Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2451995

(19)

RU

(11)

2451995

(13)

C1

(51) МПК G06F15/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011126463/08, 27.06.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

27.06.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 27.06.2011

(45) Опубликовано: 27.05.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2207616 С2, 27.06.2003. RU 2210806 С2, 20.08.2003. ЕР 00676691 A3, 11.10.1995. ЕР 01117041 А2, 18.07.2001. ЕР 01513317 A3, 09.03.2005.

Адрес для переписки:

394064, г.Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54а, ФГВОУ ВПО "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны РФ (ВАИУ)

(72) Автор(ы):

Акиньшина Галина Николаевна (RU),

Волобуев Михаил Федорович (RU),

Замыслов Михаил Александрович (RU),

Михайленко Сергей Борисович (RU),

Орлов Сергей Владимирович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ РЕЗЕРВИРОВАННОЙ С ПОМОЩЬЮ МАЖОРИТАРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМОЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к современным пилотажно-навигационным комплексам (ПНК) летательных аппаратов (ЛА) и их бортовой аппаратуре. Техническим результатом является повышение эффективности функционирования за счет повышения вероятности безотказной работы путем использования новых каналов обнаружения отказа, выбора исправного элемента и средств коммуникации элементов. Устройство управления содержит рабочий элемент, два элемента сравнения, три вычитающих устройства, шесть компараторов, четыре электронных ключа, блок управления, три логических элемента НЕ и логический элемент И. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к современным пилотажно-навигационным комплексам (ПНК) летательных аппаратов и их бортовой радиоэлектронной аппаратуре и предназначается в основном для формирования сигналов управления резервированными с помощью мажоритарных элементов системами радиоавтоматики и системами автоматического управления летательными аппаратами.

Системы автоматического управления ЛА, состоящие из радиотехнических и нерадиотехнических средств различного функционального назначения (автопилотов, средств радиоуправления, инерциальной навигации и др.), составляют основу современных ПНК ЛА. Одним из наиболее перспективных путей повышения эффективности функционирования и надежности составных частей таких ПНК является резервирование их наиболее важных элементов. При этом для эффективного управления работой таких резервированных систем требуется как информация об отказах их элементов, получаемая в реальном масштабе времени, так и соответствующее изменение структуры систем (реконфигурация), направленное на сохранение их работоспособности.

Поэтому управление конфигурацией резервированных систем, направленное на восстановление их работоспособности при отказах элементов, является одной из важных задач подсистем управления, контроля и восстановления работоспособности в системах автоматического управления и ПНК любых типов летательных аппаратов.

Обнаружение отказов и формирование команд управления резервированной системой, направленных на восстановление ее работоспособности возможно на основе применения элементов как аналоговой, так и цифровой техники, а также и при их совместном использовании. В настоящее время наиболее часто в обнаружителях отказов аппаратуры применяются аналоговые и цифровые микросхемы.

Известно устройство управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой, основанное на принципе мажоритарной логики (принципе выбора по большинству). Этот принцип широко используется для обнаружения отказов в системах резервирования, состоящих из рабочего элемента и нескольких элементов сравнения, играющих роль резервных элементов, путем выборки из множества. В этом случае состояние рабочей системы сравнивается с состоянием ряда таких же систем. Признаком безотказности рабочей системы является совпадение ее состояния с состоянием большинства систем [Г.А.Шевцов, Е.М.Шеремет. Логическое резервирование. - Л.: Издательство Львовского университета, 1973, с.43-44]. Считается, что состояния рабочей и i-й системы сравнения одинаковы, если

разность их выходных параметров меньше

где - произвольная положительная величина (абсолютное значение порога сравнения).

