基于仲裁的高可用服务器故障检测机制的研究

故障检测是设计高可用系统的一项关键技术,本文研究了双模高可用容错服务器的故障检测机制.首先,通过马尔科夫模型对服务器系统进行了分析,指出设计高覆盖率和高成功率的故障检测机制对系统可用性的重要影响.针对传统使用的故障检测机制成功率较低的问题,提出了一种仲裁检测机制,仲裁系统采用容错方案设计,具有较高的可靠性,在双机无法对故障做出正确判断时,可作为可信的第三方对故障做出准确的定位,有效地提高了系统的检测成功率.在此基础上,一种基于仲裁的多层心跳检测机制被应用到了实际系统的设计中,并通过试验证明了其可满足可用性设计要求.     

基于仲裁的高可用服务器故障检测机制的研究

故障检测是设计高可用系统的一项关键技术，本文研究了双模高可用容错服务器的故障检测机制。首先，通过马尔科夫模型对服务器系统进行了分析，指出设计高覆盖率和高成功率的故障检测机制对系统可用性的重要影响。针对传统使用的故障检测机制成功率较低的问题，提出了一种仲裁检测机制，仲裁系统采用容错方案设计，具有较高的可靠性，在双机无法对故障做出正确判断时，可作为可信的第三方对故障做出准确的定位，有效地提高了系统的检测成功率。在此基础上，一种基于仲裁的多层心跳检测机制被应用到了实际系统的设计中，并通过试验证明了其可满足可用性设计要求。     

航天着陆试验场指挥控制系统设计与实现

指挥控制系统是航天着陆试验场不可或缺的一部分,完成试验指挥、控制、管理、视频监控、数据分析与处理、故障判别、仿真、授时、通信等功能。文章所介绍的某航天着陆试验场指挥控制系统,由时统子系统、通信子系统、语音调度子系统、视频监控子系统、大屏幕投影显示子系统、数据处理与存储子系统、指令发控台、指显工作站、软件等组成。系统结构采用双机双网并行工作模式设计。作为数据传输核心的通信子系统,采用双网热备路径冗余设计;作为数据处理与指令发布核心的处理服务器、数据库服务器和控制计算机,设计上都采用了双机并行技术。实践证明,上述技术的运用从系统结构上避免了由于单点故障而引起的系统宕机,提高了系统的可靠性和安全性。     

推进剂利用系统液位采集故障的分析与改进设计

研究了基于三冗余控制方案的推进剂利用系统液位信号采样的原理,深入分析了系统试验中液位信号采集故障的问题,进一步采用了一种基于周期延时的行末点换行策略,彻底解决了三冗余状态下由不同步带来的液位信号采集故障问题。     

高速SpaceWire协议IP的可靠性增强方法

针对航天高速SpaceWire总线系统对协议IP的高可靠性要求，提出一种用于静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)的增强三模冗余(TMR)方法。该方法对传统三模冗余和部分三模冗余做了改进，将需要进行三模冗余的原设计分为一般单元集和可靠性薄弱的关键单元集，对一般单元集中的每个单元做三模冗余，对关键单元集中的每个单元做顺序四模冗余。给出了顺序四模冗余的可靠度计算式和表决器的布尔表达式。建立了系统可靠性的马尔科夫模型并基于模型开展了可靠性仿真。仿真结果表明增强三模冗余系统的可靠性不仅明显优于传统三模冗余系统，而且优于部分三模冗余系统，使系统可靠性得到有效提高。     

三机二冗余的实时嵌入式容错系统研究

在三机构成的冗余控制系统中,表决量及其表决器设计最为复杂,直接关系系统运行的可靠性.本文提出一种采用将三机中的一机作为表决器对另两机进行旁路表决和输出切换控制的冗余系统,可简化表决器的设计.同时消除系统中的单点故障模式,可应用于高可靠的实时嵌入式控制系统设计中.     

