可重构硬件内建自测试与容错机制研究

传统可重构硬件自测试方法复杂,容错时资源利用率低,且往往需要额外的软件配合处理器来实现.为此,设计了一种具有自测试与自主容错能力的新型可重构硬件结构.对于故障自测试,提出了能在线执行的自主循环测试方法;对于硬件容错,提出了分层自主容错机制:在功能细胞单元内测试到逻辑故障时,先用功能细胞单元内部的空闲基本逻辑单元替代故障基本逻辑单元;当没有空闲基本逻辑单元时,则将整个故障功能细胞单元的功能重配置到距其最近的空闲功能细胞单元中,实现两层容错.以6×6并行乘法器为例,验证了新型可重构阵列能够降低容错时间复杂度并提高冗余资源利用率.     

基于仿生学的多层自适应容错重构阵列研究*

目前传统的可重构阵列面临着故障监测可靠性低、故障修复机制不灵活、时间与资源消耗随阵列规模急剧增大等困境。为此,根据生物体内遗传物质的精确自复制、免疫监督、组织自修复等容错修复机制,提出一种多层分布式自适应可重构电子阵列。阵列逻辑上分为3层,其中可配置逻辑层根据不同的用户配置信息完成系统功能;免疫层对可配置逻辑层的细胞进行故障监控;重构层在收到故障信号后寻找替代细胞、重新布线、转移配置信息,完成修复。以4位并行乘法器为例,对可重构阵列的功能和容错能力进行了验证。实验证明此可重构阵列实现了在线分布式自测试、自重构,多重联合故障检测增加了检测的可靠性,分块并行修复机制有效控制了故障修复的时间,增加了重构灵活度。资源与时间消耗基本不随阵列规模增大而增大。     

基于容错策略的球形机器人控制系统

基于容错策略对具有高可靠性的一种球形机器人控制系统进行研究。根据球形机器人自主运动的任务要求将控制问题分解为8个局部控制器,并基于局部控制器的结构研制基于多传感器的球形机器人嵌入式控制系统。这些局部控制器相互之间存在通信和信息交互的能力,在任务分配和协作方面具有自主性。基于冗余容错控制技术设计球形机器人的冗余双备份伺服控制子系统,以提高控制系统的可靠性。其中,冗余双备份伺服控制子系统是由两个相同的备份模块组成的,通过故障检测、故障定位以及系统恢复实现容错功能,而且冗余结构能够根据故障情况进行重组。基于时间容错和信息容错的技术设计球形机器人的软件系统,并设计监控软件监视软件系统的运行状态。球形机器人的控制系统试验表明基于容错策略设计的球形机器人控制系统是可行的、有效的。     

基于优化自适应阈值的非线性机电系统传感器 故障检测和主动容错控制

针对具有参数不确定性和传感器故障的非线性机电系统,提出一种基于优化自适应阈值和故障重构策略的主动容错控制方法。首先,利用线性分式变换理论对存在参数不确定性的非线性机电系统进行建模,并提出基于粒子群优化算法的优化自适应阈值以提高参数不确定条件下的故障检测性能。其次,通过解析冗余关系推导出系统的动力学方程,并提出一种基于递归终端滑模的跟踪控制策略,以实现系统健康状态下的负载位置跟踪。当系统发生故障时,构建自适应滑模观测器进行传感器故障重构,根据重构结果设计自适应主动容错控制律,并利用故障检测结果进行控制律的实时切换。实验结果表明,所提出的故障检测和主动容错控制方法能在0.06 s内准确的实现传感器故障检测和容错控制,验证了该方法的可行性。     

非线性系统的集成故障诊断和容错控制

基于解析模型而建立的状态观测法是一种得到了广泛应用的故障诊断和容错控制方法,而该方法在非线性不确定系统中的实际应用却由于未知输入扰动的影响受到一定的局限.针对机电系统中常见的严格反馈型不确定非线性系统,并考虑含有未知输入扰动,提出一种集成故障诊断与容错控制的设计方案,使系统在对不确定模型具有鲁棒性的同时,对执行器故障具有较强的跟踪性.该方案给出一种基于滑模变结构的容错控制器设计方法,并利用滑模变结构中的等值控制方法设计状态观测器,利用自适应方法实现对不同形式故障的重构.将所提方法以电液伺服系统为例进行仿真分析.仿真结果表明,系统对不确定模型具有鲁棒性,对突变、缓变和间歇变化等3种常见形式的故障以及带噪声的缓变故障均可进行较好的重构.     

