容错控制及应用
• 基于神经元网络的容错控制 由于专家系统的容错控制虽然可处理不精确的
知识，但也只能解决与事先存储好的、有专家经验 总结出来的故障现象与处理方法相对应的问题，当 遇到新情况、新问题时就无能为力了。由于神经元 网络控制器在结构上的功能冗余性，人们引入了神 经元网络进行容错控制器设计。但由于神经元网络 理论研究本身还很不完善（如鲁棒性差、结果不确 定、影响不明确等），这方面的研究还很困难。
考虑系统可能出现的故障有m种，则可以做如 下假设：
Hi
:
xk
1 Ai xk Biuk Wi zk Ci xk Vi k
k
i 0,1,, m
当Wi(k)和Vi(k)是互不相关的高斯噪声时，基 于上述模型可设计m+1个卡尔曼滤波器，根据这些滤 波器的估计值，可计算条件概率
Pr Hi / Zk
结构如右图： 每个LQG调节器有实际
的控制信号和输出测量值所 驱动，输出与相应模型匹配 的残差矢量和控制信号，分 别计算Pr{Hi/Zk}和控制信 号u(k)。其稳定条件是 E{ri(k)}s<<Ej{ri(k)}(i≠j) 此时条件概率Pr{Hi/Zk}趋于 1，即系统稳定。
3.3.4 基于人工智能的容错控制
容错控制的应用
如下图所示为某130t/h煤粉炉的容错控制系统
控制系统的输入设备由传感器组、配电器和A/D模块组 成。由于控制系统所需要采集的信号都是表征受控系统状 态的重要参数，因此该设计采用的都是三重余度布置，应 用比较法，可以检测传感器通道故障，并自动隔离、报警。
控制系统的输出设备由一系列执行机构组成。由于大 部分执行机构，如风门等，无法有效隔离，因此对于每一 个执行机构单元未进行冗余布置。
然使一些状态成为不可测状态，即使一些
K
i
0。
选择[k1,...,kn]的取值范围，使得某些ki由正常
值变0后，K’=[k1,...,0,...,kn]依然处在KΓ上。
3.3.3 基于自适应估计的容错控制器设计
多模型自适应控制就是要给定的m+1个状态空 间模型中，在线的选取一个与对象实际特性最接 近的模型，并据此设计控制器。实际上就是m+1个 单模型设计的问题，关键是正确选择模型。
执行机构的检测主要依靠测量执行机构的位置反馈信 号和控制器输出信号，然后进行比较，同时辅以执行机构 动作影响的参数变化信号。以给粉机速度控制为例，调整 机构的故障主信号是给粉机转速的反馈信号，辅助信号是 炉内燃烧温度。
由于工控机和PLC的可靠性都已达到控制系统的要求(连 续无故障工作时间长达105h)，另一方面由于程序执行的独 立性，因此没有设计双机热备份系统，而采用了冷备份系统。
使得故障反馈系统的特征值 ci 和特征向量 fi 满足
两个条件：
n
2
min Kf
i 1
fi
ci
min V fi Vi 2
i 1,2,3,..., n
基于系统特征值和特征矢量配置方法，即可得到上 述反馈矩阵Kf的计算公式。
3.2.2 完整性控制器设计
完整性指的是当控制系统中有一个或多个部 件失效时，系统仍能保持稳定性的性质。
受到非线性系统自身的理论限制，非线性容错的结果非 常有限，因为非线性系统缺乏一般的控制器综合方法，非线 性系统的FDI问题也不成熟。
• 自适应容错控制
因为自适应系统的本质是非线性系统，涉及辨识和FDI 以及参数调度重构等问题，故其属于非线性容错控制范畴。
• 高维、时变、时滞多变量系统的容错控制
目前的完整性问题研究的对象都是线性定常系统，对于 高维时变系统还没有很好的结果。
以及大规模高水平的综合自动化系统的出现，对 控制质量的要求日趋突出，切实保障现代复杂过 程的可靠性与安全性，具有十分重要的意义。
1.2 概念 容错控制（fault-tolerance control）的概
念是1986年9月正式提出的。容错的指导思想是： 一个控制系统迟早会发生故障，因此在设计控制 系统时就应该考虑会发生故障和这种故障可能会 对系统的性能有很大的影响。
