RU2551813C1

RU2551813C1 - System to control redundant system with output parameter mean arithmetic value selection

Info

Publication number: RU2551813C1
Application number: RU2013155839/08A
Authority: RU
Inventors: Андрей Михайлович Агеев; Галина Николаевна Акиньшина; Михаил Федорович Волобуев; Михаил Александрович Замыслов; Александр Михайлович Мальцев; Сергей Борисович Михайленко
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-05-27

Abstract

FIELD: aircraft engineering.

SUBSTANCE: proposed system comprises the components that follow: i=1…n of redundant channels each including redundant element, adder connected in series with divider that makes the device output. Counter and control unit are connected in series. Control unit output is connected with adder second input. Switch, delay line, subtractor, threshold device and trigger are connected in series. Note here that outputs of redundant channel every trigger are connected to appropriate counter inputs and switch control inputs. Note here that inputs of delay line and subtractor in every redundant channel are connected to adder appropriate inputs. Note that output of redundant element in every redundant channel is connected to appropriate switch input.

EFFECT: higher efficiency of system operation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к современным пилотажно-навигационным комплексам (ПНК) летательных аппаратов (ЛА) и их бортовой радиоэлектронной аппаратуре и предназначено в основном для формирования сигналов управления резервированными с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системами.The invention relates to modern flight control and navigation systems (PNC) of aircraft (LA) and their avionics, and is intended mainly for generating control signals redundant with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the reserved elements systems.

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.Automatic control systems of aircraft, consisting of radio and non-radio equipment of various functional purposes (autopilots, radio controls, inertial navigation, etc.), form the basis of modern aircraft PNK. 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 the operation 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 maintaining their operability.

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.Therefore, configuration management of redundant systems, aimed at restoring their operability in the event of component failures, is one of the 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 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 $ε : | {X - X}_{i} | = | \overset{\circ}{X} - {\overset{\circ}{X}}_{i} | = | Z_{i} | < ε$

, где ε - произвольная положительная величина (абсолютное значение порога сравнения).A device for controlling a system redundant with the help of majority elements is known, based on the principle of majority logic (the principle of majority choice). 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 i-th comparison systems are the same if the difference in their output parameters is less

ε : | {X - X}_{i} | = | \overset{\circ}{X} - {\overset{\circ}{X}}_{i} | = | Z_{i} | < ε

, where ε is an arbitrary positive value (the absolute value of the comparison threshold).

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.The main disadvantage of such a redundant system control device is 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.

Известно устройство управления резервированной с выбором среднего значения выходных параметров резервируемых элементов системой. Так как истинные значения выходных параметров неизвестны, то в качестве оценки для математического ожидания случайной величины принимают среднюю арифметическую величину выходных параметров резервируемых элементов. Признаком безотказности рабочей системы является совпадение ее выходного параметра со среднеарифметическим значением выходных параметров резервированной системы [Г.А. Шевцов, Е.М. Шеремет. Логическое резервирование. - Л.: Издательство Львовского университета, 1973, с. 35-37]. Считается, что рабочая система исправна, если разность ее выходного параметра X и средней арифметической величины X_cp выходных параметров резервированных элементов меньше $ε : | X - X_{с р} | < ε$

, где ε - произвольная положительная величина.A control device is redundant with a choice of the average value of the output parameters of the redundant elements of the system. Since the true values of the output parameters are unknown, the arithmetic mean value of the output parameters of the reserved elements is taken as an estimate for the mathematical expectation of a random variable. A sign of the reliability of the working system is the coincidence of its output parameter with the arithmetic mean value of the output parameters of the redundant system [G.A. Shevtsov, E.M. Sheremet. Logical redundancy. - L .: Publishing house of the Lviv University, 1973, p. 35-37]. It is believed that the working system is operational if the difference between its output parameter X and the arithmetic mean value X _{cp of the} output parameters of the reserved elements is less

ε : | X - X_{from R} | < ε

, where ε is an arbitrary positive value.

