一种数据链用户保障策略研究与设计

针对数据链性能质量和服价问题,提出一种基于可靠性理论的数据链用户冗余策略,并建立 数学模型.模型综合平衡了冗余运行和正常维护的关系,从而大大改进了系统的性能.模型采 用一定的状态检查和验证策略,有效保证网络的正常工作.设备之间各自独立,相互协作, 合作完成容错任务.该模型与特定的系统应用环境无关,提供了一个通用的容错系统框架, 并给出实例说明其计算方法.      

一体化电液作动器容错结构设计

一体化电液作动器(EHA, Electrical Hydrostatic Actuator)是功率电传(PBW, Power by Wire)飞控操纵系统的一部分,为了保证整个飞控系统的可靠度,必须采用多余度结构配置.飞控系统分别从可靠度、任务成功率、余度和故障管理水平以及性能、重量等角度提出了EHA的设计指标要求,并按照设计指标要求,对EHA各个组成部分的失效率进行了计算.根据计算结果,针对一种可行的EHA容错结构,分别计算了由于EHA故障导致的任务中断率(PMA, Probability of Mission abort)和失控率(PLOC, Probability of Loss of Control).计算结果表明此种结构形式能够满足飞控系统对作动器可靠度的要求.最后根据选用的可靠度模型,设计出具有容错能力的多余度作动系统,并对此容错结构进行了详细阐述.      

闭环FOG的自诊断及在RSDIMU中的应用

首先阐述了闭环干涉型光纤陀螺(I-FOG)中回路的特点,揭示了它的自诊断能力.由此给出了一种具有自诊断能力的闭环干涉型光纤陀螺并将它应用于一种容错捷联惯性测量单元(RSDIMU)中,针对该单元,设计了一种容错算法.该算法除了利用陀螺的输出外,还引入了它的自诊断信息,从而实现了仪表级的信息冗余,使这种RSDIMU的容错能力由原来的故障运行(FO)-故障运行(FO)-故障安全(FS)上升到FO-FO-FO-FO-FS.用Markov可靠性估计模型对该系统的估计表明,其可靠性也有了很大的提高.      

FC互连的可靠性建模

对于光纤通道 (FC)互连的可靠性计算问题,从FC的基本模型出发,提出了基于任务的系统可靠性分析方法,建立了FC互连系统的可靠性模型,并给出了系统可靠度矩阵的表达形式.针对FC互连3种基本拓扑结构:点到点、仲裁环和交换网络,根据可靠性模型直接给出了表达式;针对FC组合拓扑结构连通性的特点,在可靠性模型中引入桥端口的概念,给出了组合拓扑结构互连可靠性模型的表示方法;针对FC协议中的交换网络和仲裁环组合拓扑结构互连给出了建模实例,通过分析桥端口对任务路径的影响,得到了桥端口对于FC互连可靠性影响最大的结论.基于任务的可靠性建模和计算方法在航电系统设计阶段对于任务划分和拓扑选择都将起到指导作用.     

分布式系统中的冗余任务分配研究

提出了分布式容错系统的任务分配算法,算法考虑了系统任务的周期性、冗余性、适应度、重要等级等特点,以处理机负载平衡为目标,通过三步静态分配实现了任务在处理机中的冗余分布,即使同一任务的活动任务、准活动任务和睡眠任务分布在不同处理机中.对系统执行过程中的处理机故障,启动冗余任务动态唤醒算法,通过任务状态的转换实现系统重构.冗余任务分配算法既能满足系统可靠性要求,又可保证系统重构的实时性.     

带马尔可夫参数容错控制系统的可靠性分析

带马尔可夫参数的容错控制系统(FTCSMP,Fault Tolerant Control System with Markovian Parameters)作为一种描述主动容错控制系统(AFTCS,Active Fault Tolerant Control System)的模型,在一些文献中被用于系统稳定性分析.然而很少有文章研究FTCSMP的可靠性问题.以故障检测与隔离(FDI,Fault Detection and Isolation)装置监视下的冗余传感器组为研究对象,建立了其FTCSMP模型,进而研究该传感器/FDI装置的可靠性.在该模型中,用2个定义在不同状态空间中的齐次马尔可夫随机过程分别表示系统元件的故障过程和FDI装置的决策过程.基于马尔可夫理论,研究了传感器/FDI装置的可靠性和安全性.当FTCSMP中的系统故障过程和FDI过程为生灭过程时,将故障检测延迟时间分为"有效"和"无效"2种类型,分析了这2种延时对传感器/FDI装置可靠性、安全性的影响.以双余度惯导系统为例,给出了仿真例子.      

一类多状态系统的可靠性计算

多状态n中连续取k系统是二值状态n中连续取k系统扩展到多状态的一般模型.多状态n中连续取k系统可靠性的求解问题是可靠性工程中一个热点和难点.当元件及系统具有多状态时分析了系统的可靠性与元件的可靠性之间的关系.对于系统处于不同状态时具有不同的可靠性结构的情形,提出了计算多状态n中连续取k坏系统可靠性的递归算法.实例对比说明了该方法的正确性和可用性.该方法不仅适用于递减或递增多状态系统,而且对系统及部件所处的状态数目的大小不加要求,为进一步研究复杂多状态系统奠定了基础.      