Pr Hi / Zk NCi xˆi k / k 1, Si
m
Pr Hi / Zk N Ci xˆi k / k 1, S j
j0
分别设计m+1个相应稳定的LQG调节器，设每个
调节器的控制规律为ui(k),则多模型自适应控制律
为
m
uk Pr H i / Z k ui k
i0
多模型自适应控制器的
• 时域设计方法
在被控对象是渐进稳定的假设中，以用 lyapunov矩阵方程的半正定解来构造对执行器失 效具有高度完整性的控制律。
考虑线性可控系统 x Ax Bu
A的特征值均在左半平面，则状态反馈控制律
u LBT Px
对于任意L∈l可保证系统渐进稳定。其中，
P满足方程
PA AT P Q 0
上位机和下位机各有相对独立的两套控制器。上位机控 制器的控制算法比较复杂，具有自适应和优化等功能，而下 位机控制器的控制算法则比较简单。故障监控系统在上位机 运行。一般情况由上位机控制器输出，当上位机控制器异常 时，转由下位机控制器输出。
容错控制存在的问题和发展展望
4.1 存在的问题 • 非线性系统的容错控制
有输出
yf Cf x
式中，Cf是C去掉第i行所得到的矩阵； yf是y去掉yi后得到的矢量。
设第i个传感器和其他传感器输出有线性依赖关系
即 yˆi Ciy f
Ci R1m1
所以可以从m-1维的输出yf综合出m维的输出 yˆ
• 使重构系统的特性结构尽可能接近原系统的特征
结构
Velle讨论了状态反馈系统执行器中断时，状态 反馈矩阵的重构问题。其基本思想是重新计算状 态反馈矩阵，使闭环反馈系统在正常条件和故障 发生后的特征值和特征矢量尽可能接近，设ci和Vi 是闭环系统正常状态下的特征值和特征矢量，当 系统发生故障后，希望寻找新的反馈矩阵 K f ，
4.2 发展展望 • 研究快速FDI方法 • 研究鲁棒FDI与鲁棒控制的集成设计方法 • 研究在线重构重建方法 • 研究主动容错控制中的鲁棒性分析与综合方法
讨论
• 故障诊断和容错控制的关系
故障诊断是故障监测系统对控制系统中的传感器、执行器 和被控对象进行实时故障监测，得出控制系统的故障特征。 容错控制则是容错控制器根据故障监测系统所得到的故障特 征作出相应的处理。这种处理可能要对反馈控制的结构实时 重构（real-time reconfiguration），重构可能简单到只 从已计算的表中就可读出一组新的控制增益，也可能复杂到 实时地再设计控制系统，以保证系统在故障状态下仍能获得 良好的控制效果。由此可见，不论是故障诊断，还是容错控 制，其目的都是为了提高系统的可靠性，因此控制系统故障 诊断和容错控制是密切地联系在一起的。
3.2.1 控制器重构
重构的原则是使重构后的系统在性能上尽量 接近原系统，或者即使系统性能有所降低，也能 保证系统的最低性能要求，如稳定性等。
• 利用测量之间或控制之间的依赖关系
设有如下系统
•
x Ax Bu
y Cx
式中，C∈Rm×n；A∈Rn×n；B∈Rn×r
在第i个传感器失效后（C矩阵的第i行变为零）
s n T n s si
i 1
si ,i 1,, n
设有控制律 u=-KTx
KT=(k1,...,kn)
将PΓ映射到V参数空间上可得KΓ={K|使P∈PΓ的K}
显然 K T PT 1 E
eT
E
eT An
eT 0,,0,1b, ab,, An1b 1
其设计思想是，当系统有传感器失效时，必
容错控制及应用
fault-tolerance control&application
专业：检测技术与自动化装置 姓名：邢 硕 学号：20100271
主要内容
• 概述 • 容错控制分类 • 容错控制设计的主要方法 • 容错控制的应用 • 容错控制存在的问题和发展展望
概述
1.1 引言 随着工业过程越来越趋向于大型化和复杂化，
[3]李明，徐向东.用容错技术提高锅炉控制系统的 可靠性[J].清华大学学报（自然科学版）1999， 3（24）:54-60.
