способ управления отключением неисправных и/или переводимых в резерв объектов системы и система резервирования замещением для его реализации

Формула изобретения

1. Способ управления отключением неисправных и/или переводимых в резерв объектов системы, состоящей из множества объектов количеством большим двух, включающий сравнение сигналов от каждого объекта системы с каждым, отличающийся тем, что при несовпадении в любой паре сравниваемых сигналов, формируют управляющее воздействие на отключение k объектов, сигналы которых отличаются от всех других на заданное значение , и номера которых составляют подмножество К, определяемое из условия

где N - множество всех объектов системы, состоящее из n номеров объектов, обозначенных натуральным рядом чисел;

М - подмножество множества N, состоящее из m номеров объектов, сигналы которых совпадают с точностью до заданного значения ;

- количество номеров объектов, составляющих подмножество М;

С - количество сигналов сравнения полученных после сравнения каждого с каждым сигналов объектов из подмножества М,

k=n-m n-2 - количество отключаемых объектов;

P _v - двухэлементные множества, состоящие из номеров тех объектов подмножества М, сигналы которых сравниваются, ;

- операции пересечения разностей множеств NP _v, проводимые по k элементам;

- операция разности множеств; номера отключаемых объектов i=1...n при всех возможных сочетаниях k номеров отключаемых объектов в N определяют из условия

- количество подмножеств NP_v, в которых присутствует номер отключаемого канала,

2. Система резервирования замещением, состоящая из четырех объектов и включающая первый, второй, третий и четвертый элементы сравнения, инвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходом четвертого объекта системы, а неинвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходом первого объекта системы и неинвертирующим входом первого элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходом второго объекта системы и неинвертирующим входом второго элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходом третьего объекта системы и неинвертирующим входом третьего элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с неинвертирующим входом четвертого элемента сравнения, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены, пятый и шестой элементы сравнения, первый, второй, третий и четвертый трехвходовые логические элементы И, элемент задержки и двухвходовый логический элемент ИЛИ с одним инвертирующим входом, выход которого соединен со входом управления питанием четвертого объекта, сигнальный выход которого соединен с инвертирующими входами пятого и шестого элементов сравнения, неинвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходом второго объекта системы, сигнальный выход первого объекта соединен с инвертирующим входом третьего элемента сравнения, неинвертирующий вход которого соединен с неинвертирующим входом пятого элемента сравнения, выход которого соединен со вторым входом первого и первым входом второго логических элементов И, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента сравнения и со вторым входом третьего логического элемента И, первый вход которого соединен с выходом шестого элемента сравнения и первым входом первого логического элемента И, третий вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения и вторым входом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента сравнения и третьим входом второго логического элемента И, третий выход четвертого элемента И соединен с выходом первого элемента сравнения, с третьим входом третьего логического элемента И и входом элемента задержки, выход которого соединен с инвертирующим входом двухвходового элемента ИЛИ, неинвертирующий вход которого соединен с выходом четвертого логического элемента И, выходы первого, второго и третьего логических элементов И соединены соответственно с входами управления питанием первого, второго и третьего резервируемых объектов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к теории систем и может быть использовано при построении систем с перестраиваемой структурой, адаптирующихся систем, резервированных систем и автоматического выявления неисправностей в резервированных системах, при фильтрационной обработке результатов измерений.

Известен способ [1], реализующий систему связей, определенную взаимно-однозначным отображением множеств абонентов Х Y, осуществляемый при помощи построения трехсекционной сети Клоса типа <n, k>. Способ применяется при решении задачи составления проекта установки, состоящей из одиночных переключателей между каждой парой абонентов из множеств Х и Y. В способе нет реализации алгоритма переключений сети при обрывах линий связи сети, что не позволяет автоматически определить номера неисправных линий связи или абонентов.

