УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ УПРАВЛЕНИЯ (2 ВАРИАНТА)
CONTROL SIGNAL GENERATING APPARATUS (EMBODIMENT 2)

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в системах управления, где требуется высокая надежность выполнения заданного режима (например, в системах управления космическими аппаратами, в авиационной технике и в других системах).
Известно устройство формирования сигналов управления [1], содержащее в каждом канале формирователь управляющих сигналов, элементы, исключающие ИЛИ, многовходовые элементы ИЛИ.
Недостаток этого устройства состоит в его сложности и низкой надежности.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство формирования сигналов управления [2], содержащее три канала, каждый из которых включает в себя формирователь управляющих сигналов, вход которого соединен с входной шиной.
Недостатком этого устройства является низкая надежность, так как каждый канал содержит фактически два самых сложных блока - два формирователя управляющих сигналов (основной формирователь и модель-подобие формирователя), что значительно снижает надежность канала.
Задача изобретения - повышение надежности.
Решение этой задачи в первом варианте достигается тем, что в устройство формирования сигналов управления, содержащее три канала, каждый из которых включает в себя формирователь управляющих сигналов, вход которого соединен с входной шиной, дополнительно введены дешифратор, формирователь заданного числа и формирователь заданного рассогласования, а в каждый канал дополнительно введены сумматор, элемент выделения модуля, первый и второй цифровые компараторы, при этом выходная шина сумматора соединена с входной шиной элемента выделения модуля, выходная шина которого соединена с шиной А второго цифрового компаратора, выход которого А>В соединен с первым выходом канала, выходная шина контроля формирователя управляющих сигналов соединена с шиной А первого цифрового компаратора, инверсный выход которого А=В соединен со вторым выходом канала, выходная шина управления формирователя управляющих сигналов соединена с входной шиной «слагаемого» сумматора и выходной шиной канала, выход формирователя заданного рассогласования соединен с шиной В второго цифрового компаратора всех каналов, выход формирователя заданного числа соединен с шиной В первого цифрового компаратора всех каналов, первый и второй выходы каждого канала соединены с соответствующими входами дешифратора, первый, второй и третий выходы неисправности которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами устройства, выходные шины первого, второго и третьего каналов соединены соответственно с входной шиной «вычитаемого» сумматора третьего, первого и второго каналов.
Дешифратор содержит входной регистр, программируемое запоминающее устройство и выходной регистр, при этом вход каждого разряда входного регистра соединен с соответствующим входом дешифратора, выход входного регистра соединен с шиной адреса программируемого запоминающего устройства, шина данных которого соединена с входной шиной выходного регистра, выход каждого из разрядов которого соединен с соответствующими выходами дешифратора.
Решение этой задачи во втором варианте достигается тем, что в устройство формирования сигналов управления, содержащее три канала, каждый из которых включает в себя формирователь управляющих сигналов, вход которого соединен с входной шиной, дополнительно введены m (m=1, 2, …) резервных формирователей управляющих сигналов, дешифратор, формирователь заданного числа, формирователь заданного рассогласования, счетчик импульсов, элемент ИЛИ, а в каждый канал дополнительно введены первый и второй мультиплексоры, регистр, коммутатор, элемент задержки, сумматор, элемент выделения модуля, первый и второй цифровые компараторы, при этом выходная шина сумматора соединена с входной шиной элемента выделения модуля, выходная шина которого соединена с шиной А второго цифрового компаратора, выход которого А>В соединен с первым выходом канала, выходная шина контроля формирователя управляющих сигналов соединена с основной входной шиной второго мультиплексора, выход которого соединен с шиной А первого цифрового компаратора, инверсный выход которого А=В соединен со вторым выходом канала, выходная шина управления формирователя управляющих сигналов соединена с основной входной шиной первого мультиплексора, выход которого соединен с входной шиной «слагаемого» сумматора и выходной шиной канала, выход элемента задержки соединен с входом управления коммутатора, выход которого соединен с входом регистра, выходная шина которого соединена с шиной управления первого и второго мультиплексоров, первый и второй выходы каждого канала соединены с соответствующими входами дешифратора, первый выход неисправности которого соединен с входом элемента задержки первого канала, первым входом элемента ИЛИ и первым выходом устройства, второй выход неисправности дешифратора соединен с входом элемента задержки второго канала, вторым входом элемента ИЛИ и вторым выходом устройства, третий выход неисправности дешифратора соединен с входом элемента задержки третьего канала, третьим выходом устройства и третьим входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом С счетчика импульсов, выходная шина кодового состояния которого соединена с входной шиной коммутатора всех каналов и шиной неисправности устройства, выход формирователя заданного числа соединен с шиной В первого цифрового компаратора всех каналов, выход формирователя заданного рассогласования соединен с шиной В второго цифрового компаратора всех каналов, входы всех резервных формирователей управляющих сигналов соединены с входной шиной, выходные шины управления и выходные шины контроля всех резервных формирователей управляющих сигналов соединены с соответствующими резервными входами соответственно первого и второго мультиплексоров всех каналов, выходные шины первого, второго и третьего каналов соединены соответственно с входной шиной «вычитаемого» сумматора третьего, первого и второго каналов.
