容錯(cuò)與冗余技術(shù)

1、容錯(cuò)與冗余技術(shù)容錯(cuò)控制的研究雖然面臨著空前的挑戰(zhàn)，但近些年來(lái)，相關(guān)研 究領(lǐng)域，如魯棒控制理論， 模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制研究的不斷深入 和發(fā)展，也給容錯(cuò)控制的研究帶來(lái)了良好的機(jī)遇， 提供了充分的條件。而計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，使得容錯(cuò)控 制技術(shù)在實(shí)際工程中應(yīng)用的可能性變得越來(lái)越大。1.1 容錯(cuò)概念的提出 提高系統(tǒng)的可靠性一般有兩種辦法： 1、采用縝密的設(shè)計(jì)和質(zhì)量 控制方法來(lái) 盡量減少故障出現(xiàn)的概率 。2、以冗余資源為代價(jià)來(lái)?yè)Q取 可靠性。利用前一種方法來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性是有限的，要想進(jìn)一步的 提高必須采用容錯(cuò)技術(shù)。容錯(cuò)控制技術(shù)在國(guó)外發(fā)展的比較早，是由馮諾依曼提出的。隨著八十年代微

2、型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用， 容錯(cuò)技術(shù)也得到了 飛速的發(fā)展，容錯(cuò)技術(shù)被應(yīng)用到各個(gè)環(huán)境中。我國(guó)的容錯(cuò)技術(shù)現(xiàn)在發(fā)展的也很迅速，一些重要的工作場(chǎng)合如 航天、電廠等現(xiàn)在都采用了容錯(cuò)技術(shù)。所謂容錯(cuò)：就是容許錯(cuò)誤，是指設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵部分法 生故障時(shí)，能夠自動(dòng)地進(jìn)行檢測(cè)與診斷，并采取相應(yīng)措施，保證設(shè)備 維持其規(guī)定功能，或犧牲性能來(lái)保證設(shè)備在可接受范圍內(nèi)繼續(xù)工作。錯(cuò)誤一般分為兩類(lèi) ：第一類(lèi)是先天性的固有錯(cuò)，如元器件生產(chǎn) 過(guò)程中造成的錯(cuò)、 線(xiàn)路與程序在設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)。 這一類(lèi)的錯(cuò)誤 需對(duì)其拆除、更換或修正，是不能容忍的。第二類(lèi)的錯(cuò)后天性的錯(cuò)， 它是由于設(shè)備在運(yùn)行中產(chǎn)生了缺陷所導(dǎo)致的故障。這種故障有瞬

3、時(shí) 性、間歇性和永久性的區(qū)別。容錯(cuò)技術(shù)是提高系統(tǒng)可靠性的重要途徑。常采用的容錯(cuò)方法有 硬件容錯(cuò)、軟件容錯(cuò)、信息容錯(cuò)和時(shí)間容錯(cuò)。1.1.1 智能容錯(cuò)的定義智能容錯(cuò) IFT（Intelligent Fault-Tolerance） ：就是設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程 中一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵部件發(fā)生故障或即將發(fā)生故障之前， 利用人工智能 理論和方法， 通過(guò)采取有效措施， 對(duì)故障自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償、 抑制、消除、 修復(fù)，以保證設(shè)備繼續(xù)安全、高效、可靠運(yùn)行，或以犧牲性能損失為 代價(jià)，保證設(shè)備在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成其預(yù)定功能。智能容錯(cuò)技術(shù)的構(gòu)成方法可以采用以下三步來(lái)實(shí)現(xiàn)：（1）建立系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)；（2）設(shè)計(jì)智能容錯(cuò)處理機(jī)構(gòu)；（3）根據(jù)

4、設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)所作的設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)， 如果滿(mǎn)足目標(biāo)則設(shè) 計(jì)成功，否則將返回第二步進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，直到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。硬件智能容錯(cuò) HIFT （Hardware Intelligent Fault Tolerant） 主要 采用硬件冗余技術(shù)。 其基本思想是對(duì)設(shè)備的關(guān)鍵部件配備多重相似或 相同部件，一旦檢測(cè)和診斷出設(shè)備發(fā)生故障就可以立刻切換到備份部 件，以達(dá)到故障容錯(cuò)的目的。圖 1 所示為二冗余結(jié)構(gòu)原理圖：輸入圖1二冗余結(jié)構(gòu)原理圖輸出1.1.2硬件智能容錯(cuò)方式的分類(lèi)硬件智能容錯(cuò)按其工作方式可以分為：靜態(tài)冗余、動(dòng)態(tài)冗余和混合冗余靜態(tài)冗余容錯(cuò)是通過(guò)表決和比較屏蔽系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障，如圖2所示:衣決幣圖2三模冗