复杂系统故障快速定位方法研究与实现

正火箭是电子、机械、软件的复合体,发射过程所处复杂环境中具有动态性与不确定性,其故障特性表现:①层次性,可划分为系统、子系统、单机、元器件等层次,从而形成功能的层次性,故障的发生表现出层次性;②时变性,故障发生与时间有关,由其运动的动态性决定,如渐进性故障、间歇性故障等;③相关性,系统的故障是由与之相关的系统或下级子系统的故障传播所致;④不确定性,由故障表象和描述的模糊性引起,条件不足不能人为完全感知,不能准确定位发生的部位和原因。     

一种用于检测自动测试系统故障冗余机制的故障注入方法的研究与应用

鉴于自动测试系统研究中缺乏确认其故障冗余属性的手段,提出一种基于对比策略的故障注入系统。系统采用硬件注入和软件仿真相结合的方法实现,故障注入由专门研制的电压信号发生器、电流信号发生器、后驱动电路完成,自动测试系统的正常运行通过软件仿真完成。实验结果表明利用该系统能发现自动测试系统的软件缺陷,并能对其故障冗余属性进行确认。     

新一代运载火箭推进剂贮箱的冗余氦气增压系统

介绍了新一代运载火箭推进剂贮箱的冗余氦气增压系统组成和工作原理。分析了增压系统几种一度故障模式下的冗余功能。地面试验验证结果表明:该增压系统采用互为备份的增压主路和副路,副路是主路的完全冗余,有一度故障的容错能力,同时降低了对增压系统中减压阀性能的要求,减少了减压阀的设计难度,提高了氦气增压系统的可靠性。     

冗余配置捷联惯性导航系统可靠性分析

采用容错技术提高导航系统的可靠性是现代导航技术主要发展方向之一，采用冗余敏感器配置的捷联惯导系统具有成本低、重量轻和可靠性高等优点。利用马尔可夫模型对四余度双轴冗余惯性敏感器配置的导航组件的可靠性进行建模，对敏感器质量、故障检测和故障隔离的误差（包括误警率、漏检率和故障隔离率等）、系统任务时间和系统其它部件的故障概率等因素对导航系统可靠性的影响进行了分析和比较。     

基于半马尔可夫过程的容错导航系统可靠性分析

在容错导航系统中,当采用序贯的方法进行故障检测或者对系统的某些参数采用滤波以后,系统已不再满足马尔可夫过程的基本假设条件。但可以利用半马尔可夫过程理论分析系统的可靠性。利用平移的二阶Erlang分布拟合的方法同以往方法相比能够更加准确地拟合系统的故障检测时间概率密度函数,提高容错导航系统可靠性分析的准确性。     

基于小波分析的航天器姿态控制系统故障诊断方法研究

小波分析是一种全新的时频两维的信号分析技术,本文将其引入航天器姿态控制系统故障诊断,并针对姿态控制系统所采用的红外地球敏感器、陀螺和姿控发动机的典型故障模式,研究了基于小波分析技术的故障诊断方法。仿真结果证明了所提方法的有效性。     

基于快速终端滑模的航天器自适应容错控制

针对存在不确定的执行机构部分失效故障和未知外界扰动的航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种基于自适应快速终端滑模控制的容错控制方法。在没有故障检测与诊断信息的情况下,采用快速终端滑模控制原理,利用自适应算法在线估计得到的故障信息,设计具有鲁棒性的容错控制器,使系统在执行机构故障发生时,能在有限时间内以指数收敛,实现系统有限时间渐近稳定,以及对航天器的容错控制和干扰的抑制。仿真结果表明,与基于普通滑模控制器的容错控制相比,该方法在保证系统鲁棒性和可靠性的同时,具有更快的收敛速率,实现执行机构故障时有效的航天器姿态跟踪控制。     

