RU2493586C2

RU2493586C2 - Apparatus for restoring operating capacity of standby system using majority decision elements

Info

Publication number: RU2493586C2
Application number: RU2011150607/08A
Authority: RU
Inventors: Галина Николаевна Акиньшина; Михаил Александрович Замыслов; Михаил Федорович Волобуев; Сергей Борисович Михайленко; Сергей Владимирович Орлов
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-09-20
Also published as: RU2011150607A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: apparatus includes a working element, two comparison elements (standby elements), an additional switched comparison element, six electronic switches, three subtractors, three comparators, a control unit, two OR logic elements, three digital inverters, a switch for the electronic switches, four AND logic elements and three flip-flops.

EFFECT: high reliability of the apparatus.

3 dwg

Description

Изобретение относится к современным пилотажно-навигационным комплексам (ПНК) летательных аппаратов и их бортовой аппаратуре и предназначается в основном для восстановления работоспособности систем радиоавтоматики и автоматического управления, резервированных с помощью мажоритарных элементов путем формирования сигналов управления элементами резервированных систем.The invention relates to modern flight control and navigation systems (PNC) of aircraft and their on-board equipment and is intended mainly to restore the operability of radio-automatic and automatic control systems, reserved using major elements by generating control signals for elements of redundant systems.

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 восстановление их работоспособности.One of the most promising ways to increase the functioning efficiency and reliability of the components of such PNAs is to reserve their most important elements. At the same time, effective management of such redundant systems requires both real-time information on the failures of their elements and a corresponding change in the structure of the systems (reconfiguration) aimed at restoring their performance.

Поэтому использование эффективных путей восстановления резервированных систем, основанных на изменении их конфигурации, направленной на восстановление работоспособности систем при отказах элементов и устройств, реализующих эти способы, являются важными задачами подсистем управления, контроля и восстановления работоспособности в системах автоматического управления и ПНК любых типов летательных аппаратов.Therefore, the use of effective recovery paths for redundant systems based on a change in their configuration aimed at restoring the systems to operability in case of failures of elements and devices that implement these methods are important tasks of the control, monitoring and recovery subsystems in automatic control systems and PNCs of any type of aircraft.

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.Failure detection and the formation of redundant system control commands aimed at restoring its functionality is possible through the use of elements of both analog and digital technology, as well as when they are used together. Currently, analog and digital microcircuits are most often used in equipment failure detectors.

Известно устройство восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов, 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 ε:A device is known for restoring a redundant system using majority elements, based on the principle of majority logic (the principle of choice for most). This principle is widely used to detect failures in redundancy systems consisting of a work item and several comparison items playing the role of backup items by sampling from a set. In this case, the state of the working system is compared with the state of a number of the same systems. A sign of the reliability of the working system is the coincidence of its state with the state of most systems [G.A. Shevtsov, E.M. Sheremet. Logical redundancy. - L .: Publishing house of the Lviv University, 1973, p. 43-44]. It is believed that the states of the working and ith comparison systems are the same if the difference in their output parameters is less than ε:

$| X - X_{1} | = | \overset{\circ}{X} - {\overset{\circ}{X}}_{i} | = | Z_{i} | < ε,$

| X - X_{one} | = | \overset{\circ}{X} - {\overset{\circ}{X}}_{i} | = | Z_{i} | < ε,

- где ε - произвольная положительная величина (абсолютное значение порога сравнения).- where ε is an arbitrary positive value (the absolute value of the comparison threshold).

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 восстановления работоспособности такой резервированной системы 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), блок управления (БУ), 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 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 ко 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 s). 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.For concreteness and simplicity of presentation, we consider a system of minimum multiplicity redundant with the help of majority elements, in which majority redundancy consisting of one working and two reserve elements (comparison elements) can still be implemented. A device for restoring the health of such a redundant system contains [G.A. Shevtsov, E.M. Sheremet. Logical redundancy. - L .: Publishing house of Lviv University, 1973, p.21, 60-61] work item (ER), two comparison elements (ES), three subtractive devices (WU), three comparators (K), control unit (BU), three electronic keys (EC), and the output of the RE connected to the second input of the first IU, the first input of the second IU and the first input of the first EC, the outputs of which are connected to the inputs of the first, second comparators K and the output of the system, respectively, the output of the first ES is connected to the first input of the first WU, as well as to the first input of the third WU and the first input of the second EC, the outputs of which are connected are directed to the input of the third comparator and the output of the first EC, respectively, and the output of the third comparator is connected to the third input of the control unit, the output of the second ES is connected to the second inputs of the second and third VU and the input of the third EC, the output of which is connected to the output of the second EC, and the inputs of RE and two ES are connected together and are the input of the system, and the first, second and third outputs of the control unit are connected to the second inputs of the first, second and third EC, respectively. Subtractors, comparators, a control unit and electronic keys are a majority element. Subtracting devices and comparators compare the output parameters of various pairs of RE-ES and determine those pairs whose output parameters are the same (the difference of the output parameters is not higher than a given value s). The control unit and electronic keys select one of the elements from these pairs and connect its signal to the system output. If one element of the system (OM or ES) fails, there will be no signals at the output of two comparators connected to it, and a signal from a comparator that is not connected with the failed element will arrive at the control unit. In accordance with this signal, the control unit will generate a control signal to one of the electronic keys for connecting one of the serviceable elements to the load. A system failure occurs when any two backup elements fail.

Таким образом, приведенное устройство восстановления работоспособности резервированной системы обеспечивает сигнал на выходе системы при совпадении сигналов двух из трех резервируемых элементов, то есть при оказе какого-либо одного элемента.Thus, the device for restoring the health of a redundant system provides a signal at the output of the system when the signals of two of the three redundant elements coincide, that is, when one of the elements appears.

Основными недостатками такого устройства являются 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 и практически полный выход из строя в этих условиях самого мажоритарного элемента.The main disadvantages of such a device are the inability to connect a serviceable element to the load in case of failure of the other two elements, which does not allow to fully implement the principle of redundancy by replacement and reduces the reliability of the system and the almost complete failure in these conditions of the majority element.

