容错控制简介

1.2容错技术简介

容错控制及其系统组成

容错控制的发展及研究现状

1.2.1容错控制的概念和任务

容错概念最初来源于计算机系统设计领域，是指系统内部环节发生局部故障或失效情况下，计算机系统仍能继续正常运行的一种特性。后来人们逐渐把容错的概念引入到控制系统，这样人们虽然无法保证控制系统每个环节的绝对可靠，但是构成容错控制系统后，可以使系统中的各个故障因素对控制性能的影响被显著削弱，从而间接地提高了控制系统的可靠性。特别是控制系统的重要部件的可靠度未知时，容错技术更是在系统设计阶段保证系统可靠性的必要手段。

容错控制的指导思想是在基于一个控制系统迟早会发生故障的前提下，在设计控制系统初期时就将可能发生的故障对系统的稳定性及静态和动态性能影响考虑在内。最简单的情况，如果传感器或执行器发生故障，在故障后不改变控制律的情况下，如何来维持系统的稳定性就是控制器设计过程中值得注意的问题。在容错控制技术中，这种问题属于完整性控制的范畴。

在某种程度上，容错控制系统是指具有内部冗余（硬件冗余、解析冗余、功能冗余和参数冗余等）能力的控制系统，即在某些部件（执行器、传感器或元部件）发生故障的情况下，闭环系统仍然能保持稳定，并在原定性能指标或性能指标有所降低但可接受的条件下，安全地完成控制任务，并具有较理想的特性。动态系统的容错控制是伴随着基于解析冗余的故障诊断技术的发展而发展起来的。

1.2.2容错控制的现状研究

容错控制系统的基本结构为：传感器、故障检测与诊断子系统、执行器和控制器。其中，故障检测与诊断子系统能够对控制系统进行实时故障监测与辨识等；控制器则根据故障诊断信息作出相应的处理，实施新的容错控制策略，保证系统在故障状态下仍能获得良好的控制效果。在实际控制系统中,各个基本环节都有可能发生故障。

容错控制系统有多种分类方法,如按系统分为线性系统容错控制和非线性系统容错控制，确定性系统容错控制和随机系统容错控制等；按克服故障部件分类为执行器故障容错控制，传感器故障容错控制,控制器故障容错控制和部件故障容错控制等；按控制对象不同分为基于硬件冗余和解析冗余的容错控制分类。一般，为了全面反映容错控制系统的特性，常将上述各种分类方法组合运用。

1.硬件冗余方法

硬件冗余是指对系统的重要部件及易发生故障部件设置各种备份,当系统内某部件发生故障时,对故障部分进行隔离或自动更换,使系统正常工作不受故障元器件的影响，保证系统的容错性能。硬件冗余方法根据备份部件是否参与系统工作可分为静态硬件冗余和动态硬件冗余。

l)静态硬件冗余:并联多个相同的组件,当其中某几个发生故障时并不影响其它组件的正常工作。

2)动态硬件冗余:在系统中不接入备份组件,只有在原组件发生故障后,才把输入和输出端转接到备份组件上来,同时切断故障组件的输入和输出端,即运行模块的失效，备用模块代替运行模块工作。系统应该具有自动发现故障的能力与自动转接设备。

硬件冗余方法可以用于任何硬件环节失效的容错控制,建立起来的控制系统将具有较强

的容错能力，具有简单、有效、检测快速等优点，但是重复的硬件设备多,使系统投资、能耗增加，一般只用于重要部件的备份。

2.基于解析冗余的设计方法

解析冗余的容错控制方案通过分析控制系统中不同部件在功能上的冗余性,进而通过控制器的设计实现对局部故障的容错。在正常状态下,控制系统中所有的部件都处于工作状态,当某些部件失效时,其余完好的部件部分地或全部地承担起故障部件所失去的控制作用,使控制系统的性能维持在允许的范围内。解析冗余的容错控制器设计方法根据是否基于故障检测与诊断机构，分为主动容错控制和被动容错控制两种类型。本文主要讨论基于被动容错控制技术在悬浮系统中的应用。

l)被动容错控制器

被动容错控制就是在不改变控制器结构和参数的条件下,利用鲁棒控制技术使整个闭环系统对某些确定的故障具有不敏感性,以达到故障后系统在原有的性能指标下继续工作的目的。它将系统中的故障归结为系统中的参数摄动问题。被动容错控制器的参数一般为常数,不需要实时获取故障信息,也不需要在线调整控制器的结构和参数,故其容错能力有限。

根据容错控制对象的不同,被动容错大致可以分成可靠镇定、完整性、联立镇定等几种类型。

可靠镇定(RellableStabilization)

可靠镇定是指采用两个或者多个补偿器并行地镇定同一个被控对象，当其中任意一个或多个补偿器发生故障后失效，而剩余的补偿器还能够正常工作时，闭环系统仍然可以稳定的运行。可靠镇定实际上是关于控制器的容错控制问题。例如要求寻找是否存在两个控制器,它们既能单独又能共同镇定同一个被控对象。如果存在,则无论是它们共同工作,还是其中一个单独工作,闭环系统都是稳定的。