谢谢大家！
控制算法是控制系统工作的保证，如果算法出了问题，控制系统就 会出现误操作。为了取得满意的控制效果，控制算法一般都比较复杂， 有些甚至采用了自适应、自学习算法，因此难以通过仿真对控制算法进 行全面的检验；并且受控对象的特性也有可能发生改变，偏离控制算法 的设计区域。所有这些因素都会导致控制系统在某些意想不到的情况下 做出误操作。控制器的输出是否正常，是针对它对受控对象的影响结果 而言，其本身并不具备明显的特征。由于一般受控对象都有一定的滞后 和惯性，因此控制器的输出对受控对象的影响具有迟滞性和积累性，因 此并不能根据受控对象当时的状态来判定控制器输出是否正常，而需要 一套预测的方法提供信息。
• 按克服故障部件：执行器、传感器、控制器故Байду номын сангаас 容错控制
• 按设计方法特点：被动容错控制、主动容错控制
• 被动容错控制
其是设计适当固定结构的控制器，该控制器除了考虑 正常工作状态的参数值以外，还要考虑在故障情况下的参 数值。
被动容错控制是在故障发生前和发生后使用同样的控 制策略，不进行调节。
被动容错控制包括：同时镇定，完整性控制，鲁棒性 容错控制，即可靠控制等几种类型。
• 主动容错控制
主动容错控制是在故障发生后需要从新调整控制器参 数，也可能改变控制器结构。
主动容错控制包括：控制器重构，基于自适应控制的 主动容错控制，智能容错控制器设计的方法。
容错控制设计的主要方法
容错控制系统
容错控制系统培训2011年8月3.1 容错控制系统3.1.1 容错控制概述容错原是计算机系统设计技术中的一个概念，指当系统在遭受到内部环节的局部故障或失效后，仍然可以继续正常运行的特性。
将此概念引入到控制系统中，产生了容错控制的概念。
容错技术是指系统对故障的容忍技术，也就是指处于工作状态的系统中一个或多个关键部分发生故障时，能自动检测与诊断，并能采取相应措施保证系统维持其规定功能或保持其功能在可接受的范围内的技术。
如果在执行器、传感器、元部件或分系统发生故障时，闭环控制系统仍然是稳定的，仍具有完成基本功能的能力，并仍然具有较理想的动态特性，就称此闭环控制系统为容错控制系统。
3.1.2 容错控制分类根据不同的产品和客户需求，容错控制系统分类方式有多种，重点介绍两种：⏹按设计分类：被动容错控制、主动容错控制；⏹按实现分类：硬件容错、功能容错和软件容错。
3.1.2.1按设计分类的容错控制1 被动容错控制介绍被动容错控制是设计适当固定结构的控制器，该控制器除了考虑正常工作状态的参数值以外，还要考虑在故障情况下的参数值。
被动容错控制是在故障发生前和发生后使用同样的控制策略，不进行调节。
被动容错控制包括：同时镇定，完整性控制，鲁棒性容错控制，即可靠控制等几种类型。
2 主动容错控制介绍主动容错控制是在故障发生后需要重新调整控制器参数，也可能改变控制器结构。
主动容错控制包括：控制器重构，基于自适应控制的主动容错控制，智能容错控制器设计的方法。
3.1.2.2按实现分类的容错控制1 硬件容错技术容错控制系统中通常采用的余度技术，主要涉及硬件方面，是指对计算机、传感器和执行机构进行硬件备份，如图3所示。
在系统的一个或多个关键部件失效时，通过监控系统检测及监控隔离故障元件，并采用完全相同的备用元件来替代它们以维持系统的性能不变或略有降级(但在允许范围之内)。
硬件冗余技术虽然可以提高系统的可靠性，但增加了系统的备用部件，提高了控制系统的成本，也增加了元件故障的概率。
复杂系统的故障诊断及容错控制
然而，对于复杂系统的故障诊断及容错控制仍然存在许多挑战，如多变量耦合、非线性特性等问题。因 此，需要进一步深入研究以提高技术的可靠性和实用性。