Дешифратор содержит входной регистр, программируемое запоминающее устройство и выходной регистр, при этом вход каждого разряда входного регистра соединен с соответствующим входом дешифратора, выход входного регистра соединен с шиной адреса программируемого запоминающего устройства, шина данных которого соединена с входной шиной выходного регистра, выход каждого из разрядов которого соединен с соответствующими выходами дешифратора.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства формирования сигналов управления первого варианта, на фиг. 2 приведена блок-схема дешифратора первого варианта, на фиг. 3 приведена блок-схема устройства формирования сигналов управления второго варианта, на фиг. 2 приведена блок-схема дешифратора второго варианта.
На фиг. 1: 1 - входная шина, 2 - формирователь управляющих сигналов, 3 - первый цифровой компаратор, 4 - сумматор, 5 - элемент выделения модуля, 6 - второй цифровой компаратор, 7 и 8 - соответственно первый и второй выходы канала, 9 - формирователь заданного рассогласования, 10 - формирователь заданного числа, 11 - дешифратор, 12, 13 и 14 - соответственно первый, второй и третий выходы устройства, 15, 16, 17, 18, 19 и 20 - соответственно первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы дешифратора, 21, 22 и 23 - соответственно выходная шина первого, второго и третьего каналов, 24, 25 и 26 - соответственно первый, второй и третий каналы.
На фиг. 2: 12, 13 и 14 - упомянутые выходы устройства, 15, 16, 17, 18, 19 и 20 - упомянутые входы дешифратора, 27 - входной регистр, 28 - программируемое запоминающее устройство, 29 - выходной регистр.
На фиг. 1: входная шина 1 соединена с входами формирователя управляющих сигналов 2 всех каналов. В каждом канале выходная шина управления формирователя управляющих сигналов 2 соединена с входной шиной «слагаемого» сумматора 4 и выходной шиной канала, выходная шина контроля формирователя управляющих сигналов 2 соединена с шиной А первого цифрового компаратора 3, инверсный выход которого А=В соединен со вторым выходом канала 8. Выходная шина сумматора 4 соединена с входной шиной элемента выделения модуля 5, выходная шина которого соединена с шиной А второго цифрового компаратора 6, выход которого А>В соединен с первым выходом канала 7. Выход формирователя заданного числа 10 соединен с шиной В первого цифрового компаратора 3 всех каналов. Первый 7 и второй 8 выходы каждого канала соединены с соответствующими входами 15, 16, 17, 18, 19 и 20 дешифратора 11, первый, второй и третий выходы неисправности которого соединены соответственно с первым 12, вторым 13 и третьим 14 выходами устройства. Выходные шины 21, 22 и 23 первого 24, второго 25 и третьего 26 каналов соединены соответственно с входной шиной «вычитаемого» сумматора 4 третьего 26, первого 24 и второго 25 каналов.
На фиг. 2: входы каждого разряда входного регистра 27 соединены с соответствующими входами 15, 16, 17, 18, 19 и 20 дешифратора, выход входного регистра 27 соединен с шиной адреса программируемого запоминающего устройства 28, шина данных которого соединена с входной шиной выходного регистра 29, выход каждого из разрядов которого соединен с соответствующими выходами 12, и 13, 14 дешифратора.
