TRICON在吉林石化乙烯装置的应用

TRICONEX公司ESD系统的硬件核心是我们称之为TRICON的基于三重模件冗余容错(TMR)结构的容错控制器,并具有三重化的I/O卡件、I/O总线和通信总线。TRICON系统有三个主处理器,每一个主处理器的CPU32位、50MHZ,16M RAM,工作方式可以为3-2-1-0。其32位浮点协处理器的使用也得到了TUV AK6和SIL3级的安全认证。系统中所有的I/O信号都要经过硬件的三取二表决。     

基于CPLD的控制器冗余切换和通信容错的研究

本文探讨了用CPLD实现控制系统控制装置控制器的热备冗余切换和通信容错,并给出了具有冗余切换和通信容错功能的控制器结构以及冗余切换和通信容错模块的具体实现方法。     

SDN多控制器容错机制的研究与设计

SDN提出将控制平面与转发平面解耦,并提供了对控制平面的可编程性以适应新的网络需求。集中化的控制器在带来诸多便利的同时,也伴随着许多新的挑战。其中,控制器单点故障就是一个不容忽视的问题。研究带内通信场景下多控制器容错与故障恢复。传统多控制器容错方案主要采用主从机制,某种程度上是对控制器资源的极大浪费。采用平面式的控制器架构,将多个控制器相连形成环状结构,相邻控制器间相互监听检测控制器故障。故障发生后,采用交换机簇划分和交换机重托管算法将故障域内的交换机托管到其余正常工作的控制器下,以完成网络的快速恢复。为应对网络中其余正常工作控制器总剩余容量小于故障域内交换机数量的极端情况,使用预定义的脚本动态添加控制器。     

风力机的线性变参数主动容错控制

针对风力机具有非线性和参数的不确定性的特征,提出了基于线性变参数(linear parameter varying,LPV)增益调度的风力机主动容错控制方法,降低故障对机组动态特性的影响.基于LPV凸分解方法,将风力机的非线性模型转化为具有凸多面体结构LPV模型,利用线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMIs)技术对凸多面体各个顶点分别设计满足性能要求的控制器,再利用各顶点设计的反馈控制器得到具有凸多面体结构LPV容错控制器.仿真结果表明,LPV增益调度技术可以成功地应用于风力机系统的容错控制.     

H∞容错控制器设计及其在线优化选择容错控制

本文设计了主动H∞容错控制器及其在线优化选择的多种容错控制策略,并且构造了"离线设计在线选择"容错控制模式下故障模式与容错控制器的多对多映射关系.首先,提出了针对给定故障模型的H∞容错控制器设计方法,离线设计了可恢复故障模式的容错控制器;其次,根据不同的需求,设计了3种方法缩小故障模式与容错控制器的所有可容错映射关系;然后,提出了4种主动容错控制器在线优化选择策略来满足不同的优化需求,提高容错控制性能;最后,仿真验证了所提出的主动H∞容错控制器及在线优化选择策略的有效性.     

多性能约束下的模糊容错控制系统设计: 离散系统情形

研究了模糊离散系统在同时具有极点指标、H∞指标和方差指标约束下的容错控制器设计问题. 利用分解和等价原理, 将非线性系统多指标约束下的可靠控制问题, 转换为一系列线性极限子系统多性能指标约束下的容错控制器设计问题; 提出了一种新的多指标约束容错控制系统设计方法, 详细分析了各相容指标的取值范围; 并给出了相容指标约束下的容错控制器设计步骤.     

风能转换系统执行器故障主动容错控制

提出了一种新颖的风能转换系统滑模主动容错控制策略.针对风能转换系统执行器故障,运用预测控制思想和迭代算法,设计了一种故障观测器.在设定的优化时域长度内,利用实际系统与故障观测器的输出差值,通过反复迭代运算,不断地对虚拟故障信号进行调整,使其能有效地拟合实际系统执行器故障,并根据故障观测值实时调整滑模容错控制器结构.未发生故障时,故障观测值为零,系统在滑模控制器控制下稳定运行;执行器发生故障时,运用故障观测值实时调整滑模容错控制项,并用双曲正切函数代替符号函数,消除抖动.仿真实验结果表明,滑模容错控制器下的系统具有良好的容错能力,提高了风能转换系统最大风能捕获效率.     

