專利名稱：用于在安全關(guān)鍵的應(yīng)用范疇中監(jiān)測dsp的電路裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在安全關(guān)鍵的應(yīng)用范疇中傳感器觸發(fā)的控制和/或顯示系統(tǒng)的、包括數(shù)字信號處理器(DSP)的電路裝置以及一種用于在安全關(guān)鍵的應(yīng)用范疇中監(jiān)測DSP的方法，其中，DSP由定位和/或位置傳感器的定位和/或位置信號測定物體的當(dāng)前定位和/或位置。
背景技術(shù)：
數(shù)字信號處理器和其應(yīng)用可能性是眾所周知的。也已知這種DSP可用于定位和位置傳感器的定位和位置信號的信號處理范疇中，在此可以以較少的研發(fā)費(fèi)用研制出復(fù)雜的系統(tǒng)和電路裝置。由于集成電路非常復(fù)雜并且電路圖通常不向公眾公開，這些電路通常不能被充分分析和充分測試。但對于安全關(guān)鍵的應(yīng)用而言，這些是這種電路應(yīng)用的基本前提。至少必須能夠通過冗余且獨(dú)立研發(fā)的第二電路檢測電路中可能出現(xiàn)的錯誤。原則上可使用來自兩個彼此獨(dú)立的源的DSP并且通過比較這兩個DSP發(fā)出的信號來檢測錯誤，但這幾乎使制造成本翻倍，因而對于廉價(jià)的電路裝置而言不存在這種可能性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是找到一種將這種DSP研發(fā)簡單的優(yōu)勢與檢驗(yàn)必要性相結(jié)合的可能性，且無需使用兩個不同的DSP。該任務(wù)通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征得以解決。本發(fā)明有利的擴(kuò)展方案為從屬權(quán)利要求的技術(shù)方案。發(fā)明人已有如下認(rèn)識在控制系統(tǒng)中借助不同的傳感器采集過程值。一些過程值、尤其是位置值通過傳感器來測定，所述傳感器需要分析評估多個交流電壓相互間的比值，例如線性位置傳感器、如LVDT (線性可變差動變壓器)、以及角度傳感器、如RVDT (旋轉(zhuǎn)可變差動變壓器)、分解器和同步器。這些傳感器通常通過交流電壓來激勵并且返回一個或多個次級交流電壓。位置信息不僅包含在相對于激勵電壓的次級電壓的振幅中，而且也包含在相位中。在引入數(shù)字信號處理器(DSP)之前，通過定制電路采集這種傳感器，即一部分借助分立兀件，一部分在集成電路中。對于同步傳感器而言，例如將輸入濾波器、輸入放大器、轉(zhuǎn)換器(斯科特-T變壓器)和分解器數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC)構(gòu)造在一個印刷電路板上?，F(xiàn)在可借助數(shù)字信號處理器來采集這種傳感器數(shù)據(jù)，所述處理器能夠在高采樣頻率中同時處理多個模擬的輸入信號和輸出信號。這種數(shù)字信號處理器的優(yōu)點(diǎn)在于一可在DSP中進(jìn)行測量鏈的所有功能、即轉(zhuǎn)換和分析評估，可省略放大步驟。- DSP可采集多個傳感器?！部捎赏籇SP產(chǎn)生激勵電壓。一米集以聞精度進(jìn)行。一可通過軟件調(diào)整測量鏈的傳遞函數(shù)和其它特性。
