容错控制理论及其应用
云计算环境下容错机制的研究与应用
云计算环境下容错机制的研究与应用近年来，随着云计算的广泛应用，容错机制逐渐成为保障系统稳定性和可靠性的重要技术。
容错机制，即系统在遇到故障或错误时能够自动进行快速修复，以保证系统的运行不受影响。
在云计算环境下，容错机制不仅是技术研究的重点，而且还涉及到企业和用户的核心利益。
一、云计算环境下容错机制的研究在传统的计算模式下，容错机制主要是通过冗余系统、备份系统和数据镜像等方式来实现的。
而在云计算环境下，随着虚拟化、自动化和动态管理等技术的发展，容错机制也在不断演变和完善。
首先，多节点架构的容错技术，如冗余系统和备份系统，在云计算环境下已经得到广泛应用。
通过多个节点之间的数据同步和备份，实现数据的容错和恢复，从而保证系统的可用性和可靠性。
其次，虚拟化技术为容错机制的实现提供了更多的可能性。
虚拟化技术通过将物理资源抽象成虚拟资源，实现资源的隔离、调度和管理。
在云计算环境下，虚拟机可以在不同的物理节点之间迁移，从而实现对故障节点的快速切换和容错。
最后，自动化技术和智能化管理也成为容错机制的重要手段。
自动化技术可以通过自动化运维、自动化部署等方式，实现系统的快速响应和自动修复。
而智能化管理则可以通过数据分析和机器学习等技术，预测和避免故障的发生，提高系统的运行效率和可靠性。
总体来看，云计算环境下容错机制的研究和应用主要与虚拟化、自动化和智能化管理等技术息息相关，需要综合运用多种技术手段，以满足不同场景下的容错需求。
二、容错机制在云计算中的应用容错机制在云计算中的应用主要涉及到企业和用户两个方面。
对于企业而言，容错机制直接关系到企业业务的稳定和可靠性，是保证企业信息安全和业务连续性的基础。
具体来说，容错机制可以帮助企业实现多节点的负载均衡和容错冗余，防止单点故障和网络拥塞，提高企业业务的可用性和响应速度。
对于用户而言，容错机制则直接关系到服务质量和用户体验。
在云计算应用中，容错机制可以帮助用户实现快速响应、自动修复和故障迁移等功能，提高服务的可靠性和稳定性。
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
容错机制取得实效的例子
容错机制取得实效的例子
容错机制是指在系统设计中加入的一种机制，用于处理和纠正
错误，以保证系统的可靠性和稳定性。
在现实生活中，有许多例子
展示了容错机制取得实效的情况。
首先，让我们看看航空业。
飞机是一种复杂的机械设备，飞行
过程中可能会遇到各种突发状况，如发动机故障、气流紊乱等。
为
了确保飞行安全，飞机上配备了各种容错机制，比如双发飞机可以
在一台发动机故障的情况下继续飞行，飞行员也接受了严格的训练，以应对各种紧急情况。
这些容错机制的实施使得飞机在面对问题时
能够及时应对，保障了乘客的安全。
另一个例子是互联网领域。
在网络通信中，由于各种原因可能
会导致数据传输出错，比如网络拥堵、设备故障等。
为了保证数据
的可靠传输，网络协议中通常会包含一些容错机制，比如校验和、
重传机制等。
这些机制可以帮助系统检测和纠正数据传输中的错误，确保数据的完整性和准确性。
此外，现代汽车也广泛应用了容错机制。
汽车上配备了各种传
感器和控制系统，用于监测车辆状态并及时做出反应。
比如，防抱
死制动系统（ABS）可以避免车辆制动时轮胎抱死，电子稳定控制系
统（ESC）可以帮助车辆保持稳定行驶。
这些系统的应用使得汽车在
面对各种路况和驾驶行为时能够及时做出调整，提高了行车安全性。
总的来说，容错机制在各个领域都发挥着重要作用，确保了系
统的可靠性和稳定性。
通过不断改进和完善容错机制，我们可以更
好地应对各种意外情况，保障人们的生命财产安全。
电力系统中的容错控制与故障诊断技术
电力系统中的容错控制与故障诊断技术电力系统作为现代社会不可或缺的基础设施之一，承担着输送和分配电能的重要任务。
然而，由于各种外界因素和内部故障的存在，电力系统可能会发生故障，导致电力供应中断或损害设备安全。
因此，研究电力系统中的容错控制与故障诊断技术变得至关重要。
本文将介绍电力系统中容错控制和故障诊断的相关技术和应用。
容错控制是指通过增加系统对故障的容忍度和自愈能力，使系统能够在故障发生时自动恢复正常工作状态或降低故障对系统性能的影响。
容错控制技术可以提高电力系统的可靠性、鲁棒性和可用性，确保供电的连续性和稳定性。
常见的电力系统容错控制技术包括冗余设计、备用设备、区域隔离和自适应调节等。
冗余设计是一种通过增加备用设备或线路来实现容错的方法。
例如，在变电站中采用双电源供电、双回线供电等冗余设计，使得当一台电源或线路发生故障时，系统能够自动切换到备用电源或线路上。
这种冗余设计大大提高了电力系统的可用性和系统的容错性。
此外，备用设备的选用和自动切换技术也是容错控制的关键。
现代电力系统中智能设备的引入，使得系统能够根据故障情况自动切换到备用设备上，实现容错性能的最大化。
区域隔离是一种通过将系统分为数个自治区域，使得当一个区域发生故障时，其他区域仍能正常工作的容错控制技术。
区域隔离技术不仅可以减少故障传播范围，降低故障对整个系统的影响，还可以提高电力系统对故障的容忍度和可用性。
近年来，随着智能隔离开关技术的发展，区域隔离技术在电力系统中的应用越来越广泛。
智能隔离开关能够根据故障情况自动隔离发生故障的区域，使得其他区域能够独立工作，并尽快恢复正常状态。
自适应调节技术是一种通过监测和分析电力系统运行状态，根据系统的需求动态调节控制参数，以适应外界变化和故障影响的容错控制技术。
自适应调节技术能够在系统发生故障或外界环境变化时自动调整控制策略和控制参数，以维持系统的稳定性和正常运行。
例如，当系统出现故障时，自适应调节技术能够自动调整控制策略和控制参数，实现故障快速隔离和恢复。
容错控制理论及其应用
容错控制理论及其应用一、概述随着现代系统日益复杂化和规模化，系统发生事故的风险也在逐步增加。
例如，1998年至1999年间，美国的三种运载火箭“大力神”、“雅典娜”和“德尔他”在短短10个月内共发生了5次发射失败，造成了超过30亿美元的直接经济损失，严重打击了美国的航天计划。
这类事故凸显了提高现代系统可靠性与安全性的紧迫性。
在这样的背景下，容错控制理论及其应用应运而生，为复杂系统的可靠性提升开辟了新的途径。
容错控制，又被称为故障容忍控制，是一种在系统元部件（或分系统）发生故障时仍能保持其基本功能能力的控制策略。
其核心思想是，在设计控制系统时，应预先考虑到可能发生的故障，以及这些故障对系统性能可能产生的重大影响。
容错控制的目标是，即使在发生故障的情况下，也能确保动态系统的稳定运行，并维持可接受的性能指标。
容错控制可以根据不同的标准进行分类。
按系统分，可分为线性系统容错控制和非线性系统容错控制按克服故障部件分，可分为执行器、传感器、控制器故障容错控制按设计方法特点分，可分为被动容错控制和主动容错控制。
被动容错控制主要是通过设计固定结构的控制器来应对故障，而主动容错控制则需要在故障发生后重新调整控制器参数，甚至可能改变控制器结构。
容错控制器的设计方法主要包括硬件冗余方法和解析冗余方法两大类。
硬件冗余方法通过在关键子系统中采用双重或更高程度的备份来提高系统可靠性。
解析冗余方法则主要利用系统中不同部件在功能上的冗余性，通过估计和比较来识别和补偿故障。
容错控制理论的发展可以追溯到20世纪70年代，但直到近几十年，随着系统复杂性的增加和故障诊断技术的进步，容错控制才得到了广泛的关注和研究。
