计算机控制系统的可靠性研究
计算机控制系统的可靠性及抗干扰性优化设计
１ ． ２ 系统 可 靠 度 提 升 方 法
系 到 工 程 项 目中 的众 多 仪 表 、 机器能否正常 、 安全 、 稳 定 运 转 。对 于 如 何 才 能 保 证 计 算 机 控 制 系 统 能 够 安 全 稳 定 地 运行的问题 ， 设 计 人 员 们 首 先 考 虑 的是 在 控 制 系 统 中添 加
性主要考 虑计算机抗 干 扰技 术 的实 现 ， 增 强 硬 件 系 统 对 运行环境 的适 应 性 ， 以及 使用 质 量 比较好 的 硬件 材 料 。 软件系统 的可靠性 主要 考 虑软 件 的 自我测试 技 术 、 自我 纠错 、 自我 修 复 等 。
１ ． ２ ． １ 硬 件 系统 的 可 靠 性
来 考 虑 。 由上 述 定 量 化 描 述 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 可 知 ， 提高系统 的可靠性需 要 注重 两个 方 面 ， 一 是 在 系 统 正 常
１ 计 算 机 控 制 系 统 的 可 靠 性
１ ． １ 可 靠 性 的 定 量 ห้องสมุดไป่ตู้
工 作 时 间 内 减 少 系统 故 障 发 生 的 次 数 ； 二 是 系 统 发 生 故 障 后 要 能 够 及 时 排 除 故 障 。提 高 计 算 机 硬 件 系 统 的 可 靠
抗干扰设计 ， 计 算 机 系 统 中 的抗 干 扰 设 计 是 事 关 项 目机 器 仪 表 能 否 正 常 运 转 的关 键 部 分 。
成， 因此 ， 提 高 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 可 以从 提 高 计 算 机 硬 件 系 统 的 可靠 性 和 提 高 计 算 机 软 件 系 统 的 可靠 性 两 部 分
从 控 制 系统 的软 件 系统 和 硬 件 系 统 两 个 角 度 对提 高 控 制 系统 可 靠 性 的 方 法 进 行 了介 绍 。
计算机控制系统的可靠性技术分析
计算机控制系统的可靠性技术分析为了提高计算机控制系统的可靠性，需要综合运用计算机硬件、软件和网络技术等多方面的技术手段。
以下将从三个方面对计算机控制系统的可靠性技术进行分析。
1、硬件可靠性技术计算机控制系统的硬件包括CPU、存储器、输入输出设备等，针对其硬件故障可能性较高的问题，需要采取有效的硬件可靠性技术保障措施。
①备份机制备份机制是指将主设备的所有数据和操作都备份在备用机上，当主设备出现故障时，立即切换到备用机继续工作，保证系统的连续性和稳定性。
②可靠性设计可靠性设计是指在计算机系统设计过程中考虑到部件的影响因素，增加硬件的寿命和稳定性，减小故障出现的可能性。
例如，采用硬件冗余设计，增加电源和通信线路的备用，避免因单点故障而导致系统宕机。
③鉴别设备鉴别设备是指在程序运行过程中监测设备的状态数据，及时发现异常，并执行相应的措施。
例如，监测服务器性能指标，一旦出现异常（如CPU负载过高），即时报警。
①程序设计程序设计是指在软件开发中遵循工程化的方法，加强质量控制和测试，保证程序内部逻辑的正确性和一致性。
例如，采用代码走查、单元测试、集成测试等有效手段，减小程序出错的可能性。
②备份和恢复备份和恢复是指制定备份计划，定期备份系统数据和程序代码，并能快速恢复系统，保证系统在发生故障时能够快速恢复正常状态。
例如，定期备份数据和程序代码，采用冗余存储技术，减小数据丢失的风险。
③升级更新升级更新是指定期进行软件升级，修复已确认的软件漏洞和缺陷，充分利用软件技术的优势。
例如安全补丁的更新、调整程序性能、增加系统安全性。
