郑志宏-2010012321-智能故障诊断与容错控制结课论文
汽车电子控制单元的故障诊断与容错技术优化策略
汽车电子控制单元的故障诊断与容错技术优化策略随着汽车电子化水平的提高和智能化车辆的快速发展，汽车电子控制单元成为汽车中不可或缺的组成部分。
汽车电子控制单元在汽车系统中具有重要的地位，它能够接收和处理各种传感器的信号，并控制车辆的各项功能。
然而，随着汽车电子控制单元的复杂性增加，故障的出现也成为不可避免的问题。
因此，故障诊断和容错技术优化成为提高汽车安全性和可靠性的重要手段。
一、故障诊断的重要性和现状1.1 故障诊断的重要性故障诊断是指通过对汽车电子控制单元中各个子系统的参数、状态和运行情况进行检测和分析，以确定故障的类型、位置和原因，并提供必要的修复措施。
汽车电子控制单元的故障诊断旨在保证汽车的正常运行和驾驶安全，提高车辆的可靠性和可维护性。
1.2 故障诊断的现状目前，汽车电子故障诊断主要依靠故障码和故障诊断仪器进行。
故障码可以通过连接电脑或相应的读码器进行读取，以获取车辆在OBD 系统中记录的故障码和故障信息。
故障码能够提供一定的指导作用，但无法直接反映具体的故障原因和解决方案。
因此，针对复杂故障的排查和解决，需要进一步进行人工诊断和实验验证。
二、容错技术优化策略2.1 容错技术的定义和优势容错技术是指通过在系统设计和工作过程中，采取一系列的措施来避免或减少故障的发生和影响。
容错技术可以提高汽车电子控制单元的稳定性和可靠性，延长系统的寿命，减少维修和更换成本。
同时，容错技术还可以降低因设备故障而导致的事故风险，提高驾驶员和乘客的安全感。
2.2 容错技术优化策略2.2.1 冗余设计冗余设计是指在汽车电子控制系统中增加冗余的硬件或软件组件，以提高系统的可靠性和容错性。
例如，可以将关键传感器和执行器设置为冗余，当一个组件发生故障时，系统可以自动切换到备用组件，保证车辆的正常运行。
2.2.2 故障检测与隔离故障检测与隔离是指通过对系统进行运行状态的监测和故障检测，对故障进行准确定位和隔离。
这可以通过传感器的监测和故障算法的分析来实现。
汽车电子控制单元的故障诊断与容错技术
汽车电子控制单元的故障诊断与容错技术随着现代汽车技术的不断发展，越来越多的汽车采用了电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）来实现车辆系统的控制和管理。
然而，由于汽车电子设备数量的增加和复杂性的提高，ECU的故障成为了汽车维修中的一个重要问题。
为了更好地诊断ECU的故障并提供容错技术，汽车制造商和研发人员们不断努力。
一、ECU故障诊断技术1.自诊断功能现代的汽车ECU通常都具备自我诊断（Self-Diagnosis）功能，能够检测和诊断自身的故障。
通过自我诊断功能，ECU可以对车辆系统进行连续的监测，并记录和存储相关的故障码。
当ECU检测到故障时，会发出警报信号并显示相应的故障码，方便维修人员进行故障排查。
2.故障诊断接口为了更方便地进行ECU故障诊断，汽车制造商通常会在车辆中设置故障诊断接口，例如OBD（On-Board Diagnostics）接口。
通过连接诊断工具，维修人员可以读取和清除故障码，进行更详细的故障分析。
二、ECU容错技术1.备份系统为了提高ECU的容错能力，一些汽车系统会设计备份系统。
当主要ECU发生故障时，备份ECU会自动接管，并保证车辆系统的正常运行。
这种设计可以使车辆在ECU故障时依然能够维持一定的功能，提高了车辆的安全性和可靠性。
2.故障屏蔽在一些情况下，ECU的故障可能会导致车辆的正常运行受到影响。
为了减轻这种影响，一些ECU会采用故障屏蔽的技术。
当ECU检测到某个功能出现故障时，会暂时屏蔽该功能，并通过其他的方式维持车辆的正常行驶。
例如，在发动机故障时，ECU可能会调整其他参数来保证车辆的安全性和可靠性。