目前，容错控制已在航空航天、工业自动化、机器人技术、交通运输等多个领域得到了成功应用，为提高系统可靠性和安全性提供了有效的手段。
尽管容错控制已经取得了显著的进展，但仍面临着许多挑战和机遇。
随着人工智能、大数据等技术的快速发展，未来容错控制有望与这些先进技术相结合，进一步提升系统的智能化和自适应性，为现代复杂系统的可靠运行提供更加坚实的保障。
容错纠错机制的运行机理
容错纠错机制的运行机理容错纠错机制是计算机科学中被广泛应用的一种机制，其旨在在硬件、软件、数据和信息传输等环节中，通过综合运用技术和方法，检测和纠正错误，从而使系统能够正常、可靠地运行。
硬件容错纠错机制主要是采取硬件、软件复合的方式，借助硬件的测试能力，结合软件的处理能力，检测硬件中可能存在的错误，可以使系统稳定性大大增强，确保计算机系统的正确性、可靠性和安全性。
主要的容错技术有校验和环、检测码、取模算法、检测传送码以及冗余等。
软件容错纠错机制主要是采用软件容错技术通过软件手段，检测和纠正软件运行中可能存在错误，如程序错误、存储器错误、错误输入输出等，确保软件可靠性。
主要的容错技术有错误检测和纠正方法、恢复方法、容错编程方法及软件容错性等。
数据容错纠错机制主要是利用软件和硬件复合的方式，将通信及计算机网络的传输和处理过程中，可能产生的错误定位出来，使之尽量不影响到系统的正常数据传输，提高数据传输安全、稳定性和正确性。
主要的容错技术有校验码、多路径数据传输、硬件检测等方法。
信息容错纠错机制主要是利用硬件、软件复合的方式，使用不同的技术和算法，结合多个终端的技术、算法，以确保多个终端之间的信息正确传输和交互，以及多个终端之间信息的完整性，确保系统的信息可靠并且及时的传输。
主要的容错技术有超时控制机制、基站加权投票机制、双路径信息传输机制等。
综上所述，容错纠错机制主要是通过硬件、软件、数据和信息容错技术，对硬件、软件、数据和信息传输等环节中可能存在的错误进行检测和纠正，以确保系统运行的正确性、可靠性和安全性。
它是一种非常重要的容错技术，可以大大提高信息处理的可靠性，更好地满足系统的安全可靠性要求。
但是，为了满足容错纠错机制的要求，除了技术的支持外，还需要相应的硬件和软件环境，这样系统才能正常地运行。
同时，由于容错纠错设备的运行价格较高，它的应用也受到了技术、财力的限制。
总之，容错纠错机制是一项重要的技术，可以有效提高信息处理的可靠性，确保系统运行的正确性、可靠性和安全性。
容错纠错机制运用-概述说明以及解释
容错纠错机制运用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容：容错纠错机制是一种在计算机科学和信息技术领域广泛应用的技术，它的主要目的是通过设计和实现一定的方法和算法，以在系统发生错误或失效时能够自动检测和纠正这些错误，从而保证系统的可靠性和稳定性。
随着计算机和通信技术的不断发展和广泛应用，现代社会对于信息处理能力的要求越来越高。
然而，在现实应用中，由于各种原因，例如硬件故障、软件错误、不稳定的网络环境等，系统往往会出现各种各样的故障和错误。
这些故障和错误可能会导致系统性能下降甚至崩溃，给用户和应用带来严重影响。
为了避免这种情况的发生，容错纠错机制应运而生。
它通过在系统设计和实现过程中引入一系列的冗余信息、检错码、容错算法等技术手段，以增强系统对故障和错误的容忍和自我修复能力。
在系统发生错误时，容错纠错机制能够及时检测到错误，并通过纠正、重试、切换等方法，恢复系统的正常运行。
容错纠错机制的应用领域非常广泛。
从计算机领域来说，操作系统、数据库系统、分布式系统等都广泛应用了容错纠错机制来保证其可靠性和稳定性；在通信领域，通过引入冗余代码、前向纠错技术等手段，可以有效提高信息的传输质量和可靠性；在软件开发中，使用容错纠错机制能够帮助开发人员及时发现和修复潜在的错误，提高软件质量。
总之，容错纠错机制在现代信息技术领域具有重要的作用和价值。
它能够增强系统的可靠性和稳定性，提高用户体验，同时也为系统开发和维护人员提供了一种有效的手段来应对故障和错误。
随着技术的不断进步和发展，容错纠错机制在未来将发挥更加重要的作用，并得到更广泛的应用和推广。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以根据以下的方式来进行编写：1.2 文章结构文章主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分对容错纠错机制进行了概述，说明了本文的主要内容和目的。
接下来，文章将详细介绍容错机制的概念和作用，以及其应用领域和方法。
正文部分主要包括两个方面的内容。
控制系统的容错技术分析
控制系统的容错技术分析随着技术的发展，控制系统在日常生活中扮演着越来越重要的角色。
但是，由于控制系统的操作非常复杂，涉及到众多因素，一旦出现故障或错误，就会对整个系统产生不可逆转的影响。
因此，在控制系统中引入容错技术可以有效地减少故障的发生，提高系统的可靠性和稳定性。
什么是容错技术？容错技术是指在系统运行过程中，通过预测或识别错误，采取一系列措施来保证系统仍然能够正常运行或快速恢复。
常见的容错技术包括备份、冗余和监控等。
备份技术备份是指在系统中加入多余的组件，以备份原有组件失效时使用。
备份技术常分为主备份和热备份两种。
主备份是将主要组件和备份组件分配为主备份关系，当主要组件失效时，备份组件会立即接手替代，并开始恢复操作。
该技术能够快速切换到备份状态，缩短系统恢复的时间。
热备份是指将备份组件在系统运行时与主要组件同时进行操作，更换组件时不需要关机或停机。
热备份技术可以显著降低系统维护和管理的成本，但同时也需要更多的硬件资源。
冗余技术冗余技术是指采用多个重复的组件来替代单个组件，当单个组件失效时，其他组件可继续工作。
常见的冗余技术包括硬件冗余和软件冗余。
硬件冗余是指在系统中加入多个硬件设备，以备份原有硬件设备失效时使用。
硬件冗余技术具有较高的可靠性和容错能力，但同时也需要更高的硬件成本。
软件冗余是指采用多个重复的软件组件来替代单个应用程序，当单个应用程序崩溃时，其他应用程序可以继续工作。
软件冗余技术能够提高系统的容错能力和可靠性，并且无需额外的硬件成本。
监控技术监控技术是指通过实时监测系统中的各个组件，识别和解决潜在的故障或错误。
常见的监控技术包括状态监测、性能监测和事件监测。
状态监测是指监测各个系统组件的状态，一旦发现错误或异常，就会采取相应的措施。
性能监测是指实时监测系统的性能，及时发现和解决性能问题。
事件监测是指监测系统中的各种事件，比如用户的操作、程序运行等，及时发现和处理异常事件。
总结控制系统的容错技术是确保系统可靠性和稳定性的重要手段。
一种动态非线性容错控制算法及其在可靠性控制中应用
中图 分 类 号 ： Ｐ３ １ Ｔ １ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ９ ０ ４２ １ ）４ ９ ０ — ２ １ ０ —３ ４ （０ ０３ — ８ ０ ０
Ａ ｎ ｍｉ ｎ ｉ ｅ ｒＦａ ｌ－ ｏ ｅ ａ ｔＣｏ ｔ ｏ ｇ ｒｔ ｍ ｎ ｔ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｆ ｒ Ｒｅ ｉｂ ｌ ｙ Ｃｏ ｔ ｏ Ｄｙ ａ ｃ Ｎｏ ｌ ａ ｕ ｔ ｔ ｌｒ ｎ ｎ ｒ ｌ ｎ Ａｌ ｏ ｉｈ ａ ｄ ＩｓＡｐ ｌ ｔ ｏ ｌ ｉ ｔ ｎ ｒ ｌ ｃ ｏ ａ ｉ