计算机控制系统的网络包括局域网、广域网、互联网等，网络对系统可靠性的影响非常重要。
因此，需要采取相应的网络可靠性技术保障措施。
①建立安全防护体系建立安全防护体系是指对网络进行可靠的防护，以预防包括攻击、病毒、恶意软件、勒索软件等威胁。
例如，建立防火墙、设置访问控制、加密数据传输等措施，保证系统数据的安全性。
计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术研究
胡 月明 范 勇 （ 西南科技大学计算机科学学院， 四川 绵阳 ６ １ １） ２００
摘 要
对计算机控制 系统的可靠性作 了定量表示 ， 并从软硬件两方面入 手提 出了提 高系统可靠性的几种措施。抗干扰技 术是 保证控制 系统可靠性的一个关键 。 目前针 对各种干扰施行 的抗 干扰技术单独列出 ， 把 也分别从硬 、 件两方面作 了较为详细 软
可靠 度 Ｒ表 明运 行 ｎ此 不 发生 故 障 的 概 率 。 也 可 表示 为 ：
１１系 统 可 靠 性 的 定量 表示 ．
时间 。如 果 该 值很 小 ， 示 系统 可 维 护 性 好 ， 易 修 复 。 表 容
（） ５ 有效度 Ａ （ｖ ｉ ｂｌ ａｉ） Ａ ａｌ ｉｙ ｒｔ ａ ｉ ｔ ｏ
４ 一
’ Ｆ于 ｉ 一 ｊ ｉ －
可 工 作 时 间
ｊ 丽 ：Ｆ
控 制 系 统 抗 干 扰设 计 和施 工 是 工 程 中 非 常 重 要 的 环 节 仪 表 及控 制 系 统 可 靠 性直 接 影 响 到 生产 装 置安 全 、 定 的运 行 ， 制 稳 控 系 统抗 干 扰 能 力 是关 系到 整个 系统 可 靠 运 行 的 关 键 。 １ 计 算 机 控 制 系 统 的可 靠 性
作 ， 行不久即出现故障 ， 运 有效度降低 。
（ ） 靠 度 Ｒ Ｒ ｌ ｂｌ ａｉ） ６可 （ ｅｉ ｉｙ ｒｔ ａ ｉ ｔ ｏ
Ｒ 『 尸几 ｆ ＝ ｌ 次运行不发 生故障ｆ ｆ
低， 如可靠度 、 维护率 、 失效 率 、 均故障间隔时 间（ Ｂ ）平均 平 ＭＴ Ｆ 、
维护时间 （ Ｔ ）有效度 等。具体解释如下［】 ＭＴ Ｒ 、 １：
假 定 系 统 投 入 运 行 后 ， 作 了 一 段 时 间 ｔ后 出现 了故 障 ， 工 不 得 不停 机 维 修 。经过 一 段 时 间 Ｔ 的 维 修后 ， 障 排 除 ， 统 又 正 １ 故 系 常 运 行 。这 样 ， 时 间 坐 标 轴 上 ， ， ， ， 是 系 统 正 常 工 作 时 在 ｔｔ … ｔ ， 间 ， １ ２… ， ｎ 维 护 时 间 ， 有 ： Ｔ， ， Ｔ 是 Ｔ 则
第10章 控制系统的可靠性
图中：t1、t2……tn为系统正常工作时间 Tl、T2……Tk为维护时间
主要衡量指标：
1. 故障率λ（失效率）
失效次数 总工作时间
k
t
i 1
n
i
即单位工作时间内发生故障的次数
2．维护率μ
维护次数 总维护时间
k
T
i 1
k
i
单位维护时间内修复的次数
为周期在0-70℃之间循环工作三到十天进行筛选，
元器件基本上可进入偶然失效期。 （2）留有裕量 电子元器件都有额定工作参数和极限工作参 数，包括电气条件、机械条件、环境条件等，选
用时应在额定值以下留有一定的裕量。
二、冗余技术
常用的冗余系统．按其结构可分为并联系统、
备用系统和表决系统三种。
1．并联系统
试和维护等阶段)采取一系列规范化的方法来减少错 误，提高软件的可维护性。
三、故障自诊断技术
故障自诊断技术是用软件的办法迅速准确确定系 统内部是否发生故障，以及故障发生的部位，指导 运行维护人员及时发现故障、及时维修。 故障诊断的常用方法有（见下页）