Для конкретности и простоты изложения рассмотрим резервированную с помощью мажоритарных элементов систему минимальной кратности, в которой еще может быть реализовано мажоритарное резервирование, состоящую из одного рабочего и двух резервных элементов (элементов сравнения). Устройство управления такой резервированной системой содержит [Г.А.Шевцов, Е.М.Шеремет. Логическое резервирование. - Л.: Издательство Львовского университета, 1973, с.21, 60-61] рабочий элемент (РЭ), два элемента сравнения (ЭС), три вычитающих устройства (ВУ), три компаратора (К), три электронных ключа (ЭК), причем выход РЭ подключен к второму входу первого ВУ, первому входу второго ВУ и первому входу первого ЭК, выходы которых присоединены к входам первого, второго компараторов К и выходу системы соответственно, выход первого ЭС подключен к первому входу первого ВУ, а также к первому входу третьего ВУ и первому входу второго ЭК, выходы которых подключены к входу третьего компаратора и выходу первого ЭК соответственно, а выход третьего компаратора соединен с третьим входом БУ, выход второго ЭС соединен со вторыми входами второго и третьего ВУ и входом третьего ЭК, выход которого соединен с выходом второго ЭК, причем входы РЭ и двух ЭС соединены вместе и являются входом системы, а первый, второй и третий выходы БУ подключены к вторым входам первого, второго и третьего ЭК соответственно. Вычитающие устройства, компараторы, блок управления и электронные ключи представляют собой мажоритарный элемент. Вычитающие устройства и компараторы сравнивают выходные параметры различных пар РЭ-ЭС и определяют те пары, выходные параметры которых одинаковы (разность выходных параметров не выше заданной величины ). Блок управления и электронные ключи выбирают из этих пар один из элементов и подключают его сигнал к выходу системы. При отказе одного элемента системы (РЭ или ЭС) сигналы на выходе двух связанных с ним компараторов будут отсутствовать, а в блок управления поступит сигнал с компаратора, не связанного с отказавшим элементом. В соответствии с этим сигналом БУ сформирует сигнал управления на один из электронных ключей для подключения одного из исправных элементов к нагрузке. Отказ системы наступает при выходе из строя каких-либо двух резервных элементов.

Таким образом, приведенное устройство управления резервированной системой обеспечивает сигнал на выходе системы при совпадении сигналов двух из трех резервируемых элементов.

Основным недостатком такого устройства управления резервированной системой является невозможность подключения к нагрузке исправного элемента в случае отказа двух других элементов, что не позволяет в полной мере реализовать принцип резервирования замещением и снижает надежность системы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой, содержащее рабочий элемент (РЭ), два элемента сравнения (ЭС), три вычитающих устройства (ВУ), три компаратора (К), три электронных ключа (ЭК), причем выход РЭ подключен к второму входу первого ВУ, первому входу второго ВУ и первому входу первого ЭК, выходы которых присоединены к входам первого, второго компараторов К и выходу системы соответственно, выход первого ЭС подключен к первому входу первого ВУ, а также к первому входу третьего ВУ и первому входу второго ЭК, выходы которых подключены к входу третьего компаратора и выходу первого ЭК соответственно, а выход третьего компаратора соединен с третьим входом БУ, выход второго ЭС соединен со вторыми входами второго и третьего ВУ и входом третьего ЭК, выход которого соединен с выходом второго ЭК, причем входы РЭ и двух ЭС соединены вместе и являются входом системы, а первый, второй и третий выходы БУ подключены к вторым входам первого, второго и третьего ЭК соответственно. Вычитающие устройства и компараторы сравнивают выходные параметры различных пар РЭ-ЭС и определяют те пары, выходные параметры которых одинаковы (разность выходных параметров не выше заданной величины ). Блок управления и электронные ключи выбирают из этих пар один из элементов и подключают его сигнал к выходу системы. При отказе одного элемента системы (РЭ или ЭС) сигналы на выходе двух связанных с ним компараторов будут отсутствовать, а в блок управления поступит сигнал с компаратора, не связанного с отказавшим элементом. В соответствии с этим сигналом БУ сформирует сигнал управления на один из электронных ключей для подключения одного из исправных элементов к нагрузке. Отказ системы наступает при выходе из строя каких-либо двух резервных элементов [Г.А.Шевцов, Е.М.Шеремет. Логическое резервирование. - Л.: Издательство Львовского университета, 1973, с.60-61].

Однако недостатком такого устройства управления является повышенная вероятность отказа резервированной системы по сравнению с типовой схемой резервирования замещением из-за невозможности подключения к нагрузке исправного элемента в случае отказа двух других элементов, что снижает надежность системы. Для устранения этого недостатка требуется создание фактически нового технического устройства управления резервированной системой, способного распознавать указанную выше ситуацию и подключать к нагрузке исправный элемент.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности функционирования резервированной с помощью мажоритарных элементов системы за счет повышения вероятности безотказной работы ее путем обнаружения факта отказа системы и подключения к нагрузке одного из работоспособных элементов, то есть обеспечение работоспособности системы даже при отказе двух элементов, путем использования в устройстве новых каналов обнаружения отказа системы, выбора исправного элемента и средств коммутации элементов.