На фиг. 3: 1 - входная шина, 2 - формирователь управляющих сигналов, 3 - первый цифровой компаратор, 4 - сумматор, 5 - элемент выделения модуля, 6 - второй цифровой компаратор, 7 и 8 - соответственно первый и второй выходы канала, 9 - формирователь заданного рассогласования, 10 - формирователь заданного числа, 11 - дешифратор, 12, 13 и 14 - соответственно первый, второй и третий выходы устройства, 15, 16, 17, 18, 19 и 20 - соответственно первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы дешифратора, 21, 22 и 23 - соответственно выходная шина первого, второго и третьего каналов, 24, 25 и 26 - соответственно первый, второй и третий каналы 30 - элемент задержки, 31 - первый мультиплексор, 32 - второй мультиплексор, 33 - регистр, 34 - коммутатор, 35 - первый резервный формирователь управляющих сигналов, 36 - m-й резервный формирователь управляющих сигналов, 37 - счетчик импульсов, 38 - элемент ИЛИ, 39 - шина неисправности устройства.
На фиг. 4: 15, 16, 17, 18, 19 и 20 - упомянутые входы дешифратора, 12, 13 и 14 - упомянутые выходы устройства, 27 - входной регистр, 28 - программируемое запоминающее устройство, 29 - выходной регистр.
На фиг. 3: входная шина 1 соединена с входами формирователя управляющих сигналов 2 всех каналов и входами всех резервных формирователей управляющих сигналов 35 и 36. В каждом канале выходная шина управления формирователя управляющих сигналов 2 соединена с основной входной шиной первого мультиплексора 31, выходная шина контроля формирователя управляющих сигналов 2 соединена с основной входной шиной второго мультиплексора 32. Выход первого мультиплексора 31 соединен с входной шиной «слагаемого» сумматора 4 и выходной шиной канала, выходная шина контроля формирователя управляющих сигналов 2 соединена с шиной А первого цифрового компаратора 3, инверсный выход которого А=В соединен со вторым выходом канала 8. Выходная шина сумматора 4 соединена с входной шиной элемента выделения модуля 5, выходная шина которого соединена с шиной А второго цифрового компаратора 6, выход которого А>В соединен с первым выходом канала 7. Выход элемента задержки 30 соединен с входом управления коммутатора 34, выход которого соединен с входом регистра 33, выходная шина которого соединена с шиной управления первого 31 и второго 32 мультиплексоров. Выходные шины управления и выходные шины контроля всех резервных формирователей управляющих сигналов 35 и 36 соединены с соответствующими резервными входами соответственно первого 31 и второго 32 мультиплексоров всех каналов. Выход формирователя заданного числа 10 соединен с шиной В первого цифрового компаратора 3 всех каналов. Первый 7 и второй 8 выходы каждого канала соединены с соответствующими входами 15, 16, 17, 18, 19 и 20 дешифратора 11, первый выход неисправности дешифратора 11 соединен с входом элемента задержки 30 первого канала 24, первым выходом устройства 12 и первым входом элемента ИЛИ 38, второй выход неисправности дешифратора 11 соединен с входом элемента задержки 30 второго канала 25, вторым выходом устройства 13 и вторым входом элемента ИЛИ 38, третий выход неисправности дешифратора 11 соединен с входом элемента задержки 30 третьего канала 26, третьим выходом устройства 14 и третьим входом элемента ИЛИ 38, выход которого соединен с входом С счетчика импульсов 37, шина кодового состояния которого соединена с входной шиной коммутатора 34 всех каналов и шиной неисправности устройства 39. Выходные шины 21, 22 и 23 первого 24, второго 25 и третьего 26 каналов соединены соответственно с входной шиной «вычитаемого» сумматора 4 третьего 26, первого 24 и второго 25 каналов.
На фиг. 4: входы каждого разряда входного регистра 27 соединены с соответствующими входами 15, 16, 17, 18, 19 и 20 дешифратора, выход входного регистра 27 соединен с шиной адреса программируемого запоминающего устройства 28, шина данных которого соединена с входной шиной выходного регистра 29, выход каждого из разрядов которого соединен с соответствующими выходами 12, 13 и 14 дешифратора.