-可通過軟件實(shí)現(xiàn)錯誤識別、如斷線，無需額外的檢驗(yàn)電路?！杀镜??！牡?。一在印刷電路板上的安裝空間小。—平均無故障時間(MTBF= Mean Time Between Failures)高。一在集成期間并且在日后在現(xiàn)場可通過軟件上傳進(jìn)行改變。在某些應(yīng)用中，測量值可用于安全關(guān)鍵的功能中，也就是說，錯誤的數(shù)值將導(dǎo)致身體和生命、環(huán)境或財(cái)產(chǎn)的巨大風(fēng)險(xiǎn)。對于復(fù)雜的電子元件、例如DSP通常無法以足夠的可靠度證明無缺陷性。因此DSP不能毫無問題地用于安全關(guān)鍵的應(yīng)用中。即使使用兩個冗余的DSP也無法補(bǔ)救所有錯誤情況，因?yàn)檫@兩個級(Instanz)可能因共同的原因出現(xiàn)錯誤。而使用兩個冗余設(shè)置的不同的DSP會使DSP的大部分優(yōu)點(diǎn)喪失，正如通過一個完整的傳統(tǒng)電路來監(jiān)測DSP。出于這個原因，理想的是提供一種裝置或方法，其能夠以最小的附加電路花費(fèi)用來檢驗(yàn)由DSP采集到的測量值。與傳統(tǒng)的電路相反，在此可利用對檢驗(yàn)值精度、傳遞速度和單義性方面不那么嚴(yán)格的要求。由此并且通過使用其它現(xiàn)有的元件本發(fā)明提供了一種簡單且廉價(jià)的方法來檢驗(yàn)由DSP采集到的傳感器值使得其適合用于安全關(guān)鍵的應(yīng)用中。如將次級交流電壓整流，它們可通過任何常規(guī)的Α/D轉(zhuǎn)換器(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)來采集。控制系統(tǒng)需要至少有一個中央處理器(CPU)，該中央處理器借助由傳統(tǒng)電路和/或數(shù)字信號處理器采集到的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行控制計(jì)算。所述中央處理器通常支持至少一個模擬輸入信道，該輸入信道借助多路復(fù)用器可采集任意數(shù)量的模擬電壓，盡管采樣頻率減小。但卻無法單義地由整流后的電壓確定傳感器位置。另外，整流構(gòu)成低通濾波過程并導(dǎo)致時間延遲和信號放大。出于這個原因，整流后的次級電壓不能以和用于計(jì)算傳感器位置的正常算法相同的方式被處理。為此，須在計(jì)算時考慮信號采集時的時間延遲和基于相位信息損失的多義性:一采集整流后的次級電壓、例如X和y ;—使一個或兩個電壓反相:x*=— X, y*= — y,以補(bǔ)償整流期間相位信息的損失；—與P= (X，y)和P* = f (x*, y)關(guān)聯(lián)計(jì)算傳感器位置。低通濾波和其它引入信號鏈中的時間延遲可通過傳遞函數(shù)f(t)來表示。為了補(bǔ)償該傳遞函數(shù)，可借助倒置的傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化采集到的電壓或計(jì)算出的傳感器位置。由于用于補(bǔ)償信號延遲(例如F1D元件)的超前特性(Voreilverhalten)通常導(dǎo)致背景噪聲的高度放大，所以優(yōu)選將該傳遞函數(shù)用于由數(shù)字信號處理器計(jì)算出的傳感器位置P:P' =f (P(t))通常，P信號鏈g(t)中的時間延遲明顯小于P或PM言號鏈中的時間延遲，因此可忽略該時間延遲。如情況并非如此，則可如下導(dǎo)出P’:P' =g_1f(P(t))在到目前為止的過程中，未考慮電壓對(X，/)和0Λ/)。但所述電壓對也可被計(jì)算或者原始位置P可被減小到大致相應(yīng)于P、P*的值域上，該值域通常由m=180度的模除(Modulo-Operation)來產(chǎn)生P’ ’ = P’ mod (m)現(xiàn)在，P、p*值中的至少一個必須幾乎/精確地與P’’ 一致，否則P值錯誤。此外，可監(jiān)測X和y電壓，以便檢驗(yàn)所述值是否位于有效范圍內(nèi)。根據(jù)上面所述的基本思想，發(fā)明人提出了一種電路裝置和一種方法。