединен через первый BP1 14 первого CO1 11 со входом ПНТСВ 4 и с одним из выводов второго ВP2 15 второго СО2 13, другой вывод которого соединен с анодом второго Д2 27 второго СO2 13, BP1 14 и ВP2 15 включены последовательно между катодом первого Д1 20 первого CO1 11 и анодом второго Д1 27 второго СO2 13, а точка соединения ВР1 14 и ВР2 15 является выходом СУО 8 УРТ, один из выводов первого РДН1 10 и третьего РДН3 38 подключен к положительной шине ДИП (на схеме не обозначен), один из выводов второго РДН2 12 и четвертого РДН4 39 подключен к отрицательной шине ДИП, вторые выводы первого РДH1 10, второго РДН2 12, третьего РДН3 38 и четвертого РДН4 39 подключены к шине нулевого потенциала.
Устройство усиления-преобразования сигналов управления рулевым агрегатом работает следующим образом.
Аналоговые сигналы от управляющей ЭВМ поступают на первый и второй входы первого сумматора 1 1,сигнал с выхода первого 1 1 поступает на вход ФНЧ 2, отделяющего высокочастотную составляющую сигнала, которая возникает за счет дискретности аналоговых сигналов и других шумов, с выхода ФНЧ 2 сигнал поступает на первый вход второго 2 3, на котором суммируется с сигналом, поступающим от потенциометра обратной связи РА на вход 2 второго 2 3», с выхода второго 2 3 сигнал поступает через СУО 8 положительного и отрицательного значений сигнала на вход ПНТСВ 4. При этом в нагрузке - обмотке двигателя РА возникает ток пропорциональный входному аналоговому сигналу, вызывающий поворот руля, при этом изменяется значение сигнала от потенциометра обратной связи РА на входе 2 второго 2 3, и поворот руля происходит до тех пор пока сумма всех входных сигналов на входах второго 2 3, а, следовательно, и сигнал на выходе второго 2 3, не станут равными нулю. В процессе управления РА УЗКЗ 7 обеспечивает защиту от короткого замыкания в нагрузке или замыкания на корпус. При коротком замыкании УЗКЗ 7 обеспечивает ограничение тока на выходе ИПН 35 до безопасного уровня. После прекращения режима короткого замыкания система полностью восстанавливается и обеспечивает управление РА в обычном режиме. При этом УЗКЗ 7 воздействует непосредственно на вход ОУ 36 ИПН 35 ПНТСВ 4. УЗКЗ 7 срабатывает, когда вызванное выходным током падение напряжения на резисторе - датчике тока РДТ 37 ПНТ 35 обеспечивает на выходе ДУ 9 УЗКЗ 7 значение сигнала, превышающее пороговое, определяемое прямым падением напряжения на пороговых диодах ПД 41 УЗКЗ 7. Делитель в цепи обратной связи ДЦОС 40 ДУ 9 УЗКЗ 7 поддерживает выходной ток короткого замыкания на заданном уровне. Сигнал с ДУ 9 УЗКЗ 7 поступает непосредственно на инвертирующий вход ОУ 36 ИПН 35 ПНТСВ 4 и ограничивает ток короткого замыкания до заданной величины. При снятии ситуации короткого замыкания схема автоматически возвращается в рабочее состояние, при этом обмотки двигателя РА подключены непосредственно на выход ПНТСВ 4.
Таким образом, технический результат заключается в повышении надежности и быстродействия путем воздействия сигнала обратной связи устройства защиты от короткого замыкания (УЗКЗ) непосредственно на вход операционного усилителя (ОУ) инвертирующего повторителя напряжения (ИПН) преобразователя напряжения-ток с симметричным выходом (ПНТСВ), при такой схеме, в случае короткого замыкания, блокируется только ИПН, при этом выходной ток ПНТСВ не изменяется и не вызывает остановку рулевого агрегата (РА), а также повышение стабильности работы путем исключения возможности возбуждения усилителей рулевого тракта (УРТ) введением пороговых диодов (ПД) и делителя цепи обратной связи (ДЦОС) дифференциального усилителя (ДУ) УЗКЗ.
Представленные описание и схема устройства позволяют, используя существующую элементную базу, изготовить его промышленным способом и использовать для усиления - преобразования сигналов управления рулевым агрегатом различных аппаратов, что характеризует предлагаемую полезную модель как промышленно применимую.