Наиболее близким, по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов, содержащее блок управления (БУ), к первому, второму и третьему входам которого подключены выходы первого, второго и третьего компараторов (К) соответственно, а к первому, второму и третьему выходам подключены соответственно первые входы первого, второго и третьего электронных ключей (ЭК), ко вторым входам которых подсоединены первые входы первого и второго вычитающего устройства (ВУ), вторые входы первого и третьего ВУ, второй вход второго ВУ и первый вход третьего ВУ соответственно, причем к выходу каждого ВУ подключен соответствующий К, при этом входы рабочего элемента (РЭ) и двух элементов сравнения (ЭС) (резервных элементов) соединены вместе и являются входом устройства, а выходы трех ЭК, соединенные вместе, являются выходом устройства. 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 е). 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].The closest, in technical essence and the achieved effect, is a device for restoring the system’s redundancy using major elements, containing a control unit (BU), the outputs of the first, second, and third comparators (K) are connected to the first, second, and third inputs, respectively, and the first inputs of the first, second and third electronic keys (EC) are connected to the first, second and third outputs, respectively, the second inputs of which are connected to the second inputs of the first and second device, (second) second inputs of the first and third slave, second input of the second slave and the first input of the third slave, respectively, with the corresponding K connected to the output of each slave, while the inputs of the working element (RE) and two comparison elements (ES) (backup elements) are connected together and are the input of the device, and the outputs of three ECs connected together are the output of the device. Subtracting devices and comparators compare the output parameters of the various pairs of RE-ES and determine those pairs whose output parameters are the same (the difference of the output parameters is not higher than the specified value e). The control unit and electronic keys select one of the elements from these pairs and connect its signal to the system output. If one element of the system (OM or ES) fails, there will be no signals at the output of two comparators connected to it, and a signal from a comparator that is not connected with the failed element will arrive at the control unit. In accordance with this signal, the control unit will generate a control signal to one of the electronic keys for connecting one of the serviceable elements to the load. A system failure occurs when any two backup elements fail [G.A. Shevtsov, E.M. Sheremet. Logical redundancy. - L .: Publishing house of the Lviv University, 1973, S. 60-61].

Однако недостатком такого устройства восстановления является повышенная вероятность отказа резервированной системы про сравнению с типовой схемой резервирования замещением из-за невозможности подключения к нагрузке исправного элемента в случае отказа двух других элементов, что снижает надежность системы, а также отказ в этих условиях самого мажоритарного элемента. Для устранения этого недостатка требуется создание фактически нового технического устройства восстановления резервированной системой, способного распознавать указанную выше ситуацию и восстанавливать работоспособность как мажоритарного элемента, так и системы в целом.However, the disadvantage of such a recovery device is the increased likelihood of a failure of the redundant system compared to the typical backup redundancy scheme due to the inability to connect a serviceable element to the load in case of failure of the other two elements, which reduces the reliability of the system, as well as the failure of the majority element under these conditions. To eliminate this drawback, it is necessary to create a virtually new technical recovery device with a redundant system capable of recognizing the above situation and restoring the functionality of both the majority element and the system as a whole.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности функционирования резервированной с помощью мажоритарных элементов системы за счет обнаружения факта отказа системы и последовательного подключения к резервируемому и резервным элементам (РЭ и ЭС) дополнительного элемента сравнения, восстанавливающего при подключении к работоспособному элементу работоспособность мажоритарного элемента, и формирующего в нагрузке выходной сигнал, то есть обеспечение работоспособности системы даже при отказе двух элементов, путем использования в устройстве новых каналов обнаружения отказа системы, поиска исправного элемента и средств коммутации работоспособных элементов в мажоритарном органе.The technical task of the present invention is to increase the efficiency of functioning of a redundant system with the help of majority elements by detecting the fact of a system failure and sequentially connecting to the redundant and redundant elements (RE and ES) an additional comparison element that restores the majority element when it is connected to a workable element and generates load the output signal, that is, ensuring the operability of the system even when two elements fail , By use of new channels in the device failure detection system, the search serviceable element and switching elements operable in the majority organ.

Поставленная задача решается за счет того, что в известное устройство восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов, содержащее БУ, к первому, второму и третьему входам которого подключены выходы первого, второго и третьего компараторов соответственно, а к первому, второму и третьему выходам подключены соответственно первые входы первого, второго и третьего ЭК, ко вторым входам которых подсоединены первые входы первого и второго ВУ, вторые входы первого и третьего ВУ, второй вход второго ВУ и первый вход третьего ВУ соответственно, причем к выходу каждого ВУ подключен соответствующий К, при этом входы рабочего элемента и двух элементов сравнения (резервных элементов) соединены вместе и являются входом устройства, а выходы трех ЭК, соединенные вместе, являются выходом устройства, дополнительно введены третий ЭС, три ЭК, два логических элемента ИЛИ, три логических элемента НЕ, переключатель электронных ключей (ПЭК), четыре логический элемента И и три триггера, причем к первым входам четвертого, пятого и шестого ЭК подсоединены РЭ, первый ЭС и второй ЭС соответственно, причем вторые входы этих ЭК соединены с выходом третьего ЭС, вход которого подключен к входу РЭ, причем выходы первого, второго и третьего К соединены с входом первого логического элемента НЕ и первым входом первого логического элемента ИЛИ, с входом второго логического элемента НЕ и вторым входом первого логического элемента ИЛИ, с входом третьего логического элемента НЕ и третьим входом первого логического элемента ИЛИ соответственно, при этом выходы первого, второго и третьего логических элементов НЕ соединены соответственно с первым входом второго логического элемента ИЛИ и первым входом первого логического элемента И, вторым входом второго логического элемента ИЛИ и вторым входом первого логического элемента И, третьим входом второго логического элемента ИЛИ и третьим входом первого логического элемента И, выход которого соединен с первым входом ПЭК, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с третьим входом четвертого ЭК, первым входом второго логического элемента И и выходом первого триггера, с третьим входом пятого ЭК, первым входом третьего логического элемента И и выходом второго триггера, и с третьим входом шестого ЭК, первым входом четвертого логического элемента И и выходом третьего триггера, причем выход первого логического элемента ИЛИ соединен с вторыми входами второго, третьего и четвертого логических элементов И, а выход второго логического элемента ИЛИ соединен с вторыми входами первого, второго и третьего триггеров, первые входы которых соединены с выходами второго, третьего и четвертого логического элемента И соответственно.The problem is solved due to the fact that the well-known device for recovering the system redundant with the help of majority elements, containing the control unit, the outputs of the first, second and third comparators are connected to the first, second and third inputs, respectively, and connected to the first, second and third outputs respectively, the first inputs of the first, second and third EC, to the second inputs of which are connected the first inputs of the first and second slave, the second inputs of the first and third slave, the second input of the second slave and the first input of the third slave, respectively, with the corresponding K connected to the output of each slave, while the inputs of the working element and two comparison elements (backup elements) are connected together and are the input of the device, and the outputs of three ECs connected together are the output of the device, the third ES, three ECs, two logical elements OR, three logical elements NOT, an electronic key switch (PEC), four logical elements AND and three triggers, with RE connected to the first inputs of the fourth, fifth and sixth ECs, the first ES and the second ES, respectively, with the second inputs of these EC connected to the output of the third ES, the input of which is connected to the input of the RE, and the outputs of the first, second and third K are connected to the input of the first logic element NOT and the first input of the first logical OR element, with the input the second logical element NOT and the second input of the first logical element OR, with the input of the third logical element NOT and the third input of the first logical element OR, respectively, while the outputs of the first, second and third logical elements NOT connected respectively to the first input of the second OR gate and the first input of the first AND gate, the second input of the second OR gate and the second input of the first AND gate, the third input of the second OR gate and the third input of the first AND gate, the output of which is connected to the first input of the PEC, the first, second and third outputs of which are connected respectively with the third input of the fourth EC, the first input of the second logical element AND and the output of the first trigger, with a third m the input of the fifth EC, the first input of the third logical element AND and the output of the second trigger, and with the third input of the sixth EC, the first input of the fourth logical element And and the output of the third trigger, the output of the first logical element OR connected to the second inputs of the second, third and fourth logical AND elements, and the output of the second logical element OR is connected to the second inputs of the first, second and third triggers, the first inputs of which are connected to the outputs of the second, third and fourth logical elements AND, respectively venno.