三、ECU故障诊断与容错技术的发展趋势随着车辆系统的不断复杂化和电子设备的增加，ECU故障诊断与容错技术也在不断发展和完善。
未来的发展趋势可能包括以下方面：1.智能化诊断系统随着人工智能和大数据技术的普及应用，未来的汽车ECU诊断系统可能会更加智能化。
故障诊断与容错技术及其在组合导航系统中的应用研究
故障诊断与容错技术及其在组合导航系统中的应用研究故障诊断与容错技术及其在组合导航系统中的应用研究组合导航系统是一种利用多个导航传感器（如GPS、惯性传感器等）相互配合，对位置、速度和姿态进行准确测量的技术。
然而，在实际应用中，由于各种原因，导航传感器会出现故障，从而导致导航系统输出不准确甚至完全失效。
为了提高组合导航系统的可靠性和稳定性，故障诊断与容错技术被广泛研究和应用。
故障诊断是指通过对导航系统的输入和输出进行监测和分析，识别出可能存在的故障因素，并对其进行诊断和定位的过程。
通过故障诊断，可以及时发现并准确定位到导航系统中的故障，为容错处理提供依据。
在组合导航系统中，常见的故障包括单个传感器的失效、传感器输出异常、传感器错误标定等。
针对这些故障，研究人员提出了各种基于统计分析、模型算法和神经网络等方法的故障诊断技术。
容错技术是指针对导航系统中故障的发生和影响，采取相应的措施来保障系统的继续工作能力和正确性。
组合导航系统中常用的容错技术包括冗余设计、传感器互补、信息滤波和数据关联等。
冗余设计是指在导航系统中采用多个相同或相似的传感器，并通过多种策略来处理传感器输出，从而避免单点故障对系统的影响。
传感器互补是指利用不同原理或特性的传感器互相补充，提高整体系统的可靠性和准确性。
信息滤波是指通过对传感器输出进行加权处理，剔除异常值和噪声，提高系统的鲁棒性和精度。
数据关联是指将来自不同传感器的数据进行关联和校准，减小测量误差和系统偏差。
在组合导航系统中，故障诊断与容错技术的应用旨在提高系统的可靠性和鲁棒性。
首先，通过故障诊断技术可以及时发现并定位到导航系统中的故障，避免故障进一步扩大和影响系统正常工作。
其次，容错技术的应用可以降低单点故障对整个系统的影响，保障系统的连续性和正确性。
最后，故障诊断与容错技术的结合可以提高导航系统的准确性和稳定性，为导航应用提供更可靠的数据和精确的位置信息。
故障诊断与容错技术在组合导航系统中的应用研究可以从多个角度展开。
自动化控制系统中的故障诊断与容错技术研究
自动化控制系统中的故障诊断与容错技术研究一、引言自动化控制系统广泛应用于工业生产、交通运输、电力系统等领域，其稳定可靠的运行对于保障生产效率和安全非常重要。
然而，由于各种原因，系统故障难以避免，因此，故障诊断与容错技术成为了提高自动化控制系统可靠性的关键。
二、故障诊断技术1. 传统故障诊断方法传统的故障诊断方法通常基于专家经验和规则库，通过模拟系统运行过程和对比故障现象，从而判断系统故障位置和类型。
然而，这种方法在处理复杂系统时往往效果不佳，需要大量人力和时间的支持。
2. 基于模型的故障诊断方法基于模型的故障诊断方法利用系统建模和仿真技术，通过比较实际输出与模型输出的差别，推断出系统可能存在的故障。
这种方法可以提高故障诊断的准确性和效率，但对于复杂系统的建模和参数调整需求较高。
3. 基于机器学习的故障诊断方法近年来，基于机器学习的故障诊断方法逐渐成为研究热点。
这种方法通过训练大量故障数据和正常数据，建立故障诊断模型，实现对系统故障的准确诊断。
与传统方法相比，基于机器学习的故障诊断方法具有更高的自动化程度和准确性。
三、容错技术1. 冗余设计冗余设计是一种常用的容错技术，通过增加冗余元素或模块，实现故障的掩蔽和系统的恢复能力。
常见的冗余设计包括备份冗余、时钟冗余、硬件冗余等。
冗余设计可以提高系统的可靠性和可用性，但对系统资源和成本的开销较大。
2. 异常检测异常检测技术可以实时监测系统运行状态，当系统输出与预期输出存在较大差异时，判断系统可能存在故障，并通过相应策略进行容错操作。
