Алгоритм простого блока мажоритарного выбора два из трёх

Для повышения надёжности иногда один и тот же параметр контролируют несколькими датчиками, т.е. измерительные каналы резервируют. Автоматический выбор исправного канала или каналов осуществляют, например, применяя алгоритм мажоритарного выбора, т.е. выбирают по большинству. Рассмотрим простой[9] алгоритм мажоритарного выбора аналоговых значений два из трёх.

На рис. 18 представлена структурная схема блока мажоритарного выбора.

Рис. 18 Структурная схема блока мажоритарного выбора два из трех

Х1, Х2, Х3 – входные аналоговые сигналы, Y – основной выход.

Dalarm – признак отказа одного из каналов, N – номер, отказавшего канала. Канал значение, которого отличается от двух других значений, считают отказавшим. Такое мажорирование (такой выбор) называют 2 из 3-х. Dalarm равен логической сумме отказов по каналам: Dalarm=D1ÈD2ÈD3.

Если все три значения равны, то всё в норме, все три канала исправны. Если значения по двум каналам равны, то берётся их среднее за основной выход. Вообще теория подходит к выбору достоверной информации весьма формально.

Если три датчика измеряют одну и ту же физическую величину, то чистого равенства (Х1=Х2, Х2=Х3) между показаниями сигналов не будет. Обозначим погрешность по каждому каналу следующими символами: s₁ – случайная погрешность первого канала; s₂– случайная погрешность второго канала; s₃– случайная погрешность третьего канала.

Перечислим состояния по каналам в виде таблицы состояний.

Таблица 5

Примечание: (+) - условие близости значений выполняется. Значения e близки.

Если в ячейке (клетке) стоит знак (‑) - условие близости значений не выполняется. Значения каналов отличаются значимо, т.е. разность превышает погрешность измерительного канала.

Если все три канала исправны, то на основном выходе может формироваться значение следующим образом: .

Рассмотрим возможные ситуации классического блока мажоритарного выбора по трём измерительным каналам.

1. Первая ситуация. Исправны все три канала:

|Х1-Х2|<e1, |Х1-Х3|<e2, |Х2-Х3|<e3, (1)

тогда У1=(Х₁+Х₂)/2; Dalarm=D1vD2vD3=0, N=0.

2. Отказал первый канал[10]: |Х₁-Х₂|>e1, |Х₁-Х₃|>e2, |Х₂-Х₃|<e3, (2)

тогда У3=(Х₂+Х₃)/2. Dalarm=1, N=1.

3. Отказал второй канал: |Х₁-Х₂|>e1, |Х₁-Х₃|<e2, |Х₂-Х₃|>e3, (3)

тогда У2=(Х₁+Х₃)/2. Dalarm=1, N=2.

4. Отказал третий канал: |Х₁-Х₂|<e1, |Х₁-Х₃|>e2, |Х₂-Х₃|>e3, (4)

тогда У1=(Х₁+Х₂)/2. Dalarm=1, N=3.

Рассмотрим логику работы блока при отказе первого канала подробнее.

Если |Х₁-Х₂|>e1, то D₁=”1”, |Х₁-Х₃|>e2, то D₂=”1” и |Х₂-Х₃|<e3, то D₃=”0”. В этом случае Dalarm=1, N=1.

Формулы (1-4) реализуют алгоритм мажоритарного выбора два из трёх. На рис.19 представлена программа(MAJOR2-3), реализующая приведённый алгоритм мажоритарного выбора с некоторыми изменениями.

Алгоритм ОКО предназначен для отображения аналоговых и дискретных сигналов на ЛП регулирующей модели.

Методам повышения надёжности в избыточных измерительных системах уделено внимание и в литературе, и в патентах[4, 43, 45, 53].

Классический алгоритм мажоритарного выбора имеет существенный недостаток при практической реализации. Если отказывает большинство каналов, в нашем случае два, то на выходе будем иметь значения отказавших каналов. Теоретики могут возразить. что такого быть не может, два канала сразу отказали. Да теоретически вероятность очень мала, а практически отключили питание на двух преобразователях и информация перестала поступать по двум каналам. Т.е. хоть физически каналы и исправны (теория права), а фактически достоверная информация перестала поступать в систему. Поэтому для системы автоматического контроля и регулирования эти каналы находятся в отказе. Некоторые учёные утверждают, что такого быть не может, а фактически имеем Чернобыль, имеем Фукусиму, имеем огромные территории загрязненные нефтью и другими продуктами. Поэтому при реализации теоретических идей будьте очень осторожны: книжные идеи, алгоритмы требуют колоссальных доработок, чтобы системы, использующие их, работали надёжно. Этим вопросам на лекциях и в публикациях [65, 69, 70, 72, 73, 74] уделяется особое внимание. Однако на лекциях, лабораторных работах это становится делать всё труднее, так как часы по дисциплинам, связанным с автоматизацией технологических процессов, ежегодно резко сокращаются.