因此，在利用DSP的安全關(guān)鍵的應(yīng)用范疇中，通過傳感器觸發(fā)的控制和/或顯示系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的電路裝置包括一至少一個傳感器，該傳感器向DSP發(fā)出交替的具有振幅和相位的差動電壓形式的定位和/或位置信號，DSP由輸入的信號計(jì)算出相對精確和單義的定位和/或位置信息、一信號調(diào)節(jié)電路，該信號調(diào)節(jié)電路使所述定位和/或位置信號關(guān)于其信息量減少、一第一子元件，該第一子元件從關(guān)于其信息量減少的定位和/或位置信號進(jìn)行關(guān)于其精度減少的和/或多義的定位和位置計(jì)算、一第二子元件，該第二子元件用作控制級，其檢驗(yàn)由DSP測定的單義的定位和/或位置是否在精度和/或多義性的范疇中與由定位和位置計(jì)算電路確定的不精確和/或多義的定位和/或位置一致和/或被包含在其中，以及一第三子元件，該第三子元件在控制級的檢驗(yàn)結(jié)果為否定時發(fā)出傳感器錯誤信號。有利的是，可這樣構(gòu)造信號調(diào)節(jié)電路，使得其僅傳遞定位和/或位置信號的振幅。尤其是為了實(shí)現(xiàn)簡單的、可根據(jù)現(xiàn)有安全規(guī)定完全被分析和測試的電路規(guī)定，信號調(diào)節(jié)電路由模擬構(gòu)件構(gòu)成，尤其是包括至少一個整流器二極管和至少一個后接的低通濾波器。此外有利的是，至少一個子元件通過計(jì)算單元和在運(yùn)行中在其中被執(zhí)行的軟件的組合來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的一種具體應(yīng)用，該電路裝置尤為適合用于安全關(guān)鍵的應(yīng)用中，例如所述至少一個傳感器是飛機(jī)著陸襟翼的位置傳感器。此外，發(fā)明人還提出一種用于在安全關(guān)鍵的應(yīng)用范疇中監(jiān)測DSP的方法，其中，DSP由定位和/或位置傳感器的定位和/或位置信號測定物體的當(dāng)前定位和/或位置，其方式是一使傳遞給DSP的定位和/或位置信號關(guān)于其信息量減少，一將減少的信息量輸入給定位和位置計(jì)算級，該定位和位置計(jì)算級從關(guān)于其信息量減少的定位和/或位置信號計(jì)算出關(guān)于其精度減少的和/或多義的定位和/或位置，一檢驗(yàn)由DSP測定的單義的定位和/或位置是否在精度和/或多義性的范疇中與由定位和位置計(jì)算電路確定的不精確和/或多義的定位和/或位置一致，并且一在檢驗(yàn)結(jié)果為否定時發(fā)出傳感器錯誤信號。在此有利的是，信號調(diào)節(jié)電路可僅傳遞定位和/或位置信號的振幅信息。有利的是，定位和/或位置信號的信息量的減少通過模擬整流器和隨后的模擬低通濾波器進(jìn)行。這類電路通?？杀煌耆治龊蜏y試，因此滿足航空技術(shù)或軍事的高安全性要求。
此外，可通過計(jì)算單元借助在運(yùn)行中被執(zhí)行的軟件由定位和/或位置信號的減少的信息量進(jìn)行定位和/或位置計(jì)算。也可通過計(jì)算單元借助在運(yùn)行中被執(zhí)行的軟件檢驗(yàn)由DSP測定的單義的定位和/或位置是否在精度和/或多義性的范疇中包含在與由定位和位置計(jì)算電路確定的不精確和/或多義的定位和/或位置中。此外，可通過計(jì)算單元借助在運(yùn)行中被執(zhí)行的軟件在檢驗(yàn)結(jié)果為否定時發(fā)出傳感器錯誤信號。最后要指出，在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選應(yīng)用中，所述至少一個傳感器可檢測著陸襟翼的位置。


下面參考附圖借助優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，在此僅示出對理解本發(fā)明而言重要的特征。附圖如下圖1為分解器的激勵電壓的曲線；圖2為第一次級電壓的曲線(正弦)；圖3為第二次級電壓的曲線(余弦)；圖4為分解器的次級電壓在第一象限中在角度位置為40°時的相移；圖5為分解器的次級電壓在第二象限中在角度位置為130°時的相移；圖6為分解器的次級電壓在第三象限中在角度位置為220°時的相移；圖7為分解器的次級電壓在第四象限中在角度位置為310°時的相移；圖8為用于根據(jù)本發(fā)明監(jiān)測由DSP采集到的傳感器值的電路裝置。
