3.2. Контроль функционирования на основе кворум-элементов

Применяется в измерительных, вычислительных, исполнительных структурах бортовых систем управления прикратности резервирования более 1 и способствует повышению надёжности структур и, следовательно, безопасности полетов. Кратность резервирования определяется как

r = (n – l) / l,

где n — число параллельно включённых устройств или программных пакетов;

l — минимальное число устройств, обеспечивающих нормальную работу системы; если (структура системы троирована).

В соответствии с этим определением в современных системах БО мо­гут быть троированные структуры (n =3, l = 1, r = 2, т.е. двух-кратное резервирование) и тетрированные структуры (n =4, l = 1, r = 3, т.е. трех-кратное резервирование).

Более высокая избыточность структуры и программного обеспечения не применяется вследствие заметного снижения эффективности резерва, что подтверждается графиком изменения эффективности резервирования как функции кратности резерва, представленном на рис. 3.3 :

Рис. 3.3. Эффективность резервирования

Работоспособность резервированных структур контролиру­ется с помощью так называмых кворум-элементов. Возможная структурная схема кворум-элемента при n однотипных датчиках измеряемого пара­метра показана на рис. 3.4.

Кворум-элемент содержит сумматоры S, усилители-формирова-тели Y по каждому измерительному каналу и один компаратор K – мажоритарный орган МО.

На входы каждого из n сумма­торов S₁, S₂, ..., S_n подаются измеренные датчиками значения сигна­лов х₁, х₂, ..., х_n. результат х осреднения этих сигналов, получа­емый на выходе МО. В результате на выходе каждого из сумматоров S₁, S₂, ..., S_n получаются значения разности e_i = х_i – х, которые посту­пают на усилители У_і (і Î 1 … n).

Рис. 3.4. Структурная схема кворум-элемента

Покажем, что рассмотренная схема обеспечивает на выходе среднее значение измеренных сигналов.

При равных ко­эффициентах усиления k имеет место равенствo

Поскольку e_i = х_i – х, то

или

Отсюда следует

Таким образом, при условии k >>1 рассмотренная схема обеспечивает на выходе среднее значение измеренных сигналов:

Если все n датчиков сигнала работоспособны, то значения e_i на­ходятся в пределах допусков.

Если же один из датчиков перехо­дит в неработоспособное состояние, то соответствующая разность e_i превышает допустимые пределы.

Характеристика e_i использу­ется для сигнализации и отключения отказавшего датчика, кана­ла измерения.

Вполне обосновано допущение, что одновременно может отка­зать только одни датчик, т. е. вероятность одновременного отка­за двух и большего числа датчиков пренебрежимо мала. По­этому после отказа и выключения i-го датчика кворум-элемент продолжает контроль работоспособности оставшихся n–1 датчи­ков. Работоспособность нескольких датчиков одного и того же типа и назначения можно контролировать до тех пор, пока из их начального числа n останется в схеме лишь два, а остальные бу­дут отключены ввиду их отказов (структурная деградация: с каждым отказом показатель безотказности и точность получаемого при усреднении значения Х уменьшаются). С этого момента кворум-эле­мент контролирует работоспособность не каждого из датчиков, а системы из двух датчиков.

При отказе любого из них выдается сигнал об отказе всей си­стемы, поскольку кворум-элемент в заданной конфигурации не может отличить неисправный канал от работоспособного.

Кворум-элементы могут использоваться для контроля не только датчиков параметров, но и резервированных участков ка­налов передачи информации, положении выходных валов (што­ков) исполнительных механизмов.