Для конкретности и простоты изложения рассмотрим резервированную с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов систему, состоящую из i=1…n резервируемых элементов. Устройство управления такой резервированной системой содержит [Г.А. Шевцов, Е.М. Шеремет. Логическое резервирование. - Л.: Издательство Львовского университета, 1973, с. 21, 83-84] i=1…n резервируемых элементов (РЭ), суммирующее устройство (СУ), устройство деления (УД) на n∗=n, причем выходы РЭ подключены ко входу СУ, выход СУ подключен ко входу УД, выход которого является выходом системы. Относительное рассеяние выходного параметра резервированной системы в $\sqrt{n}$

раз меньше относительного рассеяния параметра элемента, что повышает надежность системы при наличии постепенных отказов. При внезапном отказе одного (любого) i-го элемента приводит к изменению выходного параметра на величину

\frac{X_{i}}{n}

, что приводит к отказу всей системы.For concreteness and simplicity, we consider a redundant system with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the reserved elements, consisting of i = 1 ... n reserved elements. The control device of such a redundant system contains [G.A. Shevtsov, E.M. Sheremet. Logical redundancy. - L .: Publishing house of the Lviv University, 1973, p. 21, 83-84] i = 1 ... n redundant elements (OM), a summing device (CS), a device for dividing (DD) by n ∗ = n, and the outputs of the OM are connected to the input of the control, the output of the control is connected to the input of the control, output which is the output of the system. The relative scattering of the output parameter of the redundant system in

\sqrt{n}

times less than the relative dispersion of the element parameter, which increases the reliability of the system in the presence of gradual failures. In the event of a sudden failure of one (any) i-th element, the output parameter changes by an amount

\frac{X_{i}}{n}

, which leads to the failure of the entire system.

Таким образом, приведенное устройство управления резервированной системой обеспечивает сигнал на выходе системы при отсутствии внезапных отказов резервируемых элементов и повышает надежность системы при наличии постепенных отказов за счет уменьшения относительного рассеяния выходного параметра резервированной системы в $\sqrt{n}$

раз.Thus, the redundant system control device provided provides a signal at the system output in the absence of sudden failures of redundant elements and increases the reliability of the system in the presence of gradual failures by reducing the relative dispersion of the output parameter of the redundant system in

\sqrt{n}

time.

Наиболее близким, по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой, содержащей i=1…n резервируемых элементов (РЭ), суммирующее устройство (СУ), устройство деления (УД) на n∗=n, причем выходы РЭ подключены ко входу СУ, выход СУ подключен ко входу УД, выход которого является выходом системы. При постепенных отказах РЭ надежность системы повышается за счет уменьшения относительного рассеяния выходного параметра резервированной системы в $\sqrt{n}$

раз. [Г.А. Шевцов, Е.М. Шеремет. Логическое резервирование. - Л.: Издательство Львовского университета, 1973, с.21, 83-84].The closest, in technical essence and the achieved effect, is a redundant control device with a choice of the arithmetic mean of the output parameters of the redundant elements by a system containing i = 1 ... n redundant elements (RE), a summing device (CS), a division device (UD) by n ∗ = n, and the outputs of the RE are connected to the input of the control system, the output of the control system is connected to the input of the control unit, the output of which is the output of the system. With gradual failures of RE, the reliability of the system increases due to a decrease in the relative dispersion of the output parameter of the redundant system in

\sqrt{n}

time. [G.A. Shevtsov, E.M. Sheremet. Logical redundancy. - L .: Publishing house of the Lviv University, 1973, p.21, 83-84].

Однако недостатком такого устройства является низкая эффективность функционирования системы, обусловленная низкой вероятностью безотказной работы при внезапном отказе одного (любого) i-го резервированного элемента, за счет резкого изменения выходного параметра на величину $\frac{X_{i}}{n}$

, особенно при малом числе n резервируемых элементов, что практически приводит к отказу всей системы резервирования. Для устранения этого недостатка требуется создание фактически нового технического устройства управления резервированной системой, способного распознавать указанную выше ситуацию и уменьшить изменение выходного параметра при внезапном отказе резервированного элемента.However, the disadvantage of such a device is the low efficiency of the system, due to the low probability of failure-free operation in the event of a sudden failure of one (any) i-th redundant element, due to a sharp change in the output parameter by

\frac{X_{i}}{n}

, especially with a small number of n redundant elements, which practically leads to a failure of the entire redundancy system. To eliminate this drawback, it is necessary to create a virtually new technical device for controlling the redundant system, capable of recognizing the above situation and reducing the change in the output parameter in case of a sudden failure of the redundant element.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности функционирования резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой путем повышения вероятности безотказной работы системы за счет обнаружения факта внезапного отказа резервированного элемента и управления коэффициентом деления устройства деления.The technical task of the present invention is to increase the efficiency of the redundant with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the redundant elements by the system by increasing the probability of failure-free operation of the system by detecting the fact of a sudden failure of the redundant element and controlling the division ratio of the division device.