Поставленная задача решается за счет того, что в известное устройство управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой, содержащее рабочий элемент (РЭ), два элемента сравнения (ЭС), три вычитающих устройства (ВУ), три компаратора (К), три электронных ключа (ЭК), причем выход РЭ подключен к второму входу первого ВУ, первому входу второго ВУ и первому входу первого ЭК, выходы которых присоединены к входам первого, второго компараторов К и выходом системы соответственно, выход первого ЭС подключен к первому входу первого ВУ, а также к первому входу третьего ВУ и первому входу второго ЭК, выходы которых подключены к входу третьего компаратора и выходу первого ЭК соответственно, а выход третьего компаратора соединен с третьим входом БУ, выход второго ЭС соединен со вторыми входами второго и третьего ВУ и входом третьего ЭК, выход которого соединен с выходом второго ЭК, причем входы РЭ и двух ЭС соединены вместе и являются входом системы, а первый, второй и третий выходы БУ подключены к вторым входам первого, второго и третьего ЭК соответственно, дополнительно введены три компаратора К, четвертый ЭК, три логических элемента НЕ и логический элемент И, причем к входам четвертого, пятого и шестого компараторов подключены выходы РЭ, первого и второго ЭС соответственно, а выходы четвертого, пятого и шестого К подключены соответственно к первому, второму и третьему входам четвертого ЭК, выходы которого соединены с четвертым, пятым и шестым входом БУ соответственно, выходы первого, второго и третьего компараторов соединены соответственно со входами первого, второго и третьего элементов НЕ, выходы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему входам логического элемента И, выход которого соединен с четвертым входом четвертого ЭК.

Управление системой при отказе одного из элементов (РЭ или ЭС) производится следующим образом. Вычитающие устройства 3.1-3.3 и компараторы 4.1-4.3 сравнивают выходные параметры различных пар РЭ-ЭС и определяют те пары, выходные параметры которых одинаковы (разность выходных параметров не выше заданной величины ). БУ и электронные ключи 5.1-5.3 выбирают из этих пар один из элементов и подключают его сигнал к выходу системы. При отказе одного элемента системы (РЭ или ЭС) сигналы на выходе двух связанных с ним компараторов будут отсутствовать (имеют низкий уровень), а в БУ поступит сигнал высокого уровня (логической единицы) с компаратора, не связанного с отказавшим элементом. В соответствии с этим сигналом БУ сформирует сигнал управления на один из электронных ключей 5.1-5.3 для подключения одного из исправных элементов к нагрузке. Отказ системы наступает при выходе из строя каких-либо двух резервных элементов.

Формирование сигналов управления при отказах двух элементов (ЭС и РЭ или двух ЭС) производится с использованием сигналов с выхода компараторов 4.1-4.6, ЭК 5.1-5.4, БУ 6 и логических элементов НЕ 7.1-7.3. В случае отказа любых двух элементов в резервированной системе на выходах компараторов 4.1-4.3 сигналы будут иметь низкий уровень и после их поступления на вход БУ 6 он снимет управляющие сигналы с электронных ключей ЭК 5.1-5.3, которые отключат все элементы (РЭ, ЭС 2.1, 2.2) от нагрузки, что в прототипе привело бы к полному отказу системы. Однако одновременно с поступлением сигналов с выходов РЭ1, ЭС 2.1, 2.2 на входы вычитающих устройств 3.1-3.3 они поступают на входы компараторов К 4.4-4.6 соответственно. Если произошел отказ элементов, то при превышении значением параметра РЭ или ЭС пределов допустимого отклонения (допустимого предела отклонения выходного параметра Х от математического ожидания m x , при котором считается, что элемент работает безотказно) на выходе соответствующего компаратора формируется сигнал низкого уровня, а при исправном элементе - сигнал высокого уровня (скачок напряжения единичной амплитуды), которые поступают на соответствующие входы четвертого ЭК 5.4. Эти входы коммутируются с соответствующими входами БУ 6 (четвертым, пятым и шестым) при поступлении на управляющий вход ЭК 5.4 сигнала высокого уровня с выхода логического элемента И 8. Логический элемент И 8 выполняет роль обнаружителя отказа мажоритарного элемента и формирует управляющий сигнал при сигналах низкого уровня на выходах компараторов 4.1-4.3, которые инвертируются (преобразуются в сигналы высокого уровня) элементам НЕ 7.1-7.3 и подаются на входы элемента И 8. При этом сигнал высокого уровня, поступивший на один из входов ЭК 5.4 (первый, второй или третий), передается на соответствующий вход БУ 6 (четвертый, пятый или шестой) и подается на управляющий вход соответствующего ЭК 5.1-5.3, который коммутирует (соединяет) исправный элемент с нагрузкой. Таким образом обеспечивается работоспособность резервированной с помощью мажоритарных элементов системы даже при отказе двух элементов.