1. 检查CPU的运算功能 在特定的存储区储存一组确定的数据，其中一 个数据是其余数据经过作某些运算的结果。在诊断
对于有N个并联装置组成系统来说，只有当N 个装置全部失效时，系统才不能工作。
2．备用系统
S1，S2，…，SN为工作单元 D1，D2……，DN为每个单元上的失效检测器 K为转换器。 在备用系统中，仅有一个单元在工作，其余 各单元处于准备状态。一旦工作单元出现故障，失 效检测器发出信号，通过转换器K投入一个备用单 元，整个系统继续运行。
3．表决系统
S1，S2，…，SN为工作单元 M为表决器
计算机控制系统元器件可靠性工作时间的测算
计算机控制系统元器件可靠性工作时间的测算作者：叶飞李莉王东华来源：《消费电子·理论版》2013年第04期摘要：在计算机控制系统中，可靠性和技术性能占据着重要的位置，这两方面在整个计算机控制系统中也缺一不可的。
但是，就我国目前计算机控制系统的设计现状来看，设计人员往往将重点放在系统的技术性能上，从而忽略了对其可靠性的设计。
计算机控制系统如不能正常工作，不仅会导致经济方面的损失，严重的甚至还会危及到人们的生命安全。
本文通过计算机控制系统的使用寿命估算方法进行分析，以期为今后计算机控制系统延长使用寿命提供一定的参考。
关键词：计算机；控制系统元器件；可靠性工作时间中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-02随着我国科学技术的不断发展，计算机控制设备无论在国防、民生、医疗救治、企业生产等各领域都有广泛的应用。
因此，如何有效估算计算机控制系统的无故障工作时间也成为了相关工作人员所面临的一项重大课题。
为了能够充分实现计算机控制系统无故障工作时间的正确估算，工作人员必须要对相关的设备做到全面系统的了解，从而采用合理的估算方法进行估算，从而避免出现资金浪费和影响生产的现象发生。
一、计算机控制系统可靠性时间估算的理论依据任何一个计算机控制系统都是由多个模板、半导体或者元器件组成的，这些组成部分是否能够正常工作直接关系到计算机控制系统的正常运行情况。
二、计算机系统平均无故障时间的估算在计算机控制系统中，我们可以通过其内部模板失效率的计算来就得无故障间隔时间MTBF。
而模板的是效率差主要是由计算机控制系统内部的每种典型元器件的标准失效率和各种典型元器件的数量二者相乘，然后将计算的结果累加起来所得到的结果。
三、关于无故障间隔时间估算的评价（一）估算结果的可依赖性在上述计算机控制系统运行的过程中，必然会存在一些可能会影响到其正常运行的因素，无故障间隔时间估算作为理论上的一种计算方法，对于计算机控制系统实际应用过程当中的一些因素并没有进行充分的考虑，比如说外界对其产生的各种干扰、震动、粉尘、电源不稳、使用不当、维护不周和静电等。
简述计算机控制系统的基本要求
简述计算机控制系统的基本要求计算机控制系统是指由计算机控制和管理的一种自动化控制系统，它通过对物理过程的感知和控制，实现工业生产和自动化操作。
在现代工业中，计算机控制系统已经成为了不可或缺的一部分，起到了提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量和可靠性等重要作用。
要使计算机控制系统能够正常运行和满足实际需求，就需要具备一定的基本要求。
接下来将从以下四个方面进行简述。
一、稳定性要求计算机控制系统的稳定性是指系统的输出在输入和各种干扰作用下保持一定的稳定性和可靠性。
稳定性要求可以通过以下几个方面进行保证：1.输入稳定性：输入信号应当稳定且无干扰，以确保计算机系统可以准确捕获和处理输入信号。
2.输出稳定性：控制系统的输出应当具有可靠性和稳定性，以确保系统的控制效果达到预期。