错 控 制 方 法 。 在 常规 Ｃ ＭＡ 学 习算 法 中 ， 差被 平 均地 分 配给 所 有 被 激 活ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的 存 储 单 元 ， 管各 存 储 单元 存 储 数 据 （ 值 ） 可信 程 Ｃ 误 不 权 的 度， 改进 的 Ｃ Ａ 中 ， 用激 活单 元 先 前 学 习次数 作 为可 信 度 。其 误 差 校 正 值 与 激 活 单 元 前 学 习 次数 的 负 ｋ次 方 成 比例 。 而提 高 Ｍ Ｃ 利 从
通信协议中的容错技术研究与应用实践
通信协议中的容错技术研究与应用实践随着信息技术的快速发展，通信技术也得到了很大的提升。
在通信系统中，通信协议是连接各个设备和处理传输的关键。
其功能是规定数据传输过程中的各项约定，以保证传输的安全、可靠、高效和准确。
因此，通信协议中的容错技术研究与应用实践变得至关重要。
一、通信协议的基本原理通信协议是计算机和网络传输所必需的核心技术之一。
通信协议是一种规则和标准，允许计算机、服务器、路由器等各种计算机和网络设备进行有效地数据通信。
通信协议的主要功能包括：数据传输、错误检测、流量控制和访问控制。
其中，错误检测是保证通信质量的重要因素之一，它可以通过容错技术来实现。
二、容错技术的概念与分类容错技术是一种能够创造可靠性的技术。
它是利用特定的算法和技术手段，通过增强工程系统的可靠性来保障运行的正常。
通信协议中的容错技术主要包括：冗余检验码、错误纠正代码、交错编码等技术。
这些技术主要是为了检测和纠正传输过程中的错误，防止数据传输中出现严重错误，从而提高系统的可靠性和稳定性。
三、容错技术在通信协议中的应用实践容错技术在通信协议中的应用包括以下方面：数据交换、数据传输和数据存储。
在数据交换方面，容错技术主要是通过冗余校验码来实现。
它们通常由两类代码组成：校验和和CRC码。
这些代码的作用是保证传输过程中出现的任何错误都可以被及时检测到，确保数据传输的正确性和可靠性。
在数据传输方面，容错技术主要是通过错误纠正代码和交错编码来实现。
这些代码和编码方式可以帮助检测和纠正传输过程中的错误，从而确保数据传输过程的可靠性和准确性。
在数据存储方面，容错技术常用于RAID系统中。
RAID是磁盘阵列的缩写，它提供了一种保护数据的方法，可以检测和纠正存储在硬盘中的数据错误。
这种技术也可以通过增加硬盘冗余性来提高系统的可靠性和容错能力。
四、容错技术的优缺点容错技术的优点在于可以有效地检测和纠正通信过程中出现的错误，从而提高系统的可靠性和稳定性。
容错控制理论及其应用
容错控制理论及其应用2007/4/29 中国自动化学会专家咨询工作委员会1 引言现代系统正朝着大规模,复杂化的方向发展，这类系统一旦发生事故就有可能造成人员和财产的巨大损失。
如：1998年8月到1999年5月的短短的10个月间，美国的3种运载火箭：“大力神”，“雅典娜”，“德尔他”共发生了5次发射失败，造成了30多亿美元的直接经济损失，迫使美国航天局于1999年5月下令停止了所有的商业发射计划。
对美国的航天计划造成了严重的打击。
人们迫切需要提高现代系统的可靠性与安全性。
基于解析冗余的动态系统的故障诊断与容错控制则为提高复杂系统的可靠性开辟了一条新的途径。
动态系统的容错控制(Fault Tolerant Control——FTC)是伴随着基于解析冗余的故障诊断技术的发展而发展起来的。
如果在执行器、传感器或元部件发生故障时，闭环控制系统仍然是稳定的，并仍然具有较理想的特性，就称此闭环控制系统为容错控制系统[1]。
1991年，瑞典的Astrom教授明确指出了，容错控制具有使系统的反馈对故障不敏感的作用。
容错控制方法一般可以分成两大类，即：被动容错控制(passive FTC)和主动容错控制(active FTC)。
容错控制的思想最早可以追溯到1971年，以Niederlinski 提出完整性控制(integral control)的新概念为标志，Siljak于1980年发表的关于可靠镇定的文章是最早开始专门研究容错控制的文章之一。
然而，直到1993年，国际上才出现了由现任IFAC技术过程的故障诊断与安全性专业委员会主席，英国的Patton教授撰写的容错控制的综述文章[1,2]，目前尚未见到国际上有容错控制的专著问世。
值得骄傲的是，我国在容错控制理论上的研究基本上与国外同步。
1 987年，叶银忠等就发表了容错控制的论文，并且于次年发表了这方面的第一篇综述文章。
1994年，葛建华等出版了我国第一本容错控制的学术专著。
容错技术在我厂控制系统中的运用
容错技术在我厂控制系统中的应用近年来，火力发电机组的单机容量不断攀升，运行参数的提高使相关参数的相互影响变大。
控制功能和范围的扩大，热控系统的复杂性和故障的离散性增加。
由于系统设计、设备选型、安装调试和运行环境变化等诸多因素影响，使得热控系统设计的科学性和可靠性、控制逻辑的合理性和系统完善性存在薄弱环节，由此引发热控保护系统的误动甚至机组误跳闸事件仍时有发生，影响着机组的安全经济运行。
因此切实保证现代化电厂复杂系统的可靠性与安全性具有十分重要的意义，而容错技术的出现为提高系统的可靠性开辟了一条新的路径。
1. 容错定义容错是指在系统中，当一个或者多个关键部位出现故障时，系统采取相应的措施，维持规定功能或者在可接受的性能指标变化下，继续稳定可靠运行的能力，容错控制是一门应用型边缘交叉学科。
电厂热工过程的容错是指构成系统某个或者某些仪表控制装置，如温度、压力、流量、液位、位置检测仪表，或者控制器，电动、气动执行机构出现故障时，系统采用其他正常测点或者利用相关算法，规避风险，保障系统的正常稳定运行。
相对于故障处理采用的方法，容错可以分为软件容错和硬件容错两种基本类型。
2. 火电厂容错控制的基本思想容错控制技术是通过故障诊断，控制系统在故障后进行重构，使控制系统鲁棒性得到提高。
对现场的故障进行检测、并诊断出故障的具体类型和位置是容错控制的前提，对故障的控制和处理策略是容错控制的核心。
容错控制是控制系统根据故障的具体情况，给出故障处理的具体方案，并进行实施。
火电厂热控系统容错控制可以从3 个方面入手：(1) 故障存在的情况下，进行系统重构，使系统的性能指标无变化。
火电厂模拟量控制系统中，运用比较广泛，一般有坏值剔除、离散点剔除、超驰控制、测量补偿等手段；(2) 故障确认的情况下，降低性能指标继续稳定运行，如机组RB、切手动等；(3) 主动容错，进行预防。
例如：容错逻辑设计、智能容错控制等。
3. 容错逻辑设计在我厂的典型运用实例3.1 防止不同控制器中数据失真的容错逻辑运用热工控制系统中，存在大量数据在不同控制器间的交换、传输，由于通讯手段可靠性不高，因此我们对重要数据的传送采用冗余配置，即一路通讯、一路硬接线，在通讯正常的情况下优先选用通讯数据，当通讯出现异常时切换到硬接线数据。
容错纠错的成果运用
容错纠错的成果运用容错纠错的成果运用摘要：容错纠错技术是一种能够提高系统的可靠性和稳定性的重要技术。
本文将介绍容错纠错技术的发展历程、原理及其在各个领域的应用。
对于计算机系统、通信系统和控制系统等关键领域而言，容错纠错技术的运用不仅能够减少系统故障率，提高系统的可靠性，还能够减少系统的维护和运营成本，提高用户的满意度。
关键词：容错纠错技术、可靠性、故障率、维护成本、用户满意度一、引言在当今信息化时代，计算机系统、通信系统和控制系统等关键领域对于系统的可靠性和稳定性有着极高的要求。