Устройство формирования сигналов управления первого варианта (фиг. 1) работает следующим образом. Основным элементом устройства является формирователь управляющих сигналов 2, который выполняет многочисленные функции в системе управления. Так в системе управления движением космического аппарата этот блок производит обработку сигналов датчиков ориентации и перемещения, осуществляет вычисление параметров ориентации и параметров движения, формирует сигналы управления исполнительными двигателями. Этот блок в устройстве формирования управляющих сигналов является самым сложным, вследствие чего и «самым ненадежным». Безусловное выполнение задачи требует резервирования устройства формирования сигналов управления, а регистрация отказа одного из каналов позволяет значительно повысить надежность устройства.
Все каналы управления функционируют по одному и тому же алгоритму и поэтому их выходная информация не должна существенно различаться. Будем считать, что формирователь управляющих сигналов 2 имеет на своем выходе управления некоторый код, соответствующий вычисленному текущему значению сигнала управления U (некоторое число). Одновременно формирователь управляющих сигналов 2 на шине контроля формирует некоторый контрольный сигнал K в виде заданного числа путем постоянного периодического вычисления заданной функции с заранее известным результатом.
0
1
2
Будем предполагать, что сигнал управления U и контрольный сигнал K появляются на выходных шинах формирователя управляющих сигналов 2 периодически с некоторым периодом Т. Сигнал U (для первого канала 24) поступает на входную шину «слагаемого» сумматора 4 и входную шину «вычитаемого» сумматора 4 третьего канала 26. На входную шину «вычитаемого» сумматора 4 первого канала 24 поступает сигнал U с выходной шины управления формирователя управляющих сигналов 2 второго канала 25. Сумматор 4 производит операцию сложения
1
1
и его выходной сигнал S поступает вход элемента выделения модуля 5, выходной сигнал которого |S| определяется в виде
1
1
2
Выходной сигнал |S| элемента выделения модуля 5 поступает на шину А второго цифрового компаратора 6, на шину В которого подается сигнал Δ с выхода формирователя заданного рассогласования 9. Сигнал Δ определяет допустимое рассогласование сигналов управления U (первый канал) и U (второй канал). Выходной сигнал А>В второго цифрового компаратора 6 подается на соответствующий вход 15 дешифратора 11. Если
12
где C выходной сигнал второго цифрового компаратора 6.
Если
12
12
Равенство «единице» сигнала С свидетельствует об отказе в первом или (и) во втором каналах. Индекс «12» сигнала С характеризует сравнение сигналов управления первого и второго каналов.
1
1
0
0
1
0
Контрольный сигнал Κ (первый канал) с выходной шины контроля формирователя управляющих сигналов 2 поступает на шину А первого цифрового компаратора 3. Сигнал Κ представляет собой результат проведения известных вычислительных операций, характеризующих исправность основных блоков формирователя управляющих сигналов 2. На шину В первого цифрового компаратора 3 поступает сигнал K с выхода формирователя заданного числа 10. Сигнал K представляет собой известный результат проведения вычислительных операций формирователем управляющих сигналов 2. Равенство сигналов Κ и K характеризует исправную работу вычислительной части формирователем управляющих сигналов 2. Если
10
на инверсном выходе А=В первого цифрового компаратора 3 формируется сигнал C=0. Этот сигнал поступает на второй вход 16 дешифратора 11. Если
10
то на инверсном выходе А=В первого цифрового компаратора 3 формируется сигнал C=1. Все сказанное в равной степени относится и к остальным каналам.
