Пристрій виявлення і локалізації відмов резервованої технічної системи

Пристрій виявлення і локалізації відмов резервованої технічної системи, який містить три канали резервування технічної системи керування, виходи яких підключені до відповідних входів кожного елемента відновлення, виходи яких є виходами пристрою, який відрізняється тим, що в нього додатково введені три блоки віднімання, блок вимірювання середньоквадратичного відхилення, три вагових суматори, помножувач, постійний запам'ятовуючий пристрій, три блоки збігу, три схеми АБО, три блоки тригерів, три індикатори параметрів, три тригери та три індикатори номера каналу, причому вихід першого каналу резервування технічної системи підключений відповідно до першого та другого входів першого та другого блоків віднімання, відповідно другий та перший входи яких підключені до виходів третього та другого каналів резервування, а перший та другий входи третього блока віднімання підключені відповідно до виходів третього та другого каналів резервування, вихід першого блока віднімання підключений до входу першого вагового суматора та до U 2 (19) 1 3 В основу корисної моделі поставлена задача підвищення достовірності виявлення відмов в складних резервованих технічних системах, а також визначення параметра вектора стану, вихід якого за допустимі границі привів до відмови технічного об'єкта. Поставлена задача удосконалення корисної моделі вирішується тим, що пристрій виявлення і локалізації відмов резервованої технічної системи, який містить три канали резервування технічної системи керування, виходи яких підключені до відповідних виходів кожного елемента відновлення, виходи яких є виходами пристрою, згідно з корисною моделлю введені три блоки віднімання , блок вимірювання середньо-квадратичного відхилення, три вагових суматори, помножувач, постійний запам'ятовуючий пристрій, три блоки збігу, три схеми АБО, три блоки тригерів, три індикатора параметрів, три тригера та три індикатора номера каналу. Згідно з корисною моделлю вихід першого каналу резервування технічної системи підключений відповідно до першого та другого входів першого та другого блоків віднімання, відповідно другий та перший входи яких підключені до виходів третього та другого каналів резервування, а перший та другий входи третього блока віднімання підключені відповідно до виходів третього та другого каналів резервування, вихід першого блока віднімання підключений до входу першого вагового суматора та до входу блока вимірювання середньоквадратичного відхилення, виходи другого та третього блоків віднімання з'єднані із входами відповідно другого та третього вагових суматорів, виходи першого, другого та третього вагових суматорів підключені до перших входів відповідно першого, другого та третього блоків порівняння, другі входи яких з'єднані між собою та підключені до виходу помножувача, перший вхід якого підключений до виходу блока вимірювання середньоквадратичного відхилення, а другий вхід з'єднаний із виходом постійного запам'ятовуючого пристрою, вихід першого блока порівняння підключений до першого та другого входів відповідно першого та третього блоків збігу, вихід другого блока порівняння з'єднаний з першим та другим входами відповідно другого та першого блоків збігу, а вихід третього блока порівняння підключений до першого та другого входів відповідно третього та другого блоків збігу, виходи блоків збігу підключені до входів відповідно першої, другої та третьої схем АБО та до входів відповідно першого, другого та третього блоків тригерів, виходи яких підключені до входів відповідно першого, другого та третього індикаторів параметрів, виходи першої, другої та третьої схем АБО підключені до входів відповідно першого, другого та третього тригерів, виходи яких підключені до входів відповідно першого, другого та третього індикаторів номера каналу резервування. На Фіг.1 показано блок-схему пристрою виявлення і локалізації відмови резервованої технічної системи, яка містить перший 11, другий 12 та третій 13 канали резервування, перший 21, другий 22 та третій 23 блоки віднімання, перший 31, другий 32 та 46780 4 третій 33 вагові суматори, блок вимірювання середньо-квадратичного відхилення 4, перший 51, другий 52 та третій 53 блоки порівняння, помножувач 6, постійно запам'ятовуючий пристрій 7, перший 81, другий 82 та третій 83 блоки збігу, перша 91, друга 92 та третя 93 схеми АБО, перший 101, другий 102 та третій 103 блоки тригерів, перший 111, другий 112 та третій 113 тригери, перший 121, другий 122 та третій 123 індикатори номера каналу, перший 131, другий 132 та третій 133 індикатори параметра. Як показано на Фіг.1 вихід першого її каналу резервування технічної системи підключений відповідно до першого та другого входів першого 21 та другого 22 блоків віднімання, відповідно другий та перший входи яких підключені до виходів третього 13 та другого 12 каналів резервування, а перший та другий входи третього 23 блока віднімання підключені відповідно до виходів третього 13 та другого 12 каналів резервування, вихід першого 21 блока віднімання підключений до входу першого 31 вагового суматора та до входу блока 4 вимірювання середньо-квадратичного відхилення, виходи другого 22 та третього 23 блоків віднімання з'єднані із входами відповідно другого 32 та третього 33 вагових суматорів, виходи першого 31, другого 32 та третього 33 вагових суматорів підключені до перших входів відповідно першого 51, другого 52 та третього 53 блоків порівняння, другі входи яких з'єднані між собою та підключені до виходу помножувача 6, перший вхід якого підключений до виходу блока 4 вимірювання середньоквадратичного відхилення, а другий вхід з'єднаний із виходом постійного запам'ятовуючого пристрою 7, вихід першого блока 51 порівняння підключений до першого та другого входів відповідно першого 81 та третього 83 блоків збігу, вихід другого 53 блока порівняння з'єднаний з першим та другим входами відповідно другого 82 та першого 81 блоків збігу, а вихід