然而，由于各种原因，系统难免会出现故障。
为了保证系统的正常运行，提高系统的可靠性，人们对容错纠错技术进行了深入研究和探索。
容错纠错技术是一种通过检测和修复系统故障的方法，能够提高系统的可靠性和稳定性，降低故障率，减少业务中断时间，提高用户满意度。
二、容错纠错技术的发展历程容错纠错技术的发展可以追溯到上世纪五六十年代，当时主要集中在航空航天等高可靠性领域的系统中。
由于计算机系统、通信系统和控制系统的发展，容错纠错技术逐渐在各个领域中得到应用。
随着半导体技术、集成电路技术的不断进步，容错纠错技术也得到了极大的发展。
目前，容错纠错技术已经成为保证系统稳定性和可靠性的重要手段。
三、容错纠错技术的原理容错纠错技术的核心原理是通过多种方法对系统进行检测和修复，以防止或纠正系统故障。
常见的容错纠错技术包括重复冗余、错误检测码、错误纠正码、备份和恢复等。
这些技术可以在硬件和软件层面上进行应用，以提高系统的可靠性和稳定性。
例如，在计算机系统中，可以通过冗余计算、软件备份和恢复等方式来实现容错。
当系统出现故障时，可以自动切换到备份系统，以保障系统的正常运行。
在通信系统中，可以通过冗余传输、差错检测和纠正等方式来实现容错。
当数据传输过程中发生错误时，可以自动进行差错检测和纠正，以保证数据的完整性和正确性。
在控制系统中，可以通过冗余控制、故障切换等方式来实现容错。
电力系统的容错控制与自动化
电力系统的容错控制与自动化电力系统是现代社会运转的重要基础设施之一，它为人们的生活和工作提供了稳定可靠的电能供应。
然而，由于电力系统的复杂性和不可预测性，系统故障和意外事件时有发生。
为了保障电力系统的可靠运行，电子与电气工程师致力于研究和开发容错控制与自动化技术，以提高系统的安全性和稳定性。
容错控制是电力系统中一项重要的技术手段，它旨在通过设计和实施多重保护措施，使系统在面临故障或意外事件时能够自动切换到备用设备或备用电源，从而保证系统的连续供电。
容错控制技术通常包括故障检测、故障诊断和故障恢复三个主要环节。
在故障检测方面，工程师们利用传感器和监测设备实时监测电力系统的各项参数，并通过数据分析和算法判断是否存在故障。
一旦故障被检测到，故障诊断技术能够快速定位故障的位置和原因，为后续的故障恢复提供准确的信息。
最后，故障恢复技术包括自动切换、重建电路和恢复电源等措施，以最小化故障对系统的影响。
自动化技术在电力系统中的应用也是不可忽视的。
随着电力系统规模的不断扩大和复杂度的增加，传统的人工操作已经无法满足系统的要求。
自动化技术通过引入计算机控制系统和智能算法，实现对电力系统的自动监测、自动调节和自动控制，提高系统的运行效率和稳定性。
例如，自动化技术可以实现对电力系统的负荷预测和优化调度，根据不同的负荷需求和电力供应情况，智能地调整发电机组的出力和输电线路的负载，以实现系统的能耗最优化。
此外，自动化技术还可以实现对电力系统的远程监控和远程操作，工程师们可以通过互联网和通信网络，实时监测和控制位于不同地区的电力设备，提高运维效率和响应速度。
电力系统的容错控制与自动化技术的研究和应用，不仅能够提高系统的安全性和可靠性，还能够降低系统的运维成本和能源消耗。
然而，容错控制与自动化技术的应用也面临一些挑战和难题。
首先，电力系统的容错控制和自动化技术需要高度可靠的硬件和软件支持，以保证系统的稳定性和安全性。
其次，电力系统的容错控制和自动化技术需要充分考虑系统的复杂性和多样性，以适应不同的工作环境和工况。
电力系统中的容错控制与故障恢复策略研究
电力系统中的容错控制与故障恢复策略研究概述在如今高度现代化的社会，电力系统成为经济和社会活动的重要基础设施。
然而，由于电力系统涉及复杂的设备和大规模的网络结构，可能发生各种故障和失效。
因此，研究电力系统中的容错控制和故障恢复策略就显得尤为重要。
本文将探讨电力系统容错控制的概念，以及各种故障恢复策略的研究和应用。
电力系统容错控制容错控制是指通过设计和实施适当的机制和策略来识别和处理电力系统中的故障情况，从而保证系统正常运行。
容错控制系统可以根据故障的类型和严重程度，自动调整系统的操作，以最小化故障对系统的影响，并提供准确的故障诊断和恢复。
在电力系统中，容错控制通常包括以下几个方面：1. 故障检测和诊断：利用传感器和监测设备，实时监测电力系统的各种参数和工作状态，以便及时发现潜在的故障情况，并通过故障诊断技术对故障进行准确的识别。
2. 容错决策和控制：一旦故障被检测出来，容错控制系统会根据故障类型和影响程度，自动进行决策并采取适当的控制策略。
这可能包括故障隔离、重分配负载、启动备用电源等措施。
3. 容错恢复和重建：一旦故障被解决，容错控制系统将启动相应的恢复措施，并重新建立电力系统的正常运行状态。
这可能包括自愈性网络的重建、设备更换和修复等。
故障恢复策略研究与应用故障恢复策略是指在电力系统发生故障时，采取的恢复措施和策略。
它们的目标是在最短时间内使电力系统回到正常工作状态，以减少故障对系统造成的影响和损失。
以下是常用的故障恢复策略：1. 冗余设计和备份系统：通过增加冗余设备和备份系统，当主要设备发生故障时，可以无缝切换到备用系统，以保证电力系统的持续供电。
2. 自愈性网络：利用自动重新配置技术和智能分布式控制算法，实现电力网络的自动重连和网络拓扑优化，以快速恢复系统的供电能力。
3. 智能故障诊断和预测：通过结合数据分析和人工智能技术，对电力系统中的故障进行准确诊断和预测，以提前采取相应的措施来防止故障进一步扩大。
火控技术中容错技术运用
火控技术中容错技术运用
在火控技术中，容错技术被广泛应用以提高系统的可靠性和稳定性。
以下是一些常见
的容错技术示例：
1. 冗余设计：通过使用多个相同或相似的组件来实现冗余，以确保在某个组件出现故
障时仍能够继续正常运行。
例如，可以在火控系统的传感器、计算单元和输出设备上
都实现冗余。
2. 容错算法：在数据处理和计算过程中，使用容错算法来检测和纠正错误。
例如，通
过使用循环冗余校验（CRC）或海明码等技术，可以检测并纠正传输或存储数据中的
错误。
3. 异常处理和恢复：在系统发生故障或异常情况时，采取相应的异常处理和恢复措施，以确保系统能够尽快恢复正常工作。
例如，通过自动切换到备用组件或重新启动故障
组件来实现系统的快速恢复。
4. 容错测试和监测：定期进行容错测试和监测，以发现潜在的故障点或问题，并采取
相应的措施进行修复。
这包括进行系统自检、故障注入测试等。
5. 灾备和备份：建立灾备系统和数据备份，以确保在主系统发生故障时能够无缝切换
到备份系统或数据备份，并继续正常运行。
总之，容错技术在火控技术中扮演着重要的角色，可以通过冗余设计、容错算法、异
常处理和恢复、容错测试和监测以及灾备和备份等手段来提高火控系统的可靠性和稳
定性。
[容错,信号,铁路]关于自适应容错技术在铁路信号监控中的应用分析
![[容错,信号,铁路]关于自适应容错技术在铁路信号监控中的应用分析](https://img.taocdn.com/s3/m/6cb57d5f6529647d26285296.png)
关于自适应容错技术在铁路信号监控中的应用分析体系容错技术，指代着冗余情形下的控制能力。
具体而言，常规运转中若发觉了某一配件故障，那么总体架构中的体系仍可常规运转。
大规模框架内的这类容错体系，带有最优层级的容错水准。
这种容错特性供应了最适宜的信号测定途径。
铁路信号体系维持着平日的行车安全，不可缺失自适应特性的这类容错监测。
1 基本的容错机理容错依托的根本路径，就含有冗余技术。