Устройство усиления-преобразования сигналов управления рулевым агрегатом, содержащее первый сумматор, выход которого соединен с входом фильтра низкой частоты (ФНЧ), выход которого соединен с первым входом второго сумматора, преобразователь напряжения - ток с симметричным выходом (ПНТСВ), который является выходом для подключения обмотки двигателя рулевого агрегата, первый масштабирующий усилитель, вход которого соединен с одним из выводов симметричного выхода ПНТСВ, второй масштабирующий усилитель, вход которого, соединенный со вторым входом второго сумматора, является входом для подключения к среднему выводу потенциометра обратной связи рулевого агрегата, при этом аналоговые сигналы от управляющей ЭВМ приходят на первый и второй входы первого сумматора УРТ, ПНТСВ усилителя рулевого тракта выполнен с устройством защиты от короткого замыкания (УЗКЗ) на своем выходном каскаде, которое содержит дифференциальный усилитель (ДУ), и с устройством суммирующих усилителей-ограничителей (СУО) на своем входе, которое содержит первый резистивный делитель напряжения (РДН), первый сумматор-ограничитель (СО), второй РДН, второй СО и два выходных резистора, при этом первый СО и второй СО выполнены на операционных усилителях (ОУ), неинвертирующие входы которых соединены с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход ОУ первого СО через первый суммирующий резистор первого СО соединен с выходом второго сумматора и через второй суммирующий резистор первого СО - с выходом первого РДН, выход ОУ первого СО соединен с анодом первого диода первого СО, катод которого через первый резистор обратной связи первого СО соединен с инвертирующим входом ОУ первого СО, выход ОУ первого СО соединен также с катодом второго диода первого СО, анод которого через второй резистор обратной связи первого СО соединен с инвертирующим входом ОУ первого СО, инвертирующий вход ОУ второго СО через первый суммирующий резистор второго СО соединен с выходом второго сумматора УРТ и через второй суммирующий резистор первого СО - с выходом второго РДН, выход ОУ второго СО соединен с анодом первого диода второго СО, катод которого через первый резистор обратной связи второго СО соединен с инвертирующим входом ОУ второго СО, выход ОУ второго СО соединен также с катодом второго диода второго СО, анод которого через второй резистор обратной связи второго СО соединен с инвертирующим входом ОУ второго СО, один из выводов первого РДН подключен к положительной шине двуполярного источника питания, один из выводов второго РДН подключен к отрицательной шине двуполярного источника питания, вторые выводы первого и второго РДН подключены к шине нулевого потенциала, выходные резисторы включены последовательно между катодом первого диода первого СО и анодом второго диода второго СО, а точка соединения этих резисторов является выходом СУО УРТ, ПНТСВ содержит, последовательно соединенные входной суммирующий усилитель, выполненный на своем ОУ, инвертирующий вход которого подключен к точке соединения выходных резисторов СУО, и, по крайней мере, один преобразователь напряжение-ток, выполненный на своем ОУ с резистором - датчиком тока, включенным между выходом этого ОУ и первым выводом симметричного выхода ПНТСВ, а также инвертирующий повторитель напряжения, выполненный на своем ОУ, вход которого подключен к выходу ОУ преобразователя напряжение-ток данного ПНТСВ, а выход через резистор-датчик тока подключен ко второму выводу симметричного выхода ПНТСВ, отличающееся тем, что СУО УРТ снабжен, по крайней мере, третьим и четвертым РДН, при этом один из выводов третьего РДН подключен к положительной шине двуполярного источника питания, один из выводов четвертого РДН подключен к отрицательной шине двуполярного источника питания, вторые выводы третьего и четвертого РДН подключены к шине нулевого потенциала, а один из выводов третьего РДН подключен ко второму сумматору УТР и к одному из выводов четвертого РДН, в состав УЗКЗ УРТ введены делитель цепи обратной связи (ДЦОС) и два пороговых диода, при этом входы дифференциального усилителя УЗКЗ подключены к выводам упомянутого резистора-датчика тока, установленного между выходом инвертирующего повторителя напряжения данного ПНТСВ и неинвертирующим входом дифференциального усилителя, через его делитель входной цепи, инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к одному из выводов ДЦОС, а выход - ко входу пороговых диодов и одному из выводов ДЦОС, выход пороговых диодов подключен к инвертирующему входу операционного усилителя упомянутого инвертирующего повторителя напряжения данного ПНТСВ, а один из выводов ДЦОС - ко второму выводу симметричного выхода данного ПНТСВ.