异常检测技术可以在故障发生前及时发现问题，并采取措施进行预防和修复。
3. 自适应控制自适应控制技术是一种能够根据系统运行状态和环境变化进行调整的容错技术。
通过实时监测系统响应和性能指标，自适应控制技术可以动态调整控制策略和参数，以适应系统故障和运行条件的变化。
四、研究进展和挑战目前，故障诊断与容错技术在自动化控制系统中得到了广泛的应用和研究，取得了显著的进展。
控制系统的故障诊断与容错控制：探讨控制系统的故障诊断与容错控制的应用和实践
控制系统的故障诊断与容错控制：探讨控制系统的故障诊断与容错控制的应用和实践引言当我们谈到控制系统，我们通常不会想到故障和错误。
然而，在现实世界中，任何复杂的系统都有可能出现故障。
这就是为什么故障诊断和容错控制对于确保控制系统的稳定性和可靠性至关重要的原因。
本文将探讨控制系统的故障诊断与容错控制的应用和实践，以及它们对现代工程的影响。
什么是故障诊断与容错控制故障诊断与容错控制是一种通过监测控制系统的性能和状态，检测和处理故障的技术。
它的目的是及时发现和解决故障，以确保系统的正常运行。
故障诊断是指检测和识别控制系统中出现的错误或故障的过程，而容错控制是指通过采取一些措施来处理这些错误或故障，以确保系统的稳定性和可靠性。
故障诊断的方法和技术在故障诊断中，有许多不同的方法和技术可用于检测和识别故障。
其中一种常用的方法是模型基于诊断方法，它使用控制系统的物理模型来预测系统的行为，并与实际系统的行为进行比较。
如果存在差异，就可以确定系统中的错误或故障。
另一种常用的方法是残差分析法，它分析控制系统中的残差（实际输出与期望输出之间的差异）来检测故障。
容错控制的方法和技术在容错控制中，最常用的方法是冗余技术。
冗余技术意味着在控制系统中添加额外的组件或备用系统，以便在主要组件或系统发生故障时，能够继续正常工作。
例如，航天器通常会使用冗余系统，以确保即使发生故障，宇航员仍然安全返回地球。
另一种容错控制的方法是基于自适应系统的技术，即使在控制系统中发生故障时，系统仍能自动调整和适应新的条件。
故障诊断与容错控制的应用和实践故障诊断和容错控制已经广泛应用于各种领域，包括航空航天、汽车、化工、核能和电力系统等。
在航空航天领域，故障诊断和容错控制对于确保飞机的安全和可靠性至关重要。
航空航天器通常使用多重冗余系统和自适应系统来处理故障。
在汽车领域，故障诊断和容错控制可以帮助检测和解决引擎故障、刹车故障和安全气囊故障等问题。
在核能和电力系统领域，故障诊断和容错控制可以帮助确保核反应堆的安全运行，并防止事故发生。
电机控制系统中的故障诊断与容错控制方法研究
电机控制系统中的故障诊断与容错控制方法研究摘要：电机控制系统在工业领域的广泛应用中扮演着重要角色。
然而，由于不可避免的故障和异常情况，这些系统可能会受到严重影响，甚至导致生产中断和安全事故。
因此，开发可靠的故障诊断与容错控制方法对于确保电机控制系统的可靠性、稳定性和安全性至关重要。
传统的故障诊断方法主要基于信号处理和模型匹配技术，凭借对异常信号和已知模型的比对来识别故障。
尽管这些方法在一定程度上能够实现故障诊断的目标，但仍然存在对特定故障模式的依赖性和对系统动态特性的不足之处。
然而，随着机器学习和人工智能技术的迅猛发展，基于这些新方法的故障诊断技术逐渐受到关注，如深度学习、支持向量机和贝叶斯网络等。
这些方法通过学习大量数据来建立模型并进行故障分类，从而提高了故障诊断的准确性和鲁棒性。
基于此，本篇文章对电机控制系统中的故障诊断与容错控制方法进行研究，以供参考。
关键词：电机控制系统；故障诊断；容错控制方法引言电机控制系统中的故障诊断与容错控制方法。
基于机器学习和人工智能的故障诊断方法以及基于模型预测控制的故障诊断方法，比较它们的性能和适用性。
基于模型预测控制的容错控制方法，包括算法设计、系统重构和状态切换等方面。
对于电机控制系统的容错控制，传统方法主要采用备件冗余、积分调节和自适应控制等手段，以提高系统的鲁棒性和稳定性。