Поставленная задача решается за счет того, что в известное устройство управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой, содержащее i=1…n резервируемых каналов (РК), каждый содержащий резервируемый элемент (РЭ), последовательно соединенные суммирующее устройство (СУ) и устройство деления (УД), являющееся выходом устройства, дополнительно введены последовательно соединенные счетчик (Сч) и блок управления (БУ), выход которого подключен ко второму входу УД, а также в каждый РК введены последовательно соединенные ключ (Кл), линия задержки (ЛЗ), вычитающее устройство (ВУ), пороговое устройство (ПУ) и триггер (Тр), при этом выходы каждого триггера РК подключены к соответствующим входам Сч и управляющим входам Кл, причем в каждом РК входы ЛЗ и ВУ подсоединены к соответствующим входам СУ, причем выход РЭ каждого РК подключен к входу соответствующего Кл.The problem is solved due to the fact that in the known control device redundant with the choice of the arithmetic average of the output parameters of the reserved elements, the system contains i = 1 ... n reserved channels (RC), each containing a reserved element (RE), connected in series summing device (SU ) and the division device (UD), which is the output of the device, are additionally introduced in series with a counter (MF) and a control unit (BU), the output of which is connected to the second input of the UD, as well as Each RC is introduced in series with a key (C), a delay line (LZ), a subtracting device (VU), a threshold device (PU) and a trigger (Tr), while the outputs of each trigger of the RK are connected to the corresponding SC inputs and control inputs, in each RK, the inputs of the LZ and VU are connected to the corresponding inputs of the control system, and the output of the RE of each RK is connected to the input of the corresponding CL.

Управление системой при отказе одного из элементов РЭ производится следующим образом. При внезапном отказе РЭ i-го РК на выходе соответствующего ВУ будет скачок сигнала, который приведет к срабатыванию ПУ при превышении допустимого отклонения ε (допустимого предела отклонения выходного параметра X_i) и переводу Тр в «единичное» состояние. «Единичный» сигнал Тр поступает на управляющий вход Кл и выключает i-й РК резервированной системы, а также подается на i-й вход Сч. Счетчик по числу сработавших Тр определяет суммарное число n_o отказавших РЭ, которое в БУ вычитается из общего числа n РЭ. Сигнал s блока управления, пропорциональный разностному сигналу n∗=n-n_o, управляет коэффициентом деления УД. Уменьшение коэффициента деления УД на число внезапно отказавших n_o РЭ не приводит к резкому изменению выходного параметра резервированной системы и ее отказу. Отказ системы наступает при отказе всех РЭ. Таким образом, повышается вероятность безотказной работы системы резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системы.System management in case of failure of one of the elements of the RE is as follows. In the event of a sudden failure of the RE of the i-th RC at the output of the corresponding slave, there will be a jump in the signal, which will trigger the PU if the permissible deviation ε (the permissible deviation limit of the output parameter X _i ) is exceeded and Tr is put into a “single” state. The "single" signal Tr is fed to the control input C and turns off the i-th RK of the redundant system, and also fed to the i-th input Sch. The counter according to the number of triggered Tr determines the total number n _{o of} failed REs, which is subtracted from the total number of REs in the control unit. The signal s of the control unit, proportional to the difference signal n ∗ = nn _o , controls the division ratio of the DD. The decrease in the coefficient of division UD by the number of suddenly failed n _o RE does not lead to a sharp change in the output parameter of the redundant system and its failure. The failure of the system occurs with the failure of all REs. Thus, the probability of failure-free operation of the redundant system with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the reserved system elements is increased.