Управление системой при отказе одного из элементов (РЭ или ЭС) производится следующим образом. В исходном состоянии электронные ключи 3.4-3.6 замкнуты, что соответствует коммутации их первых входов с выходами ЭК. Вычитающие устройства 4.1-4.3 и компараторы 5.1-5.3 сравнивают выходные параметры различных пар РЭ-ЭС и определяют те пары, выходные параметры которых одинаковы (разность выходных параметров не выше заданной величины ε). БУ и электронные ключи 3.1-3.3 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 3.1-3.3 для, подключения одного из исправных элементов к нагрузке. Сигнал высокого уровня с компаратора, не связанного с отказавшим элементом поступает также на один из логических элементов НЕ 8.1-8.3, где инвертируется и подается на один из входов логического элемента И 10.1, с выхода которого сигнал низкого уровня подается на первый управляющий вход переключателя ЭК 9, запрещая его работу. Отказ системы наступает при выходе из строя каких-либо двух резервных элементов.System management in case of failure of one of the elements (RE or ES) is as follows. In the initial state, the electronic keys 3.4-3.6 are closed, which corresponds to the switching of their first inputs with EC outputs. Subtractors 4.1-4.3 and comparators 5.1-5.3 compare the output parameters of the various pairs of RE-ES and determine those pairs whose output parameters are the same (the difference of the output parameters is not higher than the specified value ε). The control unit and electronic keys 3.1-3.3 select one of the elements from these pairs and connect its signal to the system output. In case of failure of one element of the system (RE or ES), the signals at the output of the two comparators associated with it will be absent (have a low level), and the control unit will receive a high level signal (logical unit) from the comparator that is not associated with the failed element. In accordance with this signal, the control unit will generate a control signal for one of the electronic keys 3.1-3.3 for connecting one of the serviceable elements to the load. A high level signal from a comparator that is not connected with a failed element also goes to one of the logic elements NOT 8.1-8.3, where it is inverted and fed to one of the inputs of the AND 10.1 logic element, from the output of which a low level signal is fed to the first control input of the EC 9 switch forbidding his work. A system failure occurs when any two backup elements fail.

