RU2669140C1 - Способ управления дублированной системой с использованием методов нечеткой логики - Google Patents

Способ управления дублированной системой с использованием методов нечеткой логики Download PDF

Info

Publication number
RU2669140C1
RU2669140C1 RU2017134235A RU2017134235A RU2669140C1 RU 2669140 C1 RU2669140 C1 RU 2669140C1 RU 2017134235 A RU2017134235 A RU 2017134235A RU 2017134235 A RU2017134235 A RU 2017134235A RU 2669140 C1 RU2669140 C1 RU 2669140C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
redundant
failure
elements
output parameters
output
Prior art date
Application number
RU2017134235A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Федорович Волобуев
Original Assignee
Михаил Федорович Волобуев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Федорович Волобуев filed Critical Михаил Федорович Волобуев
Priority to RU2017134235A priority Critical patent/RU2669140C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2669140C1 publication Critical patent/RU2669140C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
    • G06F11/1629—Error detection by comparing the output of redundant processing systems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
    • G06F11/1629—Error detection by comparing the output of redundant processing systems
    • G06F11/165—Error detection by comparing the output of redundant processing systems with continued operation after detection of the error
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
    • G06F11/1695—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware which are operating with time diversity
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
    • G06F11/20—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware using active fault-masking, e.g. by switching out faulty elements or by switching in spare elements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N7/00—Computing arrangements based on specific mathematical models
    • G06N7/02—Computing arrangements based on specific mathematical models using fuzzy logic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hardware Redundancy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в сложных автоматических системах управления, радиотехнических комплексах. Техническим результатом является повышение надежности дублированных систем. Способ содержит определение разностей выходных параметров резервируемых элементов, нахождение количественных значений степени уверенности в исправности или отказе каждого резервированного элемента с использованием методов нечеткой логики и при наличии исправных элементов подключение к выходу резервированной системы одного из них, при этом находят среднее арифметическое значение выходных параметров резервированных элементов, определяют разности выходных параметров резервированных элементов со средним арифметическим значением, задержанным по времени, определяемым интервалом от момента обнаружения факта отказа в дублированной системе до момента локализации отказавшего резервированного элемента, используют полученные разности выходных параметров при нахождении количественных значений степени уверенности в исправности или отказе каждого резервированного элемента с использованием методов нечеткой логики. 4 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к сложным автоматическим системам управления, радиотехническим комплексам, резервированным в интересах повышения надежности.
Известен способ управления резервированной системой с использованием мажоритарных элементов. В этом способе состояние одной (рабочей) системы сравнивается с состоянием ряда таких же систем с помощью пороговых схем сравнения [Г.А. Шевцов, Е.М. Шеремет. Логическое резервирование. Издательство Львовского университета, 1973, стр. 43-44, 60-61]. Признаком безотказности рабочей системы является совпадение ее состояния с состоянием большинства систем. Этот принцип широко используется для обнаружения внезапных отказов.
Основным недостатком данного способа является то, что он работоспособен при числе резервированных элементов равном трем и больше.
Известен способ управления резервированной системой, основанный на обнаружении отказов системы по месту, занимаемому ее выходным параметром (ВП) в вариационном ряде, образуемом мгновенными значениями ВП нескольких резервированных элементов [Г.А. Шевцов, Е.М. Шеремет. Логическое резервирование. Издательство Львовского университета, 1973, стр. 50, 89-100]. Признаком отказа элемента является изменение места его ВП в ряде.
Недостатком данного способа резервирования является также работоспособность при числе резервированных элементов равном трем и больше.
Известен способ управления резервированной системой, основанный на сравнении ВП каждого резервированного элемента рабочей системы со средним арифметическим значением ВП нескольких резервированных элементов [Г.А. Шевцов, Е.М. Шеремет. Логическое резервирование. Издательство Львовского университета, 1973, стр. 35-36, 83-85]. Этот способ в основном используется для обнаружения постепенных отказов, так как в данном случае неизвестные истинные значения ВП системы заменяются оценками (средней арифметической величиной наблюденных значений), полученными путем усреднения ВП нескольких элементов.
