表决系统(Voting System)是工作储备模型的一种形式。组成系统的n个单元中,至少有r个单元正常工作,系统才能正常工作,大于n-r个单元失效,系统就失效,这样的系统称为表决系统。
1.表决系统的基本定义
表决系统是组成系统的n个单元中,正常的单元数不小于r(1≤r≤n)系统就不会故障,这样的系统称为r/n(G)表决模型,如图3.17所示。
图3.17 表决系统的逻辑结构图
2.表决系统的计算方法
若组成系统的各单元相同,每个单元失效概率为q,正常工作概率为p,则r/n(G)表决系统的失效率服从二项分布:
假如各单元寿命均服从指数分布,则表决系统的可靠度:
表决系统的平均寿命:
3.多数表决系统
在r/n(G)模型中,当n必须为奇数(令为2k+1),且正常单元数必须大于n/2(不小于k+1)时,系统才正常,这样的系统称为多数表决模型。多数表决模型是r/n(G)系统的一种特例。2/3(G)系统是常用的多数表决模型。
(1)2/3表决系统定义。
假设三个单元相互独立,且均服从指数分布,则2/3(G)表决系统的可靠度:
2/3(G)表决系统的平均寿命:(www.xing528.com)
2/3(G)表决系统的可靠性框图,如图3.18所示。
图3.18 2/3(G)表决系统的可靠性框图
(2)2/3(G)表决系统特征。
相同条件下,2/3(G)表决系统的可靠度高于2个或3个单元组成的串联系统,低于2个或3个单元组成的并联系统。相同条件下,2/3(G)表决系统的平均寿命为1个单元的平均寿命的5/6倍,低于1个单元的平均寿命。
指数分布的相同元件组成的2/3(G)表决系统与1个单元组成的系统相比:2个系统的中位寿命相同。
当可靠水平小于0.5时,1个单元系统的可靠寿命高于2/3(G)表决系统的可靠寿命;
当可靠水平大于0.5时,2/3(G)表决系统的可靠寿命高于1个单元系统的可靠寿命,且可靠水平越接近1,采用2/3(G)系统结构对提高可靠寿命的效果越显著。
因此,在对系统可靠水平要求很高的情况下,采用2/3(G)表决系统结构可提高系统的可靠寿命。
4.表决系统的主要特征
表决系统的平均寿命比并联系统低,比串联系统高。若表决器的可靠度为1,则当r=1时,1/n(G)即为并联系统;当r=n时,n/n(G)即为串联系统。机械系统、电路系统和自动控制系统等常采用最简单的2/3(G)表决系统,即3个单元中至少有2个单元正常工作,系统就正常工作。
【例3.5】 某3/6(G)表决系统,各单元寿命均服从指数分布,失效率均为λ=5×10-5h-1,如果工作时间t=6 000 h,求系统的可靠度。
解 由题意可得,单元的可靠度:
所以该系统的可靠度为
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