完整性控制(Integrality conirol)

完整性控制是多变量系统中一类特殊的问题,主要针对传感器和执行器故障的容错控制。即如果发生执行器或传感器卡死、饱和与断路故障时,或执行器和传感器同时发生故障时，闭环系统仍然是稳定的,那么就称此系统具有完整性,通常也称该回路为具有完整性的控制回路。完整性控制一般研究的对象是线性定常系统,设计方法有:时域设计方法、参数空间设计法Riccati方程、极点配置技术、Lyapunov方法以及LMI方法等。

联立镇定

联立镇定也称为同时镇定，是针对被控对象内部元件故障的一种容错控制方法。给定多个被控对象（把任一带有不同类型故障的系统都看作一个单独的被控对象），联立镇定问题的目标是：构造一个固定的控制器，使其可以镇定上述的任意一个被控对象，则该控制器对被控制对象的特性变化具有鲁棒性，对系统故障具有稳定意义上的容错能力。联立镇定问题的实质是：设计一个固定的控制器来镇定一个动态系统的多模型。联立镇定问题的主要作用是：一方面,在被控对象发生故障的情况下，仍然可以使其保持稳定，达到容错控制的目的；另一方面对于非线性控制对象，由于经常是通过采用线性控制的方法在某一工作点上对其进行控制，因此，当工作点变动时，对应的线性模型则不同，此时，具有联立镇定功能的控制器可以使得系统在不同工作点上都是稳定的，从而起到镇定被控对象的作用。

2)主动容错控制器

被动容错控制系统是针对系统特定的故障集而设计的,其设计过程通常比较复杂,设计出来的控制器通常过于保守,其性能不可能是最优的。而且当发生的故障不属于设计阶段所考虑的故障集时,系统的稳定性都可能无法得到保证。这是被动容错控制的不足之处,却是主动容错控制设计所能解决的问题。主动容错控制在故障发生后需要根据故障情况重新调整控制器的参数,也可能需要改变控制器的结构。大多数主动容错控制需要故障检测与诊断子系

统,只有少部分不需要FDD子系统,但也需要获知各种故障信息。主动容错控制大体上可以分为控制律重新调度、控制律重构和模型跟随重组三大类。

控制律重新调度(Redistribution)

控制律重新调度是Astrom等人在1989年提出的。其基本思想是离线计算出各种故障下所需的控制律,并储存在计算机中。然后,根据在线FDD提供最新的故障信息进行控制器的选择和切换,组成一个新的闭环控制系统,从而起对故障容错的作用[6G-63]。显然,这种主动容错控制策略对故障检测与诊断机构的实时性要求比较高,也需要对被控系统的认知程度比较深。采用实时专家系统进行控制器的切换将会产生很好的效果。该方法现已应用于航空控制、航天控制、化学过程等。

控制律重构设计(Reconfiguration)

控制律重构设计:即在FDD单元故障定位后,根据系统本身提供的冗余信息,结合故障系统的新环境,在线重组或重构控制律。需要说明的是原系统本身具有功能冗余性是故障系统能否进行重构最基本的条件。模型跟随重组控制:先给出一参考模型,不管系统是否发生故障,让被控对象的输出始终跟随该参考模型的输出,这样,当发生故障后,控制器就会重组控制律让被控对象的输出保持跟随参考模型的输出,从而达到处理故障的目的"因此,这种容错控制不需要FDD单元,它采用隐含的方法来处理故障。