3.系统响应稳定性：系统的响应速度应当稳定，不能出现过度反应或迟滞现象，以确保系统可以快速、准确地进行响应和控制。
4.抗干扰能力：系统应当具备一定的抗干扰能力，可以抵御来自外界的各种干扰信号，并保持系统的稳定性和正常运行。
二、速度要求计算机控制系统的速度要求主要包括实时性和响应速度等方面。
实时性是指系统对输入信号的响应速度应当满足实际应用需求，特别是在需要快速控制和响应的场景下。
计算机控制系统的实时性要求可以通过以下几个方面进行保证：1.硬件性能：计算机系统的硬件配置应当满足实时需求，包括处理器的主频、存储器容量和带宽等。
2.软件算法优化：系统的软件算法应当经过优化，提高系统的运行效率和速度，保证实时性能的达到。
3.通信速度：计算机控制系统中的通信速度也是影响实时性能的一个关键因素，合理选择和配置通信设备可以提高通信速度。
三、可靠性要求计算机控制系统的可靠性是指系统能够稳定、准确地工作，不出现故障和错误。
保证计算机控制系统的可靠性可以从以下几个方面进行考虑：1.硬件可靠性：选用高质量的硬件设备，减少硬件故障的概率，提高系统的可靠性。
变频调速控制计算机系统的可靠性研究
板组成。 Ｃ Ｕ模板与各智能模板之 间有串行和并 主 Ｐ 行 两条数 据 总线 ， 总线 均 为 主从 式 结 构 ， Ｃ Ｕ可 从 Ｐ
通过 中断方式 向主 Ｃ Ｕ传 递重 要信 息 。 统 的 自诊 Ｐ 系
断与容 错设 计 均 建 立 在 主 Ｃ Ｕ 完 好 的 基 础 上 ． Ｐ 主 Ｃ Ｕ通过双 端 ！ Ｒ Ｐ Ｚ ＡＭ与各 智 能模板 的 子 Ｃ Ｕ共享 ｌ Ｐ 数据 。 系统 结构如 图 １ 示 。 所
率行 巷蛙
并行 巷墁
电 避 蝇
圈 １ 计算机控制 系统结构
不足 ． 前景 比较 宽广 。
智能 化 。
参考文献
】 天津大学 电力系境维 电保护原理［ ］北京 ： ］ Ｍ． 水利电力出版杜
】８ ９４
４ 结束语
煤矿 电气 保 护 由于其 环 境复 杂 性 ， 压深 入负 高 荷 中心、 限制 电火花 、 防触 电等 因 素 ． 电安 全 采 了 供
维普资讯
第 ２ 卷第 ２崩 １
２ ０ 年 ２月 Ｏ２
煤 炭 技 术
Ｃ ａ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｌ ｃ ｎ ｌｇ Ｔ
Ｖｏ． １． ２ １２ ０ Ｆ ｂ 撇 ｅ．
变 频 调 速 控 制 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 研 究
维普资讯
第２ 期
孙 宝仁 等 ： 变频 调速 控制计 算机 系统 的可靠性研 究 明， 部分 电路 的故 障率 最高 。 此本 系统对 这部分 这 为 电路 进行 了冗余 设 计 ， 过软 、 件相结 合 的方法 可 通 硬 使系统 参数及状 态检 测 系统 具 有一 定 的容 错 能力 。 这部分 电路包 括模 拟量检 测电路 、 开关 量检测 电路 、 零 电流检测 电路 及速 度检 测电路等 。 ２１ 模拟■ 检 测电路设计 ． 模 拟量 检 测 电路 用来 检 测 系统 的大部 分参数 。 模 拟量 检测采用 两套 完 全相 同 的接 口电路 ， 套 电 两
计算机控制系统李华
计算机控制系统李华简介计算机控制系统是指利用计算机对各种装置、机器或过程进行监控、控制和自动化操作的一种系统。
在现代工业生产中，计算机控制系统起着至关重要的作用，它能够提高生产效率、节约资源、减少人力成本等。
李华是一位从事计算机控制系统研发多年的专家，他在该领域取得了一系列重要的研究成果。
本文将介绍李华在计算机控制系统领域的贡献。
