现代控制系统中计算机的容错问题

本文通过对计算机避错、容错技术的论述，探讨了现代控制系统中的计算机容错问题．     

大规模分布并行计算系统容错与恢复技术

当前,拥有超级计算能力的计算机系统通常是大型商用系统形成计算机集群.与所有的分布式系统一样,这些系统通过独立的计算机硬件协同合作共同实现超级计算的能力.然而在拥有超级计算能力的同时,集群中的任何一个组件随时都可能失效,从而导致错的输出.为了提高集群在系统出现故障的情况下的鲁棒性,许多容错技术已经被设计和实现,用以处理各种类型的系统故障.本文对各种现有的容错技术进行了总结归纳,以便在此基础之上进行进一步的研究从而适应当前环境下的系统容错.     

计算机容错技术的研究与应用

介绍了容错技术的基本原理及内容,以及容错系统的经历阶段和实现容错功能的关键技术。总结了计算机容错技术在现阶段的应用情况。随着计算机技术的发展,容错技术和容错计算机将成为新的研究发展方向,将会出现初级的容错软件的设计方法,产生应用软件方面的容错设计工具,以及产生一个通用操作系统和硬件相结合的容错方法。     

面向飞行控制系统应用的容错计算机系统设计

在设计飞控计算机时采用了冗余技术(4余度容错计算机)，保证系统实现人以两次故障工作，三次故障安全(fo／fo／fs)．采用完善的余度管理技术和余度表决监控算法，进行故障的隔离定位和屏蔽，飞控计算机采用多速率任务调度策略，保证了系统的实时性．作者详细地描述了该容错计算机的软件／硬件设计结构、系统调度策略和余度管理算法，     

现代控制系统中计算机的容错问题

本文通过对计算机避错、容错技术的论述，探讨了现代控制系统中的计算机容错问题。     

网络容错与UNIX、WINDOWS NT、NOVELL容错的研究

对计算机网络系统硬、软件两方面进行了容错分析 ,并对UNIX、WINDOWSNT和NOVELL进行了容错对比 ,指出了在设计和实施网络系统时 ,应当综合考虑各种容错因素。     

民航订票系统

对计算机网络下的民航订票系统的结构和软件进行了设计．并对系统网络结构，用户功能、容错机制、可用票算法以及座位存储控制等技术问题进行了讨论．     

多态k-out-of-n:G型系统可用性评测

事务处理型计算机可采用冗余等容错计算技术以延长无故障运行时间和增加可用性。为了评测事务处理型容错计算机的可用性,该文将其抽象为由独立同分布部件组成的多态k-out-of-n:G系统。针对这一类事务处理型容错计算机建立系统模型,考虑系统在不同工作状态等级下的维修率存在差异,利用状态转移方程推导得到系统可用度的表达式。进一步提出基于故障注入的平均修复时间(MTTR)测试方法,通过实地测量来获取不同工作状态等级下的系统维修率,并设计了故障集以及测试方法。     

星载计算机系统高优先级恢复容错调度算法

为了在星载异构容错计算机上调度星载任务，在给出了星载计算机系统的容错调度模型的基础上，提出了一种星载计算机系统高优先级恢复容错调度算法（OHFSA），该算法通过引进可靠性代价量化了容错系统在维护容错调度时所需要的开销，并在调度过程中充分考虑了容错调度的实时性和低可靠性代价．同时，采用高优先级恢复机制可及时响应紧急时限下的恢复任务，从而提高了星载任务的整体实时性能．实验验证表明，OHFSA随着计算时间的增加，其所需的可靠性代价也相应增大．仿真结果表明，在任务负载不断增加的情况下，OHFSA的执行时间比目前算法减少20%～30%，特别是在恢复任务优先级比其主任务提高1个级别时，响应时间可减少近8．7%．     

机载计算机系统的容错技术

航空机载计算机系统的可靠性是进行飞机设计所面临的重要课题、而容错技术是提高机载计算机系统可靠性的关键技术。在分析机载计算机系统容错设计必要性的基础上；综述了容错理论及具体的容错方法，指明了机载计算机系统可靠性设计的方向。     

三模冗余容错系统管理板

随着嵌入式计算机的应用越来越广,对嵌入式系统的可靠性要求也越来越高,嵌入式可信计算机应运而生。针对可信计算机的功能需求,研究了容错与嵌入式可信计算机的相关概念和技术,提出了三模冗余加单模热备份的3+1混合冗余结构,采用FPGA完成了基于该结构的系统管理板的研究与设计。实验表明:该管理板能够有效地管理系统中的计算模块、电源模块及I/O模块,并实现了表决功能、系统重构、热插拔等多项技术。     

基于反馈线性化的主动容错控制器设计

针对一类满足Lipschitz条件的非线性系统,基于反馈线性化提出了一种主动容错控制方法,并将其应用到了某机器人系统中.仿真表明,在故障发生时,容错控制器不仅能够保持闭环系统的稳定性,而且能够有效地补偿故障对输出的影响,因此输出依然能够对参考输入具有较好的跟踪性能.     