Формирование сигналов управления восстановлением системы при отказах двух элементов (ЭС и РЭ или двух ЭС) производится с использованием сигналов с выхода компараторов 5.1-5.3, ЭК 3.1-3.6, БУ 6, логических элементов ИЛИ 7.1-7.2, логических элементов НЕ 8.1-8.3, переключателя ЭК 9, логических элементов И 10.1-10.4 и триггеров 11.1-11.3.В случае отказа любых двух элементов в резервированной системе на выходах компараторов 5.1-5.3 сигналы будут иметь низкий уровень и после их поступления на вход БУ 6 он снимет управляющие сигналы с электронных ключей ЭК 3.1-3.3, которые отключат все элементы (РЭ 1, ЭС 2.1, 2.2) от нагрузки, что в прототипе привело бы к полному отказу системы. Однако, одновременно сигналы низкого уровня с выходов компараторов 5.1-5.3 поступают на входы логических элементов НЕ 8.1-8.3, с выходов которых снимаются сигналы высокого уровня и подаются соответственно на первый, второй и третий входы логического элемента И 10.1 и логического элемента ИЛИ 7.2. С поступлением сигнала высокого уровня с логического элемента И 10.1 на вход переключателя ЭК 9, последний формирует последовательно во времени три прямоугольных импульса высокого уровня сдвинутых по фазе на 120 градусов, подаваемых на третий управляющий вход ЭК 3.4, 3.5 и 3.6 соответственно. На этих ЭК во время действия сигнала высокого уровня первые входы отключаются от выходов, а с выходом соединяются вторые входы, то есть последовательно во времени дополнительный ЭС 2.3 подключается вместо РЭ1, ЭС 2.1 и ЭС 2.2. При подключении вместо одного из отказавших элементов (любого) появляется пара исправных элементов и выходе одного из компараторов 5.1-5.3 появится сигнал высокого уровня, который после инвертирования соответствующим элементом НЕ 8.1-8.3 поступит на вход элемента И 10.1, выходной сигнал которого прекратит формирование переключателем ЭК 9 очередного импульса, при этом текущий импульс ПЭК 9 поступает на первый вход одного из логических элементов И 10.2-10.4, на второй вход которого будет подан сигнал высокого уровня с выхода одного из компараторов 5.1-5.3, прошедший через логический элемент ИЛИ 7.1, сигнал высокого уровня с выхода одного из этих логических элементов И 10.2-10.4 подается на запускающий вход соответствующего триггера 11.1-11.3, который формирует сигнал высокого уровня, фиксирующий состояние одного из электронных ключей 3.4-3.6, подключившего дополнительный элемент ЭС 2.3 вместо отказавшего, причем это состояние сохраняется вплоть до момента отказа другого элемента, после чего на выходе соответствующего компаратора появится сигнал низкого уровня, который изменится соответствующим логическим элементом НЕ 8.1-8.3 на высокий уровень и создаст на выходе логического элемента ИЛИ 7.2 сигнал высокого уровня, который поступит на второй вход соответствующего триггера 11.1-11.3 и вернет его в исходное состояние с низким уровнем, при этом фиксирующий сигнал с ЭК, подключившего ранее дополнительный элемент ЭС 2.3 вместо вышедшего из строя элемента будет снят.The formation of control signals for system recovery in the event of failure of two elements (ES and RE or two ES) is performed using signals from the output of comparators 5.1-5.3, EK 3.1-3.6, BU 6, logical elements OR 7.1-7.2, logical elements NOT 8.1-8.3, switch EC 9, logical elements AND 10.1-10.4 and triggers 11.1-11.3. In case of failure of any two elements in the redundant system at the outputs of comparators 5.1-5.3, the signals will be low and after they arrive at the input of BU 6 it will remove the control signals from electronic EC 3.1-3.3 keys that open yuchat all elements (SE 1, ES 2.1, 2.2) on the load that in the prior art would result in the complete failure of the system. However, at the same time, low-level signals from the outputs of comparators 5.1-5.3 are fed to the inputs of logic elements NOT 8.1-8.3, from the outputs of which high-level signals are removed and fed respectively to the first, second, and third inputs of the AND 10.1 logic element and the OR logical element 7.2. With the arrival of a high-level signal from the AND 10.1 logic element to the input of the EC 9 switch, the latter generates three rectangular high-level pulses sequentially phase-shifted by 120 degrees, applied to the third control input of the EC 3.4, 3.5 and 3.6, respectively. On these ECs, during the operation of the high-level signal, the first inputs are disconnected from the outputs, and the second inputs are connected to the output, that is, additional ES 2.3 is connected sequentially in time instead of RE1, ES 2.1 and ES 2.2. When connected, instead of one of the failed elements (any), a pair of serviceable elements appears and the output of one of the comparators 5.1-5.3 displays a high level signal, which, after inverting with the corresponding element NOT 8.1-8.3, will go to the input of the AND 10.1 element, the output signal of which will cease to be formed by the EC switch 9 of the next pulse, while the current pulse of PEC 9 is supplied to the first input of one of the logical elements And 10.2-10.4, the second input of which will be fed a high level signal from the output of one of the comparators 5.1-5. 3, passed through the OR gate 7.1, the high level signal from the output of one of these AND 10.2-10.4 logic elements is fed to the trigger input of the corresponding trigger 11.1-11.3, which generates a high level signal that fixes the state of one of the electronic keys 3.4-3.6, which connected an additional element of ES 2.3 instead of the failed one, and this state is maintained until the moment of the failure of another element, after which a low level signal will appear at the output of the corresponding comparator, which will change with the corresponding With a logical element NOT 8.1-8.3 to a high level, it will create a high level signal at the output of the logic element OR 7.2, which will go to the second input of the corresponding trigger 11.1-11.3 and return it to its initial state with a low level, while the fixing signal from the EC connected earlier an additional element of ES 2.3 instead of a failed element will be removed.

Таким образом, обеспечивается восстановление работоспособности резервированной с помощью мажоритарных элементов системы даже при отказе двух элементов.Thus, the recovery of the redundant system with the help of majority elements of the system is ensured even if two elements fail.

Техническое решение обладает новыми свойствами:The technical solution has new properties:

- многофункциональностью, выражающейся в способности обнаруживать- multifunctionality, expressed in the ability to detect

отказы как одного, так и двух элементов резервированной с помощью мажоритарных элементов системы;failures of both one and two elements of the redundant system using the majority elements of the system;

- повышенной эффективностью функционирования резервированной с помощью мажоритарных элементов системы, обусловленной возможностью обнаружения факта отказа системы и подключения к нагрузке сигнала одного из двух работоспособных элементов (восстановление работоспособности как мажоритарного органа, так и системы в целом);- increased efficiency of functioning of a system reserved with the help of majority elements, due to the possibility of detecting a fact of system failure and connecting to a signal load one of two operable elements (restoration of operability of both the majority body and the system as a whole);

При этом идентификация неисправного элемента позволяет использовать устройство не только в интересах реконфигурации структуры системы для восстановления ее работоспособности, но и в целях сокращения времени восстановления работоспособности отказавших элементов за счет уменьшения временных затрат на поиск неисправностей.At the same time, identification of a faulty element allows you to use the device not only in the interests of reconfiguring the system structure to restore its operability, but also in order to reduce the recovery time of failed elements by reducing the time spent on troubleshooting.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов. 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.Figure 1 presents the structural diagram of a device for restoring the system redundant using majority elements. Figure 2 shows the truth table containing the qualitative and quantitative (Boolean) values of the parameters of the elements taken in the process of functioning of the control device. Figure 3 shows the results of evaluating the probabilistic characteristics of the proposed device control redundant system.