基于止血机制的冗余并联机器人精准容错控制

冗余并联机器人具有冗余容错能力,能在局部故障的情况下继续工作.而设备的机械间隙无法完全避免,并且较难建立精准的机械间隙模型,因此基于运动学冗余的常规容错方法较难实现精准容错控制.基于生理止血调控机制,考虑冗余并联机器人控制特性和机械间隙因素,提出一种新颖的精准容错控制器.与止血机制类似,该控制器不但能够进行子通道误差优化,而且能进行全局故障辨识和容错补偿.利用2-DOF冗余并联机器人进行了真实实验.结果表明,提出的精准容错控制器的控制精度和容错能力均比传统控制器有较大提高.     

不确定时滞系统相容指标下的鲁棒容错控制器设计

研究了一类同时具有非线性不确定特性、干扰输入和时滞特性的线性系统鲁棒容错控制问题.在更实际、更一般的执行器故障模式下,利用线性矩阵不等式方法,分析了与鲁棒稳定性能相容的H∞扰动衰减性能指标的取值范围;在指标相容的基础上,给出了鲁棒H∞容错控制器存在的充分条件,以及容错控制器的构造性设计方法.仿真实例验证了方法的有效性.     

切换系统的同时故障估计与容错控制

当切换系统发生故障时,通常需要依次进行故障诊断和容错控制.为了提高切换系统故障诊断的可靠性和容错控制的及时性,本文提出一种同时故障估计与容错控制方法.针对满足平均驻留时间约束的线性切换系统,首先建立了基于状态观测器的同时故障估计与容错控制器,并将其设计问题转化为了加权H∞性能指标下增广误差系统的多目标求解问题.然后使用平均驻留时间技术和多Lyapunov函数方法设计了故障估计与容错控制器的参数,又通过松弛矩阵方法进一步得到了保守性较低的结果.最后,利用一个例子对本文所提方法进行了仿真,证实了该方法的有效性.     

基于BU-61580总线控制器的接口及容错设计

针对RS-422接口与1553B总线接口无法直接进行高可靠性数据通信,提出了一种基于BU-61580总线控制器的接口及容错设计;设计采用1553B接口芯片BU-61580,通过FPGA控制完成了RS-422与1553B的接口控制及二者之间的数据处理;在硬件接口设计的基础上,设计IP-CORE完成BU-61580的芯片配置,并通过增加容错设计提高了总线控制器数据通信的可靠性;经测试结果显示,计算机通过总线控制器与RT终端通信稳定、可靠,并应用于某测试系统中。     

执行器饱和不确定NCS 非脆弱鲁棒容错控制

针对存在时变时延和丢包的不确定网络化控制系统(NCS), 同时考虑执行器饱和、控制器参数摄动以及非线性扰动等约束, 研究执行器发生结构性失效故障时系统的鲁棒容错多约束控制问题. 基于时滞依赖Lyapunov 方法和容错吸引域定义, 采用状态反馈控制策略推证出了闭环故障不确定网络化控制系统稳定的少保守性不变集充分条件, 并给出了非脆弱鲁棒容错控制器的设计方法以及最大容错吸引域的估计. 仿真算例验证了所述方法的可行性和有效性.

     

Reliable fault-tolerant model predictive control of drinking water transport networks

This paper proposes a reliable fault-tolerant model predictive control applied to drinking water transport networks. After a fault has occurred, the predictive controller should be redesigned to cope with the fault effect. Before starting to apply the fault-tolerant control strategy, it should be evaluated whether the predictive controller will be able to continue operating after the fault appearance. This is done by means of a structural analysis to determine loss of controllability after the fault complemented with feasibility analysis of the optimization problem related to the predictive controller design, so as to consider the fault effect in actuator constraints. Moreover, by evaluating the admissibility of the different actuator-fault configurations, critical actuators regarding fault tolerance can be identified considering structural, feasibility, performance and reliability analyses. On the other hand, the proposed approach allows a degradation analysis of the system to be performed. As a result of these analyses, the predictive controller design can be modified by adapting constraints such that the best achievable performance with some pre-established level of reliability will be achieved. The proposed approach is tested on the Barcelona drinking water transport network.     