具體實(shí)施例方式常見的位置傳感器，如LVDT、RVDT、分解器和同步器通常借助交流電壓來激勵并且輸出一個或多個根據(jù)檢測到的位置相對于激勵電壓不僅振幅不同而且相位也不同的次級交流電壓。所述次級電壓在其相對于激勵電壓的振幅和相位中包含傳感器位置信息，這在圖1至3中以分解器、即角度傳感器為例通過一個完整的旋轉(zhuǎn)來示出。圖1的曲線圖示出縱坐標(biāo)上的激勵電壓關(guān)于橫坐標(biāo)上的時間(通過分解器的角度位置表示)的曲線。圖2和3示出高頻正弦波和余弦波形式的兩個次級電壓在時間上并行的曲線，另外包絡(luò)線表示振幅隨時間的變化。附加的矩形延伸的線在此表示次級電壓的相位，其中值I表示與激勵同相并且(-1)表示與激勵反相。可以看出，在每個象限內(nèi)相位是恒定的并且在向下一象限過渡時次級電壓分別在相位中發(fā)生階躍變化。而每個象限內(nèi)的精確位置則僅可由振幅的比值識別出。交流電壓的振幅可通過簡單的整流來測定，而相位的分析評估則是導(dǎo)致傳統(tǒng)電路復(fù)雜性的關(guān)鍵因素之一。為了獲得簡單的電路，在本發(fā)明中將次級電壓整流并省略對相位的分析評估。通常，控制或調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括至少一個CPU，該CPU執(zhí)行調(diào)節(jié)和控制算法。CPU通常具有至少一個模擬輸入端(A/D-轉(zhuǎn)換器)，借助其可獨(dú)立于DSP采集整流后的次級電壓。但無法借助整流后的電壓單義地測定傳感器位置。圖4至7示出開頭所提分解器的激勵電壓和次級電壓，例如用于角度傳感器的四個不同角度位置，在所述角度位置中電壓僅相位不同，而相應(yīng)振幅是相同的。圖4相當(dāng)于第一象限中40°的角度位置，圖5相當(dāng)于第二象限中130°的角度位置，圖6相當(dāng)于第三象限中220°的角度位置并且圖7相當(dāng)于第四象限中310°的角度位置。為了獲得均勻的振幅信號，將整流器與低通濾波器耦合、組合或兩者集成地構(gòu)造，另外還可設(shè)置一個放大器。在此測量值被加載時間延遲，以致應(yīng)在隨后與DSP輸出信號的比較時考慮整流后的次級電壓的延遲或者應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的時間調(diào)整。但原則上也可檢驗(yàn)由DSP輸出的定位或位置是否匹配四個由低通濾波后的振幅信號計(jì)算出的可能的位置變量之一。如情況并非如此，則存在錯誤。最后，圖8示出根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)測DSP的電路裝置的一種具體的實(shí)施方式。在此，傳感器定位和位置信號以次級電壓X和I的形式不僅輸入給DSP，而且與此并行地也輸入給信號調(diào)節(jié)裝置，在那里傳感器位置信號通過整流器和低通濾波器分別從交流電壓被轉(zhuǎn)換為直流電壓并且必要時被放大。在在此所示的最簡單的實(shí)施方式中，該必要的唯一附加硬件電路可借助兩個二極管和兩個電阻來實(shí)現(xiàn)。接著，通過CPU獨(dú)立于DSP數(shù)字采集整流后的次級電壓。由于不存在相位信息，現(xiàn)在必須考慮相位的不同情況。相位信息現(xiàn)在被整流后的次級電壓的符號所代替。因此將一個或兩個電壓X*= - X, f 二一 y反相。然后測定兩個傳感器位置，這兩個傳感器位置與采集到的和反相的次級電壓一致，其中 P = f(x，y)并且 P* = f(x*, y)。