Известен способ [2] нахождения управляющих функций, включающих резервируемые каналы при отказе одного из n>2 резервируемых каналов, наиболее близкий из аналогов - прототип. Способ основан на нахождении n минимальных многочленов, в результате решения которых сигнал на выходе i-го элемента соответствует управляющей функции отключения отказавшего i-го резервируемого канала. Сигналы, положенные в основу уравнений минимальных многочленов, получены из n элементов сравнения выходных сигналов резервируемых каналов по принципу первого со вторым, второго с третьим и т.д., предпоследнего с последним и последнего с первым. В данном способе не указана зависимость между номерами каналов, находящимися в постоянном резерве, и номерами каналов, находящимися в резерве замещением, реализована функция отключения лишь одного канала из n резервируемых.

Цель изобретения - повышение надежности системы, состоящей из множества объектов, за счет обеспечения возможности отключения максимального количества неисправных объектов вплоть до ситуации, когда в системе останутся два исправных объекта, путем определения комбинаторной зависимости между номерами объектов из системы n>2 объектов, обозначенных натуральным рядом чисел, из которых k n-2 объектов отключены как неисправные и/или переведены в резерв.

Цель достигается тем, что в способе, содержащем n>2 объектов, обозначенных натуральным рядом чисел и составляющих множество номеров N, и n сигналов отключения объектов, дополнительно введены сигналов сравнения сигналов объектов по принципу «каждый с каждым», подмножество К в множестве N, состоящее из k номеров отключаемых объектов, сигналы которых отличаются от всех других на значение, большее заданного значения , определяют из условия:

где:

М - подмножество множества N, состоящее из номеров объектов, имеющих признак совпадения между собой с точностью до заданного значения ,

- количество номеров объектов, составляющих подмножество М,

С - известное количество сигналов сравнения сигналов объектов из подмножества М,

k=n-m n-2 - количество отключаемых объектов;

Р _v - двухэлементные множества, состоящие из номеров тех объектов подмножества М, сигналы которых сравниваются,

- операция разности множеств,

- операция пересечения множеств, проводимая по к элементам,

а номера i=1...n отключаемых объектов из подмножества К определяют из условия:

где , а пересечений проводят по одному элементу, который и будет номером отключаемого объекта.

Способ выражается в том, что в системе, состоящей из n>2 объектов, обозначенных натуральным рядом чисел, составляющих множество N, выходные сигналы объектов сравнивают по принципу каждый с каждым, получая сигналов сравнения. При отличии выходных сигналов каждого из k n-2 объектов от всех других на значение, большее заданного значения , определяют количество m объектов, имеющих признак равенства и составляющих подмножество М множества N из следующего условия:

откуда:

где - известное количество сигналов, полученных после сравнения сигналов объектов, номера которых составляют подмножество М и каждому из которых присваивают двухэлементное подмножество Р _v, состоящее из номеров объектов, выходные сигналы которых сравниваются, где . Каждое получившееся двухэлементное подмножество вычитают из множества N, получая подмножеств NP_v. Проводя операцию пересечения по к элементам всех подмножеств, образованных после всех разностей NР_v, получают подмножество отключаемых объектов К:

Номер отключаемого объекта, при всех возможных сочетаниях номеров в подмножестве К, получают, проводя пересечений по одному элементу всех подмножеств NР _v, т.е. из следующего условия:

где .

Описанный способ может быть реализован при помощи системы резервирования замещением, состоящей из четырех объектов.

Известно мажоритарное устройство [3], состоящее из трех каналов, в каждый из которых входят элемент сравнения, нелинейный элемент и ключ. Устройство производит сравнение трех входных сигналов и осуществляет передачу на выход сигнала, выбранного по принципу «два из трех».