基于模型预测控制的容错控制方法正在逐渐崭露头角。
该方法能够通过建立精确的系统模型，并根据故障状态进行在线优化，从而根据实际情况调整控制策略，保证系统正常运行。
基于此，强调了故障诊断与容错控制方法在提高电机控制系统可靠性和安全性方面的重要性。
1电机控制系统在工业应用中的重要性电机控制系统在工业应用中具有重要性的原因如下：（1）驱动力。
电机作为一种将电能转化为机械能的设备，是工业生产中最常用的驱动力之一。
它们广泛应用于各个行业，如制造业、采矿业、建筑业和交通运输等。
（2）精确控制。
电机控制系统可以通过改变电机的转速、转矩和位置等来实现精确控制。
控制系统中的故障诊断与容错控制
控制系统中的故障诊断与容错控制随着现代技术的发展，控制系统在各个领域都发挥着重要的作用。
然而，由于各种原因，控制系统在运行过程中可能会出现各种故障，这对系统的稳定性和可靠性提出了严峻的挑战。
为了解决这个问题，故障诊断与容错控制技术应运而生。
本文将对控制系统中的故障诊断与容错控制进行论述，并探讨其在实际应用中的重要性和挑战。
一、故障诊断技术故障诊断是指在系统出现故障时对其进行精确定位和诊断的过程。
它通过对系统的传感器、执行器和信号进行实时监测和分析，以检测和识别故障的发生和类型，从而提供准确的故障信息。
常见的故障诊断方法包括模型基础的方法、数据驱动的方法和专家系统方法等。
模型基础的方法是通过建立系统的数学模型，利用模型的预测能力对系统进行故障诊断。
这种方法需要对系统进行充分的建模和参数估计，但由于系统模型的不确定性和复杂性，其应用范围受到限制。
数据驱动的方法则是根据系统的实际运行数据进行故障诊断。
它利用统计学和机器学习等方法，通过分析系统的输入和输出数据，建立故障模型并进行故障判断。
这种方法不依赖于系统的模型，适用于复杂和不确定的系统，但需要大量的数据和复杂的算法支持。
专家系统方法是利用专家经验和规则对系统进行故障诊断。
它将系统的知识和经验转化成专家系统的形式，通过推理和决策等方法进行诊断。
这种方法需要专家的知识和经验，适用于对系统结构和行为有较好了解的情况。
二、容错控制技术容错控制是指在系统出现故障时，通过调整系统的控制策略或结构，使系统能够继续正常运行或以最小的性能损失维持其功能。
容错控制技术的目标是通过实时的状态监测和切换控制策略等手段，使系统能够及时响应故障，并采取相应的措施来保证系统的可用性和安全性。
容错控制技术主要包括重构控制、适应性控制和切换控制等方法。
重构控制是指在系统发生故障时，通过调整系统的控制结构和参数，实现对系统的重新设计和控制。
适应性控制是指在系统运行过程中对系统的模型或控制策略进行在线修正和调整，以适应系统的变化和故障。
热工系统故障诊断与容错控制论文
浅谈热工系统故障诊断与容错控制【摘要】现代化的工程技术系统正朝着大规模、复杂化的方向发展。
这类系统一旦发生事故就可能造成人员和财产的巨大损失，因此切实保障现代复杂系统的可靠性与安全性具有十分重要的意义。
而故障诊断与容错控制技术的出现，为提高复杂系统的可靠性开辟了一条新的途径。
与工程实践中安全性的重要性日益突出相对应，故障诊断和容错控制理论也成为控制理论发展的热点问题。
【关键词】热工系统;故障诊断;容错控制目前，自动控制技术已广泛深入地应用到电力生产的各个方面。
在电力工程中往往存在着复杂而庞大的自动控制系统，这些控制系统的稳定安全运行已经引起越来越多的注意，保证控制系统的安全性与可靠性已经成为首要目的。
１．控制系统故障诊断的发展1.1基于数学模型方法故障检测与诊断:故障检测与诊断之和。
故障决策:残差被用来检测故障的可能性，决策的规则是检测故障所必须的。
故障决策的方法有许多种，可以简单设定一个阀值，也可以用统计决策理论，比如一致似然比或序贯概率比的方法。