从现状看，常常采纳RB 这一分支技术、NSCP 及特有的DRB 方式。
在建构的某一体系内，应能添加多重的这类技术，供应多样对策。
唯有这样，整体架构内的体系可靠性、灵活性才可被保障。
确保体系可靠，在这样的根基之上灵活筛选备用的冗余策略、筛选容错对策。
这种新颖方式，就被看成自适应特性的新式容错。
自适应容错独有的优势，通用水准被提升，可被高效配置。
分布式架构的体系固有规模很大，同时带有复杂的总框架。
铁路信号查验及监控就被划归这类体系。
为了采纳完备的、最适宜的软件，提升体系安全，应当添加这一容错技术。
分布式架构中的这类容错模型，可分成三重的层级：外侧框架内的应用体系、中部支撑平台、底层配有的网络层。
2 信号监控的总框架铁路信号监控，即RSM 特有的体系，供应了自适应态势下的容错应用。
具体而言，这类体系可分成多重的细化分支：搜集行车信息、处理这类信息、监控及常规制动。
铁路信号关联的平日监控流程，含有如下步骤：体系布设的外在接口紧密关联着车体运行时段中的搜集信息，它衔接了CIC 这一必备的配件。
这类配件会把接纳的行车信息转送至后续的处理配件，即IPM。
处理配件应能慎重处理接纳的这类信息，把拟定好的决策转送至GUI。
监控主体解析了GUI 之内的成套指令，把返回来的数值传递至衔接着的IPM。
若忽视了某一信息，就不会显示动作;若某一信息应被即刻执行，那么启动固有的制动配件，完成监控流程。
3 筛选监控实例某次监控之中，行车信息特有的搜集配件凸显了失效倾向。
容错控制简介
1.2容错技术简介容错控制及其系统组成容错控制的发展及研究现状1.2.1容错控制的概念和任务容错概念最初来源于计算机系统设计领域，是指系统内部环节发生局部故障或失效情况下，计算机系统仍能继续正常运行的一种特性。
后来人们逐渐把容错的概念引入到控制系统，这样人们虽然无法保证控制系统每个环节的绝对可靠，但是构成容错控制系统后，可以使系统中的各个故障因素对控制性能的影响被显著削弱，从而间接地提高了控制系统的可靠性。
特别是控制系统的重要部件的可靠度未知时，容错技术更是在系统设计阶段保证系统可靠性的必要手段。
容错控制的指导思想是在基于一个控制系统迟早会发生故障的前提下，在设计控制系统初期时就将可能发生的故障对系统的稳定性及静态和动态性能影响考虑在内。
最简单的情况，如果传感器或执行器发生故障，在故障后不改变控制律的情况下，如何来维持系统的稳定性就是控制器设计过程中值得注意的问题。
在容错控制技术中，这种问题属于完整性控制的范畴。
在某种程度上，容错控制系统是指具有内部冗余（硬件冗余、解析冗余、功能冗余和参数冗余等）能力的控制系统，即在某些部件（执行器、传感器或元部件）发生故障的情况下，闭环系统仍然能保持稳定，并在原定性能指标或性能指标有所降低但可接受的条件下，安全地完成控制任务，并具有较理想的特性。
动态系统的容错控制是伴随着基于解析冗余的故障诊断技术的发展而发展起来的。
1.2.2容错控制的现状研究容错控制系统的基本结构为：传感器、故障检测与诊断子系统、执行器和控制器。
其中，故障检测与诊断子系统能够对控制系统进行实时故障监测与辨识等；控制器则根据故障诊断信息作出相应的处理，实施新的容错控制策略，保证系统在故障状态下仍能获得良好的控制效果。
在实际控制系统中,各个基本环节都有可能发生故障。
容错控制系统有多种分类方法,如按系统分为线性系统容错控制和非线性系统容错控制，确定性系统容错控制和随机系统容错控制等；按克服故障部件分类为执行器故障容错控制，传感器故障容错控制,控制器故障容错控制和部件故障容错控制等；按控制对象不同分为基于硬件冗余和解析冗余的容错控制分类。
计算机容错技术及应用浅析
计算机容错技术及应用浅析计算机故障指的是因为计算机部件的物理实现、环境影响、操作错误或者是设计缺陷等原因，引起计算机系统的硬件或者软件的错误的状态，下面是我搜集整理的一篇探究计算机容错技术及应用的论文服务，欢迎阅读查看。
摘要：从计算机诞生开始道现在，对于计算机容错技术的研究就没有中断过。
现在因为计算机系统的广泛应用，使得其对于可靠性的要求越来越高，这就使得容错技术的研究更加受到重视。
文中主要从硬件和软件两个方面对计算机容错技术进行了分析。
关键词：计算机;容错技术;可靠性随着科学技术的发展，计算机的应用变得越来越广泛，在很多领域中对计算机的可靠性要求相当高，例如科学研究、金融系统、交通运输管理、军事等领域对于计算机的可靠性的要求都相当高。
如果计算机出现故障，会导致很多严重的后果，不仅仅是会带来各种经济损失，严重的还有可能会危及到人们的生命安全。
所以，于计算机的可靠性，国家和社会都给予了高度的关注，并且投入了大量的人力与经济资源对计算机的可靠性进行研究。
一、概述一般情况下，为了能够提高计算机的可靠性，主要是采用避错和容错这两种方法。
避错的方法主要尽可能的让计算机远离各种故障。
然而要避错就有着相当严格的要求，例如对于计算机的各个元器件都要尽可能的好，在设计上尽可能的不出现瑕疵，制造工艺要尽可能的先进，同时在质量管理方面也有着较高的要求。
但是即使这些方面都做到了最好，这样的计算机还必须要经受各种工作环境中的因素的考验，而有很多环境因素都不是计算机本身所能够抗衡的(如电磁干扰、强震动等等)，仍然不可避免的会出现各种故障。
那么这就要求，必须要能够在计算机出现故障的情况下能够容忍故障的存在，也就是容错技术。
最早提出容错技术的是计算机之父冯·诺依曼。
容错技术指的是当计算机发生硬件或者软件上的故障时，计算机能够通过一定的方法检测出故障，然后通过一定的方法来对故障进行容忍，使得故障不会影响到计算机的正常运行，或者是在能够完成指定任务的前提下进行降级运行。
容错控制实际案例[容错控制]
![容错控制实际案例[容错控制]](https://img.taocdn.com/s3/m/9fa11ddb27fff705cc1755270722192e453658dc.png)
容错控制实际案例[容错控制]因有限理性，特别是个体自利决策之间的交互影响使得企业(所有者)对经营者(管理层、员工)的机会主义行为无法形成合理的预期，这是因为现实中信息往往出现时滞现象，企业内部控制只能作出事后控制，也就是说内部控制更多的是追究责任而非改善现状。
所以，我们经常可以发现企业的内部控制存在一些很“有趣的”问题，比如，企业内部控制的各种制度和措施非常齐全，却大量的存在会计信息严重失真、经理贪污腐化、员工消极怠工等现象。
如何解释企业建设有较完备的内部控制制度，执行也很积极，却大量的存在经理、员工的机会主义行为企业内部控制：究错控制是有时滞的决策安排按科斯(Coae，1960，1991，)、阿尔奇安(AlchJan,1972)和德姆塞茨(Demetz，1967，1985)等人的认识，在现代企业内部的活动并非由权力治理，而是由契约进行自主性的媒介。
企业作为一系列的契约组合，其中反映代理关系的合同最为重要。
只要存在代理关系，代理成本作为一种交易成本就不可避免。
如果存在代理关系的双方都是效用最大化者，因契约不完全性，作为代理人的经营者显然不会总为委托人的最佳利益去行动。
那么，作为委托人的企业所有者所能做的就是通过各种机制和手段，不断降低代理成本。
因为，企业内部交易成本既然是内生的，就有可能通过制度的创新和改进、习惯的形成而加以减少。
一个节省交易成本的制度安排、制度框架和制度创新的空间是至关重要的，企业的这种决策决定着它自己的经济效率和经济结果。
企业内部控制正是这样一种制度安排，或者说企业这种制度安排的组成部分。