1
2
3
Сформулируем основные соображения по возможным отказам формирователя управляющих сигналов 2. При отказе в вычислительном блоке формирователя управляющих сигналов 2, который производит вычисление всех параметров сигнала управления U, например, в первом канале 24, вычисленное им значение сигнала U, будет существенно отличаться от вычисленных значений U и U исправно работающих второго 25 и третьего 26 каналов. В этом случае
2
1
3
1
2
3
0
При отказе, например, в канале приема информации второго канала 25 вычисленное блоком формирователя управляющих сигналов 2 значение сигнала U, будет существенно отличаться от вычисленных значений U и U исправно работающих первого 24 и третьего 26 каналов. Вместе с тем, вычисленные значения контрольных сигналов Κ, K и K будут соответствовать сигналу K. В этом случае будут выполняться следующие соотношения
12
23
13
1
2
3
30
При отказе формирователей управляющих сигналов 2 в двух каналах, например, в первом 24 и во втором 25 сигналы С, С, С будут равны «единице» (сигналы управления U, U, U будут существенно отличаться друг от друга). Лишь сигнал С=0 на выходе третьего исправно работающего канала. Иначе, в рассматриваемом случае
12
23
13
1
2
3
10
20
30
При отказе формирователей управляющих сигналов 2 в трех каналах сигналы C, С, С будут равны «единице» (сигналы управления U, U, U будут существенно отличаться друг от друга). Сигналы С, С, C также будут равны «единице». Иначе, в рассматриваемом случае
12
23
13
10
20
30
1
2
3
i
i
12
23
13
10
20
30
1
2
3
Сигналы C, С, C, С, С, С поступают на вход дешифратора 11, функциональная схема которого приведена на фиг. 2. Дешифратор 11 представляет собой схему, содержащую входной регистр 27, программируемое запоминающее устройство 28 и выходной регистр 29. Упомянутые входные сигналы управляют соответствующими разрядами входного регистра 27, выходная шина которого является шиной адреса программируемого запоминающего устройства 28. Сигналы с шины данных программируемого запоминающего устройства 28 поступают на вход выходного регистра 29 и устанавливают его разряды в соответствующее состояние. Шина данных программируемого запоминающего устройства 28 содержит три разряда, состояние каждого из которых определяет неисправность соответствующего канала. Сигнал N на выходе устройства 12 определяет неисправность первого канала сигнал N на выходе устройства 13 определяет неисправность второго канала сигнал N на выходе устройства 14 определяет неисправность третьего канала Сигнал N (i=1, 2, 3) равен «нулю» при исправной работе канала, сигнал N равен «единице» при неисправной работе канала. Преобразование входных сигналов C, С, C, С, С, С программируемым запоминающим устройством 28 в сигналы неисправности Ν, Ν, N определяется таблицей 1 (Фиг. 5).
1
2
3
12
23
13
1
2
3
1
2
3
0
1
2
3
1
2
3
В этой таблице сигналы X, X, X могут принимать значения «0» или «1». Равенство «нулю» сигналов С, С, С свидетельствует об исправности вычисления сигналов управления U, U, U, а равенство «единице» сигналов X, Х, X свидетельствует о неисправности в определении контрольных сигналов K, Κ, K и K. В таблице сигнал X может принимать значение «0» или «1». Значение сигналов неисправности N, N, N не зависит от значения сигнала X, так как при неисправной работе канала формирование контрольного сигнала K может быть правильным.
2
1
1
Оценим надежность известного [2] и предлагаемого устройства. В известном устройстве оценка исправности канала производится благодаря введению в каждый канал модели-подобия устройства формирования управляющего сигнала. Основным элементом устройства, определяющим его надежность, является формирователь управляющих сигналов 2. Если надежность формирователя управляющих сигналов равна p, то надежность одного канала известного устройства [2] будет равна р. Надежность одного канала предлагаемого устройства в тех же условиях будет равна р. Оценим надежность Ρ предлагаемого и надежность P известного устройства при трехканальном исполнении. Каждое из устройств сохраняет свою работоспособность при любых двух отказах. Надежность Ρ и P определятся в виде
1
1
1
2
где λ=1-p, p=p, λ=1-p.
1
п
и
1
и
п
Пусть надежность p=0,9. Тогда Ρ=0,999, P=0,9931. Вероятность отказа предлагаемого устройства λ=1-Ρ=0,001, вероятность отказа известного устройства λ=1-P=0,0069. Вероятность отказа предлагаемого устройства в 6.9 раза ниже вероятности отказа известного устройства (λ/λ=6,9).
Устройство формирования сигналов управления второго варианта (фиг. 3) работает следующим образом. Основным элементом устройства является формирователь управляющих сигналов 2, который выполняет многочисленные функции в системе управления. Так в системе управления движением космического аппарата этот блок производит обработку сигналов датчиков ориентации и перемещения, осуществляет вычисление параметров ориентации и параметров движения, формирует сигналы управления исполнительными двигателями. Этот блок в устройстве формирования управляющих сигналов является самым сложным, вследствие чего и «самым ненадежным». Безусловное выполнение задачи требует резервирования устройства формирования сигналов управления, а регистрация отказа одного из каналов позволяет значительно повысить надежность устройства.