基于数学模型方法是最早发展起来的，此方法需要建立在被诊断对象较为精确的基础上，进一步可分为:基于参数估计法，基于状态估计方法，一致空间法。
1.2基于可测信号的故障诊断法(1)可测值或其变量变化趋势诊断法。
这种诊断方法根据直接可测的输入输出及其变化趋势进行故障诊断，其依据是:正常情况下被控过程的输入输出及其变化在一定范围变化。
(2)基于可测信号处理的故障诊断方法。
它包括对于输入输出信号做小波变换来进行故障诊断以及利用系统输出在幅值、相位频率及相关性上与故障源之间会有联系。
这些联系可用预定的数学形式来表达，在发生故障时则可利用这些量进行分析处理来判断故障源的存在，常用的方法有谱分析法，概率密度法及功率谱分析法。
1.3基于人工智能方法(1)故障诊断的专家系统的方法；(2)故障树的诊断方法；(3)基于模式识别的诊断方法；(4)基于模糊数学的诊断方法；(5)基于人工神经元网络的方法等等。
故障诊断与容错技术的研究与实现
故障诊断与容错技术的研究与实现随着计算机技术的不断发展，计算机系统的规模和复杂度也不断增加，同时计算机系统在各种应用领域中的应用越来越广泛，因此出现故障问题的概率也越来越高。
在这种情况下，故障诊断和容错技术的研究和实现越来越成为了一个关键的问题。
一、故障诊断技术的研究与实现故障诊断技术是指在计算机系统发生故障时，通过对系统进行检测和诊断，找出故障的原因并进行修复的技术。
故障诊断技术的研究和实现包括以下几个方面。
1. 故障检测技术故障检测技术是指在计算机系统发生故障时，通过对系统进行检测，找到故障所在的位置和范围的技术。
在这个过程中，需要采集系统运行时的状态信息，并对这些信息进行分析和处理。
故障检测技术的实现方式包括硬件检测和软件检测。
2. 故障诊断技术故障诊断技术是指在计算机系统发生故障时，通过对系统进行分析和诊断，找出故障的原因和解决方法的技术。
在这个过程中，需要利用先进的算法和技术，对系统运行时的状态信息进行分析和比较，并找出故障的原因。
故障诊断技术的实现方式包括基于经验的诊断和基于模型的诊断。
3. 故障修复技术故障修复技术是指在计算机系统发生故障时，通过对系统进行修复和恢复，消除故障产生的影响的技术。
在这个过程中，需要利用先进的算法和技术，对故障进行修复和恢复，并保证系统正常运行。
故障修复技术的实现方式包括硬件修复和软件修复。
二、容错技术的研究与实现容错技术是指在计算机系统发生故障时，能够自动地检测和纠正故障，保证系统的可靠性和稳定性的技术。
容错技术的研究和实现包括以下几个方面。
1. 容错设计容错设计是指在计算机系统的设计阶段，采用一系列的技术手段，来保证系统的可靠性和稳定性的设计方式。
容错设计的实现方式包括切换冗余和镜像冗余。
2. 容错实现容错实现是指在计算机系统的实现阶段，采用一系列的技术手段，来保证系统的可靠性和稳定性的实现方式。
容错实现的实现方式包括硬件容错和软件容错。
3. 容错机制容错机制是指在计算机系统的运行阶段，通过一系列的机制和算法，来检测和纠正故障，保证系统的可靠性和稳定性的机制。
高可靠性机器人系统的故障诊断与容错控制研究
高可靠性机器人系统的故障诊断与容错控制研究摘要：机器人系统在各种应用场景中发挥着重要的作用，然而，由于运行环境的复杂性和系统本身的复杂性，机器人系统很容易遭遇故障。
为了确保机器人系统的高可靠性，故障诊断与容错控制成为了重要的研究方向。
本文综述了近年来在高可靠性机器人系统故障诊断与容错控制方面的研究进展，包括故障诊断方法、容错控制策略和评估指标等。
1. 引言机器人系统可应用于各种领域，如工业自动化、医疗服务、农业等。
然而，机器人系统在运行过程中很容易遭遇故障，而这些故障可能导致系统不能正常工作，甚至产生危险。
因此，为了确保机器人系统的高可靠性，故障诊断与容错控制成为了重要的研究方向。
2. 高可靠性机器人系统的故障诊断方法故障诊断是指通过检测和分析机器人系统的状态信息，确定其是否存在故障，并找出故障的原因和位置。