企业内部控制作为企业内部产权契约衍生的私人合约的一部分，由于有限理性以及交易成本，契约是不完备的，致使内部控制的演化呈现出“点状均衡”(一旦合约成为限制机会主义行为所必需，则合约不可能对所有可能的情况都考虑到)。
即在内部控制制定或修订的那一时刻，内部控制是静态的相对完备的，之后，随着情势的变化，内部控制就呈现滞后性而显示出动态的不完备性；在估计修订的收益大于成本的前提下再进行修订，从而又呈现出相对的完备性，如此往复不止(林钟高等，2007，)。
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第26卷 第6期2000年11月自 动 化 学 报A CT A A U T OM A T ICA SI NI CA V o l.26,N o.6N ov.,20001)国家自然科学基金、“八六三”计划与教育部资助项目.收稿日期 1999-03-08 收修改稿日期 1999-10-11综述容错控制理论及其应用1)周东华(清华大学自动化系 北京 100084) Ding X (Lausitz 大学电气工程系 德国)(E-mail:ZDH @m ail.au.tsin )摘 要 介绍了经典容错控制的主要研究成果及近年来发展起来的鲁棒容错控制和非线性系统的故障诊断与容错控制,并给出了容错控制的一些典型应用成果.最后,指出了该领域亟待解决的一些热点与难点问题.关键词 动态系统,容错控制,故障诊断,集成,鲁棒性.THEORY AND APPLICATIONS OF FAULTTOLERANT C ONTROLZHOU Donghua(Dep t .of A utomation ,Tsing hua Univer sity ,Beij in g 100084)DING X(De p t .of E E ,L ausitz Univ .,Ger ma ny )Abstract A survey of fault tolerant cont rol for dynamic syst ems is present ed .T hemain result s in classical fault tolerant cont rol are f irstly int roduced.T hen,empha-sis is put on t he robust fault tolerant control as well as the fault diagnosis and f aulttolerant control of nonlinear systems developed in recent years.Some typical appli-cation result s of fault t olerant cont rol are discussed ,and finally ,some open ques-tions are pointed out .Key words Dynamic syst ems,fault t olerant cont rol,fault diagnosis,int egrat ion,robust ness .1 引言现代系统正朝着大规模、复杂化的方向发展,这类系统一旦发生事故就有可能造成人员和财产的巨大损失.如1998年8月到1999年5月的短短的10个月间,美国的3种运载火箭“大力神”、“雅典娜”、“德尔他”共发生了5次发射失败,造成了30多亿美元的直接经济损失,迫使美国航天局于1999年5月下令停止了所有的商业发射计划,对美国的航天计划造成了严重的打击.因此,人们迫切需要提高现代系统的可靠性与安全性.基于解析冗余的动态系统的故障诊断与容错控制则为提高复杂系统的可靠性开辟了一条新的途径.动态系统的容错控制(Fault T olerant Co ntrol,FTC)是伴随着基于解析冗余的故障诊断技术的发展而发展起来的.如果在执行器、传感器或元部件发生故障时,闭环控制系统仍然是稳定的,并仍然具有较理想的特性,就称此闭环控制系统为容错控制系统[1].1991年,瑞典的Astrom 教授明确指出容错控制具有使系统的反馈对故障不敏感的作用.容错控制方法一般可以分成两大类,即被动容错控制(passiv e FT C)和主动容错控制(ac-tiv e FT C ).容错控制的思想最早可以追溯到1971年,以Niederlinski 提出完整性控制(integral co ntrol)的新概念为标志[2];Siljak [3]于1980年发表的关于可靠镇定的文章是最早开始专门研究容错控制的文章之一.然而,直到1993年,国际上才出现了由现任IFAC 技术过程的故障诊断与安全性专业委员会主席Patton 教授撰写的容错控制的综述文章[1,4],目前尚未见到国外有容错控制的专著问世.值得指出的是,我国在容错控制理论上的研究基本上与国外同步.1987年叶银忠等就发表了容错控制的论文,并于次年发表了这方面的第一篇综述文章[5].1994年葛建华等出版了我国第一本容错控制的学术专著[5].国内发表的这方面的综述文章还有文[6].动态系统的故障检测与诊断(Fault Detection and Diagnosis,FDD)是容错控制的重要支撑技术之一.FDD 技术的发展已大大超前于容错控制的发展,其理论与应用成果也远远多于容错控制方面的成果.目前国际上每年发表的有关FDD 方面的论文与报告在数千篇以上.基于解析冗余的故障诊断技术被公认为起源于Bear d 在1971年发表的博士论文[7].1976年,W illsky 在Auto matica 上发表了第一篇FDD 方面的综述文章[8].Him-melblau 于1978年出版了国际上第一本FDD 方面的学术著作[9].随后报导的这方面的重要综述文章与著作参见文[10～16].我国开始FDD 技术的研究要比国外晚十年左右.清华大学的方崇智教授等从1983年起开始了FDD 技术的研究工作.1985年叶银忠等在《信息与控制》上发表了国内第一篇FDD 技术的综述文章[17].1994年周东华等在清华大学出版社出版了国内第一本FDD 技术的学术专著[18].随后几年出版的学术著作还有文[19]和文[20].国际自动控制界对容错控制的发展给予了高度重视.1986年9月在美国Santa Clara 大学举行的自动控制高峰会议上,把多变量鲁棒、自适应和容错控制列为控制科学面临的富有挑战性的研究课题[21].在国际上,领导着容错控制学科发展的是1993年成立的I-FAC 技术过程的故障诊断与安全性技术委员会.从1991年起IFAC 每三年定期召开FDD 与FT C 方面的国际专题学术会议.在近几届的IFAC 世界大会上,FDD 与FT C 方面的论文在不断增加.据笔者统计,1999年7月在北京召开的第14届IFAC 世界大会上,这方面的学术论文已达60篇,成为了最热门的几个研究方向之一[22～26].容错控制发展至今只有20年左右的历史,因此这是一门新兴交叉学科.促使这门学科789 6期周东华等:容错控制理论及其应用790自 动 化 学 报26卷迅速发展的一个最重要的动力来源于航空航天领域.美国空军从70年代起就不断投入巨资支持容错控制的发展,力求开发出具有高度容错能力的战斗机,甚至在多个翼面受损时,也能够保持战斗机的生存能力.做为一门交叉性学科,容错控制与鲁棒控制、故障检测与诊断、自适应控制、智能控制等有密切的联系.