5、余（靜態(tài)冗余）TMR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖輸出靜態(tài)冗余容錯(cuò)的主要特點(diǎn)是:（1）由于故障被屏蔽，所以不需要識(shí)別故障；（2）容易與無(wú)冗余系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；（3）所有模件都消耗能量。動(dòng)態(tài)冗余的主要方式是多重模塊相繼運(yùn)行來(lái)維持設(shè)備正常工 作。當(dāng)檢測(cè)到工作模塊出現(xiàn)故障時(shí)，一個(gè)備用模塊立即接替故障模塊 并投入工作。動(dòng)態(tài)冗余容錯(cuò)控制的主要特點(diǎn)是：（1）僅有一個(gè)模件消耗能量；（2）模件數(shù)目可隨任務(wù)而改變，不會(huì)影響系統(tǒng)工作；（3）轉(zhuǎn)換裝置和檢測(cè)裝置中任一故障都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失效。圖3動(dòng)態(tài)冗余容錯(cuò)控制結(jié)構(gòu)圖混合冗余兼動(dòng)態(tài)冗余和靜態(tài)冗余之所長(zhǎng)，通常用 H (n,k)來(lái)表 示，如圖4所示。圖中的V為表決器，n表示模塊的總數(shù)，k代表以 表

6、決方式實(shí)現(xiàn)靜態(tài)冗余的模塊數(shù)，而其余 N-K個(gè)模塊則作為表決系 統(tǒng)中模塊的備份。當(dāng)參與表決的 k個(gè)模塊中(通常k>=3)有一個(gè)模 塊出現(xiàn)故障時(shí)，備份就替代該模塊參與表決，維持靜態(tài)冗余系統(tǒng)的完 整。當(dāng)所有備份都被替換完后，系統(tǒng)就成為一般的表決系統(tǒng)。如在硬件構(gòu)成的邏輯系統(tǒng)中表決器是由開(kāi)關(guān)電路實(shí)現(xiàn)的，而軟 件中表決需要通過(guò)軟件斷言 SA(Software Assertio ns)來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件斷 言就是當(dāng)軟件在宿主系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，對(duì)其進(jìn)程或功能的正確與否做出 判斷的條件。圖4 H(n ,k)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1.3 智能容錯(cuò)的故障處理方式 智能容錯(cuò)技術(shù)是一種外延廣博的綜合性技術(shù)。為了消除故障的 影響，可以

7、采用以下處理方式來(lái)實(shí)現(xiàn) ：（1）故障檢測(cè) 通過(guò)故障檢測(cè)可以迅速準(zhǔn)確地對(duì)故障進(jìn)行定位。故障檢測(cè)是容 錯(cuò)的基礎(chǔ)。故障檢測(cè)方式可分兩種：脫機(jī)檢測(cè)，即進(jìn)行檢測(cè)時(shí)系統(tǒng)不 能做有用的工作，聯(lián)機(jī)檢測(cè)，即檢測(cè)與系統(tǒng)工作同步進(jìn)行，它具有實(shí) 時(shí)檢測(cè)的能力。（2）故障定位 在給定的故障條件下，找出故障原因，確定發(fā)生故障元件的具 體位置。定位的詳細(xì)程度視具體問(wèn)題而定， 一般定位到進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu) 所需的最小單元。（3）故障屏蔽 故障屏蔽能夠把故障效應(yīng)掩蓋起來(lái)，以防止故障對(duì)輸出產(chǎn)生影 響。故障屏蔽只能容忍故障，而不能給出故障警告，當(dāng)冗余資源耗盡 時(shí)，將使設(shè)備產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出。常用的故障屏蔽方法有多模表決冗余和屏蔽邏輯兩種，多模