电大毕业论文题目

电大毕业论文题目 在写论文之前都会先拟定题目，每个专业的论文都要有符合自己专业的题目。怎样选题？是我们在写论文的首要问题。选题的大致方向是什么？这些都是我们想要了解的。下面学术堂根据多个专业挑选了一些电大毕业论文题目，希望能够帮助大家。 电大毕业论文题目一： 1、北斗应用于高铁CPI控制测量的算法与试验研究 2、拖拉机抗性消声器不同结构单元声学性能研究 3、拖拉机涡轮增压器中混合陶瓷球轴承无损检测设计 4、水田用大功率拖拉机驱动桥壳体设计与分析 5、应用于航空发动机涡轮叶片的热障涂层材料研究 6、基于GPS\BD2组合的车载导航系统性能分析 7、基于最优载荷的受电弓自适应终端滑模控制 8、V/v牵引供电所混合式电能质量控制系统非对称补偿设计 9、基于交通可达性的新兴高铁枢纽城市旅游发展响应研究--以江西省上饶市为例 10、离子液体萃淋树脂及其在稀土分离和纯化中的应用 11、串级萃取理论的发展历程及最新进展 12、中国高铁建设投资对国民经济和环境的短期效应综合评估 13、中国大型高炉生产现状分析及展望 14、高超声速飞行器模型及控制若干问题综述 15、竞争环境下铁路集装箱班列动态定价与开行决策研究 16、基于轨道局部波动的高速铁路轨道平顺状态评估方法 17、中国轨道交通列车运行控制技术及应用 18、基于状态观测器的单相整流系统传感器故障诊断与容错控制方法 19、基于系统动力学的汽车产业技术创新能力影响因素研究 20、经济新常态下我国汽车产业发展能力提升研究 21、一种新型非谐振型软开关交错并联Boost电路 22、响应曲面法优化内配兰炭赤铁矿球团焙烧工艺 23、高速铁路牵引供电系统的状态空间模型 24、拖拉机CAN总线车载智能终端技术研究 25、自动导航拖拉机田间作业路径规划与应用试验 26、基于证据理论的地铁火灾安全评价方法 27、多温区冷藏车气密性能影响参数理论分析与试验 28、液压互联式馈能悬架建模与优化设计 29、基于电磁机械耦合再生制动系统的电动汽车稳定性控制 30、优化电池模型的自适应Sigma卡尔曼荷电状态估算 31、多层次轨道交通网络与多尺度空间协同优化--以上海都市圈为例 32、车辆悬挂系统自抗扰控制器改进及其性能分析 电大毕业论文题目二： 33、汽车零件商运用装配商知识的情境分析 34、酸雨淋溶条件下赤泥中重金属在土壤中的迁移特性及其潜在危害 35、面向轨道装备的可视化人因综合仿真分析平台研究

容错控制的研究现状

容错控制的研究现状 容错控制研究的是当系统发生故障是的控制问题，因此必须首先明确故障的定义。故障可以定义为：“系统至少一个特性或参数出现较大偏差，超出了可以接受的范围，此时系统性能明显低于正常水平，难以完成系统预期的功能”[28]。而一直以来，对容错控制并没有一个明确的定义。这里给出一个比较容易理解的概念，即所谓容错控制是指当控制系统中的某些部件发生故障时，系统仍能按期望的性能指标或性能指标略有降低（但可接受）的情况下，还能安全地完成控制任务。容错控制的研究，使得提高复杂系统的安全性和可靠性成为可能。容错控制是一门新兴的交叉学科，其理论基础包括统计数学、现代控制理论、信号处理、模式识别、最优化方法、决策论等，与其息息相关的学科有故障检测与诊断、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等。 容错控制方法一般可以分成两大类，即被动容错控制(passive FTC)和主动容错控制(active FTC)。被动容错控制通常利用鲁棒控制技术使得整个闭环系统对某些确定的故障具有不敏感性，其设计不需要故障诊断，也不必进行控制重组，其一般具有固定形式的控制器结构和参数。但常常由于故障并不是经常发生的，其设计难免过于保守，并且其性能也不可能是最优的，而且一旦出现不可预知故障，系统的性能甚至稳定性都可能无法保障[29-31]。但它可以避免在主动容错控制当中由于需要检测诊断故障以及重组控制律造成的时间滞后，而这在时间要求严格的系统控制中是很重要的，因此被动容错控制在故障检测和估计阶段是必须的，它可以保证在系统切换至主动容错控制之前系统的稳定性[29-31]。主动容错控制可以对发生的故障进行主动处理，其利用获知的各种故障信息，在故障发生后重新调整控制器参数，甚至在某些情况下需要改变控制器结构。主动容错控制大多需要故障诊断（FDD）子系统，这正是其优于被动容错控制之处。Patton教授有一著名论断，即“离开了FDD单元，容错控制所能发挥的作用就会非常有限，只能对一些特殊类型的故障起到容错的作用”[20]。 （1）被动容错控制 被动容错控制基本思想就是在不改变控制器和系统结构的条件下，从鲁棒控制思想出发设计控制系统，使其对故障不敏感。其特点是不管故障发生不发生，它都采用不变的控制器保证闭环系统对特定的故障具有鲁棒性。因此被动容错控制不需要故障诊断单元，也就是说不需要任何实时的故障信息。从处理不同类型故障分，被动容错控制有可靠镇定、联立镇定和完整性三种类型。 可靠镇定是针对控制器故障的容错控制。其研究思想始于Siljak 在1980 年[2]提出的使用多个补偿器并行镇定一个被控对象。之后一些学者又对该方法进行了深入研究[32-34]。文[32]针对单个被控对象证明了当采用两个补偿器时，能够可靠镇定的充要条件是被控对象是强可镇定的。但条件若不满足，补偿器就会出现不稳定的极点，闭环系统就不稳定；另一方面，即使条件满足并有解，如何设计这两个补偿器也是极其困难的。文[33]做了进一步研究，给出了两个动态补偿器的参数化设计方法，能够得到可靠镇定问题的解，从而部分解决了上