1. 李华的背景李华毕业于清华大学自动化专业，获得了电气工程学士学位和自动化专业硕士学位。
毕业后，他加入了一家专注于计算机控制系统研发的公司，并在该公司积累了丰富的实践经验。
李华在工作中表现出色，很快被公司提升为高级工程师，并负责多个重要项目的研发工作。
2. 李华的研究成果2.1 控制算法优化李华在控制算法优化领域做出了许多重要的研究工作。
他发现传统的控制算法在处理特定问题时存在一定的局限性，导致控制系统的性能无法达到最佳。
因此，他提出了一种新的控制算法，能够更好地适应不同的控制需求，并提高系统的响应速度和精度。
这种算法经过实践验证，取得了显著的效果。
2.2 控制系统可靠性提升控制系统的可靠性对于工业生产来说非常重要。
李华深入研究了控制系统的故障机制，并提出了一系列提高控制系统可靠性的方法。
他通过使用备份冗余和容错技术，有效地提高了系统的容错能力和抗干扰能力，从而降低了系统发生故障的概率。
2.3 计算机网络在控制系统中的应用随着计算机网络的发展，越来越多的控制系统开始采用分布式架构和网络化通信。
李华深入研究了计算机网络在控制系统中的应用，并在实践中成功地应用了这些技术。
他提出了一种基于网络的控制系统架构，并开发了相应的软件工具，使得控制系统可以远程监控和控制，提高了生产效率和生产线的灵活性。
3. 李华的影响李华的研究成果对于计算机控制系统领域的发展具有重要的影响。
他提出的控制算法优化方法被广泛应用于各种控制系统中，提高了系统的性能和稳定性。
他的研究成果还激发了更多人对控制系统可靠性和网络化控制的研究兴趣，推动了该领域的发展。
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计算机控制系统的可靠性研究
摘要：随着计算机应用水平的不断提高，计算机的依赖已经成为社会的必然。
计算机的依赖即对数据的依赖，数据已成为社会文明赖以维持的重要条件。
不论是在政府机关企事业单位使用的现代办公系统中，还是在保证企业正常生产的大型集散控制系统中，抑或是在代表现代制造业最新水平的柔性制造系统或计算机集成制造
系统中，如何保障数据的高可靠、持续访问是我们计算机应用者必须面对的主要问题。
以计算机应用和数据为中心的理论为依据，建立计算机应用系统高可靠理论与应用推广技术，保障计算机应用系统的数据高可用，避免数据灾难对社会正常秩序的严重破坏，是计算机应用高可靠性研究的主要内容，该研究具有重大的意义。
具体来说包括：海量数据存储系统，数据处理通道高可靠性，数据传输通道高可靠性等。
关键词：计算机可靠性容错
1.系统可靠性的定义
在特定时间内和特定条件下系统正常工作的相应程度，即（degree of suitability）。
系统的可用性（availability），即利用率。
可用性的平均值即平均利用率，其计算方法为：a = mtbf / （mtbf + mttr）。
其中：mtbf（meantime between failures），故障间隔平均时间；mttr（meantime to repair），系统平均修复时间。
2.主要的可靠性技术
提高计算机系统可靠性主要有两种方法：避错和容错。
所谓避错就是采取各种可能的技术措施避免计算机在使用过程中发生错误；所谓容错就是在系统运行过程中允许某些环节发生某些错误，但是计算机给出的最终结果中不包括由于上述环节中发生的错误所造
成影响。
2.1避错技术
其实就是追求一种完美性。
要求组成系统的各个部件、器件具有高可靠性，不允许出错，或者出错率降至最低。
2.1.1硬件的可靠性与完美性
指元器件的完美性、部件的完美性、整机与系统的完美性。