Недостатком данного способа является то, что внезапный отказ одного (любого) элемента сравнения приводит к недопустимому изменению среднего арифметического значения, что не позволяет идентифицировать отказавший элемент.
Наиболее близким по сущности и достигаемому эффекту (прототипом) является способ управления резервированной системой, заключающемся в определении разностей выходных параметров резервируемых элементов (РЭ), по найденным разностям нахождении количественных значений степени уверенности исправности или отказа каждого резервированного элемента с использованием методов нечеткой логики и при наличии исправных элементов подключении к выходу резервированной системы одного из них [Способ резервирования систем с использованием методов нечеткой логики. Патент РФ №2565417 по заявке №2014123818/08 от 10.06.2014 г].
Недостатком данного способа является то, что он не может быть использован в дублированной системе, состоящей из двух резервированных элементов, так как в этом случае можно определить только факт наступления отказа в системе без локализации отказавшего элемента.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности дублированных систем за счет своевременного обнаружения факта отказа в системе, сравнения выходных параметров элементов с их средним значением, найденным до обнаружения факта отказа, локализации отказавшего элемента с использованием методов нечеткой логики для подключения исправного элемента к выходу резервированной системы.
Указанный результат достигается тем, что в известном способе управления резервированной системой, заключающимся в определении разностей выходных параметров резервируемых элементов, нахождении количественных значений степени уверенности в исправности или отказе каждого резервированного элемента с использованием методов нечеткой логики и при наличии исправных элементов подключении к выходу резервированной системы одного из них, согласно изобретению находят среднее арифметическое значение выходных параметров резервированных элементов, определяют разности выходных параметров резервированных элементов со средним арифметическим значением, задержанным по времени, определяемым интервалом от момента обнаружения факта отказа в дублированной системе до момента локализации отказавшего резервированного элемента, используют полученные разности выходных параметров при нахождении количественных значений степени уверенности в исправности или отказе каждого резервированного элемента с использованием методов нечеткой логики.
Сущность изобретения заключается в том, что при возникновении отказа какого-либо резервированного элемента дублированной системы по возникшей значительной разности значений выходных параметров элементов определяют факт возникновения отказа, а по разности выходных значений элементов с их средним арифметическим значением, найденным ранее до обнаружения факта отказа, с использованием методов нечеткой логики осуществляют локализацию отказавшего резервированного элемента.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где представлена схема системы, состоящей из двух резервированных элементов и устройств, с помощью которых может быть реализован предлагаемый способ. На фигуре обозначены: РЭ1.1-РЭ1.2 - резервированные элементы; СУ2 - устройство суммирования и усреднения, УС3.1-УС3.3 - устройства сравнения; УЗ4 -устройство задержки по времени; К5 - контроллер; БУ6 - блок управления; УК7.1-УК7.2 - устройства коммутации.
В соответствии со схемой входной сигнал поступает на входы элементов РЭ1.1-РЭ1.2, выходные сигналы с которых суммируются и усредняются в устройстве СУ2, а также сравниваются между собой в устройстве сравнения УС3.1 и с усредненным значением, проходящим через устройство задержки УЗ4, в УС3.2 и УС3.3. Сигналы разности выходных параметров с устройств сравнения УС3.1-УС3.3 поступают в контроллер К5, в котором реализован один из методов нечеткой логики. Полученные количественные показатели степени уверенности в исправности или отказе каждого резервированного элемента подаются в блок управления БУ6, который с учетом данных от К5 управляет устройствами коммутации УК7.1-УК7.2.
Оценим возможность обнаружения отказа одного из элементов резервированной системы, его локализации и восстановления работоспособности системы с использованием предложенного способа.
Пусть условием отказа системы считается ситуация, когда отклонение выходного параметра системы X от математического ожидания mх (истинного значения) превышает допустимый предел
Figure 00000001