低通濾波的延遲和測量鏈的其它延遲可通過傳遞函數(shù)f(t)來表示。為了補(bǔ)償該延遲，可為采集到的次級電壓加載倒轉(zhuǎn)的(inverse)傳遞函數(shù)。由于這通常導(dǎo)致信號錯誤不希望的放大，所以取而代之優(yōu)選也借助f (t)來延遲由DSP計(jì)算出的位置值:P’ =f (P (t))。通常P測量鏈中的延遲g(t)遠(yuǎn)小于ρ、ρ 則量鏈中的延遲，因此可被忽略不計(jì)。否則需要如下測定P’:ρ’= (ρα))。到目前為止未考慮電壓對(X，y*)和(X' y*)。所述電壓對也可被計(jì)算或者位置P’被減小到通過P、P*覆蓋的值域上。這例如通過模除P’’ =P’mod(m)且m=180度來進(jìn)行?，F(xiàn)在，p、P*值中的至少一個必須在測量精度范圍中與P’ ’接近一致，否則在傳感器米集中存在錯誤。此外，也可對采集到的信號進(jìn)行其它檢驗(yàn)，以改善錯誤識別。例如可檢驗(yàn)次級電壓是否位于有效值域內(nèi)或檢驗(yàn)位置P的不連續(xù)性?？傊柚景l(fā)明提出一種在利用DSP的安全關(guān)鍵的應(yīng)用范疇中、通過傳感器觸發(fā)的控制和/或顯示系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的電路裝置和用于監(jiān)測DSP的方法，其中，使傳遞給DSP的定位和/或位置信號關(guān)于其信息量減少，將減少的信息量輸入給定位和位置計(jì)算級并且檢驗(yàn)由DSP測定的單 義的定位和/或位置是否在精度和/或多義性的范疇中包含在由定位和位置計(jì)算電路確定的不精確和/或多義的定位和/或位置中，并且在檢驗(yàn)結(jié)果為否定時發(fā)出傳感器錯誤信號。當(dāng)然，本發(fā)明的上述特征不僅可在所說明的組合中，而且也可在其它組合中或單獨(dú)被使用，而不離開本發(fā)明的范疇。
權(quán)利要求
1.在利用DSP的安全關(guān)鍵的應(yīng)用范疇中通過傳感器觸發(fā)的控制和/或顯示系統(tǒng)的電路裝置，包括:1.1至少一個傳感器，該傳感器向DSP發(fā)出形式為交替的差動電壓的定位和/或位置信號，所述差動電壓具有振幅和相位，DSP由輸入的信號計(jì)算出相對精確和單義的定位和/或位置信息；1.2信號調(diào)節(jié)電路，該信號調(diào)節(jié)電路使所述定位和/或位置信號關(guān)于其信息量減少；1.3第一子元件，該第一子元件從關(guān)于信息量減少的定位和/或位置信號中進(jìn)行關(guān)于精度減少的和/或多義的定位和位置計(jì)算；1.4第二子元件，該第二子元件用作控制級，檢驗(yàn)由DSP測定的單義的定位和/或位置是否在精度和/或多義性的范疇中與由定位和位置計(jì)算電路確定的不精確的和/或多義的定位和/或位置一致和/或被包含在其中，以及 1.5第三子元件，該第三子元件在控制級的檢驗(yàn)結(jié)果為否定時發(fā)出傳感器錯誤信號。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求1的電路裝置，其特征在于，這樣構(gòu)造信號調(diào)節(jié)電路，使得該信號調(diào)節(jié)電路僅傳遞定位和/或位置信號的振幅。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求2的電路裝置，其特征在于，所述信號調(diào)節(jié)電路由模擬構(gòu)件構(gòu)成。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求1至3之一的電路裝置，其特征在于，所述信號調(diào)節(jié)電路包括至少一個整流二極管和至少一個隨后的低通濾波器。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求1至3之一的電路裝置，其特征在于，至少一個子元件通過包括計(jì)算單元和運(yùn)行時在計(jì)算單元中被執(zhí)行的軟件的組合來實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求1至2之一的電路裝置，其特征在于，所述至少一個傳感器是著陸襟翼的位置傳感器。