容错控制理论及其应用

第26卷　第6期2000年11月自　动　化　学　报A CT A A U T OM A T ICA SI NI CA V o l.26,N o.6N ov.,20001)国家自然科学基金、“八六三”计划与教育部资助项目.收稿日期　1999-03-08 收修改稿日期　1999-10-11 综述 容错控制理论及其应用 1)周东华 (清华大学自动化系　北京　100084)　Ding X (Lausitz 大学电气工程系　德国) (E-mail:ZDH @m ail.au.tsin https://www.wendangku.net/doc/7613878025.html,) 摘　要　介绍了经典容错控制的主要研究成果及近年来发展起来的鲁棒容错控制和非线性 系统的故障诊断与容错控制,并给出了容错控制的一些典型应用成果.最后,指出了该领域 亟待解决的一些热点与难点问题. 关键词　动态系统,容错控制,故障诊断,集成,鲁棒性. THEORY AND APPLICATIONS OF FAULT TOLERANT C ONTROL ZHOU Donghua (Dep t .of A utomation ,Tsing hua Univer sity ,Beij in g 100084) DING X (De p t .of E E ,L ausitz Univ .,Ger ma ny ) Abstract A survey of fault tolerant cont rol for dynamic syst ems is present ed .T he main result s in classical fault tolerant cont rol are f irstly int roduced.T hen,empha- sis is put on t he robust fault tolerant control as well as the fault diagnosis and f ault tolerant control of nonlinear systems developed in recent years.Some typical appli- cation result s of fault t olerant cont rol are discussed ,and finally ,some open ques- tions are pointed out . Key words Dynamic syst ems,fault t olerant cont rol,fault diagnosis,int egrat ion, robust ness . 1　引言 现代系统正朝着大规模、复杂化的方向发展,这类系统一旦发生事故就有可能造成

冗余设计与容错设计

冗余设计与容错设计 1.冗余与容错的概念 提高产品可靠性的措施大体上可以分为两类：第一类措施是尽可能避免和减少产品故障发生的避错”技术；第二类措施是当避错难以完全奏效时，通过增加适当的设计余量和替换工作方式等消除产品故障的影响，使产品在其组成部分发生有限的故障时，仍然能够正常工作的“容错”技术。而冗余是实现产品容 错的一种重要手段。

“容错（fault tolerance）”定义：系统或程序在出 现特定的故障情况下，能继续正确运行的能力。“冗余（redundancy）”定义：用多于一种的途径来完成一 个规定功能。“容错”反映了产品或系统在发生故障情 况下的工作能力，而“冗余”是指产品通过多种途径完成规定功能的方法和手段。“容错”强调了技术实施的最终效果，而“冗余”强调完成规定功能所采用的不同方式和途径。严格地说，冗余属于容错设计范畴。 从原理上讲，冗余作为容错设计的重要手段，其实施流 程和原则也同样适用与其他容错设计活动。

2.冗余设计 2.1.目的 冗余设计主要是通过在产品中针对规定任务增加更多的功能通道，以保证在有限数量的通道失效的情况下，产品仍然能够完成规定任务。

2.2 .应用对象 (a) 通过提高质量和基本可靠性等方法不能满足任务可靠性 要求的功能通道或产品组成单元； （b）由于采用新材料、新工艺或用于未知环境条件下，因而其任务可靠性难于准确估计、验证的功能通道或产品组成单元； （c）影响任务成败的可靠性关键项目和薄弱环节； （d）其故障可能造成人员伤亡、财产损失、设施毁坏、环境破坏等严重后果的安全性关键项目； （e）其他在设计中需要采用冗余设计的功能通道或产品组 成单元。