Техническое решение обладает новыми свойствами:

- многофункциональностью, выражающейся в способности обнаруживать отказы как одного, так и двух элементов резервированной с помощью мажоритарных элементов системы;

- повышенной эффективностью функционирования резервированной с помощью мажоритарных элементов системы, обусловленной возможностью обнаружения факта отказа системы и подключения к нагрузке одного из работоспособных элементов;

- возможностью применения в широкой номенклатуре резервированных систем за счет выбора и установки соответствующих предельных границ (порогов) допустимого изменения параметров РЭ.

При этом идентификация работоспособного элемента позволяет использовать устройство не только в интересах реконфигурации структуры системы, но и в целях сокращения времени восстановления работоспособности отказавших элементов за счет уменьшения временных затрат на поиск неисправностей.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой. На фиг.2 приведена таблица истинности, содержащая качественные и количественные (булевые) значения параметров элементов, принимаемых в процессе функционирования устройства управления.На фиг.3 приведены результаты оценки вероятностных характеристик предложенного устройства управления резервированной системой.

Устройство управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой (фиг.1) содержит рабочий элемент РЭ 1, два элемента сравнения (резервных элемента) ЭС 2.1 и 2.2, три вычитающих устройства ВУ 3.1, .2, 3.3, выполненных в виде типового сумматора на интегральной микросхеме (ИМС) прецизионного операционного усилителя (ОУ) КМ551УД1А [Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение: Справ.пособие. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989, 240 с.: ил. - (Массовая радиобиблиотека; вып.1143), с.50-53], шесть компараторов К 4.1 - 4.6, выполненных на ИМС К155ТЛ1 или К554СА2 по схеме триггера Шмитта или компаратора соответственно [Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение: Справ.пособие. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989, 240 с.: ил. - (Массовая радиобиблиотека; вып.1143), с.56-57, 122], четыре электронных ключа ЭК 5.1- 5.4, выполненных в виде электронных реле с соответствующим числом нормально-разомкнутых (замкнутых) контактов на основе микросхемы электронного коммутатора 435КН2 [Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение: Справ, пособие. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989, 240 с.: ил. - (Массовая радиобиблиотека; вып.1143), с.68], блок управления БУ 6, три логических элемента НЕ (отрицания) 7.1-7.3, выполненные в виде типовых инверторов на цифровых ИМС, например ИМС К155ЛН1, логический элемент И 8, выполненный на типовой цифровой ИМС, например ИМС К155ЛИ5 [Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1988. - С.27, 40, - [(Массовая радиобиблиотека. Вып.1111)], причем выход РЭ 1 подключен к второму входу первого ВУ 3.1, первому входу второго ВУ 3.2 и первому входу первого ЭК 5.1, выходы которых присоединены к входам первого 4.1, второго компараторов К 4.2 и выходу системы соответственно, выход первого ЭС 2.1 подключен к первому входу первого ВУ 3.1, а также к первому входу третьего ВУ 3.3 и первому входу второго ЭК 5.2, выходы которых подключены к входу третьего компаратора 4.3 и выходу первого ЭК 5.1 соответственно, а выход третьего компаратора соединен с третьим входом БУ 6, выход второго ЭС 2.2 соединен со вторыми входами второго и третьего ВУ 3.2, 3.3 и входом третьего ЭК 5.3, выход которого соединен с выходом второго ЭК 5.2, причем входы РЭ 1 и двух ЭС 2.1 и 2.2 соединены вместе и являются входом системы, а первый, второй и третий выходы БУ 6 подключены к вторым входам первого, второго и третьего ЭК 5.1, 5.2, 5.3, причем к входам четвертого, пятого и шестого компараторов4.4, 4.5, 4.6 подключены выходы РЭ 1, первого и второго ЭС 2.1, 2.2 соответственно, а выходы четвертого, пятого и шестого К 4.4, 4.5, 4.6 подключены соответственно к первому, второму и третьему входам четвертого ЭК 5.4, выходы которого соединены с четвертым, пятым и шестым входом БУ 6 соответственно, выходы первого, второго и третьего компараторов 4.1, 4.2, 4.3 соединены соответственно со входами первого, второго и третьего элементов НЕ 7.1, 7.2, 7.3, выходы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему входам логического элемента И 8, выход которого соединен с четвертым входом четвертого ЭК 5.4.