Все каналы управления функционируют по одному и тому же алгоритму и поэтому их выходная информация не должна существенно различаться. Будем считать, что формирователь управляющих сигналов 2 имеет на своем выходе управления некоторый код, соответствующий вычисленному текущему значению сигнала управления U (некоторое число). Одновременно формирователь управляющих сигналов 2 на шине контроля формирует некоторый контрольный сигнал K в виде заданного числа путем постоянного периодического вычисления заданной функции с заранее известным результатом.
0
1
2
Будем предполагать, что сигнал управления U и контрольный сигнал K появляются на выходных шинах формирователя управляющих сигналов 2 периодически с некоторым периодом Т. Сигнал U (для первого канала 24) поступает на основную входную шину первого мультиплексора 31 и с его выхода на шину «слагаемого» сумматора 4 и входную шину «вычитаемого» сумматора 4 третьего канала 26. На входную шину «вычитаемого» сумматора 4 первого канала 24 поступает сигнал U с выходной шины управления формирователя управляющих сигналов 2 второго канала 25 после прохождения через первый мультиплексор 31 второго канала. Считаем, что в исходном состоянии регистры 33 всех каналов «обнулены» и выходная шина первого 31 и второго 32 мультиплексоров подключена к основной входной шине упомянутых мультиплексоров.
Сумматор 4 первого канала 24 производит операцию сложения
1
1
и его выходной сигнал S поступает вход элемента выделения модуля 5, выходной сигнал которого |S| определяется в виде
1
1
2
Выходной сигнал |S| элемента выделения модуля 5 поступает на шину А второго цифрового компаратора 6, на шину В которого подается сигнал Δ с выхода формирователя заданного рассогласования 9. Сигнал Δ определяет допустимое рассогласование сигналов управления U (первый канал) и U (второй канал). Выходной сигнал А>В второго цифрового компаратора 6 подается на соответствующий вход 15 дешифратора 11. Если
12
где C выходной сигнал второго цифрового компаратора 6.
Если
12
12
Равенство единице сигнала С свидетельствует об отказе в первом или (и) во втором каналах. Индекс «12» сигнала С характеризует сравнение сигналов управления первого и второго каналов.
1
1
0
0
1
0
Контрольный сигнал Κ (первый канал) с выходной шины контроля формирователя управляющих сигналов 2 поступает на шину А первого цифрового компаратора 3. Сигнал Κ представляет собой результат проведения известных вычислительных операций, характеризующих исправность основных блоков формирователя управляющих сигналов 2. На шину В первого цифрового компаратора 3 поступает сигнал K с выхода формирователя заданного числа 10. Сигнал K представляет собой известный результат проведения вычислительных операций формирователем управляющих сигналов 2. Равенство сигналов Κ и K характеризует исправную работу вычислительной части формирователем управляющих сигналов 2. Если
10
то на инверсном выходе А=В первого цифрового компаратора 3 формируется сигнал С=0. Этот сигнал поступает на второй вход дешифратора 11. Если
10
то на инверсном выходе А=В первого цифрового компаратора 3 формируется сигнал C=1. Все сказанное в равной степени относится и к остальным каналам.