近年来，研究人员提出了多种故障诊断方法，包括基于模型的方法、基于数据驱动的方法和基于知识的方法。
2.1 基于模型的方法基于模型的故障诊断方法是利用机器人系统的数学模型进行故障诊断。
这种方法需要精确的模型，因此对模型的建立和参数的估计要求较高。
常用的模型包括物理模型、统计模型和混合模型。
基于模型的方法在故障诊断方面具有较高的准确性和有效性，但对于复杂系统建模较为困难。
2.2 基于数据驱动的方法基于数据驱动的故障诊断方法是通过分析机器人系统的运行数据来进行故障诊断。
这种方法不需要系统模型，但需要大量的故障数据用于训练和测试。
常用的数据驱动方法包括统计学方法、机器学习方法和人工智能方法。
基于数据驱动的方法适用于复杂系统的故障诊断，但需要大量的数据和计算资源。
2.3 基于知识的方法基于知识的故障诊断方法是利用专家知识和规则对机器人系统进行故障诊断。
这种方法不需要系统模型和大量的数据，但需要专家知识的获取和表示。
常用的知识表示方法包括规则库、专家系统和本体论。
基于知识的方法具有较高的可解释性，但对专家知识的依赖较强。
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智能故障诊断与容错控制报告书容错飞控计算机总体方案设计学院：机电学院年级专业：机电102学号：2010012321姓名：郑志宏中国陕西杨凌目录摘要 (3)1．背景 (4)2．问题提出 (4)3．分析问题 (4)3.1 容错飞行控制系统概述 (4)3.1.1 飞行控制系统组成 (4)3.1.2 故障及其主要类型 (5)3.2 容错技术研究 (5)3.2.1 计算机系统容错技术 (5)1）系统故障检测与诊断 (6)2）故障屏蔽 (6)3）重组技术 (6)4）系统自修复技术 (7)5）系统恢复 (7)6）冗余系统 (7)3.2.2 硬件容错技术 (7)1）静态冗余系统 (8)2）动态冗余系统 (8)3）信息冗余容错 (10)3.2.3 软件容错技术 (10)1）时间冗余容错 (11)2）混合冗余系统 (11)4．得出结论 (12)参考文献 (14)摘要本文以容错飞行控制系统研制过程为背景，研究了提高飞行控制系统可靠性的容错技术和方法，提出了适用于无人机的容错飞行控制系统方案。
本文共分为三个主要部分，分别是嵌入式飞行控制计算机的冗余设计，软件的容错与重组技术研究、传感器故障容错处理方法的应用和验证。
首先，根据现有的容错方法对飞行控制计算机系统的容错方案进行了比较和验证，提出了非相似双余度热备份容错飞行控制计算机系统设计方案，并对该容错飞行控制计算机的双机同步、双机通讯和双机输出逻辑切换模块进行了详细的方案设计。
系统采用双口 RAM 实现双机的通讯，采用了 CPLD 高密度可编程芯片，通过先进的 VHDL 语言设计了双机切换模块，解决了发生故障时系统输出的准连续性问题，使工作进程不受系统故障的影响；同时，对冗余管理所涉及的通道的同步、通道间的数据交换、通道故障逻辑、计算机故障检测及容错处理等技术进行了讨论研究。
其次，软件的容错设计是实现计算机控制系统高可靠性的一个重要方面，为了实现软件的容错，避免干扰造成影响，本文采用指令冗余、软件陷阱、软件看门狗等方法来使发生故障的系统恢复正常运行，使系统整体的可靠性通过软件平台得到进一步的提高，实现了该系统对可靠性的设计要求。
最后，本文研究了传感器故障时，充分利用各传感器信号的信息冗余进行容错处理，并且在无替换信息时考虑改变无人机的飞行模式和故障时的回收处理方案，以半物理仿真试验来验证了容错处理方案的正确性和可行性。
关键词：无人机，冗余，飞行控制系统，容错技术1．背景飞行控制系统是以计算机为基础的应用系统，一般的飞行控制系统除了采用一般的一些故障检测和恢复外，未能考虑对故障的处理，这样就不能保证系统在出故障之后仍能连续正常运行。