智能控制文献综述

智能控制的发展，应用及展望 周杰 21225062 摘要：智能控制是当今控制学领域研究和发展的热点之一。本文论述了智能控制的发展过程，相比传统控制的优势，在低压电器中的应用，并对其未来发展做了展望。 关键词：发展历史；智能控制；低压电器技术；模糊控制；人工智能；展望 1.智能控制的发展历史 从20世纪60年代起，由于空间技术、计算机技术及人工智能技术的发展，控制界学者在研究自组织、自学习控制的基础上，为了提高控制系统的自学习能力，开始注意将人工智能技术与方法应用于控制系统。 1965年，美国著名控制论专家Zadeh 创立了模糊集合论，为解决复杂系统的控制问题提供了强有力的数学工具；同年，美国著名科学家Feigenbaum着手研制世界上第一个专家系统；就在同年，傅京孙首先提出把人工智能中的直觉推理方法用于学习控制系统。1996年，Mendl进一步在空间飞行器的学习控制系统中应用了人工智能技术，并提出了“人工智能控制”的概念。直到1967年，Leondes和Mendel才首先正式使用“智能控制”一词，并把记忆、目标分解等一些简单的人工智能技术用于学习控制系统、提高了系统处理不确定性问题的能力。 从20世纪70年代开始，傅京孙、Glorios 和Saridis等人从控制论角度进一步总结了人工智能技术与自适应、自组织、自学习控制的关系，正式提出了智能控制就是人工智能技术与控制理论的交叉，并创立了人—机交互式分级递阶智能控制的系统结构。在70年代中后期，以模糊集合论为基础，从模仿人的控制决策思想出发，智能控制在另一个方向—规则控制上也取得了重要的进展。进入80年代以来，由于微机的迅速发展以及人工智能的重要领域—专家系统技术的逐渐成熟，使得智能控制和决策的研究及应用领域逐步扩大，并取得了一批应用成果。80年代后期，神经网络的研究获得了重要进展，为智能控制的研究起到了重要的促进作用。 2.智能控制的分支 目前关于智能控制的研究和应用沿着几个主要的分支发展，主要有专家控制、模糊控制、神经网控制、学习控制、基于知识的控制、复合智能控制、基于进化机制的控制、自适应控制等等。有的已在现代工业生产过程与智能自动化方面投入应用。主要介绍如下：专家控制是由K.J.Astrom将人工智能中的专家系统技术引入到控制系统。组成的一种类型的智能控制。借助专家系统技术，将常规的RLS 控制、最小方差控制等不同方法有机结合起来P 能根据不同的情况分别采取不同的控制策略。 模糊控制自1965年Zadeh 教授创建模糊集理论和1974年英国的Mamdani成功地将模糊控制应用于蒸汽机控制以来，模糊控制得到了很大的发展和广泛的应用。模糊控制是基于模糊推理、模仿人的思维方式、对难以建立精确数学模型的对象实施的一种控制，成为处理推理系统和控制系统中不精确和不确定性的一种有效方法，构成了智能控制的重要组成部分。 神经网络控制是另一类智能控制的重要形式。神经网络模拟人的大脑神经结构和功能，

容错性设计

容错性设计 交互设计IXD, 博客blog, 用户体验UE, by 张雅秋. 即便你的产品90％的时间都运行良好。但是如果在用户需要帮助时置之不理，他们是不会忘 记这一点的。——《getting real》 我们有时候不能不面对产品出错的时候。无论设计得多么用心，无论做了多少测试，用户仍然会遇到错误和问题。既然出错不可避免，那么如何进行容错性设计才是关键。 容错性设计就是当错误发生时，人们看到的界面。 就像对付不该发生的错误一样，容错性设计的关键在于“做好防御”。产品设计者们必须不断寻找可能造成用户困惑和不满的出错点。好的防御性设计决定用户体验的好坏。 举个例子： 有没有人注意过进入银行ATM机可以有多少种刷卡方式。答案是八种！而正确进入方式只有 一种方式。 如何从设计上避免用户出错，限制是一种非常必要的方式。 限制用户某些交互操作

SIM卡如果做成一个倒角避免了长方形带来多种插入方式的错误。 三项插座和相应插孔的匹配避免了用户使用两项或其他插座错误的可能。 置灰是界面上限制某些操作的好方式。 Flickr的照片上传wizard，防止用户跳过第一步直接进入后面操作，采用置灰的方式。一方面告诉用户这可以进行当前操作，另一方面预示后面还有哪样的操作。 其次，减少认知困惑也很重要。 减少用户认知混淆

根据已订阅和未订阅的不同，订阅button和退订进行视觉上明显的区分，避免错误操作。合理利用系统反馈 如果错误不可避免的发生了，合理恰当的提示可以减少用户的挫败感。 1、提前提示某些操作可能引起错误。 在输入密码需要区分大小写时，caps lock键打开下作出提示以免出错。 2、防止用户错误，操作后提示确认。 在用户点击发送后提示没有输入主题信息，防止用户直接发送无主题邮件。

基于控制分配的航天器姿态容错控制

目录 目录 摘要......................................................................................................................I ABSTRACT ........................................................................................................... II 目录................................................................................................................... I II 第1章绪论. (1) 1.1课题背景 (1) 1.1.1 课题来源 (1) 1.1.2 课题研究目的和意义 (1) 1.2航天器姿态控制方法研究现状 (2) 1.2.1 早期控制策略 (3) 1.2.2 自适应控制 (3) 1.2.3 变结构控制 (4) 1.2.4 其他控制方法 (4) 1.3航天器姿态容错控制现状分析 (4) 1.3.1 故障分析 (5) 1.3.2 容错控制现状 (6) 1.3.3 控制分配简述 (8) 1.4本文的主要内容及章节安排 (9) 第2章航天器姿态运动模型及预备知识 (11) 2.1引言 (11) 2.2参考坐标系 (11) 2.3航天器姿态运动模型 (12) 2.4控制问题描述 (14) 2.4.1 标称系统控制目标 (14) 2.4.2 含冗余执行器系统控制分配目标 (15) 2.5预备知识 (16) 2.6本章小结 (18) 第3章考虑执行器部分失效的姿态跟踪容错控制 (19) 3.1引言 (19) 3.2执行器部分失效故障观测器 (20) 3.2.1 一阶回归滤波器 (20) - III -

