專利名稱：用于容錯控制的自校驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息處理領(lǐng)域，涉及一種用于容錯控制的自校驗方法，具體地說，涉及 一種用于容錯控制，采用按字表決的自校驗方法。
背景技術(shù)：
容錯型控制系統(tǒng)是石油、化工、電力、冶金等流程工業(yè)的核心安全部件之一，主要 應用于緊急停機系統(tǒng)、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)等關(guān)鍵應用。目前，國內(nèi)在工業(yè)過程安全保護系統(tǒng)控制 方面的研究、技術(shù)創(chuàng)新還處于消化吸收技術(shù)階段，還沒有完全自主產(chǎn)權(quán)的容錯控制器，仍然 只能大量依賴于進口，所以，開發(fā)具有完善容錯功能的安全型控制器是實現(xiàn)流程工業(yè)自動 化裝置國產(chǎn)化的迫切需要，對保障這些與國民經(jīng)濟休戚相關(guān)的重大裝備的安全運行具有明 顯的現(xiàn)實意義。三重容錯控制器的關(guān)鍵技術(shù)是采用表決冗余系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可靠性方法，冗余算法 (王道彬，陳懷民.三余度飛控系統(tǒng)余度管理算法設(shè)計與實現(xiàn)，計算機測量與控制，2007， 15(11) =1621-1623)是系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素，也是容錯管理的主要功能，系統(tǒng)的故障容 錯能力主要是通過系統(tǒng)的冗余決策算法來實現(xiàn)的。通常在表決器中運用的算法大都是多數(shù) 一致表決算法(majority voting)，該算法的主要思想是按位比較進行取舍決策，當三模塊 通道中的2個甚至3個通道位都出現(xiàn)錯誤時，表決器將會輸出錯誤的結(jié)果(林建輝，張宇 明.基于2/3 (G)表決冗余加速度傳感器容錯技術(shù)的研究[J]，電子測量與儀器學報，2003， 17(3) :15-21)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于容錯控制的自校驗方法，具有容錯性，保證了系 統(tǒng)輸出信號的準確性，提高了系統(tǒng)可靠性。為達到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是一種用于容錯控制的自校驗方法，其包括如下步驟第一步，將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入信號隔成三路分別進入第一模塊、第二模塊、第三模 塊；第二步，輸入信號通過第一步中的第一模塊、第二模塊、第三模塊后，分別將數(shù)據(jù) 輸入到第一表決器、第二表決器、第三表決器中進行按字表決；第三步，信號通過三個表決器進行按字表決后，輸出信號通過一個邏輯門對其進 行判斷；第四步，對第三步的邏輯門的輸出信號進行判別，如果判斷出信號為0，則轉(zhuǎn)入表 決決策邏輯；如果判斷出信號為1，則轉(zhuǎn)入自動轉(zhuǎn)換單元；第五步，接受第四步中轉(zhuǎn)入表決決策邏輯的信號，啟動表決決策邏輯，表決決策邏 輯啟動則表明三模塊至少有二個以上的輸出完全一致；第六步，接受第四步中轉(zhuǎn)入自動轉(zhuǎn)換單元的故障信號，當自動轉(zhuǎn)換單元接受到這個故障信號，則表明三個模塊的輸出字兩兩不一致；故障信號為轉(zhuǎn)換單元的啟動信號，由它 給轉(zhuǎn)換單元一個脈沖信號，使轉(zhuǎn)換單元將表決器切換至自校驗環(huán)節(jié)，對其進行校驗后，再進 行表決輸出。進一步，三個模塊處于各自獨立的位置，每個模塊具有獨立的通訊通道，互不干 擾。按字表決的方法，用Zi表示第i個模塊的輸出，用<表示第i個模塊輸出的第j位， 由異或門和與門組成的邏輯進行判斷，當且僅當模塊i和j的輸出位全部相同時，按字表決 的匹配邏輯才會輸出1，否則輸出0。三個表決器的輸出全為1，則表示第一模塊、第二模塊、第三模塊的輸出位完全一 致，邏輯門輸出0 ；三個表決器輸出邏輯分別為1，0，0，則表示三個模塊有一個通道與其他 二個通道不一致，此時邏輯門輸出0，同樣不產(chǎn)生故障信號；三個表決器的輸出全為0，則表 示三模塊的輸出兩兩不一致，產(chǎn)生一個故障信號1。