8、表 決冗余就是在設(shè)備的多個(gè)裝置中， 只要至少有一個(gè)裝置正常工作， 系 統(tǒng)就能完成其功能； 屏蔽邏輯主要用于門(mén)級(jí)電路的故障屏蔽， 它能有 效地限制邏輯線(xiàn)路門(mén)輸出的臨界故障與亞臨界故障。（4）故障限制 故障限制就是規(guī)定故障的傳播范圍，把故障效應(yīng)的傳播限制到某一區(qū)域內(nèi)。故障限制可以用軟件和硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)（5）故障隔離 故障隔離就是將故障隔離起來(lái)以防其進(jìn)一步擴(kuò)散和對(duì)設(shè)備產(chǎn)生 影響。（6）故障修復(fù) 當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障經(jīng)檢測(cè)和定位后，就可采取更換、修理、自修 復(fù)等方式使設(shè)備復(fù)原。（7）系統(tǒng)重組 當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)任務(wù)的重新分配或內(nèi)部器件的重新組 合，以切除或替換故障部件。（8）系統(tǒng)重構(gòu) 重構(gòu)就是把修復(fù)的模件重

9、新加入到系統(tǒng)中去。（9）系統(tǒng)恢復(fù)系統(tǒng)恢復(fù)就是經(jīng)過(guò)屏蔽 ,重組等 ,使故障恢復(fù)到故障前的工作狀 態(tài)，不丟失或少丟失信息， 并保證下一步的正常運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)通常 用軟件實(shí)現(xiàn)。1.1.4智能容錯(cuò)的實(shí)現(xiàn)方法智能容錯(cuò)的實(shí)現(xiàn)方法分為：（1）故障信號(hào)檢測(cè)；（2）故障特征 識(shí)別；（3）故障狀態(tài)預(yù)測(cè)；（4）故障維修決策；（5）故障容錯(cuò)控制。故障容錯(cuò)的目的在于針對(duì)不同的故障源和故障特征，采取相應(yīng) 的容錯(cuò)處理措施，對(duì)故障進(jìn)行補(bǔ)償、消除或自動(dòng)修復(fù)，以保證設(shè)備繼 續(xù)安全可靠運(yùn)行，或以犧牲性能損失為代價(jià)，保證設(shè)備在規(guī)定時(shí)間內(nèi) 完成其基本功能。結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。輸人 輸出執(zhí)打器 -*檢4WI設(shè)備 圖5故障容錯(cuò)控制過(guò)程框圖

10、2 冗余技術(shù)所謂冗余(Redundancy就是多余資源，冗余技術(shù)可供用來(lái)處 理故障，冗余技術(shù)分為 :(1) 硬件冗余法，硬件冗余 HR (Hardware Redundancy就是 依靠附加硬件的冗余性和互補(bǔ)性來(lái)實(shí)現(xiàn)故障容錯(cuò)， 附加硬件通常采用 儲(chǔ)備形式， 當(dāng)設(shè)備某個(gè)或某些關(guān)鍵部件發(fā)生故障后， 可以用備份硬件 替代故障部件，以削弱或消除故障的影響。(2) 軟件冗余法，軟件冗余SR(Software Redundancy可以通過(guò) 增加軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中包括修改容錯(cuò)控制策略、重新配置系統(tǒng)軟件、有效地降低 設(shè)備的運(yùn)行速度、多模塊并行診斷決策等。冗余附加技術(shù)指為實(shí)現(xiàn)上述榮譽(yù)另外所需的資源和技術(shù)，包括

11、 程序、指令、數(shù)據(jù)以及存放和調(diào)動(dòng)他們的空間和通道。他們和硬件冗 余中冗余備份一樣， 在沒(méi)有容錯(cuò)要求的系統(tǒng)中是不需要的， 而在容錯(cuò) 系統(tǒng)中卻是必不可少的。 以屏蔽硬件故障為目的容錯(cuò)技術(shù)中， 冗余附 加技術(shù)包括：( 1)關(guān)鍵程序和數(shù)據(jù)的榮譽(yù)存儲(chǔ)和調(diào)用； ( 2)進(jìn)行檢測(cè)、 表決、切換、重構(gòu)、糾錯(cuò)、復(fù)算的實(shí)現(xiàn)。在屏蔽軟件故障的容錯(cuò)系統(tǒng) 中，冗余附加件的構(gòu)成不同。冗余附加件包括： ( 1)獨(dú)立設(shè)計(jì)的相同功能冗余備份程序的存 儲(chǔ)及調(diào)用；( 2)實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)誤檢測(cè)及恢復(fù)的程序； ( 3)為實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)軟件 所需固化了的程序。 冗余、容錯(cuò)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀伴隨著大規(guī)模和超大規(guī) 模集成電路的發(fā)展， 硬件可靠性大大提高而價(jià)格