现代控制理论、信号处理、模式识别、最优化方法、决策论、统计数学等构成了容错控制的理论基础.2 经典容错控制方法2.1 被动容错控制被动容错控制大致可以分成可靠镇定,完整性,联立镇定三种类型.2.1.1 可靠镇定使用多个补偿器进行可靠镇定的概念是由Siljak于1980年最先提出的[3],随后一些学者又对其进行了深入研究[29～33].可靠镇定实际上是关于控制器的容错问题.针对单个被控对象,文[29]证明了当采用两个补偿器时,存在可靠镇定解的充要条件是被控对象是强可镇定的(strongly stabilizable),即此对象可以被稳定的控制器所镇定.然而,当被控对象不满足强可镇定条件时,补偿器就会出现不稳定的极点,受过程噪声的影响,闭环系统就会出现不稳定.文[29]方法的另外一个缺点是,即使可靠镇定问题是可解的,怎样设计这两个补偿器也是一个非常困难的问题.文[31]部分解决了上述问题,给出了设计两个动态补偿器的参数化方法,以得到可靠镇定问题的解.此文还给出了把一个稳定的控制器分解成两个并联的动态补尝器,进而实现可靠镇定问题的有效方法,其前提仍然是被控对象必须是强可镇定的.文[32]进一步给出了一个新颖的可靠镇定问题的求解方法,即使对不是强可镇定的多变量系统依然有效,其设计思路是采用多个并列的动态补偿器(可大于两个).与传统方法不同的是,这里每个补偿器需要其它补偿器的输出信号,因此就需要辅助的传感器来观测其它执行器的运行状况[32].综上所述,可靠镇定问题已基本上趋于成熟.2.1.2 完整性完整性问题也称作完整性控制(integral co ntro l),它一直是被动容错控制中的热点研究问题.此问题之所以有很高的应用价值,是因为控制系统中传感器是最容易发生故障的部件.此问题研究的一般都是M IM O线性定常系统[34～39].文[35]研究了关于执行器断路故障的完整性问题,提出了求解静态反馈增益阵的一种简单的伪逆方法.然而,该方法并不能保证故障状态下的闭环系统是稳定的.基于n-线性特征系数理论及参数空间设计方法,文[37]给出了关于执行器断路故障的完整性问题的求解方法.该方法的一个特点是可以在实现完整性的同时,在执行器的各种故障下,都可以将系统的闭环极点配置在预定的区域内.因此,此方法在满足容错控制的条件下还可以兼顾闭环系统的动态特性.该方法的一个缺陷是,当系统的维数大于3时,解析解就不再存在,只能采用CAD技术来求数值解,并可能无解.此外,近年来分散大系统的完整性问题也受到了广泛关注[38,39].由此可见,完整性问题还远未彻底解决.缺乏有效地求解容错控制律的构造性方法,尤其是对高维多变量系统.2.1.3 联立镇定联立镇定有两个主要作用.其一,当被控对象发生故障时,可以使其仍然保持稳定,具有容错控制的功能;其二,对非线性对象,经常采用线性控制方法在某一工作点上对其进行控制.当工作点变动时,对应的线性模型也会发生变化.此时,具有联立镇定能力的控制器就仍然可以镇定被控对象.此问题十几年来已引起了许多学者的关注[40～44].1982年发表在IEEE AC 上的文[41]是最早开始研究联立镇定问题的文章之一.文[43]在此方向上取得了重要进展.基于广义的采样数据保持函数,该文得到了如下结果:a)给出了联立镇定问题有解的充分条件,及其控制律的构造方法;b)给出了在满足联立镇定的基础上同时实现线性二次型最优控制的充分条件,以及相应的控制律的构造方法.2.2 主动容错控制主动容错控制在故障发生后需要重新调整控制器的参数,也可能需要改变控制器的结构.多数主动容错控制需要FDD 子系统,少部分不需要FDD 子系统,但需要已知各种故障的先验知识.主动容错控制这一概念正是来源于需要对发生的故障进行主动处理这一事实.众多的FDD 方法可以分成基于定性模型的方法与定量模型的方法两大类.经过近30年的发展,FDD 技术已日趋成熟,所提出的各种方法详见文[7～20,23～28].主动容错控制大致可以分成三大类:1)控制律重新调度;2)控制器重构设计;3)模型跟随重组控制.2.2.1 控制律重新调度这是一类最简单的也是最近几年才发展起来的主动容错控制方法.其基本思想是离线计算出各种故障下所需的合适的控制律的增益参数,并列表储存在计算机中.当基于在线FDD 技术得到了最新的故障信息后,就可以挑选出一个合适的增益参数,得到容错控制律[45～49].显然,采用实时专家系统进行增益调度将会产生很好的效果.这类控制方法特别适合于具有多个冗余机翼的战斗机的容错控制[4,45].2.2.2 控制律重构设计在FDD 单元确诊故障后,在线重组或重构控制律.这是一个目前很受关注的研究方向,现有的成果还比较少[1,50～54].文[51]采用“控制混合器”的概念,设计了一个具有自修复功能的飞行控制系统,当诊断出某个机翼受损时,可以重新分配其应尽的作用到剩余的执行器中去.该文还提出了一种控制器的重新设计技术,通过极大化一个频域的性能指标,来重建控制律.文[54]给出了一种飞机的模型参考容错控制方法,针对飞机的元部件故障,该文用检测滤波器理论设计了相应的故障检测器和故障参数估计器.在此基础上,用Lyapunov 方法设计了模型参考容错控制律,保证在发生内部故障时,飞机稳定运行.该文还提出了一种分析这类容错控制系统稳定性的随机微分方程方法.其主要结果是,由于随机微分方程的参数是随时间的变化而随机变化的,所以此方程可以由马尔可夫过程来描述.文[55]提出了一种基于实时专家系统的容错监督控制方法.其基本思想是,采用基于影响图的实时专家系统监督系统的运行.系统正常运行时,采用模型参考学习自适应控制律,以提高控制精度;当检测到系统已处于不稳定的边沿时,将控制律实时切791 6期周东华等:容错控制理论及其应用792自 动 化 学 报26卷换到一种简单的PI控制器,仍然使系统保持稳定.2.2.3 模型跟随重组控制这类主动容错控制的基本原理是,采用模型参考自适应控制的思想,使得被控过程的输出始终自适应地跟踪参考模型的输出,而不管是否发生了故障.因此,这种容错控制不需要FDD单元.当发生故障后,实际被控过程会随之发生变动,控制律就会相应地自适应地进行重组,保持被控对象对参考模型输出的跟踪[56～58].可以看出,这类容错控制是采用隐含的方法来处理故障的.文[59]进一步提出了一种基于模糊学习系统的专家监督控制方法,用于F16战斗机的容错控制.其基本控制器是由参考模型、模糊控制器及模糊学习模块构成的,称为模糊模型参考学习控制器.模糊学习模块使这一控制器具有上述模型跟随重组控制的基本功能.在此基础上,通过与一个FDI模块相结合,可以在线选择合适的参考模型和模糊控制器的输出增益,进一步提高了容错控制能力.因此,该方法也可以看成是模型跟随重组控制与控制律重构设计的一种有机结合.3 鲁棒容错控制不管是主动容错控制,还是被动容错控制,都需要具有关于模型不确定性与外界扰动的鲁棒性.被动容错控制的核心就是鲁棒性,以使闭环系统对各类故障不敏感.目前主动容错控制面临的两个具有挑战性的问题就是[58]:1)基本控制器应具有鲁棒性,在控制律重构期间使系统保持稳定;2)FDD单元应具有鲁棒性,以减少误报与漏报,减少故障检测时间.因此,鲁棒容错控制问题近年来受到了高度重视[1,60～63],已成为目前容错控制领域的热点研究方向.针对连续线性定常系统的传感器失效故障,文[60]采用Lyapunov方法给出了一种具有关于模型不确定性鲁棒性的完整性控制器存在的充分条件,并给出了控制器的设计方法.文[61]讨论了离散线性定常系统的鲁棒完整性控制问题,通过求解Riccati方程,分别得到了一种传感器失效下的鲁棒容错线性调节器的设计方法,以及执行器失效下的鲁棒容错线性调节器的设计方法.