Устройство восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов (фиг.1) содержит рабочий элемент РЭ 1, два элемента сравнения (резервных элемента) ЭС 2.1-2.2, коммутируемый дополнительный ЭС 2.3, шесть электронных ключей ЭК 3.1-3.6, 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], три вычитающих устройства ВУ 4.1, 4.2, 4,3, 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], три компаратора К 5.1-5.3, 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], блок управления БУ 6, два логических элемента ИЛИ 7.1-7.2, три логических элемента НЕ (отрицания) 8.1- 8.3, выполненные в виде типовых инверторов на цифровых ИМС, например, ИМС К155ЛН1, переключатель электронных ключей 9, выполненный в виде электронного переключателя трех ЭК на тринисторах КУ107 Б и логических элементах ИЛИ-НЕ, позволяющих реализовать эффект последовательного во времени изменения состояния ключей 3.4-3.6 [Нечаев И.А. Конструкции на логических элементах цифровых микросхем. - М.: радио и связь. 1992. - 120 с.: ил. - (массовая радиобиблиотека; Вып.1172), с.109-111],четыре логических элемента И 10.1-10.4, выполненных на типовых цифровых ИМС, например, ИМС К155ЛИ5 [Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1988. - с.27, 40, - [(Массовая радиобиблиотека. Вып.1111)], три триггера 11.1-11.3, представляющих собой асинхронные RS-триггеры, например на ИМС типа К561ТР2 [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.117-123] причем к первому, второму и третьему входам БУ 6 подключены выходы первого, второго и третьего компараторов 5.1-5.3 соответственно, а к первому, второму и третьему выходам БУ 6 подключены соответственно первые входы первого, второго и третьего ЭК 3.1, 3.2 и 3.3, ко вторым входам которых подсоединены первые входы первого и второго ВУ 4.1 и 4.2, вторые входы первого и третьего ВУ 4.1 и 4.3, второй вход второго ВУ 4.2 и первый вход третьего ВУ 4.3 соответственно, причем к выходу каждого ВУ подключен соответствующий К, при этом входы рабочего элемента 1 и двух элементов сравнения (резервных элементов) 2.1 и 2.2 соединены вместе и являются входом устройства, а выходы трех ЭК, 3.1-3.3 соединенные вместе, являются выходом устройства, причем к первым входам четвертого, пятого и шестого ЭК 3.4. 3.5 и 3.6 подсоединены РЭ 1, первый ЭС 2.1 и второй ЭС 2.2 соответственно, причем вторые входы этих ЭК 3.4-3.6 соединены с выходом третьего ЭС 2.3, вход которого подключен к входу РЭ 1, причем выходы первого, второго и третьего К 5.1, 5.2 и 5.3 соединены с входом первого логического элемента НЕ 8.1 и первым входом первого логического элемента ИЛИ 7.1, с входом второго логического элемента НЕ 8.2 и вторым входом первого логического элемента ИЛИ 7.1, с входом третьего логического элемента НЕ 8.3 и третьим входом первого логического элемента ИЛИ 7.1 соответственно, при этом выходы первого, второго и третьего логических элементов НЕ 8.1-8.3 соединены соответственно с первым входом второго логического элемента ИЛИ 7.2 и первым входом первого логического элемента И 10.1, вторым входом второго логического элемента ИЛИ 7.2 и вторым входом первого логического элемента И 10.1, третьим входом второго логического элемента ИЛИ 7.2 и третьим входом первого логического элемента И 10.1, выход которого соединен с первым входом ПЭК 9, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с третьим входом четвертого ЭК 3.4, первым входом второго логического элемента И 10.2 и выходом первого триггера 11.1, с третьим входом пятого ЭК 3.5, первым входом третьего логического элемента И 10.3 и выходом второго триггера 11.2, и с третьим входом шестого ЭК 3.6, первым входом четвертого логического элемента И 10.4 и выходом третьего триггера 11.3, причем выход первого логического элемента ИЛИ 7.1 соединен с вторыми входами второго, третьего и четвертого логических элементов И 10.2, 10.3 и 10.4, а выход второго логического элемента ИЛИ 7.2 соединен с вторыми входами первого, второго и третьего триггеров 11.1, 11.2 и 11.3, первые входы которых соединены с выходами второго, третьего и четвертого логического элемента И 10.2, 10.3 и 10.4 соответственно.A device for restoring the health of a system redundant using majority elements (Fig. 1) contains a working element RE 1, two comparison elements (backup elements) ES 2.1-2.2, a switched auxiliary ES 2.3, six electronic keys EC 3.1-3.6, made in the form of electronic relays with the corresponding number of normally open (closed) contacts based on the electronic switch 435KN2 [Veniaminov VN, Lebedev ON, Miroshnichenko AI Chips and their application: Ref. allowance. - 3rd ed. reslave. and additional - M: Radio and communications, 1989, 240 s: ill .- (Massive radio library; issue 1114), p.68], three subtracting devices VU 4.1, 4.2, 4.3, made in the form of a typical adder on an integrated microcircuit (IC) of a precision operational amplifier (OU) KM551UD1A [Veniaminov VN, Lebedev ON, Miroshnichenko AI Chips and their application: Reference, manual. - 3rd ed. reslave. and add. - M.: Radio and Communications, 1989, 240 pp., Ill. - (Mass radio library; issue 1114), p.50-53], three comparators K 5.1-5.3, executed on the IC K155TL1 or K554CA2 according to the scheme of the Schmitt trigger or comparator, respectively [Veniaminov V.N., Lebedev O.N., Miroshnichenko A.I. Chips and their application: Reference, manual. - 3rd ed. reslave. and add. - M.: Radio and Communications, 1989, 240 pp., Ill. - (Mass radio library; issue 1114), p.56-57.122], control unit BU 6, two logical elements OR 7.1-7.2, three logical elements NOT (negation) 8.1- 8.3, made in the form of typical inverters on digital ICs, for example, IC K155LN1, switch of electronic keys 9, made in the form of an electronic switch of three ECs on KU107 B trinistors and OR-NOT logical elements, allowing to realize the effect of a successive change in state of keys 3.4-3.6 in time [I. Nechaev Designs on logical elements of digital microcircuits. - M .: radio and communication. 1992. - 120 p.: Ill. - (mass radio library; Issue 1172), p.109-111], four logical elements And 10.1-10.4, performed on a typical digital IC, for example, IC K155LI5 [Shilo V.L. Popular Digital Chips: A Guide. - Chelyabinsk: Metallurgy, Chelyabinsk Branch, 1988. - p.27, 40, - [(Massive Radio Library. Issue 1111)], three triggers 11.1-11.3, which are asynchronous RS-triggers, for example, IC type K561TP2 [Veniaminov V .N., Lebedev O.N., Miroshnichenko A.I. Chips and their application: Reference, manual. - 3rd ed. reslave. and add. - M.: Radio and Communications, 1989, 240 pp., Ill. - (Mass radio library; issue 1114), pp. 117-123] and the outputs of the first, second and third comparators 5.1-5.3 are connected to the first, second and third inputs of the control unit 6, respectively, and the first, second and third outputs of the control unit 6 are connected respectively, the first inputs of the first, second and third EC 3.1, 3.2 and 3.3, to the second inputs of which are connected the first inputs of the first and second VU 4.1 and 4.2, the second inputs of the first and third VU 4.1 and 4.3, the second input of the second VU 4.2 and the first input of the third VU 4.3, respectively, with the corresponding K connected to the output of each WU, at th inputs of the operation member 1 and two comparison elements (redundant elements) 2.1 and 2.2 are coupled together and input device, and outputs the three EC 3.1-3.3 coupled together, are output devices, and to first inputs of the fourth, fifth and sixth EC 3.4. 3.5 and 3.6 connected RE 1, the first ES 2.1 and the second ES 2.2, respectively, with the second inputs of these EC 3.4-3.6 connected to the output of the third ES 2.3, the input of which is connected to the input of RE 1, and the outputs of the first, second and third K 5.1, 5.2 and 5.3 are connected to the input of the first logical element NOT 8.1 and the first input of the first logical element OR 7.1, with the input of the second logical element NOT 8.2 and the second input of the first logical element OR 7.1, with the input of the third logical element NOT 8.3 and the third input of the first logical element OR 7.1 accordingly, with this m the outputs of the first, second and third logic elements NOT 8.1-8.3 are connected respectively to the first input of the second logical element OR 7.2 and the first input of the first logical element AND 10.1, the second input of the second logical element OR 7.2 and the second input of the first logical element AND 10.1, the third input the second logical element OR 7.2 and the third input of the first logical element AND 10.1, the output of which is connected to the first input of the PEC 9, the first, second and third outputs of which are connected respectively with the third input of the fourth EC 3.4, p the first input of the second logical element AND 10.2 and the output of the first trigger 11.1, with the third input of the fifth logic element 3.5, the first input of the third logical element And 10.3 and the output of the second trigger 11.2, and the third input of the sixth logic module 3.6, the first input of the fourth logical element And 10.4 and output the third trigger 11.3, and the output of the first logical element OR 7.1 is connected to the second inputs of the second, third and fourth logical elements AND 10.2, 10.3 and 10.4, and the output of the second logical element OR 7.2 is connected to the second inputs of the first, second and third tr igers 11.1, 11.2 and 11.3, the first inputs of which are connected to the outputs of the second, third and fourth logical elements AND 10.2, 10.3 and 10.4, respectively.