自动化考试重点

1.孕育阶段：1922年，美国N. 米诺尔斯基提出PID控制方法。1927年，H.S.布莱克提出改善放大器性能的负反馈方法。诞生阶段：1948年，美国人N.纳维的《控制论》一书出版。1954年，中国钱学森的《工程控制论》一书出版。 发展阶段：1971年，美国英特尔公司研制出第一台4位微处理机Intel 4004。1980年以后，自动化科学技术取得重大发展，处于高峰发展阶段。 2.意义：a.自动化科学技术广泛地进入社会，有利于创造更多的就业机会，提高劳动生产率，改善劳动条件，提高人民生活质量和全社会的文化素质。b.自动化科学技术的发展同样地促进其它自然科学、社会科学和人文科学等各学科的发展。 3. 研究内容：1)控制理论2)控制工程3)系统科学与系统工程4)模式识别5)人工智能（机器智能）6)机器人学与机器人技术 4.控制理论的定义：指的是按被控对象运动规律与周围环境特征、通过能动地采集和运用信号施加控制作用、从而使被控对象稳定工作、且具有预定功能和性能的控制方法。 5.被控对象的分类：按被控对象的模型来分：1）有模型系统 a.线性系统 b.非线性系统 c.分布参数系统 d.离散事件动态系统（DEDS) e.复杂系统2)无模型系统 6.线性系统的定义：用函数描述法表达被控对象时，能用线性常微分方程或方程组来描述的系统称为线性系统。 7. 线性系统理论：1）古典控制方法：时域分析法、根轨迹法和*频域法。2）现代控制方法：状态空间理论、多变量频域法和其它几何、代数方法。 8.非线性系统的定义：用函数描述法表达被控对象时，只能用非线性常微分方程或方程组来描述的系统称为非线性系统，或称为本质非线性系统。 9.古典控制方法：1)近似线性化法2)精确线性化法3)相平面分析法4)渐近展开计算法5)谐波平衡法（描述函数法） 现代控制方法1)滑模变结构控制法2)反步设计法3)齐次控制法4)微分平滑法5)*其它各种微分几何方法 10.分布参数系统的定义：可以用偏微分方程、微积分方程或带时滞的方程来描述的一类“无穷维”系统称为分布参数系统。 11. 方法：由于对分布参数系统进行理论分析比较困难，计算量大，通常只能用“有穷维近似”的方法来处理。 12.离散事件动态系统的定义：系统的状态只能由若干离散值来描述、其演化是由一些突发事件来驱动的系统称为离散事件动态系统。驱动系统状态转移的“事件”的发生和持续时间可以是确定的，也可以是随机变量；系统的目标可以是达到一定的状态，也可以是按特定的轨道达到某些数字指标的最佳值。 13.目前已经提出许多数学模型来描述离散事件动态系统的逻辑、时间和随机各层次的特性：排队网络、广义半Markov 过程、Petri 网、有限自动机产生的形式语言、有限递归过程、极大代数下的线性动态系统。这些模型各有优缺点，往往需要采用多模型集成描述法才能较好地兼顾到普适性和可操作性。 14.离散事件动态系统的设计和控制涉及到多层次的问题。 首先是保证其逻辑功能的需求描述、编程实现、校验纠错等逻辑层次的设计和监控问题;其次要考虑时间的实时调度、流率控制及动态性能分析问题;此外还要考虑随机环境下的品质分析、控制和优化问题。 15.复杂系统的定义：所谓复杂系统指的是系统结构具有多层性、子系统模型具有多样性、相互关联具有复杂性、目标具有多重性及信息具有不确定性的系统。 16.a）人机结合、从定性到定量的综合集成法它是钱学森和戴汝为先生提出的。其过程如下图： 从上图“综合集成法的集成过程”可以看到人（创新团队）在发挥着重要作用，人机结合在信息空间综合了网络上的群众智慧。从方法论方面来看，其过程正是从定性到定量在多个层面中反复作用的过程，它是一种当代的科学创造方法论。一些综合集成工程的实践事例已证明它是科学创新的有效手段。 b)平行控制理论与方法 中科院自动化所的王飞跃先生提出了应用于复杂系统的“平行控制理论与方法”，其核心是传统自适应控制思想的自然拓展，其实质是反复利用先进的信息技术和计算方法使原始反馈思路变成不断探索、不断改善的可计算的反馈原理。具体应用时，涉及“平行步骤与培训”、“平行实验与评估”和“平行管理与控制”等3个内容。 17.鲁棒控制要求当被控对象模型结构和参数不精确， 且可能在一定范围内取值时，控制系统均能正常工作。模型参数变化范围大，控制系统能正常工作，则称系统的鲁棒性强，反之则反之。方法：使系统对某些输入的响应最小的H∞优化设计方法。 18.自适应控制要求在被控对象或环境特性飘移变化时，控制系统能自动地跟踪这种变化，并施加调节，使系统保持良好的控制品质。自适应控制是根据误差来改变系统的参数的，这种改变是一种渐变过程。如果被控对象参数不变化，则自适应控制逐渐退化为定常控制 19.。自适应控制主要有模型参考和自校正两种类型，分别如图2.2、图2.3所示。 图2.2 模型参数自适应控制（MRAC）的结构框图 图2.3 自校正自适应控制（ATAC）的结构框图 19.容错控制要求在控制系统中的部件出现故障、失灵时，系统能及时地发现，并加以克服，以维持系统的控制功能和控制性能。这就要求它应具备下列的基本功能：故障检测、故障定位、诊断与评估、系统重构（自组织）。 20.智能控制至今尚无一个统一的定义。从广义讲，智能控制方法是一种更好地模仿人类智能的非传统控制方法。所谓“传统控制方法”，指的是被控对象和环境特征有明确的数字描述、控制目标清晰、可以量化的控制方法,即指上述的有模型系统的控制理论。 按控制算法来分，智能控制方法可分为：1)模糊集控制2)神经网络控制3)粗糙集控制4)可拓控制5)灰色控制6)微粒群控制7)蚁群控制8)遗传控制9)免疫控制10)进化控制 按体系结构来分, 智能控制方法可分为：1)递阶分布式控制2)模糊控制3)神经网络控制4)专家系统控制5)学习控制