02
复杂系统概述
复杂系统的定义与特点
定义
复杂系统是由大量相互作用的元素组成的系统，这些元素之间的相互作用具有 非线性和不确定性。
故障定义
01
故障是指系统在正常运行过程中出现的不符合预期运行状态的
现象。
故障类型
02
故障可划分为硬件故障、软件故障、外部环境故障等多种类型
。
故障影响
03
故障可能对系统的性能、安全、可靠性产生不同程度的负面影
响。
故障诊断的方法与流程
基于数学模型的诊断方法
建立系统数学模型，通过比较实际输出与预期输 出的差异，推断出故障类型及位置。
VS
挑战
复杂系统的研究面临着许多挑战，如如何 建立系统的数学模型、如何进行系统的仿 真和预测、如何设计有效的控制策略等。 此外，由于复杂系统的非线性和不确定性 ，其研究还面临着许多理论和技术上的难 题。因此，我们需要不断探索新的方法和 技术，以更好地理解和控制复杂系统的行 为。
03
故障诊断技术
故障诊断的基本概念
特点
复杂系统具有高度非线性和不确定性，其行为难以预测和控制。此外，复杂系 统还具有自组织和适应性，能够根据环境的变化自动调整自身的结构和行为。
复杂系统的分类与实例
分类
复杂系统可以根据不同的标准进行分类，如根据系统的规模、组成元素的数量和种类、相互作用的方式等。常见 的复杂系统包括生态系统、社会系统、经济系统、交通系统等。
dcs反应釜控温技巧
dcs反应釜控温技巧DCS反应釜控温技巧DCS反应釜（Distributed Control System）是一种用于控制和监视工业过程的先进自动化系统。
在化工生产过程中，控温是非常重要的一部分，而DCS反应釜控温技巧则是确保反应釜温度稳定控制的关键。
本文将介绍几种常用的DCS反应釜控温技巧。
一、PID控制器的应用PID控制器是一种常用的控温技术，包括比例（P）、积分（I）和微分（D）三个参数。
在DCS反应釜控温中，比例参数可以根据温度偏差与设定值的比例来调整输出；积分参数可以根据温度偏差的累积来调整输出；微分参数可以根据温度变化的速率来调整输出。
通过合理调整PID控制器的参数，可以实现对反应釜温度的精确控制。
二、多点测温的优势在DCS控制系统中，使用多个测温点可以更准确地了解反应釜内部的温度分布情况，从而更好地控制温度。
可以通过在反应釜内部设置多个温度传感器，并将传感器的数据传输到DCS系统中进行分析和控制。
通过多点测温的方式，可以及时发现温度不均匀现象，并采取相应的措施进行调整，从而确保反应釜温度的均匀性和稳定性。
三、前馈控制的应用前馈控制是一种通过提前预知干扰并进行补偿的控制方法，可以提高控制系统的响应速度和控制精度。
在DCS反应釜控温中，可以通过前馈控制方式来补偿外部因素对温度的影响，例如加热功率的变化、物料流量的变化等。
通过前馈控制，可以更好地抵消这些干扰，确保反应釜温度的稳定性。
四、模型预测控制的优势模型预测控制（MPC）是一种基于数学模型进行预测和优化的控制方法，可以在反应釜控温中发挥重要作用。
通过建立反应釜的数学模型，并结合实时测量的数据进行预测和优化，可以实现对反应釜温度的精确控制。
MPC控制器可以根据预测结果进行调整，从而实现对反应釜温度的最优控制。
五、故障诊断与容错控制在DCS反应釜控温中，故障诊断和容错控制也是非常重要的技术。
通过对温度传感器和控制器的监测和分析，可以及时发现故障，并采取相应的措施进行修复或切换备用设备。
故障诊断与容错控制
[2] Li L L and Zhou D H. CCE, 2004, 28(12): 26352646.