Известно устройство - переключающий индикатор отказов (ПИО) системы из четырех постоянно резервированных объектов [4], прототип, который содержит первый, второй, третий и четвертый элементы сравнения, первый, второй, третий и четвертый инверторы, первый, второй, третий и четвертый четырехвходовые логические элементы И. ПИО индицирует отказ одного объекта при отличии сигналов первого объекта от второго, или второго от третьего, или третьего от четвертого, или четвертого от первого

В указанном мажоритарном устройстве нет возможности отключения одного из его трех каналов. В ПИО не имеется возможности вырабатывания сигнала перевода объекта в резерв замещением при отсутствии отказов и вывода объекта из резерва для замещения отказавшего объекта.

Задача изобретения - перевод одного из объектов в резерв замещением при отсутствии отказов и вывод его из резерва при отказе объекта из находящихся в постоянном резерве.

Задача решается тем, что в систему резервирования, включающую первый, второй, третий и четвертый элементы сравнения, инвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходом четвертого объекта системы, а неинвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходом первого объекта системы и неинвертирующим входом первого элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходом второго объекта системы и неинвертирующим входом второго элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходом третьего объекта системы и неинвертирующим входом третьего элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с неинвертирующим входом четвертого элемента сравнения, дополнительно введены пятый и шестой элементы сравнения, первый, второй, третий и четвертый тревходовые логические элементы И, элемент задержки и двухвходовый логический элемент ИЛИ с одним инвертирующим входом, выход которого соединен со входом управления питанием четвертого объекта, сигнальный выход которого соединен с инвертирующим входами пятого и шестого элементов сравнения, неинвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходом второго объекта системы, сигнальный выход первого объекта соединен с инвертирующим входом третьего элемента сравнения, неинвертирующий вход которого соединен с неинвертирующим входом пятого элемента сравнения, выход которого соединен со вторым входом первого и первым входом второго логических элементов И, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента сравнения и со вторым входом третьего логического элемента И, первый вход которого соединен с выходом шестого элемента сравнения и первым входом первого логического элемента И, третий вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения и вторым входом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента сравнения и третьим входом второго логического элемента И, третий выход четвертого элемента И соединен с выходом первого элемента сравнения, с третьим входом третьего логического элемента И и входом элемента задержки, выход которого соединен с инвертирующим входом двухвходового элемента ИЛИ, неинвертирующий вход которого соединен с выходом четвертого логического элемента И, выходы первого, второго и третьего логических элементов И соединены соответственно с входами управления питанием первого, второго и третьего резервируемых объектов.

Схема системы резервирования замещением представлена СР3, на фиг.1, где: 1, 2, 3, 4 - соответственно, первый, второй, третий и четвертый резервируемые объекты; 5, 6, 7, 8 - первый, второй, третий и четвертый входы устройства; 9, 10, 11, 12, 13, 14 - первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы сравнения; 15, 16, 17, 18 - соответственно, первый, второй, третий и четвертый трехвходовые логические элементы И; 19 - двухвходовый логический элемент ИЛИ; 20 - элемент задержки.

Выход первого объекта 1 соединен с неинвертирующими входами первого 9 и четвертого 12 элементов сравнения и инвертирующим входом третьего элемента сравнения. Выход второго объекта 2 соединен с неинвертирующими входами второго 10 и шестого 14 элементов сравнения и инвертирующим входом первого 9 элемента сравнения. Выход третьего объекта 3 соединен с неинвертирующими входами третьего 11 и пятого 13 элементов сравнения и инвертирующим входом второго 10 элемента сравнения. Выход четвертого объекта 4 соединен с инвертирующими входами четвертого 12, пятого 13 и шестого 14 элементов сравнения. Выход первого элемента сравнения 9 соединен с третьими входами третьего 17 и четвертого 18 логических элементов И и входом элемента задержки 20, выход второго элемента сравнения 10 соединен с третьим входом первого 15 и вторым входом четвертого 18 логических элементов И, выход третьего элемента сравнения 11 соединен с первым входом четвертого 18 и третьим входом второго 16 логических элементов И, выход четвертого элемента сравнения 12 соединен со вторыми входами второго 16 и третьего 17 логических элементов И, выход пятого элемента сравнения 13 соединен со вторым входом первого элемента сравнения 9 и первым входом второго 16 логических элементов И, выход шестого элемента сравнения 14 соединен с первыми входами первого 15 и третьего 17 логических элементов И. Выход элемента задержки 20 соединен с инвертирующим входом логического элемента ИЛИ 19, выход четвертого элемента сравнения 18 соединен с неинвертирующим входом логического элемента ИЛИ 19, выход логического элемента ИЛИ 19 соединен со входом управления включением питания четвертого объекта. Выход первого, второго и третьего логических элементов И соединены соответственно с входами управления включением питания первого, второго и третьего объектов.