. При возникновении отказа одного из резервированных элементов сигнал с выхода УС3.1 превысит порог Δ, сигнализирующий о факте отказа РЭ1.1 или РЭ1.2. Однако разностные сигналы с выходов УС3.2 и УС3.3 в момент обнаружения факта отказа за счет задержки усредненного сигнала несут информацию, позволяющую локализовать отказавший элемент. Если при возникновении внезапного отказа одного из РЭ определение отказавшего элемента не представляет трудности и может быть осуществлено с использованием простых пороговых устройств, то в случае возникновения постепенных отказов для локализации отказавшего элемента целесообразнее использовать методы нечеткой логики [Способ резервирования систем с использованием методов нечеткой логики. Патент РФ №2565417 по заявке №2014123818/08 от 10.06.2014 г].
Рассмотрим реализацию в контроллере алгоритма нечеткой логики Мамдани [Г.А. Шевцов, Е.М. Шеремет. Логическое резервирование. Издательство Львовского университета, 1973, стр. 82] для трех вариантов:
1 вариант - значения выходных параметров РЭ1.1-РЭ1.2: Х1=1020 мВ, Х2=950 мВ, значение выходного параметра УЗ4 Хзап=1000 мВ, соответственно на входе К5 отклонения выходных сигналов от задержанного усредненного значения: ХК1=Х1-Хзап=20 мВ; ХK2=Х2-Хзап=-50 мВ;
2 вариант - Х1=1020 мВ, Х2=850 мВ, Хзап=1000 мВ, соответственно ХK1,=20 мВ; ХК2=-150 мВ;
3 вариант - Х1=730 мВ, Х2=1020 мВ, Хзап=1000 мВ, соответственно ХК1=-270 мВ; ХК2=20 мВ.
Значение порога равно Δ=100 мВ.
На фиг. 2 изображен вид функций принадлежности термов входных лингвистических переменных, используемых при реализации метода нечеткой логики, на фиг. 3 - выходных. На фиг. 2 приведены следующие термы: NB - negative big «большое минус»; РВ - positive big «большое плюс»; NM - negative middle «среднее минус»; РМ - positive middle «среднее плюс»; Z - zero «нулевое». На фиг. 3 приведены следующие термы: S - small «малая уверенность», М - middle «достаточная уверенность», В - big «сильная уверенность».
Сформированные правила нечеткого вывода включают следующие условия:
Условие 1: «ХК1 есть NM или РМ» И «ХK2 есть Z»;
Условие 2: «ХК1 есть Z» И «ХK2 есть NM или РМ»;
Условие 3: «XK1 есть NB или РВ» И «ХК2 есть Z»;
Условие 4: «ХК1 есть Z» И «ХК2 есть NB или РВ»;
Условие 5: «XK1 есть «NB или РВ» или «NM или РМ» И «ХК2 есть «NM или РМ» или «NB или РВ»;
Условие 6: «ХK1 есть Z» «ХК2 есть Z».
Сформированные правила нечеткого вывода включают следующие заключения:
Заключение 1: «Постепенный отказ РЭ1.1»;
Заключение 2: «Постепенный отказ РЭ1.2»;
Заключение 3: «Внезапный отказ РЭ1.1»;
Заключение 4: «Внезапный отказ РЭ1.2»;
Заключение 5: «Отказ РС»;
Заключение 6: «Все РЭ1.1-РЭ1.2 исправны».
Правила нечеткого вывода и принятые экспертно степени уверенности заключений для каждого условия даны в таблице на фиг. 4.
В результате подстановки принятых исходных данных в алгоритм были получены следующие выходные данные, представляющие собой ряд количественных значений степени уверенности (взвешенное среднее) Rвых:
- для 1 варианта: Rвых1=[000001]T;
- для 2 варианта: Rвых2=[00,60000,5]T;
- для 3 варианта: Rвых3=[0,400,700]T.
Таким образом:
для первого варианта с уверенностью равной 1 можно считать, что все резервированные элементы исправны;
для второго варианта с уверенностью 0,6 - происходит постепенный отказ РЭ1.2, а с уверенностью 0,5 - все РЭ исправны;
для третьего варианта с уверенностью 0,4 - происходит постепенный отказ РЭ1.1, а с уверенностью 0,7 - произошел его внезапный отказ.
Блок управления в соответствии с полученными результатами:
для первого варианта никак не реагирует и оставит включенным на выход системы РЭ1.1 (или РЭ1.2, если он был подключен на выход);
для второго варианта подключит к выходу РЭ1.1;
для третьего варианта - РЭ1.2.
Полученные результаты свидетельствуют о возможности локализации отказавшего элемента в дублированной системе с использованием методов нечетких множеств и отношений. Причем разработанный способ позволяет не только обнаруживать отказавший элемент, но и определять к какому типу данный отказ относится (идентифицировать тип отказа) (постепенный или внезапный).
Рабочая программа может быть реализована с использованием современных широко распространенных PIC микроконтроллеров. В качестве контроллера К5 также могут быть использовать контроллеры, поддерживающих нечеткую логику, например, микросхемы 68НС11, 68НС12 фирмы Motorola, MCS-96 фирмы Intel. Остальные устройства системы могут быть построены с использованием широко распространенной элементной базы в виде операционных усилителей, шифраторов, дешифраторов, транзисторов и т.п.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет решить поставленную техническую задачу: повышение надежности дублированных систем за счет своевременного обнаружения факта отказа одного из резервированных элементов системы, сравнения выходных параметров элементов с их средним значением, найденным до обнаружения факта отказа, определения исправного элемента с использованием методов нечеткой логики для подключения его к выходу резервированной системы.
Дополнительно предлагаемый способ позволяет не только локализовать отказавший элемент, но и идентифицировать тип отказа данного элемента (постепенный или внезапный).