Таким образом, заявленное устройство восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов обеспечивает ее эффективное функционирование при одновременном отказе двух элементов за счет использования для обнаружения факта такого отказа дополнительного элемента сравнения и формирования сигналов на замещение этим элементом одного из вышедших из строя, что позволяет восстановить работоспособность, как мажоритарного элемента, так и резервированной системы в целом, а также свести к минимуму время поиска и устранения неисправностей в резервированной системе.Thus, the claimed device for restoring the health of a redundant system with the help of majority elements ensures its effective operation while two elements fail at the expense of using an additional comparison element to detect the fact of such a failure and generating signals to replace one of the failed ones with this element, which makes it possible to restore operability , as a majority element, as well as the redundant system as a whole, as well as minimize the time spent ska and troubleshooting in the redundant system.

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 восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов. 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 восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов, которые изложены в формуле изобретения. Поэтому заявленное изобретение соответствует критерию «новизна».The analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and identifying sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the proposed device for restoring the system’s redundancy with using majority elements. The selection from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in terms of the essential features of the analogue, made it possible to identify the set of features essential in relation to the formulated technical result in the claimed device for restoring the system’s redundancy using major elements, which are set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the criterion of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию «изобретательский уровень» проведен поиск и анализ известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с признаками предлагаемого устройства восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем. Заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:To verify the compliance of the claimed invention with the criterion of "inventive step", a search and analysis of known technical solutions was carried out in order to identify signs that match the features of the proposed device for restoring the system’s redundancy using major elements. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art determined by the applicant. The claimed invention does not provide for the following transformations:

дополнение известного средства каким-либо известным блоком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата;supplementing the known means with any known unit attached to it according to known rules to achieve a technical result;

замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата;replacing any part of the known means with another known part to achieve a technical result;

увеличение однотипных элементов для достижения сформулированного технического результата;the increase in the same type of elements to achieve the formulated technical result;

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.the creation of a tool consisting of known parts, the choice of which and the relationship between them is carried out according to well-known rules, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this tool and the relationships between them.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «Изобретательский уровень».Therefore, the claimed invention meets the criterion of "Inventive step".

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.The proposed technical solution meets the criterion of "industrial applicability", since the combination of characteristics characterizing it provides the possibility of its existence, performance and reproducibility, since well-known materials and equipment can be used to implement the claimed technical solution.