Техническое решение обладает новым свойством, заключающимся повышенной эффективностью функционирования резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системы, обусловленной увеличением вероятности безотказной работы системы за счет обнаружения факта внезапного отказа резервированного элемента и устранения скачка выходного параметра системы.The technical solution has a new property, which consists in increased efficiency of the redundant system with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the redundant system elements, due to an increase in the probability of failure-free operation of the system by detecting the fact of a sudden failure of the redundant element and eliminating the jump in the system output parameter.

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.Moreover, the identification of a workable element allows you to use the device not only in the interests of reconfiguring the system structure, 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 управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой, состоящее из i=1…n каналов резервирования. На фиг.2 приведена временная диаграмма функционирования такого устройства управления. На фиг.3 приведены результаты расчетов в виде зависимостей вероятностей безотказной работы резервированных систем прототипа Р_бп и предлагаемого устройства Р_бз от значений вероятности безотказной работы элементов р.Figure 1 presents the structural diagram of the control device redundant with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the reserved elements by the system, consisting of i = 1 ... n channels of redundancy. Figure 2 shows the timing diagram of the operation of such a control device. Figure 3 shows the results of calculations in the form of dependencies of the probabilities of failure-free operation of the redundant systems of the prototype _Pbp and the proposed device _Pbz from the values of the probability of failure-free operation of the elements p.

Устройство управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой (фиг.1) содержит i=1…n резервируемых элементов РЭ1.1… РЭ1.n, i=1…n ключей Кл2.1…Кл2.n, 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], i=1…n линий задержки Л33.1…Л33.n, выполненных в виде дискретно-аналоговых линий задержки на интегральной схеме типа КР1016БР1 [Воробьев Е.П., Сенин К.В. Интегральные микросхемы производства СССР и их зарубежные аналоги: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990. - 352 с: ил, с.178], i=1…n вычитающих устройств ВУ4.1…ВУ4.n, 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], i=1…n пороговых устройств ПУ5.1…ПУ5.n и i=1…n триггеров Тр6.1…Тр6.п, 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], счетчик Сч7, выполненный 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], сумматор СУ8, выполненный 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], устройство деления УД9, выполненное в виде перемножителя сигналов на ИМС высокоточного аналогового перемножителя КМ525ПС3А [Воробьев В.П., Сенин К.В. Интегральные микросхемы производства СССР и их зарубежные аналоги: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990, с.112-113] или делителя напряжения на ИМС К260НЕ1, и блок управления БУ10, выполненный 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], причем i=1…n резервируемый канал, содержащий последовательно соединенные резервируемый элемент РЭ1.i, ключ Кл2 л, линию задержки Л33.i, вычитающее устройство ВУ4.i, пороговое устройство ПУ5.i и триггер Тр6.i, подсоединен к соответствующему входу Сч7 и управляющему входу Кл2.i, причем входы линий задержки Л33.i и вычитающего устройства ВУ4.i подсоединены к соответствующим i-ым входам суммирующего устройства СУ8, последовательно соединенного с устройством деления УД9, являющегося выходом устройства, ко второму входу которого подключены последовательно соединенные счетчик Сч8 и блок управления БУ10.The control device redundant with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the redundant elements by the system (Fig. 1) contains i = 1 ... n redundant elements RE1.1 ... RE1.n, i = 1 ... n keys Cl2.1 ... Cl2.n, made in in the form of electronic relays with the corresponding number of normally open (closed) contacts based on the 435KN2 electronic switch microcircuit [Veniaminov VN, Lebedev ON, Miroshnichenko AI Chips and their application: Ref. allowance. - 3rd ed. reslave. and add. - M.: Radio and Communications, 1989, 240 pp., Ill. - (Mass radio library; issue 1114), p. 68], i = 1 ... n delay lines L33.1 ... L33.n, made in the form of discrete-analog delay lines on an integrated circuit of the type KR1016BR1 [Vorobev EP, Senin K.V. Integrated circuits manufactured in the USSR and their foreign counterparts: Reference. - M .: Radio and communications, 1990. - 352 s: silt, p.178], i = 1 ... n subtracting devices VU4.1 ... VU4.n, made in the form of a typical adder on an integrated microcircuit (IC) of a precision operational amplifier (ОУ) KM551UD1A [Veniaminov V.N., Lebedev O.N., Miroshnichenko A.I. Chips and their application: Ref. allowance. - 3rd ed. reslave. and add. - M.: Radio and Communications, 1989, 240 pp., Ill. - (Mass radio library; issue 1114), p.50-53], i = 1 ... n of threshold devices PU5.1 ... PU5.n and i = 1 ... n of triggers Tr6.1 ... Tr6.p made on the IMS K155TL1 or K554CA2 according to the Schmitt trigger or comparator circuit, respectively [Veniaminov V.N., Lebedev O.N., Miroshnichenko A.I. Chips and their application: Ref. allowance. - 3rd ed. reslave. and add. - M.: Radio and Communications, 1989, 240 pp., Ill. - (Mass radio library; issue 1114), pp. 56-57, 122], SCh7 counter, made in the form of a typical adder on an integrated microcircuit (IC) of a precision operational amplifier (OU) KM551UD1A [Veniaminov V.N., Lebedev O. N., Miroshnichenko A.I. Chips and their application: Ref. allowance. - 3rd ed. reslave. and add. - M.: Radio and Communications, 1989, 240 pp., Ill. - (Mass radio library; issue 1114), pp. 50-53], SS8 adder, made in the form of a typical adder on an integrated microcircuit (IC) of a precision operational amplifier (OU) KM551UD1A [Veniaminov V.N., Lebedev O.N. , Miroshnichenko A.I. Chips and their application: Ref. allowance. - 3rd ed. reslave. and add. - M.: Radio and Communications, 1989, 240 pp., Ill. - (Mass radio library; issue 1114), pp. 50-53], a UD9 dividing device, made in the form of a signal multiplier on an IC of a high-precision analog multiplier KM525PS3A [Vorobev V.P., Senin K.V. Integrated circuits manufactured in the USSR and their foreign counterparts: Reference. - M .: Radio and communications, 1990, p.112-113] or a voltage divider for IC K260NE1, and a control unit BU10, made in the form of a typical adder on an integrated circuit (IC) of a precision operational amplifier (OU) KM551UD1A [Veniaminov V. N., Lebedev O.N., Miroshnichenko A.I. Chips and their application: Ref. allowance. - 3rd ed. reslave. and add. - M.: Radio and Communications, 1989, 240 pp., Ill. - (Mass radio library; issue 1114), p.50-53], with i = 1 ... n the reserved channel containing the redundant element RE1.i in series, the key Kl2 l, the delay line L33.i, the subtracting device VU4.i , the threshold device PU5.i and the trigger Tr6.i are connected to the corresponding input Сч7 and the control input Кl2.i, and the inputs of the delay lines L33.i and the subtracting device ВУ4.i are connected to the corresponding i-th inputs of the summing device СУ8, connected in series with the division device UD9, which is the output of the device, to the second in the course of which a series-connected SCh8 counter and a BU10 control unit are connected.