特别是在特殊的环境之中运行的飞行控制系统，加大了出现瞬时故障和永久故障的可能性，导致系统失效或运行中断，这就必须采用故障自诊断和容错技术来消除故障的影响，保证系统的正常运行，以提高系统的坚固性和生存能力，减少发生事故的因素，避免发生严重的经济损失和人员伤亡事故。
可靠性的提高除了采用可靠的硬件之外，通过使系统具有故障检测、分离和系统的重构功能及系统的容错设计也是提高可靠性的重要途径。
提高飞行控制计算机的可靠性和容错能力，最好的办法就是从系统上采取措施，即采用余度技术，目前国际国内新发展的飞机飞行控制系统和飞行控制计算机系统，大都采用了余度和容错技术2．问题提出本章首先从容错的关键技术要点出发，分析了飞控计算机的故障形式，研究了容错技术与方法，根据系统要求提出了双机热备份容错型飞行计算机的设计方案，构建了容错飞控计算机的总体框架。
3．分析问题3.1 容错飞行控制系统概述容错控制系统，指具有冗余能力的控制系统，即使在某些部件发生故障的情况下，系统仍能按原定性能指标或性能指标略有降低（但可接受）安全地完成控制任务3.1.1 飞行控制系统组成无人机飞行控制系统以飞行控制计算机为核心，并与各种传感器及执行机构共同构成闭环控制系统，如图 2.1 所示。
3.1.2 故障及其主要类型故障是指单元或系统的特性、参数等与正常状态相比出现了比较大的偏差，致使其不能正确完成其既定功能的一种状态。
这种状态往往是由不正确的技术条件、物理元件失效、运算逻辑错误、外部干扰、环境变化、老化、操作错误和设计错误等引起的。
按照故障的持续时间分类，故障可分为永久故障、瞬时故障和间歇故障。
3.2 容错技术研究3.2.1 计算机系统容错技术为了提高系统的安全性和可靠性，合理地运用容错计算理论与方法，有效地选择故障处理策略和步骤是容错系统的设计关键。
计算机控制系统的容错技术主要是通过故障检测、系统冗余、故障屏蔽、重组技术、自修复技术和系统恢复来实现的，其容错设计方法如图 2.2 所示。
即在系统的n个装置中，只要至少有r个装置正常工作，系统就能完成其功能。
一般来说，多数表决可用于计算机系统的任何级别，但在门级很少有实用价值，而在模块级的许多容错设计中应用很广泛，也可在总线级进行表决。
同样，软件级亦可进行表决。
（2）纠错码，是最常用的故障屏蔽手段之一，特别是在通讯和主存的设计中大量采用Haiming纠错玛。
（3）屏蔽逻辑，它主要用于门级电路的故障屏蔽，能限制逻辑线路门输出的临界故障及亚临界故障。
1）系统故障检测与诊断容错技术能对系统及部件进行故障检测，并能根据检测情况切换和改变系统工作模式。
当冗余部件发生故障时，故障检测可自主进行，隔离故障部件和切换备份部件。
控制计算机软件中有系统故障诊断及部件故障诊断程序，并在发生故障时自主地进行系统重构，目的是当系统内发生故障时能自动发现故障，并确定出故障的部位、类型和大小，同时自动地隔离故障。
故障检测与诊断的成功与否直接影响系统的容错能力。
2）故障屏蔽故障屏蔽技术使得故障效应到达模块输出前，通过隔离和校正来消除其影响。
故障屏蔽只能容忍故障，不给出故障警告。
当冗余耗尽时，再发生故障将使系统产生错误输出。
因此，常把故障屏蔽技术和检测技术以及动态冗余技术结合运用，以避免上述情况。
常用的故障屏蔽方法有三种3）重组技术目的在于针对故障的部位、类型和大小采取相应的容错处理。
在检测与诊断出系统的故障后立即决策出处理故障的方案并付诸实现，例如在故障存在的情况下采用降低系统性能从而隔离故障，保证系统可靠性在所允许的一定范围之内，或隔离故障部分并重新组织系统的结构，使之能完成系统的功能。
目前广泛采用的处理方案多是通过冗余资源来置换故障的单元，使系统继续正常工作而不降低系统性能，从而保证系统的可靠性。
4）系统自修复技术当系统发生故障后，经故障检测和定位，就可采取相应的故障处理策略。
因为故障一般可分为硬件故障和软件故障，所以自修复技术是一个广义的概念，它包括两个方面：（1）当发生硬件故障时，系统为操作者提出故障的类型、位置，以利操作者能及时更换和修理故障部件，减少维修时间。