表決決策邏輯由與門和或門組成，其接受第二步表決器的輸出，第一表決器輸出 為1，則表明第一模塊和第二模塊的輸出一致，表決決策邏輯將第一模塊或者第二模塊的輸 出作為系統(tǒng)總輸出；第一表決器的輸出為0，則表明第一模塊和第二模塊的輸出不一致，則 將第三模塊的輸出作為總的輸出，其中第一表決器對第一模塊和第二模塊進行按字比較； 第二表決器對第二模塊和第三模塊進行按字比較；第三表決器對第一模塊和第三模塊進行 按字比較。按字表決算法是對三重容錯系統(tǒng)中的模塊輸出位進行整體的兩兩比較，當三個模 塊的所有位都完全匹配時，表決器將輸出任意一個模塊的輸出作為最終輸出，當有兩個模 塊相匹配時，表決器輸出這兩個模塊中的任意輸出，當所有模塊都不匹配時，表決器將產(chǎn)生 一個出錯信號。由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點本發(fā)明將系統(tǒng)信號分為三路并按字 表決，當三個模塊的所有位都完全匹配時，表決器將輸出任意一個模塊的輸出作為最終輸 出，當有兩個模塊相匹配時，表決器輸出這兩個模塊中的任意輸出，當所有模塊都不匹配 時，表決器將產(chǎn)生一個出錯信號，提高了系統(tǒng)輸出的可靠性。


圖1為按字表決的自校驗方法示意圖。圖2為隨著輸入信號位數(shù)的增加，按位和按字表決的可靠性比較曲線圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。采用本發(fā)明所述的按字表決的自校驗方法，實現(xiàn)了對輸入信號的完全三重化按字 表決。輸入信號分割成三路進入三個模塊，每個掃描周期，三個模塊與其相鄰的兩個模塊進 行通訊，達到同步。然后信號進入按字表決器中，對三個模塊的輸出字進行按字表決，最后 通過自動轉(zhuǎn)換單元對信號進行處理判別，分別由表決決策邏輯和多數(shù)一致表決算法進行信 號的輸出。下面根據(jù)一個具體的實例，說明本發(fā)明的具體步驟
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第一步，將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入信號隔成三路分別進入第一模塊A、第二模塊B、第三 模塊C ；假設(shè)進入這三個模塊的系統(tǒng)數(shù)據(jù)為3位，分別為001，001，001。第二步，輸入信號通過第一步中的第一模塊A、第二模塊B、第三模塊C后，假設(shè)第 二模塊B與第三模塊C都出現(xiàn)故障，輸出故障信號分別為010，011。此時三模塊的輸出分別 為001，010，101。其中，第一模塊A輸出正確。然后分別將數(shù)據(jù)輸入到第一表決器A、第二 表決器B、第三表決器C中進行按字表決。第一表決器A對第一模塊A和第二模塊B進行按 字比較，輸出1 ；第二表決器B對第二模塊B和第三模塊C進行按字比較，輸出1 ；第三表決 器C對第一模塊A和第三模塊C進行按字比較，輸出1。第三步，信號通過三個表決器進行按字表決后，輸出信號通過一個邏輯門對其進 行判斷；此時，三模塊按字比較互相不匹配，則該邏輯門將輸出一個故障信號1。第四步，對第三步的邏輯門的輸出信號進行判別，如果判斷出信號為0，則轉(zhuǎn)入表 決決策邏輯；如果判斷出信號為1，則轉(zhuǎn)入自動轉(zhuǎn)換單元；此時，邏輯門輸出1，則轉(zhuǎn)入自動 轉(zhuǎn)換單元。第六步，接受第四步中轉(zhuǎn)入自動轉(zhuǎn)換單元的故障信號，當自動轉(zhuǎn)換單元接受到這 個故障信號，則表明三個模塊的輸出字兩兩不一致；故障信號為轉(zhuǎn)換單元的啟動信號，由它 給轉(zhuǎn)換單元一個脈沖信號，使轉(zhuǎn)換單元將表決器切換至自校驗環(huán)節(jié)，對其進行校驗后，再進 行表決輸出。如上實例，如果直接進行按位比較進行表決的話，將會輸出錯誤的結(jié)果011。而用 按字表決的話，則不會直接輸出結(jié)果，它將產(chǎn)生一個故障信號給自校驗環(huán)節(jié)，對模塊輸出進 行再次驗證比較之后進行輸出。由此，可靠性大為提高。圖2顯示了按字與按位的可靠度。實線為按字表決器的可靠度，虛線為按位表決器的可靠度，顯然可以看出按字表 決的可靠度比按位表決的高。同時還可以看出，模塊的位數(shù)越大，可靠性越低，這也驗證了 位數(shù)越多，越容易出錯的常識。