Таким образом, заявленное устройство управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой обеспечивает ее эффективное функционирование при одновременном внезапном отказе n-1 из n резервируемых элементов за счет обнаружения факта внезапного отказа резервированного элемента, определения общего числа отказавших резервированных элементов и устранения скачка выходного параметра системы, что позволяет повысить надежность системы при внезапных отказах резервируемых элементов и свести к минимуму время поиска и устранения неисправностей в резервированной системе.Thus, the claimed control device redundant with the choice of the arithmetic mean value of the output parameters of the redundant elements of the system ensures its effective operation with the simultaneous sudden failure of n-1 of n redundant elements by detecting the fact of a sudden failure of the redundant element, determining the total number of failed redundant elements and eliminating the jump system output parameter, which improves system reliability in case of sudden failures x elements and minimize troubleshooting time 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 управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов 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».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 control device redundant with a choice of medium arithmetic values of the output parameters of the reserved elements to the system. The selection from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the set of essential features of the analogue, allowed to identify the set of essential in relation to the formulated technical result of the features in the claimed control device redundant system, 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 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:To verify 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 control device redundant with the help of majority elements of the system. 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 connection between them is carried out according to 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 управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой. Для понимания существа работы устройства достаточно подробно рассмотреть функционирование резервированной системы, состоящей из n=2 резервированных элементов при внезапном отказе сначала РЭ1.1, а потом РЭ1.2. Для наглядности процесс функционирования резервированной системы на фиг.2 приведена временная диаграмма функционирования такого устройства управления. Резервированные элементы РЭ1.1 и РЭ1.2 работают одновременно (так называемый нагруженный резерв). Сигнал X₁(t) с выхода РЭ1.1 подается через замкнутые контакты Кл2.1 одновременно на входы линии задержки Л33.1, вычитающего устройства ВУ4.1 и суммирующего устройства СУ8. На второй вход ВУ4.1 поступает сигнал X₁(t-t_з), задержанный в Л33.1 на время t_з. Если разность сигналов Х_БУ1(t) на выходе ВУ4.1 не превышает порог ε порогового устройства ПУ5.1, то на его выходе будет низкий уровень напряжения U_ПУ1(t)=0, триггер Тр6.1 не сработает (U_Тр1(t)=0), что сигнализирует о рабочем состоянии первого резервированного канала. Аналогично работает второй резервированный канал с РЭ1.2, если он в рабочем состоянии. На выходе счетчика Сч7, входы которого соединены с выходами триггеров Тр6.1 и Тр6.2, будет «нулевой» сигнал U_Сч1=n_o=0, соответственно на выходе блока управления БУ10, подсоединенного входом к выходу Сч7, будет сигнал s, пропорциональный числу рабочих резервированных каналов s~n∗=n-n_o=2, который поступает на устройство деления УД9. С выхода сумматора СУ8 суммарный сигнал X₁(t)+Х₂(t) с выходов РЭ1.1 и РЭ1.2 поступает на вход устройства деления УД9, где делится на n∗=n=2. На выходе системы будет среднее арифметическое значение выходного параметра X_cp(t)=(X₁(t)+X₂(t))/2. При внезапном отказе РЭ1.1 (t=4 на фиг.2) сигнал Х_БУ1(t) на выходе ВУ4.1 превысит порог ε порогового устройства ПУ5.1, на выходе которого будет «единичный» уровень напряжения U_ПУ1(t)=1 на время превышения порога, триггер Тр6.1 сработает (U_Тр1(t)=1), сигнал с выхода которого поступает на Кл2.1 и отключает первый резервированный канал, а также подается на вход Сч7, сигнализируя об отказе РЭ1.1. На выходе Сч7 будет сигнал U_Сч1=n_o=1, а на выходе БУ10 сигнал s, пропорциональный числу рабочих резервированных каналов s~n∗=n-n_o=1, который поступает на устройство деления УД9. На выходе СУ8 остается только сигнал X₂(t), который в УД9 делится на 1 и, соответственно, на выходе резервированной системы будет выходной параметр X_cp(t)=X₂(i) (сплошная линия зависимости X_cp(t) на фиг.2), т.