（2）当系统发生软件故障时，系统根据故障检测和故障定位提供的信息，通过相应的纠错算法，得出正确的输出结果，然后经过自修复程序，将这个正确结果送到出错单元，使其恢复为正确值。
5）系统恢复容错的目的，是使系统从故障状态恢复到正常工作状态。
恢复技术能够复原足够的系统状态，允许工作进程在不丢失或少丢失信息的情况下，重新开始执行故障发生前的某一进程，而不必完全重新启动系统。
恢复技术通常用软件实现，但有时可能需要一些基本的硬件支持。
恢复技术一般可分为两种：（1）正向恢复技术，它是从故障发生的进程开始，继续往下执行。
（2）反向恢复技术，最常用的反向恢复技术有两种。
第一是重试技术，它是恢复最快的一种形式。
它是在故障排除后，根据上一进程结束时系统所处的状态，重新执行故障发生时的工作进程。
重试技术常用作容忍瞬时错误的手段。
第二是检验点技术。
在这种方法中，工作进程的某些子进程结束时，在检验点保留一部分系统状态故障检测并不提供对故障的容忍，只提供对已发生故障的警告；故障屏蔽容忍故障，但不处理故障；系统重组使系统配置能够根据双机状态进行动态改变，以消除故障影响，并补充系统冗余。
6）冗余系统容错是依靠外加资源换取可靠性的，由于故障的不可避免性，出现了处理故障的不同方法，而这些方法的关键是冗余技术。
所谓冗余是指当系统无故障时取消这些冗余措施不会影响系统正常运行3.2.2 硬件容错技术无人机飞行控制系统的硬件是无人机正常工作的基础，硬件容错技术主要是采用硬件冗余来实现容错。
硬件冗余可以采用多套元器件的电路级冗余方式，也可以是在部件级(模块级)或系统级上增加套数的方式。
硬件冗余的级别越低，故障屏蔽的效果越好，但给故障检测和电路设计带来的困难也越大。
在实际应用中，部件级或系统级的冗余模式用得最多。
在部件级和系统级的冗余技术中，最常见的有静态冗余、动态冗余和混合冗余等模式。
1）静态冗余系统静态冗余又称为屏蔽冗余，它不改变系统的结构，靠附加的元器件来屏蔽掉故障元器件的作用。
静态冗余是冗余结构不随故障情况变化的冗余形式。
静态硬件冗余应用了故障屏蔽的概念，将发生的故障隐蔽起来，防止故障造成差错。
静态冗余的基本原理是通过多数表决掩蔽发生的故障。
静态冗余系统的冗余模块是系统运行时的组成部分，工作时全部模块都参与运行，多个模块同时执行相同的功能，利用表决器通过多数一致产生输出结果。
静态硬件冗余的常用形式是三模冗余，如图 2.3 所示：三个相同的模块接收三个相同的输入，产生的三个结果送至表决器。
表决器的输出取决于它的三个输入的多数。
若有一个模块故障，则另两个正常模块的输出可将故障模块的输出屏蔽，从而不会在表决器产生错误输出。
TMR 的推广是 N 模冗余(N-Modular Redundancy，简称 NMR)。
它与三模冗余的原理相同，但采用 N 个相同的模块，N≥3，且 N 为奇数，以便进行多数表决，NMR 系统可以容忍(N-1)/2 个模块的故障。
2）动态冗余系统动态硬件冗余系统是由若干个相同模块组成，通过故障检测、故障定位及系统恢复来达到容错的一种技术。
由于系统恢复采用某种重组技术，因此系统的冗余结构将随故障情况发生变化，这种技术不防止故障产生差错，但防止差错产生失效。
动态硬件冗余技术一般适用于这样一类应用，在这类应用中允许发生暂时的错误结果，只要系统能在规定时间内进行重组并恢复正常运行，无人机飞行控制系统就是这类系统，可以允许系统发生偶然的暂时性差错，并通过重组恢复正常运行。
动态冗余系统的典型结构是系统中有 N+1 个相同的模块，其中只有一个模块处于运行状态，其余的 N 个处于备份状态，称为备份模块。
动态冗余系统必须具有模块故障检测功能和切换功能，如图 2.4 是一个集中检测和切换装置的动态冗余系统。
根据其冗余资源部分工作情况，动态硬件冗余主要有“热备份”和“冷备份”两类。
冷备份的冗余部分处于静止待命状态，也称之为“待命储备方式”。