1
2
3
Сформулируем основные соображения по возможным отказам формирователя управляющих сигналов 2. При отказе в вычислительном блоке формирователя управляющих сигналов 2, который производит вычисление всех параметров сигнала управления U, например, в первом канале 24, вычисленное им значение сигнала U, будет существенно отличаться от вычисленных значений U и U исправно работающих второго 25 и третьего 26 каналов. В этом случае
2
1
3
1
2
3
0
При отказе, например, в канале приема информации второго канала 25 вычисленное блоком формирователя управляющих сигналов 2 значение сигнала U, будет существенно отличаться от вычисленных значений U и U исправно работающих первого 24 и третьего 26 каналов. Вместе с тем, вычисленные значения контрольных сигналов Κ, K и K будут соответствовать сигналу K. В этом случае будут выполняться следующие соотношения
12
23
31
1
2
3
30
При отказе формирователей управляющих сигналов 2 в двух каналах, например, в первом 24 и во втором 25 сигналы C, C, С будут равны единице (сигналы управления U, U, U будут существенно отличаться друг от друга). Лишь сигнал С=0 на выходе третьего исправно работающего канала. Иначе, в рассматриваемом случае
12
23
31
1
2
3
10
20
30
При отказе формирователей управляющих сигналов 2 в трех каналах сигналы C, С, С будут равны единице (сигналы управления U, U, U будут существенно отличаться друг от друга). Сигналы С, С, C также будут равны единице. Иначе, в рассматриваемом случае
12
23
31
10
20
30
1
2
3
i
i
12
23
31
10
20
30
1
2
3
Сигналы С, С, С, C, C, C поступают на вход дешифратора 11, функциональная схема которого приведена на фиг. 4. Дешифратор 11 представляет собой схему, содержащую входной регистр 27, программируемое запоминающее устройство 28 и выходной регистр 29. Упомянутые входные сигналы управляют соответствующими разрядами входного регистра 27, выходная шина которого является шиной адреса программируемого запоминающего устройства 28. Сигналы с шины данных программируемого запоминающего устройства 28 поступают на вход выходного регистра 29 и устанавливают его разряды в соответствующее состояние. Шина данных программируемого запоминающего устройства 28 содержит три разряда, состояние каждого из которых определяет неисправность соответствующего канала. Сигнал N на выходе устройства 12 определяет неисправность первого канала 24, сигнал N на выходе устройства 13 определяет неисправность второго канала 25, сигнал N на выходе устройства 14 определяет неисправность третьего канала 26. Сигнал N (i=1, 2, 3) равен «нулю» при исправной работе канала, сигнал N равен «единице» при неисправной работе канала. Преобразование входных сигналов С, С, С, C, С, C программируемым запоминающим устройством 28 в сигналы неисправности N, N, N определяется таблицей 2 (фиг. 6).
1
2
3
12
23
31
1
2
3
1
2
3
0
1
2
3
1
2
3
В этой таблице сигналы X, Х, Х могут принимать значения «0» или «1». Равенство «нулю» сигналов С, С, С свидетельствует об исправности вычисления сигналов управления U, U, U, а равенство «единице» сигналов X, Х, Х свидетельствует о неисправности в определении контрольных сигналов K, Κ, K и K. В таблице сигнал X может принимать значение «0» или «1». Значение сигналов неисправности Ν, N, N не зависит от значения сигнала X, так как при неисправной работе канала формирование контрольного сигнала K может быть правильным.
1
3
1
P1
P1
1
1
При отказе в вычислительном блоке формирователя управляющих сигналов 2 первого канала 24 в соответствии с (19) формируется на первом выходе 12 сигнал неисправности N=1 (позиция 6 таблицы 2). В этом случае этот сигнал поступает на первый вход элемента ИЛИ 38 и далее на вход счетчика импульсов 37, изменяя его состояние на «+1». Кодовое состояние «+1» счетчика импульсов 37 поступает на шину неисправности 13 и входную шину коммутаторов 34 всех каналов. По истечении времени задержки τ элемента задержки 30 сигнал N=1 с первого выхода дешифратора 11 поступает на вход управления коммутатора 34, открывает его и регистр 33 первого канала 24 устанавливается в состояние «+1». В этом случае первый 31 и второй 32 мультиплексоры первого канала 24 переключают свой выход на первый резервный вход упомянутых мультиплексоров, отключая тем самым неисправно работающий формирователь управляющих сигналов 2 первого канала 24 и подключая вместо него исправно работающий формирователь управляющих сигналов 35. В результате выходные сигналы этого формирователя U и Κ поступают соответственно на шину «слагаемого» сумматора 4 и шину А первого цифрового компаратора 3. После этой процедуры исправными становятся все три канала, что приводит к снятию сигнала неисправности N (N=0).