третього блока 53 порівняння підключений до першого та другого входів відповідно третього 83 та другого 82 блоків збігу, виходи блоків збігу підключені до входів відповідно першої 91, другої 92 та третьої 93 схем АБО та до входів відповідно першого 101, другого 102 та третього 103 блоків тригерів, виходи яких підключені до входів відповідно першого 131, другого 132 та третього 133 індикаторів параметрів, виходи першої, другої та третьої схем АБО підключені до входів відповідно першого 111, другого 112 та третього 113 тригерів, виходи яких підключені до входів відповідно першого 121, другого 122 та третього 123 індикаторів номера каналу резервування. Пристрій працює таким чином. Нехай технічний стан об'єкту керування визначається вектором  Z(z1, z2,...,zm ). Координати вектора - чисельні значення випадкового процесу, який має місце в об'єкті керування. При наявності відмови в будьякому каналі резервування змінюються статистичні характеристики процесу, наприклад математичне очікування або мода деяких координат. Зокрема, вихід з ладу аналого-цифрового перетворювача може означати, що спотворюється окремий біт інформації двійкового числа. Це при 5 водить до того, що окремі чисельні значення величин, що вимірюються, надходять без спотворень, але деякі мають похибку в якому-небудь розряді. В цілому це приводить до зміщення математичного очікування. Оскільки процеси випадкові, то для виявлення відмови необхідно перевіряти статистичну гіпотезу. В загальному випадку необхідно визначити критичну область G n-вимірного простору таку, що  при попаданні в неї вектора стану Z можна зробити висновок о наявності відмови з імовірністю . Область G повинна бути такою, щоб імовірність  попадання в неї вектора Z при відсутності відмов була мінімальною. Вирішення такої задачі можна здійснити за допомогою теореми [3, с.40] (при умові нормального 1 (1) (2) розподілу суми z zi ... z(n) з параметраi n i ми ( , 2)): критична область G рівня для перевірки гіпотези =0 проти альтернативи |м|=b>0 визначається нерівністю: 1 (1) (2) z zi ... z(n) , (1) i n i де - квантиль стандартного норма2 льного розподілу, i - середньоквадратичне відхилення i-го параметру (і-ої координати вектора стану). Припущення нормальності розподілу суми випадкових величин традиційне, якщо вважати доданки незалежними або слабо корельованими. Параметр b треба вибирати із апріорних міркувань. Він характеризує допустиме відхилення величин, що вимірюються, при відсутності відмови. При традиційному трьохкратному резервуванні схема пристрою виявлення та локалізації відмови показана на Фіг.1. Кола скидання та встановлення початкового стану окремих блоків на схемі не показані. Кожний з блоків віднімання 2, вимірювання середньоквадратичного відхилення 4, вагового суматора 3, порівняння 5, помножувача 6, збігу 8 та тригерів 10 містять m відповідних схем за кількістю інформативних параметрів, що визначають стан об'єкта керування. На виході постійного запам'ятовуючого пристрою 7 значення сигналу пропорційне значенню квантиля нормального розподілу для заданого рівня , так що на виходах помножувача 6 формуються сигнали пропорційні добутку. На виходи блоків віднімання 2 формуються різниці   (1)  (2)   (1)  (3)   (2)  (3) Z12 Z Z , Z13 Z Z , Z23 Z Z відповідних компонент вектора між каналами резервування у задані моменти часу. Пристрої, що вимірюють одну і ту ж величину, на виході повинні мати чисельне значення цієї величини з невели1 46780 6 кою випадковою похибкою, яка характеризується    різницями Z12, Z13, Z23 тому логічно припустити рівність нулю їх математичного очікування. У вагових суматорах 5 різниці накопичуються у вигляді вибірки для кожного параметра (координати) век   торів Z12, Z13, Z23 і обчислюються середні арифметичні відповідно (1), які порівнюються у блоках 5 з добутком i. Якщо один з пристроїв вимірювання дає значні відхилення в яких-небудь виміряних значеннях, то це приведе до того, що математичне очікування    двох із векторів Z12, Z13, Z23 не буде дорівнювати нулю. Таким чином, відповідно до алгоритму на виході відповідних схем порівняння 5 формується імпульс, якщо виконується нерівність (1),що свідчить про наявність відмови у відповідному каналі, наприклад, в першому. Якщо відмова відбулася в першому каналі резервування, то імпульси з'являються на виходах відповідних схем порівняння у блоках 51 та 52, які пов'язані з першим каналом   (через різниці Z12, Z13 ). В цьому випадку на виході відповідної схеми збігу блока 81 з'являється імпульс, який через елемент АБО 91 перекине тригер 121, в інший стан, при якому вмикається індикатор 131 номера каналу, де відбулася відмова. Крім того, цей же імпульс з виходу блока 81 перекидає відповідний тригерів в блоці тригерів 101, який засвічує відповідний номер параметра, за яким відбулася відмова, в індикаторі параметра 111. Ефективність використання пропонуємого пристрою полягає в тому, що виявлення відмови будь-якого каналу резервованої системи проводиться з високою достовірністю, яка зменшує імовірність хибної тривоги (імовірність похибки другого роду), а можливість локалізації відмови дозволяє проводити оперативну заміну блока, який відмовив. Пропонуємий пристрій може бути використаний під час стендових випробувань (в тому числі під час прискорених випробувань на надійність) відмовостійких систем керування. Джерела інформації: 1. Ястребенецкий М.А., Иванова Г.М. Надѐжность автоматизированных систем управления технологическими процессами: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989,-264с. 2. Каган Б.М., Мкстумян И.Б. Основы эксплуатации ЭВМ: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. Б.М. Кагана. -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988,-432с. (Прототип) 3. Гаек Я., Шидак 3. Теория ранговых критериев. М.:Наука, 1971. -376с. 7 46780 8 В описі до патенту на винахід графічні зображення та текст подаються в редакції заявника Комп’ютерна верстка М. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601