7.用于在安全關(guān)鍵的應(yīng)用范疇中監(jiān)測DSP的方法，其中，DSP由定位和/或位置傳感器的定位和/或位置信號測定 物體的當(dāng)前定位和/或位置，其方式是: 7.1使傳遞給DSP的定位和/或位置信號關(guān)于其信息量減少， 7.2將減少后的信息量輸入給定位和位置計(jì)算級，該定位和位置計(jì)算級從關(guān)于其信息量減少的定位和/或位置信號計(jì)算出關(guān)于其精度減少的和/或多義的定位和/或位置， 7.3檢驗(yàn)由DSP測定的單義的定位和/或位置是否在精度和/或多義性的范疇中包含在由定位和位置計(jì)算電路確定的不精確和/或多義的定位和/或位置中，并且 7.4在檢驗(yàn)結(jié)果為否定時發(fā)出傳感器錯誤信號。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述信號調(diào)節(jié)電路僅傳遞定位和/或位置信號的振幅信息。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求7至8之一的方法，其特征在于，所述定位和/或位置信號的信息量的減少通過模擬整流裝置和隨后的模擬低通濾波裝置進(jìn)行。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求7至9之一的方法，其特征在于，通過計(jì)算單元借助運(yùn)行時被執(zhí)行的軟件從定位和/或位置信號的減少后的信息量中進(jìn)行定位和/或位置計(jì)算。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求7至10之一的方法，其特征在于，通過計(jì)算單元借助運(yùn)行時被執(zhí)行的軟件檢驗(yàn)由DSP測定的單義的定位和/或位置是否在精度和/或多義性的范疇中與由定位和位置計(jì)算電路確定的不精確的和/或多義的定位和/或位置一致。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求7至9之一的方法，其特征在于，通過計(jì)算單元借助運(yùn)行時被執(zhí)行的軟件在檢驗(yàn)結(jié)果為否定時發(fā)出傳感器錯誤信號。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求7至8之一的方法，其特征在于，所述至少一個傳感器檢測著陸襟翼 的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在安全關(guān)鍵的應(yīng)用范疇中通過傳感器觸發(fā)的包括DSP的控制和/或顯示系統(tǒng)的電路裝置和一種用于監(jiān)測DSP的方法，其中，使傳遞給DSP的定位和/或位置信號關(guān)于其信息量減少，將減少后的信息量輸入給定位和位置計(jì)算級并且檢驗(yàn)由DSP測定的單義的定位和/或位置是否在精度和/或多義性的范疇中包含在由定位和位置計(jì)算電路確定的不精確和/或多義的定位和/或位置中，并且在檢驗(yàn)結(jié)果為否定時發(fā)出傳感器錯誤信號。
文檔編號G05B9/02GK103080853SQ201180042668
公開日2013年5月1日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月1日
發(fā)明者N·庫爾茨, C·博納茨, E·馬赫 申請人:迪爾航空航天有限公司