例如，电路：规范设计、电路结构合理、时序安排合理；元器件：制造简单、筛选使用、老化处理、保证寿命；部件：pcb板布局合理、器件位置合理、结构和布线合理、焊接和安装牢固、利于散热、机械性能优越；整机：整体一致、结构合理、干扰屏蔽；环境：使用环境满足要求、强弱电分开布置、减少干扰和静电。
2.1.2软件的可靠性与完美性
软件的正确性、可用性、完美性和兼容性。
软件可靠性是软件产品在规定的条件下和规定的时间区间完成规定功能的能力。
规定的条件是指直接与软件运行相关的使用该软件的计算机系统的状态
和软件的输入条件，或统称为软件运行时的外部输入条件；规定的时间区间是指软件的实际运行时间区间；规定功能是指为提供给定的服务，软件产品所必须具备的功能。
2.2容错技术
即在一定程度上容忍故障的技术。
容错系统，采用容错技术的系统。
当系统因某种原因出错或者失效，系统能够继续工作，程序能够继续运行，不会因计算机故障而中止或被修改，执行结果也不包含系统中故障引起的差错。
冗余技术是容错技术的重要结构，它以增加资源的办法换取可靠性。
由于资源的不同，冗余技术分为硬件冗余、软件冗余、时间冗余和信息冗余。
资源与成本按线性增加，而故障概率则可按对数规律下降。
2.2.1硬件容错技术
1）系统级容错
多种系统容错后备模式。
双机双工热备份：两机同时运行，分不同作业，各自资处理自己分配的任务；主从热备份：主从式（m/s），m运行，s后备，m故障，s接管并升级为m，原m修复后作为s；热备份：m运行，s后备，m故障，s接管作m，原m修复，s归还m。
2）部件级容错
磁盘镜像：将相同的数据分别写入两个磁盘；磁盘双联：为镜像磁盘增加了一个i/o控制器，形成磁盘双联，使总线争用得到改善；raid（独立磁盘冗余阵列）：就是将n台硬盘通过raid controller 结合成虚拟单台大容量的硬盘使用。
磁盘阵列中针对不同的应用使用不同技术，称为raid level，而每一level都代表着不同技术，用哪个level视用户的操作环境和应用而定；电源：采用双电源，
dc冗余，ac、dc全冗余；i/o卡：双网卡；pci总线：三重对等pci 技术；cpu：多cpu容错系统。
2.2.2软件容错技术
软件容错主要是对计算机应用软件科技人员为某一个特定的工程设计和开发的应使用软件而言。
目前实现软件设计的冗余通常都采用重版本程序设计法，这如同硬件静态容错一样，是一种静态屏蔽软件可能造成错误的技术。
设计思想是用n个具有相同功能的程序同时或先后执行某项计算，结果通过多数表决来选择。
表决程序是n重本程序设计结构的关键。
以n重版本程序设计的方法来实现软件设计的冗余是保证软件可靠性同时也是提高整个系统可靠性的最强有力的措施，但是这种技术措施的采用又反过来要求增加为其运行所需的硬件资源，从而加大了系统的成本和硬件设计的复杂性，另一方面也增加了系统在时间上的开销，从而使系统运行时间增加用户等待时间加长。
正是由于这种原因，一般情况下，如果不是在超高可靠性要求的实时系统中可以不必考虑采用这些措施。
结论
多年来广大计算机科技工作者为提高计算机系统的稳定性、可靠性、可维护性而采取硬、软冗余技术来增强系统的避错、纠错、容错等办法，未来将仍是我们可以遵循的技术路线。
实际上众多的计算机硬软件制造商、系统集成商，在自己的计算机及其系统中通过采用双多机系统、镜象、热备份多种硬软件结合的冗余技术，大大
提高了其新产品和工程系统的容错能力，使计算机的稳定性、可靠性、可维护性得到了很大的改善。
参考文献：
[1]冯登国.计算机通信网络安全[m].北京：清华大学出版
社.2001
[2]袁津生.计算机网络安全基础[m].人民邮电出版社.2002
[3]冯博琴.计算机安全[m].北京：高等教育出版社.2003。