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
| Номер состояния | ïх1 – х2ï£ 2(s1+s2) | ïх1 – х3ï£ 2(s1+s3) | ïх2 – х3ï£ 2(s2+s3) | Y | N | Комментарии |
| + | + | + | (х1 + х2)/2 | Все три канала исправны | ||
| - | - | + | (х2 + х3)/2 | Первый отказал | ||
| - | + | - | (х1 + х3)/2 | Второй отказал | ||
| + | - | - | (х1 + х2)/2 | Третий отказал |
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.