文[62]进一步探讨了离散系统的D稳定鲁棒完整性控制问题.所谓的D稳定就是闭环系统的极点都要位于圆形区D( ,r)内.该文给出了关于传感器失效故障的存在D稳定鲁棒完整性控制的充分条件,以及控制律的求解方法.尚待进行的工作是,对高维系统,上述文章所给出的设计方法有待改进,以提高设计效率.4 非线性系统的故障诊断与容错控制由上面的分析可知,被动容错控制均不采用FDD技术,因此也就不能提供系统的故障信息.在发生故障后,与系统正常运行时相比,被动容错控制系统的性能(至少是动态性能)会有所下降.另外,经典的被动容错控制讨论的对象都是线性系统.为了克服上述缺陷,文[64,65]将FDD技术与被动容错控制相结合,提出了一种关于非线性系统传感器故障的集成故障诊断与容错控制方法.此方法的优点是:1)可处理多种传感器故障,包括断路、增益衰减、加性与乘性偏差等,因此克服了传统的完整性控制问题只能处理失效故障的缺陷;2)在发生故障时,闭环系统的性能指标几乎不受影响;3)适用于一大类(带随机噪声的)非线性系统;4)不管对低维还是高维系统,设计方法都同样简单[18,66].此外,文[27]采用非线性状态空间模型,提出了一种关于都市交通网络系统的容错控制方法,在系统发生某些故障时,可以保持系统的稳定;文[67]提出了一种基于预测控制的执行器容错控制方法,并用某一飞机操纵系统的模型进行了仿真研究;文[68]给出了一种基于自适应神经元网络的非线性系统的容错控制方法,通过采用一个辅助的回路,来补偿系统中较大的输入输出扰动.5 容错控制理论的应用成果尽管容错控制理论不像FDD 技术那样已经在众多的领域取得了大量应用成果,但仍然取得了一些重要的应用成果,由表1列出.表1 容错控制典型应用实例一览表序号应用对象采用方法发表时间文献1航天飞机控制律重构设计1982[74]2飞机模型跟随重组控制1988,1988[69,70]控制律重构设计1985,1988,1995,1998[52,77][78]控制律重新调度1989[45]3核反应堆控制律重构设计1991,1995[71,72]4液位系统完整性控制1991[73]5国产歼击机模型跟随重组控制1991[53]6地空导弹模型跟随重组控制1993[75]7精馏塔控制律重构设计1994[76]8人造卫星控制律重构设计1997[79]9液体冷却系统控制律重构设计1997[79]10化学反应釜集成故障诊断与容错控制1998[65]表1表明,容错控制取得应用成果最多的对象是飞机;主动容错控制的应用成果要远远多于被动容错控制所取得的成果,其中控制律重构设计方法应用得最多.这些应用成果的分布情况也从一个侧面验证了Patton 教授的一个著名论断(见文[4],pp.1050),即“离开了FDD 单元,容错控制所能发挥的作用就会非常有限,只能对一些特殊类型的故障起到容错的作用”.因此可以肯定,主动容错控制在总体上要优于被动容错控制.6 结束语容错控制做为一门新兴的交叉学科,其学科意义就是要尽量保证动态系统在发生故障时仍然可以稳定运行,并具有可以接受的性能指标.因此,容错控制为提高复杂动态系统的可靠性开辟了一条新的途径.由于任何系统都不可避免地会发生故障,因此,容错控制也可以看成为是保证系统安全运行的最后一道防线.除第3节介绍的鲁棒容错控制以外,当前容错控制中的热点问题还有以下一些.793 6期周东华等:容错控制理论及其应用794自 动 化 学 报26卷1)快速FDI方法的研究.故障检测与分离都需要一定时间,造成了一定的时延,这段时延越短,对控制律的重构设计就越有利.这段时延有可能会产生非常严重的稳定性问题,除非原来的基础控制器本身就具有很高的完整性和很强的鲁棒性[4].2)鲁棒故障检测与鲁棒控制的集成设计问题.鲁棒故障检测的目标是,在一定的模型不确定性下,检测出尽可能小的故障;鲁棒控制的目标是使得控制器对模型不确定性与微小的故障不敏感.因此,这两者存在着矛盾,而它们都是鲁棒容错控制的基本问题.所以说,把鲁棒故障检测与鲁棒控制进行统一设计,把上面的两种目标进行折衷,已成为热点研究课题[24].3)控制律的在线重组与重构方法.做为主动容错控制的一种最重要的方法,控制律的在线重组与重构已成为当前容错控制领域的热点研究方向之一.只有在被控对象发生变动时,实时调整控制器的结构与参数,才有可能达到最优的控制效果[56～58].4) 主动容错控制中的鲁棒性分析与综合方法.在主动容错控制中,需要同时做到:a)基础控制器具有鲁棒性,b)故障检测与诊断算法具有鲁棒性,c)重组或重建的控制律具有鲁棒性.这三个方面的相互作用使得对主动容错控制的整体鲁棒性分析变得非常困难[4].除了上述热点研究方向以外,因现有的理论结果还非常有限,容错控制领域还有一些难点问题.1) 非线性系统的容错控制.这里的主要难点是:a)对非线性系统缺乏一般性的控制器综合方法;b)非线性系统的FDD问题还没有得到完全解决.2) 时滞动态系统的容错控制.非线性时滞系统的容错控制还没有任何结果,线性时滞系统容错控制的结果还非常有限.3) 高维、时变多变量系统的完整性控制问题.此问题目前还没有任何结果,经典的完整性问题研究的对象都是线性定常系统.4) 自适应容错控制问题.其学术上的难点是,自适应控制系统是本质非线性系统,因此自适应容错控制属于非线性容错控制的范畴.此问题也还没有任何结果.经过20多年的发展,容错控制已经取得了很大的进展,并正处于快速发展之中.但容错控制还远未成熟,还没有建立起完整的理论体系,尤其在应用方面还有许多问题有待解决,还需要大家继续努力,可谓任重而道远.参考文献1 Patton R J.Robus tnes s is sues in fault tolerant control.In:Pr oc.of In ternational Conference on Fault Diagnos is, T ou louse,France,1993,1081～11172 Niederlinski A.A heuristic approach to th e design of interacting multi-variable systems.A utomatica,1971,7: 691～7013 Saljak D D.Reliable control usin g mu ltiple control systems.Int.J.Control,1980,31:303～3294 Patton R J.Fault-toleran t control:th e1997s ituation.In:Proc.of IFAC/IM ACs Sympos ium on Fault Detection and S afety for T echnical Process.Hu ll,England,1997,1033～10555 葛建华,孙优贤.容错控制系统的分析与综合.杭州:浙江大学出版社,19946 南英,陈士橹,戴冠中.容错控制进展.航空与航天,1993,(4),62～677 Beard R V.Failure accommodation in linear sys tems th rough s elf-reorgan ization.In:Report M VT-71-1,M an Veh icle Lab,M IT,C amb ridge,M ass achusetts,19718 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