е. внезапный отказ одного из двух РЭ не приводит к отказу всей системы. При отсутствии элементов обнаружения отказа и управления коэффициентом деления УД9 (прототип устройства) на выходе резервированной системы будет искаженный выходной параметр X_cp(t)=Х₂(t)/2 (штриховая линия зависимости X_cp(t) на фиг.2), что практически может привести к отказу всей системы резервирования. Аналогично первому каналу с РЭ1.1 при внезапном отказе второго РЭ1.2 (t=9 на фиг.2) сработает Тр6.2, который отключает второй канал системы и повышает на единицу Сч7. На выходе Сч7 будет сигнал U_Сч1=no=2, а на выходе БУ1 сигнал s~n∗=n-n_o=0, т.е отказ всех РЭ приводит к отказу системы.Consider the operation of the redundant control device with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the reserved elements by the system. To understand the essence of the operation of the device, it is sufficient to consider in detail the functioning of the redundant system consisting of n = 2 redundant elements in the event of a sudden failure, first RE1.1, and then RE1.2. For clarity, the operation of the redundant system in figure 2 shows a timing diagram of the operation of such a control device. The redundant elements RE1.1 and RE1.2 operate simultaneously (the so-called loaded reserve). The signal X ₁ (t) from the output of RE1.1 is fed through the closed Kl2.1 contacts simultaneously to the inputs of the delay line L33.1, the subtracting device VU4.1 and the summing device SU8. The second input VU4.1 receives the signal X ₁ (tt _s ), delayed in L33.1 at the time t _s . If the difference of the signals X _BU1 (t) at the output of the VU4.1 does not exceed the threshold ε of the threshold device PU5.1, then its output will have a low voltage level U _PU1 (t) = 0, the trigger Tr6.1 will not work (U _Tr1 (t ) = 0), which signals the operational status of the first redundant channel. The second redundant channel with RE1.2 works similarly if it is in working condition. At the output of the SCh7 counter, the inputs of which are connected to the outputs of the Tr6.1 and Tr6.2 triggers, there will be a “zero” signal U _Сч1 = n _o = 0, respectively, at the output of the control unit БУ10, connected to the СЧ7 output, there will be a signal s proportional to the number of working redundant channels s ~ n ∗ = nn _o = 2, which is supplied to the UD9 division device. From the output of the SS8 adder, the total signal X ₁ (t) + X ₂ (t) from the outputs of RE1.1 and RE1.2 is fed to the input of the UD9 division device, where it is divided by n ∗ = n = 2. The output of the system will be the arithmetic mean value of the output parameter X _cp (t) = (X ₁ (t) + X ₂ (t)) / 2. In the event of a sudden failure of RE1.1 (t = 4 in FIG. 2), the signal X _BU1 (t) at the output of the VU4.1 will exceed the threshold ε of the threshold device PU5.1, the output of which will be a “unit” voltage level U _PU1 (t) = 1 for the time the threshold is exceeded, the trigger Tr6.1 will fire (U _Tr1 (t) = 1), the output signal of which goes to Cl2.1 and disconnects the first redundant channel, and also is fed to the input Sch7, signaling the failure of RE1.1. At the output of Sch7 there will be a signal U _Sch1 = n _o = 1, and at the output of BU10, the signal s is proportional to the number of working redundant channels s ~ n ∗ = nn _o = 1, which is fed to the UD9 division device. At the output of SU8, only the signal X ₂ (t) remains, which in UD9 is divided by 1 and, accordingly, the output of the redundant system will have the output parameter X _cp (t) = X ₂ (i) (solid line of the dependence X _cp (t) by figure 2), i.e. the sudden failure of one of the two REs does not lead to a failure of the entire system. In the absence of elements of failure detection and control of the division coefficient UD9 (device prototype), the output of the redundant system will be a distorted output parameter X _cp (t) = X ₂ (t) / 2 (dashed line of the dependence X _cp (t) in figure 2), which can practically lead to the failure of the entire backup system. Similarly to the first channel with RE1.1, in case of a sudden failure of the second RE1.2 (t = 9 in FIG. 2), Tr6.2 will work, which disables the second channel of the system and increases by one Sch7. At the output of SCh7 there will be a signal U _Сч1 = no = 2, and at the output of BU1, the signal s ~ n ∗ = nn _o = 0, i.e. failure of all REs leads to a failure of the system.