基于遗传算法的可重构星载计算机永久性损伤容错技术研究

基于FPGA的可重构星载计算机在空间辐照条件下,相对传统基于ASIC的星载计算机更容易产生永久性损伤,如果仅采用传统的基于独立器件的容错方案如三模冗余或双机备份,很容易因为冗余器件容易耗尽导致系统失效。本文对FPGA永久性损伤的容错原理进行了分析,提出了利用FPGA自身冗余电路进行容错的方案。从该方案出发,围绕着错误识别、错误定位和错误修复3个核心问题,设计了容错系统的体系结构和基于遗传算法的容错算法。在不增加硬件开销的前提下,增强了基于FPGA的可重构星载计算机的容错能力。     

基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法

为了提高机器人机械臂故障曲线跟踪准确性，本文设计了基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法。分析机器人欠驱动机械臂关节故障原理，建立动力学模型实现对关节故障的检测。采用分散控制的思想将机器人欠驱动机械臂容错控制分为故障检测、信号重构、取代控制以及反馈控制四个部分，依据这四部分设计容错控制律，实现对速度信号与错误信息的实时反馈。在此基础上，通过干扰观测器实现控制律的干扰补偿，使容错控制后的机器人欠驱动机械臂具有抗外界干扰能力，以此完成控制方法设计。分析实验结果可知，所提方法不仅提高了故障曲线跟踪的准确性，减少了欠驱动机械臂容错控制后的稳态时间，满足了机器人欠驱动机械臂容错控制设计需求。     

基于神经网络的电动舵回路容错控制方法研究

为了克服电动舵回路故障和非线性因素的影响,提出一种基于神经网络误差反馈学习的电动舵机容错控制器设计方法,根据电动舵机系统动力学特征建立系统非线性数学模型,采用反馈误差学习控制律进行神经网络容错控制,由参考信号和实际输出信号对比产生的误差信号驱动神经网络学习从而产生控制信号,以达到实现容错重构控制的目的,仿真结果表明,神经容错网络控制器能够达到满意的控制效果。     

多电平变流器系统可靠性建模与分析* .txt

摘要：多电平变流器因其良好的特性已被广泛应用于各种中、高压大功率的电能变换场合，其采用了比两电平变流器更多的功率开关器件，从理论上讲具有更高的故障率，但多电平变流器自身拥有大量的冗余状态和较高的控制自由度，当开关管存在故障时可通过释放冗余资源使多电平变流器实现容错运行，从而提高多电平变流器系统的可靠性。为了定量分析不同变流器拓扑的可靠性，首先采用故障物理可靠性建模方法建立功率开关管串/并联的可靠性模型，并基于该模型，建立单相三相两电平变流器的可靠性模型；综合考虑多电平变流器拓扑的自身冗余和容错能力对可靠性的影响，建立了三相多电平和新型混合多电平变流器的可靠性模型，并基于所建立的可靠性模型定量分析了不同变流器的可靠性；最后，对三相五电平混合T ANPC变流器进行了实验验证。结果表明，多电平变流器可通过容错运行实现带故障持续工作，从而有效提高系统可靠性。 .txt     

一种可重构容错探测车的设计与仿真

提出并设计了一种新型的轮腿式探测车,该探测车可以通过冗余关节的重构来实现探测车的变形,可采用轮腿相结合的策略来完成不同路面状况下的行走任务,并且可以通过重构变形来达到车身宽窄变换以及整车高低变换以适应不同的探测环境。文中讨论了轮式和腿式两种故障情况下的容错策略,推导了相关的重构算法,在ADAMS平台中建立了虚拟样机并进行仿真试验。