容错控制简介

1.2容错技术简介 容错控制及其系统组成 容错控制的发展及研究现状 1.2.1容错控制的概念和任务 容错概念最初来源于计算机系统设计领域，是指系统内部环节发生局部故障或失效情况下，计算机系统仍能继续正常运行的一种特性。后来人们逐渐把容错的概念引入到控制系统，这样人们虽然无法保证控制系统每个环节的绝对可靠，但是构成容错控制系统后，可以使系统中的各个故障因素对控制性能的影响被显著削弱，从而间接地提高了控制系统的可靠性。特别是控制系统的重要部件的可靠度未知时，容错技术更是在系统设计阶段保证系统可靠性的必要手段。 容错控制的指导思想是在基于一个控制系统迟早会发生故障的前提下，在设计控制系统初期时就将可能发生的故障对系统的稳定性及静态和动态性能影响考虑在内。最简单的情况，如果传感器或执行器发生故障，在故障后不改变控制律的情况下，如何来维持系统的稳定性就是控制器设计过程中值得注意的问题。在容错控制技术中，这种问题属于完整性控制的范畴。 在某种程度上，容错控制系统是指具有内部冗余（硬件冗余、解析冗余、功能冗余和参数冗余等）能力的控制系统，即在某些部件（执行器、传感器或元部件）发生故障的情况下，闭环系统仍然能保持稳定，并在原定性能指标或性能指标有所降低但可接受的条件下，安全地完成控制任务，并具有较理想的特性。动态系统的容错控制是伴随着基于解析冗余的故障诊断技术的发展而发展起来的。 1.2.2容错控制的现状研究 容错控制系统的基本结构为：传感器、故障检测与诊断子系统、执行器和控制器。其中，故障检测与诊断子系统能够对控制系统进行实时故障监测与辨识等；控制器则根据故障诊断信息作出相应的处理，实施新的容错控制策略，保证系统在故障状态下仍能获得良好的控制效果。在实际控制系统中,各个基本环节都有可能发生故障。 容错控制系统有多种分类方法,如按系统分为线性系统容错控制和非线性系统容错控制，确定性系统容错控制和随机系统容错控制等；按克服故障部件分类为执行器故障容错控制，传感器故障容错控制,控制器故障容错控制和部件故障容错控制等；按控制对象不同分为基于硬件冗余和解析冗余的容错控制分类。一般，为了全面反映容错控制系统的特性，常将上述各种分类方法组合运用。 1.硬件冗余方法 硬件冗余是指对系统的重要部件及易发生故障部件设置各种备份,当系统内某部件发生故障时,对故障部分进行隔离或自动更换,使系统正常工作不受故障元器件的影响，保证系统的容错性能。硬件冗余方法根据备份部件是否参与系统工作可分为静态硬件冗余和动态硬件冗余。 l)静态硬件冗余:并联多个相同的组件,当其中某几个发生故障时并不影响其它组件的正常工作。 2)动态硬件冗余:在系统中不接入备份组件,只有在原组件发生故障后,才把输入和输出端转接到备份组件上来,同时切断故障组件的输入和输出端,即运行模块的失效，备用模块代替运行模块工作。系统应该具有自动发现故障的能力与自动转接设备。 硬件冗余方法可以用于任何硬件环节失效的容错控制,建立起来的控制系统将具有较强