Delta算子系统D稳定鲁棒容错控制

研究了Delta算子描述的线性系统基于圆形区域极点配置的鲁棒容错控制(定义作D稳定鲁棒容错控制)问题·利用线性矩阵不等式,给出了Delta算子描述的标称线性系统通过状态反馈实现D稳定容错控制的两个充分条件和D稳定容错控制器的设计方法·利用代数Riccati方程,给出了Delta算子描述的不确定线性系统D稳定鲁棒容错控制的充分条件和D稳定鲁棒容错控制器的设计方法·将连续与离散系统有关该问题的结果统一到了Delta算子框架中·     

不确定奇异系统的有限时间容错控制器设计

讨论了不确定线性奇异系统的有限时间容错控制问题. 针对一类具有时变外部扰动的不确定奇异系统,运用线性矩阵不等式方法(LMI),设计了鲁棒容错状态反馈控制律,使得当奇异系统执行器发生故障时,故障闭环系统仍然是无脉冲的,且保持有限时间状态稳定,同时也给出了有限时间容错控制器存在的充分条件和设计方法,数值算例验证了该容错控制设计方法的有效性.     

一类线性串联不确定系统的鲁棒容错控制

研究了具有串联结构的线性不确定系统的鲁棒容错控制问题．针对执行器失效故障，证明了对于两级串联结构的线性系统，可分别设计两个单级状态反馈容错控制器，通过求解两个Riccati不等式，得到整个系统的容错控制器．用该方法设计的闭环系统，在执行器发生故障时具有完整性，而且，对于系统的参数不确定性具有鲁棒性．     

容错计算机系统的可靠性建模和分布式仿真

对容错计算机系统的可靠性进行评估是一项重要而困难的工作.为容错计算机系统的各个组成部件建立了部件级故障模型,并以此为基础建立了整个客错计算机系统的可靠性测评模型.基于所建立模型,我们提出了分布式仿真的思想,它把系统的各个部件仿真为网络上的一个站点,并增设一台服务器来对整个系统的可靠性性能进行统计和分析.仿真结果验证了建立模型的正确性和方法的有效性.     

不确定奇异系统的有限时间容错控制器设计

讨论了不确定线性奇异系统的有限时间容错控制问题.针对一类含有时变、范数有界参数不确定奇异系统,运用线性矩阵不等式方法(LMI),设计了鲁棒容错状态反馈控制律,使得当奇异系统执行器发生故障时,故障闭环系统仍然是正则、无脉冲,且保持有限时间状态稳定,给出了有限时间容错控制器存在的充分条件和设计方法,该方法通过解线性矩阵不等式即可得到容错控制器的设计结果.数值算例验证了该容错控制设计方法的有效性.     

无人机自主控制关键技术新进展

 无人机在军用、民用领域具备巨大的应用潜力,当前世界各国正在大力推进无人机的研发工作,而无人机自主控制是无人机研发中极富挑战性的关键问题。本文介绍了无人机的分类和系统框架;根据无人机实际应用的要求,提炼出无人机自主控制进程中的几个关键性技术问题,包括感知与规避、故障诊断与容错控制、协同控制及这3 项关键技术有机综合的新问题与新方法--容错协同控制等,并重点阐述了这些关键技术的机理和较有代表性的成果及新进展;以目前无人机重要应用领域--空中加油过程及森林资源与火情监测为例,简述了以上技术在实际应用中的具体体现及其新进展;最后对无人机自主控制技术进行了展望,并给出各项关键技术存在的挑战及可能的解决思路。     

一类不确定非线性系统主动容错控制

针对一类不确定非线性系统,提出一种新的主动容错控制策略。该策略可以根据系统的运行状态实现切换控制,当系统无故障时,系统切换至常规状态反馈控制,保证系统稳定的同时且具有一定的鲁棒性能;当系统发生故障时,切换至主动容错控制,利用RBF神经网络在线逼近故障模型,同样保证系统鲁棒渐近稳定性。仿真示例表明,系统对不确定性具有较好的鲁棒性,同时对故障可以进行较好的重构,从而验证了设计方法的有效性。