28
MIMO 非线性系统的鲁棒 FDD (2) x Ax ( y,u) (x,u,t) B(t T ) f ( y,u) y Cx d (x,u,t) x Ax ( y,u) (x,u,t) y Cx d (x,u,t) (t T0)F (t)
19
3. 学术机构与学术会议
IFAC 在技术协调委员会之下，已于1991年成立了技术 过 程 的 故 障 诊 断 与 安 全 性 专 业 委 员 会 （ TC on SAFEPROCESS），负责这一学科的组织与发展工作。
从1991年起， TC on SAFEPROCESS已每三年定 期召开国际控制系统故障诊断技术的专题学术 会议。 † (91德国；94芬兰；97英国; 00匈牙利; 03美国； 06中国（清华大学）)
3
2) 挑战者号航天飞机爆炸事故
1986年美国挑战者号航天飞机起飞时发生爆炸，7 人遇难，直接损失12亿美元。
4
5
3) 东方化工厂爆炸事故
1997年北京东方化工厂发生乙烯装置起火爆炸事故， 8人遇难，直接经济损失达十亿元人民币，间接损失无 法估量。
容错控制在电力系统中的应用研究
况； 文献 Ｅｏ采用层叠式多级逆变器结构实现 Ｓ Ａ Ｃ Ｍ的容错控制策略 ； ２］ ＴＴ Ｏ 文献［ １提 出当静止 串联补偿 ２］ 器的一个或多个传感器信号中断时， 结合粒子群算法和Ｐ Ｑ解耦方法实现容错控制 ， 文献 ［２ ３ 则将神经 ２． ］ ２ 网络和粒 子群 相结 合 实现容 错控 制 。
从上 面 可 以看 出 ， 于用现 代 控制 理论 的方法 研 究 电厂 的控 制 系统较 为 成熟 ， 此基 础上 发展 起来 的 由 在
电厂控制系统 的容错控制方法多而且较为成熟。 ２ 变电站的容错控制 ： ） 除了前述 的采用保护来实现对设备的容错控制之外 ， 变电站 中较多的采用硬件 冗余的方式来实现容错控制 的目的。它主要通过对一些 比较重要 的设备设置备用来实现 ， 常用 的有 ： 变压 器（ 一台工作 ， 台备用 ）母线（ 一 、 双母线 ， 旁路母线 ）断路器（ ：备用 ， ： 、 １ｌ １Ｎ备用 ） 。当设备发生故障时 ， 由 备用的那 台投人工作 ， 取代故障设备 的功能 ， 以保证系统的正常。这种硬件冗余方法是容错控制中最简单 也最有效 的方法 ， 该方法原理简单 ， 但会增加系统投资 ， 同时会使系统复杂性增加 ， 而且 ， 到了一定程度后 ， 再靠采用硬件冗余来增加系统的可靠性将变得非常困难。
作者简 介 ： 程宏波（ ９ ９ 男 ， １７ 一） 讲师， 研究方 向为牵引供 电系统 的故障诊断及智能控制 。
第 ０ 期 ５
程宏波 ， ： 等 容错 控制在电力系统 中的应用研究
ｌ ９
或不 自觉的应用到 了容错控制的一些思想及方法 。这些方法有些是从容错控制的角度出发来设计的 ， 而 有些则是在实际的应用 中广泛使用 ， 而未曾用容错控制的理论来描述的。 ２１ 二次系统对一次 系统的容错控制 ． 电能的生产 、 输送 与分配是 电力系统 的主要功能 ， 它要依靠一次 系统来完成 ， 而一次系统 中设备 （ 元 件） 的故障是不可避免的 ， 电力系统 的保护为保证一次系统安全 、 可靠的完成任务提供了保障 。从容错控 ｊ 制 的角度来看 ， 保护对于一次系统而言就是一种容错控制方法 ， 只不过它的容错控制策略较为简单 ， 就是 把故障加以切除。保护系统较好的达到 了容错控制的 目的： 当系统 中某一部分发生故 障后 ， 让系统仍然保
故障诊断与容错控制
机 组及相应的配套设施，工程总投资102亿元。
2) 航天器、运载火箭的投资巨大
---神舟”五号载人航天飞行花费１０亿人民币, 载人 航天工程到现在为止已超过十年，使用资金 １８０亿人民币左右。
10
陕西延长油矿管理局, 胜 利油田、中原油田、辽 河油田的集输管道，镇 海炼化、燕山石化、天 津炼化的输油管道等数 千公里的管线上得到了 成功应用.
16
3） EN-8000系列分布式振动监测 故障诊断系统
北京英华达电力电子工 程科技有限公司的该产 品可广泛应用于大型旋 转设备的在线动态监测 与故障诊断，已安装在 电力、化工、冶金等领 域的多家企业，系统运 行状态良好。
18
5) ENTRX网络化监测系统
2000年，茂名乙烯厂引进了罗克韦尔 ENTRX 网络高速在线监测系统。 该系统把16台(套)大 机组由3个监测子系统构成了一个大机组监测 网，通过内部局域网实现了检测数据的共享。 可监测轴振动，轴位移和相位等近200个参数。 并实现了远程诊断。
(彭亚平， 《电子质量》， 2003， No.2.)