Таким образом, заявленное устройство управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой обеспечивает ее эффективное функционирование при одновременном отказе двух элементов за счет обнаружения факта такого отказа и формирования сигналов на подключение к нагрузке оставшегося работоспособного элемента, что позволяет свести к минимуму время поиска и устранения неисправностей в резервированной системе.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам предлагаемого устройства управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой в резервированной системе. Выбор из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к сформулированному техническому результату признаков в заявленном устройстве управления резервированной системой, которые изложены в формуле изобретения. Поэтому заявленное изобретение соответствует критерию «Новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию «Изобретательский уровень» проведен поиск и анализ известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с признаками предлагаемого устройства управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем. Заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

дополнение известного средства каким-либо известным блоком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата;

замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата;

увеличение однотипных элементов для достижения сформулированного технического результата;

создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлен по известным правилам, а достигнутый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связями между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «Изобретательский уровень».

Предлагаемое техническое решение соответствует критерию «Промышленная применимость», так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его существования, работоспособность и воспроизводимость, так как для реализации заявляемого технического решения могут быть использованы известные материалы и оборудование.

Рассмотрим работу устройства управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системы. Для понимания существа работы устройства достаточно подробно рассмотреть функционирование резервированной системы при отказе любых двух элементов, например РЭ 1 и ЭС 2.1, и так далее. Наиболее наглядно и компактно процесс функционирования предложенного устройства управления резервированной системой может быть представлен таблицей истинности состояний элементов устройства. Поэтому на фиг.2 приведена таблица истинности, содержащая качественные и количественные (булевые) значения параметров элементов, принимаемых в процессе функционирования устройства управления. Рабочий элемент 1 и элементы сравнения 2.1 и 2.2 работают одновременно (так называемый нагруженный резерв). Сигнал с выхода РЭ 1 подается одновременно на входы ВУ 3.1 и 3.2, на другие входы которых поступают сигналы с ЭС 2.1 и 2.2 соответственно, а также на входы компараторов К 4.4 и 4.5. Сигнал с выхода ЭС 2.2 падается на вход ВУ 3.3, на второй вход которого поступает также сигнал с ЭС 2.1. В случае отказа двух элементов в резервированной системе, например РЭ 1 и ЭС 2.1 (состояния О на фиг.2) сигналы на выходах ВУ 3.1-3.3 будут превышать допустимые значения порогов , поэтому на выходах компараторов 4.1-4.3 сигналы будут иметь низкий уровень и после их поступления на входы 1-3 БУ 6 он должен был бы снять управляющие сигналы с электронных ключей ЭК 5.1-5.3 (состояние Р), которые отключили бы все элементы (РЭ, ЭС 2.1, 2.2) от нагрузки, что в прототипе привело бы к полному отказу системы. Однако одновременно с поступлением сигналов с выходов РЭ1, ЭС 2.1, 2.2 на входы вычитающих устройств 3.1-3.3 они поступают на входы компараторов К 4.4-4.6 соответственно. Если произошел отказ элементов, то при превышении значением параметра РЭ 1 и ЭС 2.1 пределов допустимого отклонения (допустимого предела отклонения выходного параметра Х от математического ожидания m x , при котором считается, что элемент работает безотказно) на выходе соответствующих компараторов К 4.4 и 4.5 формируется сигнал низкого уровня, а при исправном элементе ЭС 2.2 - на выходе К 4.6 сигнал высокого уровня (скачок напряжения единичной амплитуды), которые поступают на соответствующие входы четвертого ЭК 5.4. Эти входы коммутируются с соответствующими входами БУ 6 (четвертым, пятым и шестым) при поступлении на управляющий вход ЭК 5.4 сигнала высокого уровня с выхода логического элемента И 8 (состояние 1). Логический элемент И 8 выполняет роль обнаружителя отказа мажоритарного элемента и формирует управляющий сигнал при сигналах низкого уровня на выходах компараторов 4.1-4.3, которые инвертируются (преобразуются в сигналы высокого уровня) элементам НЕ 7.1-7.3 и подаются на входы элемента И 8. При этом сигнал высокого уровня, поступивший на один из входов ЭК 5.4 (первый, второй или третий), передается при отказе РЭ1 и ЭС 2.1 на шестой вход БУ 6 (состояние 1), с третьего выхода которого снимается сигнал высокого уровня и подается на второй (управляющий) вход ЭК 5.3 (состояние 1), который коммутирует (соединяет) исправный элемент ЭС 2.2 с нагрузкой. Таким образом обеспечивается работоспособность резервированной с помощью мажоритарных элементов системы даже при отказе двух элементов РЭ 1 и ЭС 2.1. Аналогичные процессы, как видно из таблицы на фиг.2, будут протекать в системе управления и при отказах РЭ1 и ЭС 2.2 или ЭС 2.1 и ЭС 2.2., однако при этом сигналы высокого уровня будут формироваться на выходах К 4.5 и 4.4 и на управляющих входах ЭК 5.2 и 5.1, что приведет к подключению к нагрузке исправных элементов ЭС 2.1 и РЭ 1 соответственно.