Рассмотрим работу устройства восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов. 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 восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов 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 восстановления. Рабочий элемент 1 и элементы сравнения 2.1, 2.2 и 2.3 работают одновременно (так называемый нагруженный резерв). Сигнал с выхода РЭ 1 подается одновременно на входы ВУ 4.1 и 4.2, на другие входы которых поступают сигналы с ЭС 2.1 и 2.2 соответственно. Сигнал с выхода ЭС 2.2 подается на вход ВУ 4.3, на второй вход которого поступает также сигнал с ЭС 2.1. Сигнал с дополнительного ЭС 2.3 подается на вторые входы ЭК 3.4, 3.5 и 3.6 соответственно, которые в исходном состоянии отключены от выхода этих ЭК (в выходу ЭК подключены первые входы (ЭК 3.4-3.6 замкнуты по первым входам, и разомкнуты по вторым). В случае отказа двух элементов в резервированной системе, например РЭ 1 и ЭС 2.1 (состояния О на фиг.2), сигналы на выходах ВУ 4.1-4.3 будут превышать допустимые значения порогов s, поэтому на выходах компараторов 5.1-5.3 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 3.1-3.3 (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 компараторов 5.1. 5.2 и 5.3 на входы БУ 6, они поступают на входы логических элементов НЕ 8.1, 8.2 и 8.3 соответственно. Эти логические элементы НЕ совместно с логическим элементом И 10.1 представляют собой устройство обнаружения отказа системы резервированной с помощью мажоритарных элементов. При обнаружении отказа системы сигналом высокого уровня с выхода логического элемента И 10.1 запускается ПЭК 9, формирующий последовательно во времени три прямоугольных импульса высокого уровня сдвинутых по фазе на 120 градусов, поступающих последовательно на управляющие входы ЭК 3.4, 3.5 и 3.6 и на первые входы соответствующих элементов И 10.2-10.4 устройства коммутации дополнительного, рабочего и резервных элементов, причем при поступлении переключающего импульса на вход любого ЭК происходит подключение дополнительного элемента сравнения 2.3 вместо соответствующего рабочего элемента 1 или элемента сравнения 2.1, 2.2, если дополнительный элемент 2.3 включился вместо одного из отказавших элементов, то на выходе одного из компараторов 5.1-5.3 появится сигнал высокого уровня, который после инвертирования соответствующим элементом НЕ 8.1-8.3 поступит на вход элемента И 10.1, выходной сигнал которого прекратит формирование ПЭК 9 очередного импульса, при этом текущий импульс переключателя поступит на первый вход одного из элементов И 10.2-10.4, на второй вход которого будет подан сигнал высокого уровня с выхода соответствующего компаратора, прошедший через элемент ИЛИ 7.1, сигнал высокого уровня с выхода этого элемента И подается на запускающий вход соответствующего триггера, который формирует сигнал высокого уровня, фиксирующий состояние электронного ключа, подключившего дополнительный элемент 2.3 вместо отказавшего, причем это состояние сохраняется вплоть до момента отказ следующего элемента, после чего на выходе соответствующего компаратора появится сигнал низкого уровня, который изменится соответствующим элементом НЕ на высокий уровень и создаст на выходе элемента ИЛИ 7.2 сигнал высокого уровня, который поступит на второй вход соответствующего триггера и вернет его в исходное состояние с низким уровнем, при этом фиксирующий сигнал с ЭК, подключившего ранее дополнительный элемент сравнения 2.3 вместо отказавшего элемента будет снят.Consider the operation of a device for restoring a redundant system using majority elements. To understand the essence of the operation of the device, it is sufficient to consider in detail the functioning of the redundant system in case of failure of any two elements, for example, RE 1 and ES 2.1, and so on. Most clearly and compactly, the functioning process of the proposed device for restoring the system redundant with the help of majority elements can be represented by the truth table of the state of the device elements. Therefore, figure 2 shows the truth table containing the qualitative and quantitative (Boolean) values of the parameters of the elements taken in the process of functioning of the recovery device. Work item 1 and comparison items 2.1, 2.2 and 2.3 work simultaneously (the so-called loaded reserve). The signal from the output of RE 1 is fed simultaneously to the inputs of the VU 4.1 and 4.2, the other inputs of which receive signals from ES 2.1 and 2.2, respectively. The signal from the output of the ES 2.2 is fed to the input of the VU 4.3, the second input of which also receives a signal from the ES 2.1. The signal from the additional ES 2.3 is fed to the second inputs of the EC 3.4, 3.5 and 3.6, respectively, which are disconnected from the output of these ECs in the initial state (the first inputs are connected to the EC output (EC 3.4-3.6 are closed at the first inputs, and open at the second). in case of failure of two elements in a redundant system, for example, RE 1 and ES 2.1 (state О in Fig. 2), the signals at the outputs of the VU 4.1-4.3 will exceed the acceptable thresholds s, therefore, the signals at the outputs of the comparators 5.1-5.3 will have a low level and after they arrived at inputs 1-3 of BU 6, he would have to remove the control signals from electronic keys EC 3.1-3.3 (state P), which would disconnect all elements (RE, ES 2.1, 2.2) from the load, which in the prototype would lead to a complete failure of the system, however, simultaneously with the arrival of signals from the outputs of the comparators 5.1 5.2 and 5.3 to the inputs of the control unit 6, they go to the inputs of the logical elements NOT 8.1, 8.2 and 8.3, respectively, These logical elements NOT together with the logical element AND 10.1 are a device for detecting a failure of a redundant system using majority elements. When a system failure is detected by a high-level signal from the output of the AND 10.1 logic element, PEC 9 is launched, which generates three rectangular high-level rectangular pulses 120 degrees out of phase, sequentially delivered to the control inputs of EC 3.4, 3.5 and 3.6 and to the first inputs of the corresponding elements And 10.2-10.4 switching devices for additional, working and backup elements, and when a switching pulse is received at the input of any EC, an additional comparison element 2.3 vm is connected one hundred corresponding work item 1 or comparison element 2.1, 2.2, if additional element 2.3 is switched on instead of one of the failed elements, then at the output of one of the comparators 5.1-5.3 a high level signal will appear, which, after inverting with the corresponding element NOT 8.1-8.3, will go to the input of the element And 10.1, the output signal of which will stop the formation of PEC 9 of the next pulse, while the current pulse of the switch will go to the first input of one of the elements And 10.2-10.4, the second input of which will be a high level signal from the output of the corresponding comparator, passed through the OR element 7.1, the high-level signal from the output of this element AND is fed to the trigger input of the corresponding trigger, which generates a high-level signal that fixes the state of the electronic key that connected the additional element 2.3 instead of the failed one, and this state remains until the next element fails, after which a low level signal appears at the output of the corresponding comparator, which changes to the corresponding element NOT high level and will create at the output of the OR 7.2 element a high-level signal that will go to the second input of the corresponding trigger and return it to its initial state with a low level, while the fixing signal from the EC that previously connected an additional comparison element 2.3 instead of the failed element will be removed.