组合导航制导系统的容错技术及特点

论述了组合导航制导系统的容错设计方案，其中包括ＩＮＳ／ＧＰＳ（惯性导航／全球定位系统）组合系统容错技术、ＳＩＮＳ／ＧＰＳ／多普勒组合系统的容错技术及ＩＮＳ／ＧＰＳ／ＣＮＳ组合系统的容错技术；然后分析了组合导航制导系统的抗故障问题，给出了组合导航、制导系统的故障分类和系统出故障后的运用情况；最后，对其发展进行了展望，并提出了今后有待进一步研究的问题。     

利用奉献观测器诊断红外地球敏感器故障的新方法

卫星闭环控制系统中不同敏感器的故障定位是自主故障诊断的难点。基于双观测器的方法能够分离光学敏感器和惯性敏感器的故障,却仍不能确定红外地球敏感器是否发生故障。奉献观测器适用于敏感器系统的故障定位,但由于该方法要求的能观性条件在实际工程中有时难以满足,使其应用受到限制。本文提出了一种利用奉献观测器诊断敏感器故障的新方法,先对不完全能观系统进行能观性分解,再对能观子系统设计奉献观测器,克服能观性条件的限制,实现敏感器故障诊断。最后,将该方法用于卫星红外地球敏感器的故障定位,仿真结果表明,该方法可有效诊断地球敏感器的故障。     

空间环境中的多处理器混合容错调度算法

为提高空间应用环境中混合实时任务的容错调度效率,提出基于空间环境的多处理器混合容错调度算法。算法在周期任务调度中采用基于分组的“最佳适应”分配策略,以少量增加的计算时间获得更为紧凑的任务调度结果,从而减少调度所需的处理器数目和任务执行时间;在非周期任务调度中,利用基于空闲时间片的方法完成动态调度,使得混合实时任务的容错调度效率有显著提高,能够更好地适应复杂空间环境的任务处理。仿真结果表明算法在改善混合实时任务容错调度性能上具有重要作用。     

捷联惯导系统故障诊断与处理技术研究

为有效提高捷联惯导系统可靠性，研究了捷联惯导系统故障诊断与处理技术，提出捷联惯导的容错技术应具有故障检测，识别、隔离和系统重要等功能，并介绍了直接比例测量法和奇偶向量法两种技术方案，指出，在实践中综合应用多种容错技术可明显提高系统可靠性。     

考虑执行机构故障的导弹姿态控制系统的集成容错控制

研究了一类发动机十字型布局的导弹姿态控制系统的容错控制问题,提出了一种考虑执行机构故障的导弹姿态控制系统集成容错控制方法。该方法针对执行机构的恒增益变化故障和卡死故障,首先提出了集成容错控制的总体策略,然后分别基于线性矩阵不等式方法和故障补偿思想,给出了在圆盘极点指标和H∞指标两个相容指标约束下的状态反馈满意容错控制器和故障补偿器的设计方法。最后在Matlab/Simulink环境下将该方法应用于导弹姿态控制系统进行仿真实验,结果表明了该方法的有效性和可行性。     

A residual based adaptive unscented Kalman filter for fault recovery in attitude determination system of microsatellites

This paper presents an adaptive unscented Kalman filter (AUKF) to recover the satellite attitude in a fault detection and diagnosis (FDD) subsystem of microsatellites. The FDD subsystem includes a filter and an estimator with residual generators, hypothesis tests for fault detections and a reference logic table for fault isolations and fault recovery. The recovery process is based on the monitoring of mean and variance values of each attitude sensor behaviors from residual vectors. In the case of normal work, the residual vectors should be in the form of Gaussian white noise with zero mean and fixed variance. When the hypothesis tests for the residual vectors detect something unusual by comparing the mean and variance values with dynamic thresholds, the AUKF with real-time updated measurement noise covariance matrix will be used to recover the sensor faults. The scheme developed in this paper resolves the problem of the heavy and complex calculations during residual generations and therefore the delay in the isolation process is reduced. The numerical simulations for TSUBAME, a demonstration microsatellite of Tokyo Institute of Technology, are conducted and analyzed to demonstrate the working of the AUKF and FDD subsystem.