Claims (1)

  1. Способ управления резервированной системой, заключающийся в определении разностей выходных параметров резервируемых элементов, нахождении количественных значений степени уверенности в исправности или отказе каждого резервированного элемента с использованием методов нечеткой логики и при наличии исправных элементов подключении к выходу резервированной системы одного из них, отличающийся тем, что находят среднее арифметическое значение выходных параметров резервированных элементов, определяют разности выходных параметров резервированных элементов со средним арифметическим значением, задержанным по времени, определяемым интервалом от момента обнаружения факта отказа в дублированной системе до момента локализации отказавшего резервированного элемента, используют полученные разности выходных параметров при нахождении количественных значений степени уверенности в исправности или отказе каждого резервированного элемента с использованием методов нечеткой логики.
RU2017134235A 2017-10-02 2017-10-02 Способ управления дублированной системой с использованием методов нечеткой логики RU2669140C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017134235A RU2669140C1 (ru) 2017-10-02 2017-10-02 Способ управления дублированной системой с использованием методов нечеткой логики

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017134235A RU2669140C1 (ru) 2017-10-02 2017-10-02 Способ управления дублированной системой с использованием методов нечеткой логики

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2669140C1 true RU2669140C1 (ru) 2018-10-08

Family

ID=63798556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017134235A RU2669140C1 (ru) 2017-10-02 2017-10-02 Способ управления дублированной системой с использованием методов нечеткой логики

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2669140C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6073262A (en) * 1997-05-30 2000-06-06 United Technologies Corporation Method and apparatus for estimating an actual magnitude of a physical parameter on the basis of three or more redundant signals
US7130772B2 (en) * 2004-04-07 2006-10-31 United Technologies Corporation Method and apparatus for estimating a parameter based on a plurality of redundant signals
US8260492B2 (en) * 2005-08-05 2012-09-04 Honeywell International Inc. Method and system for redundancy management of distributed and recoverable digital control system
RU2487389C2 (ru) * 2011-06-27 2013-07-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г.Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Устройство обнаружения отказов в резервированной системе
RU2551813C1 (ru) * 2013-12-16 2015-05-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Устройство управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров системой
RU2565417C1 (ru) * 2014-06-10 2015-10-20 Александр Михайлович Мальцев Способ резервирования систем с использованием методов нечеткой логики
RU2568392C2 (ru) * 2013-12-16 2015-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Устройство управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6073262A (en) * 1997-05-30 2000-06-06 United Technologies Corporation Method and apparatus for estimating an actual magnitude of a physical parameter on the basis of three or more redundant signals
US7130772B2 (en) * 2004-04-07 2006-10-31 United Technologies Corporation Method and apparatus for estimating a parameter based on a plurality of redundant signals
US8260492B2 (en) * 2005-08-05 2012-09-04 Honeywell International Inc. Method and system for redundancy management of distributed and recoverable digital control system
RU2487389C2 (ru) * 2011-06-27 2013-07-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г.Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Устройство обнаружения отказов в резервированной системе
RU2551813C1 (ru) * 2013-12-16 2015-05-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Устройство управления резервированной с выбором среднего арифметического значения выходных параметров системой
RU2568392C2 (ru) * 2013-12-16 2015-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Устройство управления резервированной с помощью мажоритарных элементов системой
RU2565417C1 (ru) * 2014-06-10 2015-10-20 Александр Михайлович Мальцев Способ резервирования систем с использованием методов нечеткой логики

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6050754B2 (ja) 信号処理に基づく故障検出、分離、及び修正のためのシステム、方法、及び装置
US4105900A (en) Signal selection apparatus for redundant signal sources
JP2013540326A (ja) 冗長センサ信号でシフトを検出するためのシステム、方法、及び装置
JP6647824B2 (ja) 異常診断システム及び異常診断方法
CN103140813B (zh) 用于检测不规则传感器信号噪声的系统、方法和设备
DE69802535D1 (de) Aktive fehlererkennung
RU2669140C1 (ru) Способ управления дублированной системой с использованием методов нечеткой логики
US4215340A (en) Process for the automatic signalling of faults of a static automatic module and a module for realizing the process
CN108362957B (zh) 设备故障诊断方法、装置、储存介质和电子设备
Gupta et al. Open problems in robotic anomaly detection
RU2565417C1 (ru) Способ резервирования систем с использованием методов нечеткой логики
RU2604335C2 (ru) Способ резервирования систем и устройство его реализации
RU2656917C2 (ru) Способ резервирования систем с помощью мажоритарного элемента и устройство для его реализации
CN106708714B (zh) 一种计算系统首次被无关触发概率的方法
JPH0117087B2 (ru)
JP7414035B2 (ja) 電源システム及び電源装置
JPH0473162B2 (ru)
JPS6123204A (ja) ２重化制御装置
Xu et al. Study of relay protection fault analysis and treatment measures for power system
CN117806878A (zh) 一种联机交易分流方法和装置、设备及存储介质
JPS61112201A (ja) プロセス制御装置
Gandhi et al. Algorithm and execution of election administration approach in simple case (SC) to elect coordinator for distributed system
JP2647392B2 (ja) 制御器異常診断方式
JPS61169036A (ja) システム監視装置
SU1679505A1 (ru) Способ контрол правильности функционировани дискретных устройств

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191003