上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應用本發(fā) 明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的 一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施 例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于容錯控制的自校驗方法，其特征在于其包括如下步驟第一步，將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入信號隔成三路分別進入第一模塊、第二模塊、第三模塊；第二步，輸入信號通過第一步中的第一模塊、第二模塊、第三模塊后，分別將數(shù)據(jù)輸入到第一表決器、第二表決器、第三表決器中進行按字表決；第三步，信號通過三個表決器進行按字表決后，輸出信號通過一個邏輯門對其進行判斷；第四步，對第三步的邏輯門的輸出信號進行判別，如果判斷出信號為0，則轉(zhuǎn)入表決決策邏輯；如果判斷出信號為1，則轉(zhuǎn)入自動轉(zhuǎn)換單元；第五步，接受第四步中轉(zhuǎn)入表決決策邏輯的信號，啟動表決決策邏輯，表決決策邏輯啟動則表明三模塊至少有二個以上的輸出完全一致；第六步，接受第四步中轉(zhuǎn)入自動轉(zhuǎn)換單元的故障信號，當自動轉(zhuǎn)換單元接受到這個故障信號，則表明三個模塊的輸出字兩兩不一致；故障信號為轉(zhuǎn)換單元的啟動信號，由它給轉(zhuǎn)換單元一個脈沖信號，使轉(zhuǎn)換單元將表決器切換至自校驗環(huán)節(jié)，對其進行校驗后，再進行表決輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于容錯控制的自校驗方法，其特征在于三個模塊處于各 自獨立的位置，每個模塊具有獨立的通訊通道，互不干擾。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于容錯控制的自校驗方法，其特征在于按字表決的方法， 用Zi表示第i個模塊的輸出，用表示第i個模塊輸出的第j位，由異或門和與門組成的邏 輯進行判斷，當且僅當模塊i和j的輸出位全部相同時，按字表決的匹配邏輯才會輸出1，否 則輸出0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于容錯控制的自校驗方法，其特征在于三個表決器的輸 出全為1，則表示第一模塊、第二模塊、第三模塊的輸出位完全一致，邏輯門輸出0 ；三個表 決器輸出邏輯分別為1，0，0，則表示三個模塊有一個通道與其他二個通道不一致，此時邏輯 門輸出0，同樣不產(chǎn)生故障信號；三個表決器的輸出全為0，則表示三模塊的輸出兩兩不一 致，產(chǎn)生一個故障信號1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于容錯控制的自校驗方法，其特征在于表決決策邏輯由 與門和或門組成，其接受第二步表決器的輸出，第一表決器輸出為1，則表明第一模塊和第 二模塊的輸出一致，表決決策邏輯將第一模塊或者第二模塊的輸出作為系統(tǒng)總輸出；第一 表決器的輸出為0，則表明第一模塊和第二模塊的輸出不一致，則將第三模塊的輸出作為總 的輸出，其中第一表決器對第一模塊和第二模塊進行按字比較；第二表決器對第二模塊和 第三模塊進行按字比較；第三表決器對第一模塊和第三模塊進行按字比較。
全文摘要
一種用于容錯控制的自校驗方法，將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入信號隔成三路分別進入模塊；三個模塊兩兩一組分別將數(shù)據(jù)輸入到表決器中進行按字表決；三個表決器的輸出信號通過一個邏輯門對其進行判斷；如果判斷出信號為0，則轉(zhuǎn)入表決決策邏輯，其表明三模塊中至少有兩個以上的輸出一致，三模塊的所有位都完全匹配時，表決器輸出任意一個模塊的輸出作為最終輸出，兩個模塊相匹配時，表決器輸出這兩個模塊中的任意輸出；如果判斷出信號為1，則轉(zhuǎn)入自動轉(zhuǎn)換單元，其表明三模塊都不匹配，表決器產(chǎn)生故障信號，給轉(zhuǎn)換單元發(fā)送一個脈沖信號，使轉(zhuǎn)換單元將表決器切換至按位表決器，再對三模塊進行按位表決，然后輸出結(jié)果。本發(fā)明的方法確保了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號G05B23/02GK101943910SQ200910054458
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者吳勝昔, 孟祥龍, 張劍, 張晴, 李揚, 鄭玉鑫 申請人:華東理工大學