基于H_∞估计的鲁棒故障检测

为了减少故障误警率和提高故障检测精度 ,文章利用H∞ 估计和优化理论研究了线性离散不确定系统的故障检测问题。故障检测的关键是使余量发生器产生的余量对不确定因素和干扰输入具有鲁棒性 ,同时对故障具有敏感性。另外 ,文中还讨论了门限值的计算和选择问题。最后 ,仿真计算了在模型不确定性和随机干扰情况下 ,某飞行器传感器 /执行器故障的检测过程。与基于卡尔曼滤波的方法比较 ,基于H∞ 估计的故障检测方法能有效降低误警率。     

可修系统的可用度分析方法研究

介绍了一种新的可修系统可用度分析方法--可修系统动态故障树建模分析方法.为了获得高的可靠性和可用性,计算机控制系统大量采用了动态余度管理、储备及复杂的故障恢复技术,使计算机控制系统呈现出很强的动态性和实时性.采用动态故障树与Markov过程综合方法,将计算机控制系统的动态时序用DFTA(Dynamic Fault Tree Analysis)描述,将系统可修过程用Markov过程描述,将系统分解成若干个小的模块,逐步计算各模块的可用度、等效故障概率和维修率,最后综合进行整个系统的可用度分析.     

空间计算机冗余架构可靠性分析比较

采用冗余架构,是改善和提升空间计算机可靠性的一个重要途径。目前在工程中对不同架构可靠性的对比,尤其是相对复杂的架构,多仅限于形式上的粗略分析,缺乏定量比较。对6种典型空间计算机冗余架构(双机冷备、双机热备、TMR、动态重构TMR、2+1三机、四机)分别建立马尔可夫链数学模型,推导出上述各冗余架构可靠度的计算公式,并以一个虚拟的5年期任务为背景,对这些架构的可靠度进行了仿真计算、分析和比较。仿真结果表明:具有冷备资源的冗余方案可获得相对高的系统可靠性;让故障节点具有从故障中恢复正常功能的能力和短的修复时间,能大幅提升系统可靠性。     

容错控制系统的可靠性建模及模型化简

在容错控制系统的设计过程中,进行系统的可靠性建模和分析求得容错控制系统可靠性是一项非常重要的工作。它是许多设计工作,如设计方案的选择优化和一些设计参数的确定等的重要理论依据。在容错控制系统的可靠性分析中,利用马尔柯夫过程理论对容错控制系统进行可靠性建模能够较为真实地描述系统的实际工作情况,但是由于容错系统为了达到高可靠性而有采用了大量的冗余配置及重构技术,使得该可靠性模型往往变得相当复杂。因此,对     

带马尔科夫参数时滞容错控制系统稳定性分析

在主动容错控制系统 (AFTCS, Active Fault Tolerant Control System)中,故障检测与隔离(FDI,Fault Detection and Isolation)装置是核心部分,对系统故障诊断过程建模并研究其对整个系统的影响是十分重要的内容.考虑控制系统传感器到控制器之间由网络传输造成的常时滞,用两个马尔科夫随机过程分别描述系统的故障过程和故障诊断过程,建立多马尔科夫参数的系统模型;进而研究故障诊断装置对系统稳定性的影响,基于矩阵直积的方法,给出了不依赖延时的系统均方随机稳定的充分条件,为故障诊断方法的选择和评估提供了依据;最后给出了计算实例,根据稳定性条件,得出了在保持系统稳定的前提下,时滞、误检率和漏检率应满足的条件.      

修理工带休假的n部件冷贮备可修系统

对由1个修理工和n个部件组成的冷贮备可修系统的可靠性进行了研究,当系统中没有故障部件时,修理工可以进行多重休假,休假时间是一个随机变量;在修理工休假期间,如果系统中在线工作的部件出现了故障,则其中一个冷贮备部件立即代替故障部件成为在线工作部件,故障部件必须等待修理工从休假返回才能得到修理。假定部件的工作时间、部件故障后的修理时间以及修理工的休假时间均为位相型(PH)分布。通过运用Kronecker算子和马尔可夫过程理论,分别推导出系统在瞬态和稳态情况下的几个可靠性指标:可靠度、可用度、故障频度以及修理工忙的概率。通过数值算例对所得结论进行了验证。     

导弹增量式自适应容错控制系统设计

导弹在实际飞行中存在气动参数不确定、执行机构故障等问题,从而对导弹飞行控制系统稳定性与操控能力造成严重影响。为此,设计一种增量式自适应容错控制方法,在实现导弹安全控制的同时,兼顾姿态控制算法时效性与可靠性。建立面向控制的三通道耦合姿态动力学模型;考虑系统不确定性和执行机构故障,基于增量式动态逆方法设计导弹被动容错控制律;基于自适应滑模控制与增量式动态逆方法,设计增量式动态逆自适应容错控制律,并对系统残差进行分析比较;通过某典型全弹道姿态跟踪任务,验证舵面故障下的姿态跟踪特性。仿真结果表明:所提方法在故障未知的情况下,能够保证飞行控制系统的鲁棒性与容错能力,实现导弹的安全可靠控制。      

不完全覆盖系统的动态故障树定量分析方法

针对含备份结构的动态系统可靠性分析以及不完全覆盖问题,提出了一种温备份门的可靠性计算方法。该方法引入阶梯函数和脉冲函数来描述备份结构的动态失效特征,在考虑不完全覆盖的基础上计算了温备份门的可靠性,最后以某机载电子设备为例,建立了系统的动态故障树,论证了该方法的可行性,并与不考虑不完全覆盖的方法进行了比较,同时对系统进行了灵敏度分析,该方法计算结果更合理,为动态系统可靠性定量分析奠定了一定基础。