8.4. Алгоритм простого блока мажоритарного выбора

Для повышения надёжности иногда один и тот же параметр контролируют несколькими датчиками, то есть включают резерв. Автоматический выбор исправного канала или каналов осуществляют, например, применяя алгоритм мажоритарного выбора, то есть выбирают по большинству. Рассмотрим простой²⁰ алгоритм мажоритарного выбора аналоговых значений «два из трёх», который изложен в различных источниках.

На рис. 28 представлена структурная схема блока мажоритарного выбора из трёх каналов двух исправных.

Рис. 28

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 = D1vD2vD3.

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 все равно чистого равенства (Х1 = Х2, Х2 = Х3) между показаниями сигналов не будет. Обозначим погрешность по каждому каналу следующими символами: ₁ – случайная погрешность первого канала; ₂ – случайная погрешность второго канала; ₃ – случайная погрешность третьего канала.

Перечислим состояния по каналам в виде таблицы состояний (табл. 13).

Таблица 13

Номер состояния	х1 – х2 2(1+2)	х1 – х3 2(1+3)	х2 – х3 2(2+3)	Y	N	Комментарии
1	+	+	+	(х1 + х2)/2	0	Все три канала исправны
2	–	–	+	(х2 + х3)/2	1	Первый отказал
3	–	+	–	(х1 + х3)/2	2	Второй отказал
4	+	–	–	(х1 + х2)/2	3	Третий отказал

Примечание. Знак «плюс» – условие близости значений выполняется. Значения  близки. Если в ячейке (клетке) стоит знак «минус» ‑ условие близости значений не выполняется. Значения каналов отличаются значимо, то есть 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. Исправны все три канала:

Х1 – Х2 < 1, Х1 – Х3 < 2, Х2 – Х3 < 3, (1)

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

2. Отказал первый канал²¹:

Х₁ – Х₂ > 1, Х₁ – Х₃ > 2, Х₂ – Х₃ < 3, (2)

тогда У2 = (Х₂ + Х₃)/2, Dalarm = 1, N = 1.

3. Отказал второй канал:

Х₁ – Х₂ > 1, Х₁ – Х₃ < 2, Х₂ – Х₃ > 3, (3)

тогда У3 = (Х₁ + Х₃)/2, Dalarm = 1, N = 2.

4. Отказал третий канал:

Х₁ – Х₂ < 1, Х₁ – Х₃ > 2, Х₂ – Х₃ > 3, (4)

тогда У4 = У1 = (Х₁ + Х₂)/2, Dalarm = 1, N = 3.

Рассмотрим логику работы блока при отказе первого канала подробнее.

Если Х₁ – Х₂ > 1, то D₁ = «1»; если Х₁ – Х₃ > 2, то D₂ = «1» и если Х₂ – Х₃ < 3, то D₃ = «0». В этом случае Dalarm = 1, N = 1.

Формулы (1)-(4) реализуют алгоритм мажоритарного выбора «два из трёх». На рис. 29 представлена программа, реализующая приведённый алгоритм мажоритарного выбора.

Недостатки классического (простого) алгоритма мажоритарного выбора:

– не учитывает динамику изменения параметра;

– не учитывает ситуацию, когда откажет большинство. Мало того, в этой ситуации как раз выйдет на значения отказавших каналов.

Поэтому простой алгоритм мажоритарного выбора на реальных объектах применять не следует.