2
1
3
1
2
3
0
2
3
2
P1m
P1m
2
2
При отказе, например, в канале приема информации второго канала 25 вычисленное блоком формирователя управляющих сигналов 2 значение сигнала U, будет существенно отличаться от вычисленных значений U и U исправно работающих первого 24 и третьего 26 каналов. Вместе с тем, вычисленные значения контрольных сигналов Κ, K и K будут соответствовать сигналу K. Согласно (20) и таблице 2 (позиция 7) будет сформирован на втором выходе устройства 13 сигнал N=1, что свидетельствует об отказе второго канала 25. Этот сигнал поступает на второй вход элемента ИЛИ 38 и далее на вход счетчика импульсов 37, изменяя его состояние на «+1». Кодовое состояние «+2» счетчика импульсов 37 поступает на шину неисправности 13 и входную шину коммутаторов 34 всех каналов. По истечении времени задержки τ элемента задержки 30 сигнал N=1 со второго выхода дешифратора 11 поступает на вход управления коммутатора 34, открывает его и регистр 33 второго канала 25 устанавливается в состояние «+2». В этом случае первый 31 и второй 32 мультиплексоры второго канала 25 переключают свой выход на второй резервный вход упомянутых мультиплексоров, отключая тем самым неисправно работающий формирователь управляющих сигналов 2 второго канала 25 и подключая вместо него исправно работающий формирователь управляющих сигналов 35. В результате выходные сигналы этого формирователя U и K (m=2) поступают соответственно на шину «слагаемого» сумматора 4 и шину А первого цифрового компаратора 3. После этой процедуры исправными становятся все три канала, что приводит к снятию сигнала неисправности N (N=0).
3
3
3
3
Если число резервных формирователей управляющих сигналов m=2, то дальнейшее функционирование устройства будет следующим. При очередном отказе, например, в третьем канале 26 на третьем выходе устройства 14 будет сформирован сигнал N=1. Этот сигнал поступает на третий вход элемента ИЛИ 38 и далее на вход счетчика импульсов 37, изменяя его состояние на «+1». Новое кодовое состояние счетчика импульсов 37 «+3». По истечении времени задержки τ элемента задержки 30 сигнал N=1 с третьего выхода дешифратора 11 поступает на вход управления коммутатора 34, открывает его и регистр 33 третьего канала 26 устанавливается в состояние «+3». В результате первый 31 и второй 32 мультиплексоры третьего канала 26 отключают неисправно работающий блок формирователя управляющих сигналов 2 и сигнал неисправности третьего канала остается неизменным N=1.
1
2
При дальнейшем функционировании в случае возникновения очередного отказа будут сформированы сигналы неисправности N=1 либо N=1. Эти сигналы позволяют не использовать при управлении сигналы неисправного канала. Таким образом, рассматриваемое устройство обеспечивает работоспособность системы при (m+2) отказах формирователей управляющих сигналов.
2
1
1
Оценим надежность известного [2] и предлагаемого устройства. В известном устройстве оценка исправности канала производится благодаря введению в каждый канал модели-подобия устройства формирования управляющего сигнала. Основным элементом устройства, определяющим его надежность, является формирователь управляющих сигналов 2. Если надежность формирователя управляющих сигналов равна p, то надежность одного канала известного устройства [2] будет равна р. Надежность одного канала предлагаемого устройства в тех же условиях будет равна р. Надежность резервного формирователя управляющих сигналов ввиду его сложности можно считать равной надежности одного канала. Оценим надежность Ρ предлагаемого и надежность P известного устройства при трех-канальном исполнении и при использовании двух резервных формирователей управляющих сигналов. В этом случае известное устройство содержит фактически шесть, а предлагаемое устройство пять формирователей управляющих сигналов. Известное устройство сохраняет свою работоспособность при любых двух отказах, а предлагаемое устройство при отказах четырех формирователей управляющих сигналов. Надежность Ρ и P определятся в виде
1
1
1
2
где λ=1-p, p=p, λ=1-p.
1
п
и
1
и
п
Пусть надежность p=0,9. Тогда Ρ=0,99999, P=0,9931. Вероятность отказа предлагаемого устройства λ=1-Ρ=0,00001, вероятность отказа известного устройства λ=1-P=0,0069. Вероятность отказа предлагаемого устройства в 690 раз ниже вероятности отказа известного устройства (λ/λ=690).
Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренных авторами решениях не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". В качестве элементов для реализации устройства могут быть использованы стандартные цифровые компараторы, сумматоры, элементы выделения модуля, регистры, программируемые запоминающие устройства.
Литература
1. Патент Российской Федерации №2342773, Кл. H03K 17/00, 2008 г.
2. Патент Российской Федерации №2382463, Кл. Η02H 9/00, 2003 г.