动态系统故障诊断与容错控制 的最新进展与展望
1
提纲
1. 问题的背景 2. 典型应用与产品介绍 3. 学术机构与学术会议 4. 故障诊断技术的最新进展 5. 容错控制理论的最新进展 6. 发展方向展望 7. 附录：主要学术著作
2
1. 问题的背景
1.1 灾难性事故在不断发生
1) “东方号”飞船爆炸事故 前苏联宇航局准备于1960年11月份的“十月革命”纪
3
2) 挑战者号航天飞机爆炸事故
1986年美国挑战者号航天飞机起飞时发生爆炸，7 人遇难，直接损失12亿美元。
容错控制——精选推荐
容错控制知识一知识点1冗余：多余的重复或啰嗦内容，通常指通过多重备份来增加系统的可靠性。
2冗余设计：通过重复配置某些关键设备或部件，当系统出现故障时，冗余的设备或部件介入工作，承担已损设备或部件的功能，为系统提供服务，减少宕机事件的发生。
3冗余设计常用方法有硬件冗余、软件冗余(主要指解析冗余)、功率冗余。
3.1硬件冗余方法是通过对重要部件和易发生故障的部件提供备份，以提高系统的容错性能。
软件冗余方法主要是通过设计控制器来提高整个控制系统的冗余度，从而改善系统的容错性能。
硬件冗余方法按冗余级别不同又可分为元件冗余、系统冗余和混合冗余。
元件冗余通常是指控制系统中关键部件(如陀螺仪和加速度计等)的冗余。
(l)静态“硬件冗余”例如设置三个单元执行同一项任务，把它的处理结果，如调节变量相互比较，按多数原则(三中取二)判断和确定结构值。
采用这种办法潜伏着这样的可能性: 有两个单元同时出错则确定的结果也出错，不过发生这种现象的概率极小。
(2)动态“硬件冗余”即在系统运行之初，并不接入所有元件，而是留有备份，当在系统运行过程中某元件出错时，再将候补装置切换上去，由其接替前者的工作。
这种方法需要注意的问题是切换的时延过程，最好能保持备份元件与运行元件状态的同步。
3.2软件冗余又可分为解析冗余、功能冗余和参数冗余等，软件冗余是通过估计技术或软件算法来实现控制系统的容错性，解析冗余技术是利用控制系统不同部件之间的内在联系和功能上的冗余性，当系统的某些部件失效时，用其余完好部件部分甚至全部地承担起故障部件所丧失的作用，以将系统的性能维持在允许的范围之内。
冗余技术在某种程度上能提高DCS 本身的可靠性和数据通信的可靠性, 但对于整个闭环系统来讲,系统中还包含传感器，变送器，和执行器等现场设备，他们往往工作在恶劣的环境下，出现故障的概率也比较高，软硬件冗余一般无能为力，我们要采用容错控制来提升系统稳定性。
4 容错控制指控制系统在传感器，执行器或元部件发生故障时，闭环系统仍然能够保持稳定，并且能够满足一定的性能指标，则称之为容错控制系统。
容错控制及应用
• 基于神经元网络的容错控制 由于专家系统的容错控制虽然可处理不精确的
知识，但也只能解决与事先存储好的、有专家经验 总结出来的故障现象与处理方法相对应的问题，当 遇到新情况、新问题时就无能为力了。由于神经元 网络控制器在结构上的功能冗余性，人们引入了神 经元网络进行容错控制器设计。但由于神经元网络 理论研究本身还很不完善（如鲁棒性差、结果不确 定、影响不明确等），这方面的研究还很困难。
结构如右图： 每个LQG调节器有实际
的控制信号和输出测量值所 驱动，输出与相应模型匹配 的残差矢量和控制信号，分 别计算Pr{Hi/Zk}和控制信 号u(k)。其稳定条件是 E{ri(k)}s<<Ej{ri(k)}(i≠j) 此时条件概率Pr{Hi/Zk}趋于 1，即系统稳定。
3.3.4 基于人工智能的容错控制
上位机和下位机各有相对独立的两套控制器。上位机控 制器的控制算法比较复杂，具有自适应和优化等功能，而下 位机控制器的控制算法则比较简单。故障监控系统在上位机 运行。一般情况由上位机控制器输出，当上位机控制器异常 时，转由下位机控制器输出。
容错控制存在的问题和发展展望
4.1 存在的问题 • 非线性系统的容错控制
考虑系统可能出现的故障有m种，则可以做如 下假设：
Hi
:
xk
1 zk
Ai xk Ci xk