Для исследования вероятностных характеристик предлагаемого устройства восстановления работоспособности резервированной системы 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:To study the probabilistic characteristics of the proposed device for restoring the health of the redundant system based on the structural diagram (Fig. 1), calculations were performed to assess the likelihood of its failure-free operation, as well as a similar characteristic of the prototype. In this case, the probability of failure-free operation was determined by the following formulas [G.A.Shevtsov, E.M.Sheremet. Logical redundancy. - L .: Publishing house of the Lviv University, 1973, p.60-61], obtained under the assumption that all elements are equally reliable:

для прототипа $Р_{б п} = 3 \cdot p^{2} - 2 \cdot p^{3}, (1)$

for prototype

R_{b P} = 3 \cdot p^{2} - 2 \cdot p^{3}, (one)

для заявленного устройства $Р_{б з} = р^{3} + 3 \cdot р^{2} \cdot (1 - р) + 3 \cdot р \cdot {(1 - р)}^{2}, (2)$

for the claimed device

R_{b s} = R^{3} + 3 \cdot R^{2} \cdot (one - R) + 3 \cdot R \cdot {(one - R)}^{2}, (2)

где р - вероятность безотказной работы элемента.where p is the probability of failure of the element.

Результаты расчетов в виде зависимостей вероятностей безотказной работы резервированных систем Р1 (прототип) и Р2 (предложенное устройство) от значений вероятности безотказной работы элементов р приведены на фиг.3.The calculation results in the form of dependencies of the probabilities of failure-free operation of the redundant systems P1 (prototype) and P2 (the proposed device) on the values of the probability of failure-free operation of the elements p are shown in Fig. 3.

Анализ полученных результатов показывает, что предлагаемое техническое решение позволяет в 1.75-1.11 раза повысить вероятность безотказной 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 оставшемуся работоспособным элементу дополнительного элемента сравнения и восстановления таким образом работоспособности мажоритарного органа. Заявленное устройство может быть использовано не только для восстановления работоспособности резервированной с помощью мажоритарных элементов системы, но и для выявления отказавших элементов. При этом следует ожидать сокращения времени восстановления работоспособности отказавшего элемента за счет снижения временных затрат на его поиск и отключение от системы.An analysis of the results shows that the proposed technical solution allows 1.75-1.11 times to increase the probability of failure-free operation of the redundant system compared to the prototype when the values of the probabilities of failure-free operation of elements equal to 0.5-0.8, respectively, by detecting and connecting to the remaining workable element an additional comparison and recovery element thus the performance of the majority organ. The claimed device can be used not only to restore the functionality of a redundant system with the help of majority elements, but also to identify failed elements. At the same time, one should expect a reduction in the recovery time of a failed element by reducing the time spent on its search and disconnection from the system.

Изложенные сведения свидетельствуют о возможности выполнения при реализации заявленного устройства восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов следующей совокупности условий:The above information indicates the possibility of the implementation, when implementing the claimed device, of the restoration of the system’s redundancy using the majority elements of the following set of conditions:

предлагаемое устройство восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов при его реализации позволит обеспечил» повышение эффекшвносш функционирования резервированной системы за счет обнаружения факта отказа системы и подключения к одному из работоспособных элементов дополнительного элемента сравнения (резервного элемента), обеспечивающего восстановление мажоритарного элемента, то есть обеспечения работоспособности системы даже при отказе двух элементов, приводящих в выходу прототипа из строя, при одновременном сокращении времени выявления и устранения неисправностей в резервированной системе;the proposed device for restoring the health of a redundant system using majority elements during its implementation will allow for "increasing the efficiency of the functioning of the redundant system by detecting the fact of system failure and connecting to one of the workable elements an additional comparison element (backup element) that provides restoration of the majority element, that is, ensuring system operability even in case of failure of two elements leading to the prototype output s system, while reducing the time to identify and troubleshoot a redundant system;

показана возможность реализации на практике заявленного устройства восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;the possibility of putting into practice the claimed device for restoring the system’s redundancy using the majority elements in the form described in the claims using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is shown;

предлагаемое устройство восстановления работоспособности системы резервированной с помощью мажоритарных элементов при его разработке способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.the proposed device for restoring the system redundant with the help of majority elements during its development is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Claims

A device for restoring the system’s performance backed up using majority elements, containing a control unit (BU), the first, second, and third inputs of which are connected to the outputs of the first, second, and third comparators (K), respectively, and the first, second, and third outputs are connected, respectively, to the first the inputs of the first, second and third electronic keys (EC), to the second inputs of which are connected the first inputs of the first and second subtractive device (WU), the second inputs of the first and third WU, the second input is second th WU and the first input of the third WU, respectively, with the corresponding K connected to the output of each WU, while the inputs of the working element (OM) and two comparison elements (ES) (backup elements) are connected together and are the input of the device, and the outputs of three EC connected together, they are the output of the device, characterized in that a third ES, three EC, two logical elements OR, three logical elements NOT, an electronic key switch (PEC), four logical elements AND and three triggers are additionally introduced into it, and the first four The third, fifth and sixth ECs are connected to the RE, the first ES and the second ES, respectively, and the second inputs of these ECs are connected to the output of the third ES, the input of which is connected to the input of the RE, and the outputs of the first, second and third K are connected to the input of the first logical element NOT and the first input of the first logical element OR, with the input of the second logical element NOT and the second input of the first logical element OR, with the input of the third logical element NOT and the third input of the first logical element OR, respectively, of the second, third, and third logic elements are NOT connected respectively to the first input of the second logical element OR and the first input of the first logical element AND, the second input of the second logical element OR and the second input of the first logical element AND, the third input of the second logical element OR and the third input of the first logical element And, the output of which is connected to the first input of the PEC, the first, second and third outputs of which are connected respectively with the third input of the fourth EC, the first input of the second logical ment And and the output of the first trigger, with the third input of the fifth EC, the first input of the third logical element AND and the output of the second trigger, and with the third input of the sixth EC, the first input of the fourth logic element And the output of the third trigger, and the output of the first logical element OR is connected to the second inputs of the second, third and fourth logical elements AND, and the output of the second logical element OR is connected to the second inputs of the first, second and third triggers, the first inputs of which are connected to the outputs of the second, third and The Fourth AND gate, respectively.