Устройство, в котором количество объектов n=4, , , , на примере отличия сигнала четвертого объекта от трех других, реализует следующую функцию. Находим все двухэлементные подмножества Р :Р₁={1,2}; Р ₂={1,3}; Р₃={2,3}. Находим все разности множеств NР :

NP₁=Q ₁={1,2,3,4}{1,2}={3,4},

NP₂ =Q₂={1,2,3,4}{1,3}={2,4},

NP ₃=Q₃={1,2,3,4}{2,3}={1,4}.

Находим подмножество из номеров отключаемых объектов: . В данном случае подмножество состоит из одного элемента - номера отключаемого канала, поэтому применяется только первое условие способа.

В устройстве, приведенном на чертеже, сигналов сравнения каждого сигнала с каждым реализуют с первого по шестой элементы сравнения, на выходах которых формируются логическая единица, когда сравниваемые сигналы совпадают с точностью до малого значения , и логический ноль, когда сигналы отличаются на значение, большее чем . Пересечения подмножеств NP реализованы для всех возможных отличий сигналов первого, второго, третьего и четвертого объектов, соответственно на первом, втором, третьем и четвертом логических элементах И, на выходах которых формируются сигналы отключения объектов. Количество входов каждого элемента И равно . Элемент задержки и двухвходовый элемент ИЛИ с одним инвертирующим входом использованы для перевода четвертого объекта в резерв. В первый момент после подачи напряжения питания на элементы устройства на выходах первого, второго, третьего и четвертого логических элементов И будут логические нули, а на входе элемента ИЛИ будет логическая единица, вследствие чего первый, второй и третий коммутирующие элементы будут замкнуты, а четвертый разомкнут, т.е. будут включены первый, второй и третий объекты, а четвертый выключен. При отличии сигнала одного объекта от других более чем , например третьего, р₁=1, р ₂=0, р₃=0, р₄ =0, р₅=0, р₆=0, на выходе четвертого логического элемента И формируется логический ноль, которым четвертый резервный объект выводится из резерва, после чего имеем р₁=1, р ₂=0, р₃=0, р₄ =1, р₅=0, р₆=1, т.е. на входе третьего элемента И будет логическая единица, поскольку p₁ р₄ р₆=1, и третий, т.е. отказавший, объект будет отключен.

Следует отметить, что при реализации системы резервирования с четным количеством объектов, когда m=n/2, может возникнуть неопределенность с определением подмножества номеров объектов с исправными сигналами, если все подмножество К составляют номера объектов, сигналы которых совпадают между собой с точностью до заданного значения . В таком случае для реализации вышеописанного способа необходимы дополнительные технические решения.

Литература

1. Липский В. Комбинаторика для программистов. М.: Мир, 1988. - С.169.

2. Сапожников Р.А., Бессонов А.А., Шоломицкий А.Г. Надежность автоматических управляющих систем, «Высшая школа», 1964.

3. Патент РФ №2141130, кл. G06F 11/18 от 10.11.99 г. Мажоритарное устройство.

4. Бессонов А.А., Сиваков В.А. Автоматические индикаторы отказов. - Л.: Энергия, Ленингр. отделение, 1967.