Biuk Wi Vi k
k
i 0,1,, m
当Wi(k)和Vi(k)是互不相关的高斯噪声时，基 于上述模型可设计m+1个卡尔曼滤波器，根据这些滤 波器的估计值，可计算条件概率
Pr Hi / Zk
• 使重构系统的特性结构尽可能接近原系统的特征
结构
基于人工免疫原理的系统异常检测与自适应容错控制
意义 。
以参数 的安全 临界 点 （ 附加 一定 量 的安 全裕 度 Байду номын сангаас 或
作 为系统切换 的边界条件 ， 当参数变化速度很 快时 ， 这样 的切 换原则有 很大 风险 。其 次 ， 了使 控 制系 为 统 的结构简单 ， 一般备 用控 制系统 与备用 控制 策略 少， 只是对 出现 的 问题 或可 能引起 的危 害进行 简单
内 “ 。一旦组成控制系统 的某一 环节特性 发生变
过选择器 （ｅ ｃ ｒ ， 动备用控 制系统取 代正 常工 ｓ ｅｔ ） 启 ｌ ｏ
况下 的控制 系统 ， 现对非 正常状 况下生 产过程 的 实 自动控制 。待工 况脱 离极 限条件 回到正 常后 ， 又通 过选择器 ， 使适用 于正 常工况 的控 制系统 自动投 入 运 行。选择性控制在实 际应用 中取得 了较为 理想 的 效果 ， 因而得 到广泛 的应用 。由于选 择性控 制一 般
１ 弓 言 ｌ
成很大 的经 济损失 。为 了有效 防止 事故发 生 ， 界 业 采用 能 适 应 不 同 生 产 条 件 或 异 常 状 况 的控 制 方 案——选择性 控制 （ｅ ｃ ｖ ｏｔ １ ｓｌ ｔ ｅｃｎ ｏ） ｅｉ ｒ ， 现控 制 实 系统 的安全保护 。选择性控制是将 由生产过程 的限 制条件所构成 的逻辑关系叠加到正常 自动控 制系统 上 的一种控制方案 ， 当生产过程趋 向极 限条件 时 ， 通
化、 器件发生故 障或者 失效 ， 或是控制 系统 所处 的环 境 条件超 出了正 常范 围， 会使控 制 系统 的品质下 都 降， 严重 时甚 至造成 灾难 性 的后 果 。现代 控制 系统
容错与冗余技术
容错与冗余技术容错控制的研究虽然面临着空前的挑战，但近些年来，相关研究领域，如鲁棒控制理论，模糊控制，神经网络控制研究的不断深入和发展，也给容错控制的研究带来了良好的机遇，提供了充分的条件。
而计算机控制技术、人工智能等技术的飞速发展，使得容错控制技术在实际工程中应用的可能性变得越来越大。
1.1 容错概念的提出提高系统的可靠性一般有两种办法：1、采用缜密的设计和质量控制方法来尽量减少故障出现的概率。
2、以冗余资源为代价来换取可靠性。
利用前一种方法来提高系统的可靠性是有限的，要想进一步的提高必须采用容错技术。
容错控制技术在国外发展的比较早，是由冯·诺依曼提出的。
随着八十年代微型计算机的迅速发展和广泛应用，容错技术也得到了飞速的发展，容错技术被应用到各个环境中。
我国的容错技术现在发展的也很迅速，一些重要的工作场合如航天、电厂等现在都采用了容错技术。
所谓容错：就是容许错误，是指设备的一个或多个关键部分法生故障时，能够自动地进行检测与诊断，并采取相应措施，保证设备维持其规定功能，或牺牲性能来保证设备在可接受范围内继续工作。
错误一般分为两类：第一类是先天性的固有错，如元器件生产过程中造成的错、线路与程序在设计过程中产生的错。
这一类的错误需对其拆除、更换或修正，是不能容忍的。
第二类的错后天性的错，它是由于设备在运行中产生了缺陷所导致的故障。
这种故障有瞬时性、间歇性和永久性的区别。
容错技术是提高系统可靠性的重要途径。
常采用的容错方法有硬件容错、软件容错、信息容错和时间容错。
1.1.1 智能容错的定义智能容错IFT(Intelligent Fault-Tolerance)：就是设备在运行过程中一个或多个关键部件发生故障或即将发生故障之前，利用人工智能理论和方法，通过采取有效措施，对故障自动进行补偿、抑制、消除、修复，以保证设备继续安全、高效、可靠运行，或以牺牲性能损失为代价，保证设备在规定的时间内完成其预定功能。