Для исследования вероятностных характеристик предлагаемого устройства управления резервированной системой на основе структурной схемы (фиг.1) были проведены расчеты по оценке вероятности его безотказной работы, а также аналогичной характеристики прототипа. При этом вероятности безотказной работы определялись по следующим формулам [Г.А.Шевцов, Е.М.Шеремет. Логическое резервирование. - Л.: Издательство Львовского университета, 1973, с.60-61], полученным в предположении, что все элементы равнонадежны:

для прототипа

для заявленного устройства

где р - вероятность безотказной работы элемента.

Результаты расчетов в виде зависимостей вероятностей безотказной работы резервированных систем Р бп и Р бз от значений вероятности безотказной работы элементов р приведены на фиг.3.

Анализ полученных результатов показывает, что предлагаемое техническое решение позволяет в 1.73-1.14 раза повысить вероятность беотказной работы резервированной системы по сравнению с прототипом при значениях вероятностей безотказной работы элементов, равных соответственно 0.5-0.8, за счет обнаружения и подключения к нагрузке оставшегося работоспособным элемента мажоритарного органа. Заявленное устройство может быть использовано не только для восстановления работоспособности резервированной с помощью мажоритарных элементов системы, но и для выявления всех отказавших элементов. При этом следует ожидать сокращения времени восстановления работоспособности отказавшего элемента за счет снижения временных затрат на поиск неисправностей.

Изложенные сведения свидетельствуют о возможности выполнения при реализации заявленного устройства управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системы следующей совокупности условий:

предлагаемое устройство управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой при его реализации позволит обеспечить повышение эффективности функционирования резервированной с помощью мажоритарных элементов системы за счет повышения вероятности безотказной работы ее путем обнаружения факта отказа системы и подключения к нагрузке одного из работоспособных элементов, то есть обеспечения работоспособности системы даже при отказе двух элементов, приводящих в выходу из строя прототипа, при одновременном сокращении времени выявления и устранения неисправностей в резервированной системе;

показана возможность реализации на практике заявленного устройства управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

предлагаемое устройство управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой при его разработке способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Формула изобретения

Устройство управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой, содержащее рабочий элемент (РЭ), два элемента сравнения (ЭС), три вычитающих устройства (ВУ), три компаратора (К), три электронных ключа (ЭК), причем выход РЭ подключен к второму входу первого ВУ, первому входу второго ВУ и первому входу первого ЭК, выходы которых соединены к входам первого, второго компараторов К и выходам системы соответственно, выход первого ЭС подключен к первому входу первого ВУ, а также к первому входу третьего ВУ и первому входу второго ЭК, выходы которых подключены к входу третьего компаратора и выходу первого ЭК соответственно, а выход третьего компаратора соединен с третьим входом БУ, выход второго ЭС соединен со вторыми входами второго и третьего ВУ и входом третьего ЭК, выход которого соединен с выходом второго ЭК, причем входы РЭ и двух ЭС соединены вместе и являются входом системы, а первый, второй и третий выходы БУ подключены ко вторым входам первого, второго и третьего ЭК соответственно, отличающееся тем, что в него введены три компаратора К, четвертый ЭК, три логических элемента НЕ и логический элемент И, причем ко входам четвертого, пятого и шестого компараторов подключены выходы РЭ, первого и второго ЭС соответственно, а выходы четвертого, пятого и шестого К подключены соответственно к первому, второму и третьему входам четвертого ЭК, выходы которого соединены с четвертым, пятым и шестым входом БУ соответственно, выходы первого, второго и третьего компараторов соединены соответственно со входами первого, второго и третьего элементов НЕ, выходы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему входам логического элемента И, выход которого соединен с четвертым входом четвертого ЭК.

РИСУНКИ