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 вероятность безотказной работы системы в предположении, что все элементы РЭ равно надежны и вероятность безотказной работы элемента равна р, будет определяться: для прототипа надежностью одного (n=1) резервированного элемента Р_бп=р, а для заявленного устройства при безотказной работе элементов обнаружения и управления коэффициентом деления формулой Р_бз=1-(1-р)ⁿ [Г.А. Шевцов, Е.М. Шеремет. Логическое резервирование. - Л.: Издательство Львовского университета, 1973, с. 85-86]. Значения порогов обнаружения отказа РЭ выбирались равными ε=(m_РЭ-3σ_РЭ), где m_РЭ, σ_РЭ - среднее значение и СКО выходного сигнала РЭ соответственно. Значение времени задержки t₃ линии задержки определялось временем надежного срабатывания триггера.To study the likelihood characteristics of the proposed control system of the redundant system based on the structural diagram (Fig. 1), calculations were carried out to assess the probability of its failure-free operation, as well as a similar characteristic of the prototype. In this case, the probability of system failure under the assumption that all of the elements of the RE is equally reliable and the probability of failure of the element is p, will be determined: for the prototype, the reliability of one (n = 1) redundant element P _bn = p, and for the claimed device during the failure-free operation of the elements detection and control of the division ratio by the formula P _bz = 1- (1-p) ⁿ [G.A. Shevtsov, E.M. Sheremet. Logical redundancy. - L .: Publishing house of the Lviv University, 1973, p. 85-86]. The RE failure failure detection thresholds were chosen equal to ε = (m _RE −3σ _RE ), where m _RE , σ _RE are the average value and the standard deviation of the output signal of the RE, respectively. The value of the delay time t ₃ the delay line was determined by the time of reliable operation of the trigger.