12、卻大幅度降低， 使采 用各種容錯(cuò)技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上更易接受。容錯(cuò)技術(shù)應(yīng)用范圍擴(kuò)展于銀行事務(wù)處理及各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)， 甚至許多通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也采用了容錯(cuò)技術(shù)。 在七八十年代， 容錯(cuò)技 術(shù)應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，例如：1975年的美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的3A號(hào)ESS處 理系統(tǒng)和美國(guó) TANDEM16 容錯(cuò)事務(wù)處理系統(tǒng)： 1976 年的美國(guó) AMDAHL470V/6 容錯(cuò)通用計(jì)算機(jī)和 1978 年容錯(cuò)空間計(jì)算機(jī) FTSC; 1979年BIM推出容錯(cuò)的4300通用計(jì)算機(jī)系列；1980年容錯(cuò) 多處理機(jī) FTMP 及軟件實(shí)現(xiàn)的容錯(cuò)計(jì)算機(jī) sift 研制成功等等。隨著電子交易的日益廣泛，出現(xiàn)了商用容錯(cuò)計(jì)算機(jī)市場(chǎng)和以分 布式為體系

13、的容錯(cuò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。容錯(cuò)的 VLSI 技術(shù)和人工智能在容錯(cuò) 技術(shù)上的應(yīng)用計(jì)算機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)， 給冗余、容錯(cuò)技術(shù)的發(fā) 展增添了新的活力。冗余、容錯(cuò)技術(shù)理論的研究，也是相當(dāng)活躍的。1952年，馮諾 依曼作了一系列關(guān)于用重復(fù)邏輯模塊改善系統(tǒng)可靠性的報(bào)告； 1956 年，他發(fā)表了論文概率邏輯及用不可靠元件設(shè)計(jì)可靠的結(jié)構(gòu) 。1971 年以來(lái)， IEEE 計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)容錯(cuò)技術(shù)委員會(huì)每年召開(kāi)一次 國(guó)際容錯(cuò)計(jì)算學(xué)術(shù)會(huì)議； 1987 年中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)成立了容錯(cuò)計(jì)算專(zhuān) 業(yè)委員會(huì)等等?；谌蒎e(cuò)控制(TFC)基本思想，F(xiàn)TC的研究主要有被 動(dòng)容錯(cuò)控制(Passives和主動(dòng)容錯(cuò)控制(Activate)兩種途徑。主動(dòng)容

14、錯(cuò)控制是在控制系統(tǒng)故障檢測(cè)與 FDD(Fau1t Detection and Diagnose的基礎(chǔ)上，當(dāng)FDD環(huán)節(jié)檢測(cè)出系統(tǒng)故障后，重新調(diào)整 控制器參數(shù)，甚至改變控制器結(jié)構(gòu)，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，盡量恢復(fù)系統(tǒng)故障前的性能。 被動(dòng)容錯(cuò)控制是設(shè)計(jì)對(duì)故障具有容忍能力的 強(qiáng)魯棒控制器，被動(dòng)容錯(cuò)控制的研究可以充分利用魯棒控制技術(shù)的研 究成果，且不受 FDD 發(fā)展水平的限制， 所以對(duì)于被動(dòng)容錯(cuò)控制的研 究取得的成果較多。2. 1 主動(dòng)容錯(cuò)控制主動(dòng)容錯(cuò)控制一般需要兩個(gè)基本步驟 :控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)、診 斷與隔離及控制系統(tǒng)重構(gòu)。 控制系統(tǒng)故障檢測(cè)、 診斷與隔離是在現(xiàn)代 控制理論、可靠性理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、信號(hào)

15、處理技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)， 以及人工智能和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等技術(shù)基礎(chǔ)上的一門(mén)應(yīng)用型的邊緣 學(xué)科， FDD 技術(shù)是容錯(cuò)控制重要的支撐技術(shù)之一。由于控制系統(tǒng) FDD 問(wèn)題本身的復(fù)雜性和相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)水平的 限制，雖然人們對(duì)它的研究己達(dá)到了一定的水平， 但至今仍沒(méi)有解決 這一問(wèn)題特別有效的方法。目前的控制系統(tǒng) FDD 研究主要是沿著基于模型和基于知識(shí)兩 種途徑展開(kāi)?？刂葡到y(tǒng)重構(gòu)的方法主要有 :控制律重新調(diào)度、控制器 重構(gòu)設(shè)計(jì)和模型跟蹤重組控制， 控制律重新調(diào)度的基本思想是， 在離 線(xiàn)的情況下計(jì)算出各種故障條件下所需的控制律增益參數(shù)， 存儲(chǔ)在計(jì) 算機(jī)中，系統(tǒng)根據(jù) FDD 單元所給出的結(jié)果，選擇合適增益參數(shù)，