多约束非线性结构振动系统的鲁棒H∞容错控制

研究了多约束条件下非线性结构振动系统的鲁棒H∞容错控制问题。根据建筑结构力学原理,建立了包含输入时变时滞、执行器故障、非线性参数摄动以及干扰等多约束条件的结构振动系统状态模型,基于状态反馈和Lyapunov稳定性理论,提出了一个可满足多约束条件的时滞相关鲁棒H∞容错控制算法,该结果以线性矩阵不等式形式给出。在推导过程中只对矩阵不等式进行了两次放大,结果与输入时滞有关,以尽可能降低控制器设计的保守性。该方法设计的控制器能够使得时滞非线性结构振动系统具有指定H∞范数的干扰抑制能力,对执行器故障具有容错性。通过对一个四自由度建筑结构模型在 EI Centro 地震波作用下振动的控制仿真,验证了所提方法的可行性和有效性。     

线性系统相容指标约束下的容错控制新方法

针对一类具有范数有界不确定性不满足匹配条件的线性连续系统,对易于失效的执行器进行容错控制设计,重新研究了圆域极点指标、H∞指标和H2指标约束下的满意容错控制器的设计问题.基于线性系统的极点配置理论和H2/H∞控制理论,利用线性矩阵不等式( LMI)方法,在假设失效执行器的输出为任意能量有界信号的情况下,分析了这3类指标在相容情况下的取值范围,并在相容指标约束下得到了新的满意容错控制器的设计方法,给出了满意容错控制器的具体设计步骤.所设计的满意容错控制器使闭环系统的极点在一个给定的圆域内,并且保持着系统给定的H2/H∞性能要求.     

鲁棒容错控制系统设计

本文考虑了观测器状态反馈控制系统的容错控制问题，提出了一种对传感器失效具有完整性的控制器设计方法，进而讨论了存在参数摄动的情况，给出了鲁棒容错控制器的设计步骤并用设计实例及仿真结果验证了该方法的有效性。     

Fault-tolerant control systems design via subdivision of parameter region

This paper presents a linear matrix inequality （LMI） approach to solve the fault-tolerant control （FTC） problem of actuator faults. The range of actuator faults is considered as a parameter region and subdivided into several subregions to achieve a certain desired performance specification. Based on the integral quadratic constraint （IQC） approach, a passive fault-tolerant controller for the whole fault region and multiple fault-tolerant controllers for each fault subregion are designed for guaranteeing stability and improving performance of the FTC system, respectively. According to the estimation of parameters by FDI process, the corresponding subregion controller is chosen for the stability and optimal performance of closed-loop systems when the fault occurs. The case of incorrect estimation is also considered by comparing the performance index between the switched controller and the passive fault-tolerant controller. The proposed design technique is finally evaluated in the light of a simulation example.     

参数不确定性时滞系统的鲁棒H∞容错控制器设计

研究了一类同时具有参数不确定性、外界干扰和时滞的线性系统执行器失效的问题,给出了该系统一种鲁棒Ｈ∞容错控制器的失效执行器的输出信号是任意能量有界的干扰信号,不确定线性时滞系统的容错控制问题转化成了鲁棒Ｈ∞控制问题,控制器可以通过解修正的代数黎卡提方程得到,而且控制器与时滞常数无关,设计例子证明了所给方法的有效性。     

Guaranteed cost active fault-tolerant control of networked control system with packet dropout and transmission delay

The problem of guaranteed cost active fault-tolerant controller (AFTC) design for networked control systems (NCSs) with both packet dropout and transmission delay is studied in this paper. Considering the packet dropout and transmission delay, a piecewise constant controller is adopted. With a guaranteed cost function, optimal controllers whose number is equal to the number of actuators are designed, and the design process is formulated as a convex optimal problem that can be solved by existing software. The control strategy is proposed as follows: when actuator failures appear, the fault detection and isolation unit sends out the information to the controller choosing strategy, and then the optimal stabilizing controller with the smallest guaranteed cost value is chosen. Two illustrative examples are given to demonstrate the effectiveness of the proposed approach. By comparing with the existing methods, it can be seen that our method has a better performance.