Результаты расчетов в виде зависимостей вероятностей безотказной работы резервированных систем прототипа Р_бп (график зависимости Р_б на фиг.3 при n=1) и предлагаемого устройства Р_бз (графики зависимостей Р_б на фиг.3 для случая n=2 и n=3) от значений вероятности безотказной работы элементов p приведены на фиг.3.The results of the calculations in the form of dependencies of the probabilities of failure-free operation of the redundant systems of the prototype P _bp (dependency diagram P _b in Fig. 3 with n = 1) and the proposed device P _bz (dependency graphs P _b in Fig. 3 for the case n = 2 and n = 3 ) from the values of the probability of failure-free operation of the elements p are shown in figure 3.

Анализ полученных результатов показывает, что предлагаемое техническое решение позволяет при n-2 в 1.5-1.2 раза и при n=3 в 1.75-1.24 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 внезапного отказа резервируемого элемента и управления коэффициентом деления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой. Заявленное устройство может быть использовано не только для восстановления работоспособности резервированной 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.Analysis of the results shows that the proposed technical solution allows for n-2 1.5-1.2 times and for n = 3 1.75-1.24 times to increase the probability of failure-free operation of the redundant system compared to the prototype with values of the probabilities of failure-free operation of elements equal to 0.5- 0.8, by detecting a sudden failure of the reserved element and controlling the division ratio of the redundant with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the reserved elements by the system. The claimed device can be used not only to restore the functionality of the redundant system, but also to identify all failed elements. In this case, one should expect a reduction in the recovery time of the failed element due to a decrease in the time spent on troubleshooting.

Изложенные сведения свидетельствуют о возможности выполнения при реализации заявленного устройства управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой следующей совокупности условий:The above information indicates the possibility of the implementation of the claimed control device redundant with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the reserved elements by the system of the following set of conditions:

предлагаемое устройство управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой при его реализации позволит обеспечить повышение эффективности функционирования резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системы за счет повышения надежности системы путем обнаружения факта внезапного отказа резервируемого элемента системы и управления коэффициентом деления суммы выходных параметров каналов резервирования, то есть обеспечения работоспособности системы при внезапном отказе n-1 из n резервируемых элементов, приводящих к выходу из строя прототипа, при одновременном сокращении времени выявления и устранения неисправностей в резервированной системе;the proposed control device redundant with the choice of the arithmetic mean value of the output parameters of the reserved elements of the system during its implementation will allow to increase the efficiency of functioning of the redundant with the choice of the average arithmetic value of the output parameters of the reserved elements of the system by increasing the reliability of the system by detecting the fact of a sudden failure of the reserved system element and controlling the division ratio sums of output parameters of reserve channels uring, that is, ensuring the operability of the system in the event of a sudden failure of n-1 of n redundant elements that lead to the failure of the prototype, while reducing the time for troubleshooting and troubleshooting in a redundant system;

показана возможность реализации на практике заявленного устройства управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой 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 realizing the claimed control device redundant with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the reserved elements by the system as shown in the claims using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is shown;

предлагаемое устройство управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров резервируемых элементов системой при его разработке способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.the proposed control device redundant with the choice of the arithmetic mean of the output parameters of the reserved elements by the system during its development is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Claims

A redundant control device with a choice of the arithmetic mean of the output parameters of the redundant elements of the system, containing i = 1 ... n redundant channels (RC), each containing a redundant element (RE), series-connected summing device (SU) and division device (UD), which is the output devices, characterized in that a counter-connected meter (MF) and a control unit (CU) are inserted in it, the output of which is connected to the second input of the control unit, and also series-connected e key (C), delay line (LZ), subtractor (VU), threshold device (PU) and trigger, while the outputs of each RK trigger are connected to the corresponding SC inputs and control inputs of C, and in each RK the inputs of LZ and VU connected to the corresponding inputs of the control system, and the output of the RE of each RC is connected to the input of the corresponding CL.