16、實(shí) 現(xiàn)對(duì)各種故障的容錯(cuò)控制 ;控制器重構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)故障系統(tǒng)的新環(huán) 境，重新設(shè)置系統(tǒng)的工作點(diǎn)，并給出可改善系統(tǒng)性能的新控制器，現(xiàn) 有的控制器重構(gòu)方法主要有基于直接狀態(tài)反饋或輸出反饋的方法， 以 及基于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)方法等 ;模型跟蹤重組控制的基本原理是采 用模型參考自適應(yīng)控制的思想， 使得被控過(guò)程的輸出自適應(yīng)地跟蹤參 考模型的輸出，因此這種容錯(cuò)控制不需要 FDD 單元。在主動(dòng)容錯(cuò)控 制方法中，能夠較好地將 FDD 環(huán)節(jié)與系統(tǒng)重構(gòu)相結(jié)合的是基于人工 智能的容錯(cuò)控制方法。 在容錯(cuò)控制中所運(yùn)用的人工智能方法主要是人 工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò) ANN(Artifictial Neural Network) ，利用

17、 ANN 對(duì)非線(xiàn)性 特性的任意逼近能力和 ANN 所具有的從樣本中學(xué)習(xí)、歸納和推理的 能力，通過(guò)訓(xùn)練，使 ANN 能準(zhǔn)確地估計(jì)出故障的大小，在此基礎(chǔ)上 再通過(guò)故障補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)容錯(cuò)控制。被動(dòng)容錯(cuò)控制 在目前的容錯(cuò)控制研究中，因?yàn)椴皇芸刂葡到y(tǒng) DFD 環(huán)節(jié)的限 制，被動(dòng)容錯(cuò)控制相對(duì)于主動(dòng)容錯(cuò)控制要更容易實(shí)現(xiàn)， 己有的可以實(shí) 現(xiàn)被動(dòng)容錯(cuò)控制的主要方法有 :完整性控制器設(shè)計(jì)、 同時(shí)鎮(zhèn)定和可靠鎮(zhèn)定。 完整性控制 (IntgearlContron)的概念由Niederlinski在1971年提出，完整性控制是研究 最早的一種容錯(cuò)控制技術(shù)，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)中傳感器和執(zhí)行器是最容 易發(fā)生故障的部件，所以完整性控

18、制具有很高的應(yīng)用價(jià)值，在控制 理論中，稱(chēng)多變量系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)仍能保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制器 為完整性控制器， 完整性控制器設(shè)計(jì)是多變量系統(tǒng)中特有的問(wèn)題 ;多 模型設(shè)計(jì)方法又稱(chēng)同時(shí)鎮(zhèn)定問(wèn)題，自從Ackermann， Sakes 和Vidyasagar 等人提出來(lái)以后，己經(jīng)成為容錯(cuò)控制的一個(gè)重要研究方 向，同時(shí)穩(wěn)定容錯(cuò)控制的設(shè)計(jì)方法是力求尋找一個(gè)公共的狀態(tài)反饋 控制器，使之能夠同時(shí)穩(wěn)定盡可能多的故障情況下的系統(tǒng)模型，同 時(shí)兼顧到系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)特性的要求 ;使用多個(gè)補(bǔ)償器進(jìn)行可靠 鎮(zhèn)定的概念是由 Silage 于 1980 年最早提出，可靠鎮(zhèn)定實(shí)際上是關(guān) 于控制器的容錯(cuò)問(wèn)題。與被動(dòng)容錯(cuò)控制相比較，

19、主動(dòng)容錯(cuò)控制具有更多的優(yōu)點(diǎn)。從理 論上講， 被動(dòng)容錯(cuò)控制是故障情況下的強(qiáng)魯棒控制， 主動(dòng)容錯(cuò)控制是 故障情況下的強(qiáng)自適應(yīng)控制。 被動(dòng)容錯(cuò)控制即使在系統(tǒng)正常的情況下 控制律也要滿(mǎn)足故障條件下的要求， 這在系統(tǒng)正常時(shí)顯然是一種過(guò)高 的要求，設(shè)計(jì)未免過(guò)于保守，必然要以犧牲性能指標(biāo)為代價(jià)。另外， 在預(yù)想故障數(shù)目較多時(shí)， 被動(dòng)容錯(cuò)控制問(wèn)題可能根本沒(méi)有解， 所以被 動(dòng)容錯(cuò)控制有較大的局限性?；诳刂葡到y(tǒng) FDD 的主動(dòng)容錯(cuò)控制實(shí)質(zhì)是一種強(qiáng)自適應(yīng)控制， 它通過(guò)實(shí)時(shí)地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)與診斷， 當(dāng)檢測(cè)出系統(tǒng)故障后， 根 據(jù)不同的故障采取相應(yīng)的措施， 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和維持一定的性能 指標(biāo)。主動(dòng)容錯(cuò)控制所用的主

20、要方法是控制律重構(gòu)和故障補(bǔ)償， 前者 需要根據(jù)故障重新設(shè)計(jì)控制器， 后者則是利用故障的信息確定一個(gè)控 制補(bǔ)償量，目的都是力圖使故障后的系統(tǒng)盡量接近甚至等價(jià)于原系 統(tǒng)。對(duì)于演變速度較慢的所謂軟故障，多模自適應(yīng)方法比較適合，但 多模自適應(yīng)方法中存在較多的算法上的問(wèn)題，限制了這種方法的使 用。2.2 容錯(cuò)控制研究中需要解決的主要問(wèn)題盡管控制系統(tǒng) FDD 和 TFC 技術(shù)的研究在理論上己取得了較 為豐富的成果， 但距離實(shí)際工程應(yīng)用的要求還有相當(dāng)大的差距， 理論 上也還有許多問(wèn)題有待人們?nèi)パ芯亢吞剿?。本文主要研究了?shí)時(shí)系統(tǒng)多機(jī)冗余、容錯(cuò)系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷、控制系統(tǒng)重構(gòu)、 容錯(cuò)實(shí)時(shí)運(yùn)行庫(kù)技術(shù)以及容錯(cuò)控制

21、在工程中的應(yīng) 用等問(wèn)題，而在目前的研究中，上述領(lǐng)域主要存在的問(wèn)題分述如下 :（ 1）控制系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷中存在的問(wèn)題： 控制系統(tǒng)故障的 模型是從理論上進(jìn)行 FDD 研究的前提，但現(xiàn)有故障建模方法簡(jiǎn)單， 與實(shí)際系統(tǒng)故障具有的復(fù)雜性和多樣性成為一對(duì)急待解決的矛盾。 目 前還沒(méi)有一個(gè)在 FDD 和 FTC 中比較統(tǒng)一的故障表示方法。就拿 CPU 測(cè)試來(lái)說(shuō)，多數(shù)的結(jié)構(gòu)測(cè)試法需要詳細(xì)的系統(tǒng)邏輯電路圖，并 在此基礎(chǔ)上建立故障模型。結(jié)構(gòu)測(cè)試法通過(guò)驗(yàn)證電路中沒(méi)有任何符合故障模型的故障存 在，來(lái)說(shuō)明電路中沒(méi)有影響電路功能的實(shí)際物理故障存在。 由于微處 理器是一個(gè)輸入、 輸出引線(xiàn)數(shù)目有限， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜的大規(guī)模集 成電路，很難在邏輯門(mén)這一級(jí)確立準(zhǔn)確的故障模型 ;另一方面受到引 出腳數(shù)目的限制，使得故障的可控制性與可觀察性大大降低 ;此外控 制邏輯部分與數(shù)據(jù)處理邏輯部分都在一塊芯片上， 不能預(yù)先假定哪一 部分總是好的。（2）系統(tǒng)重構(gòu)方面存在的主要問(wèn)題： 目前的系統(tǒng)重構(gòu)問(wèn)題研究 較少?，F(xiàn)有的運(yùn)用廣義逆的方法、基于狀態(tài)反饋或輸出反饋、特征值 和結(jié)構(gòu)配置等方法， 僅是從數(shù)學(xué)模型角度將系統(tǒng)恢復(fù)， 而不是從系統(tǒng) 性能角度恢復(fù)，