容错控制理论及其应用_周东华

第26卷　第6期 2000年11月自　动　化　学　报A CT A A U T OM A T IC A SIN ICA V o l.26,N o.6N ov.,20001)国家自然科学基金、“八六三”计划与教育部资助项目. 收稿日期　1999-03-08 收修改稿日期　1999-10-11 综述 容错控制理论及其应用 1)周东华 (清华大学自动化系　北京　100084)　Ding X (Lausitz 大学电气工程系　德国)(E-mail :ZDH @mail.au.tsingh https://www.wendangku.net/doc/7613878025.html,) 摘　要　介绍了经典容错控制的主要研究成果及近年来发展起来的鲁棒容错控制和非线性 系统的故障诊断与容错控制,并给出了容错控制的一些典型应用成果.最后,指出了该领域 亟待解决的一些热点与难点问题. 关键词　动态系统,容错控制,故障诊断,集成,鲁棒性. THEORY AND APPLICATIONS OF FAULT TOLERANT C ONTROL ZHO U Donghua (Dept .of Auto matio n ,Ts inghua University ,Beijing 100084) DIN G X (Dept .of EE ,Lausitz Un iv .,G erman y ) Abstract 　A survey of f ault t olerant cont rol f or dynamic systems is presented .The main results i n classical fault tolerant cont rol are first ly int roduced.Then,empha-sis is put on the robust f ault tolerant cont rol as w ell as the fault diag nosi s and fault tolerant cont rol of nonlinear syst ems dev eloped i n recent years.Some typical appli- cation results of faul t tolerant cont rol are discussed ,and finally ,some open ques-tions are point ed out . Key words Dynamic systems,f ault tolerant cont rol,fault diagnosis,i ntegratio n, robust ness . 1　引言 现代系统正朝着大规模、复杂化的方向发展,这类系统一旦发生事故就有可能造成

容错控制系统

容错控制系统培训 2011年8月

3.1 容错控制系统 3.1.1 容错控制概述 容错原是计算机系统设计技术中的一个概念，指当系统在遭受到内部环节的局部故障或失效后，仍然可以继续正常运行的特性。将此概念引入到控制系统中，产生了容错控制的概念。 容错技术是指系统对故障的容忍技术，也就是指处于工作状态的系统中一个或多个关键部分发生故障时，能自动检测与诊断，并能采取相应措施保证系统维持其规定功能或保持其功能在可接受的范围内的技术。如果在执行器、传感器、元部件或分系统发生故障时，闭环控制系统仍然是稳定的，仍具有完成基本功能的能力，并仍然具有较理想的动态特性，就称此闭环控制系统为容错控制系统。 3.1.2 容错控制分类 根据不同的产品和客户需求，容错控制系统分类方式有多种，重点介绍两种： ?按设计分类：被动容错控制、主动容错控制； ?按实现分类：硬件容错、功能容错和软件容错。 3.1.2.1按设计分类的容错控制 1 被动容错控制介绍 被动容错控制是设计适当固定结构的控制器，该控制器除了考虑正常工作状态的参数值以外，还要考虑在故障情况下的参数值。被动容错控制是在故障发生前和发生后使用同样的控制策略，不进行调节。被动容错控制包括：同时镇定，完整性控制，鲁棒性容错控制，即可靠控制等几种类型。 2 主动容错控制介绍 主动容错控制是在故障发生后需要重新调整控制器参数，也可能改变控制器结构。主动容错控制包括：控制器重构，基于自适应控制的主动容错控制，智能容错控制器设计的方法。 3.1.2.2按实现分类的容错控制 1 硬件容错技术 容错控制系统中通常采用的余度技术，主要涉及硬件方面，是指对计算机、传感器和执行机构进行硬件备份，如图3所示。在系统的一个或多个关键部件失效时，通过监控系统检测及监控隔离故障元件，并采用完全相同的备用元件来替代它们以维持系统的性能不变或略有降级(但在允许范

容错控制

容错控制知识 一知识点 1冗余：多余的重复或啰嗦内容，通常指通过多重备份来增加系统的可靠性。 2冗余设计：通过重复配置某些关键设备或部件，当系统出现故障时，冗余的设备或部件介入工作，承担已损设备或部件的功能，为系统提供服务，减少宕机事件的发生。 3冗余设计常用方法有硬件冗余、软件冗余(主要指解析冗余)、功率冗余。 3.1硬件冗余方法是通过对重要部件和易发生故障的部件提供备份，以提高系统的容错性能。软件冗余方法主要是通过设计控制器来提高整个控制系统的冗余度，从而改善系统的容错性能。硬件冗余方法按冗余级别不同又可分为元件冗余、系统冗余和混合冗余。元件冗余通常是指控制系统中关键部件(如陀螺仪和加速度计等)的冗余。 (l)静态“硬件冗余” 例如设置三个单元执行同一项任务，把它的处理结果，如调节变量相互比较，按多数原则(三中取二)判断和确定结构值。采用这种办法潜伏着这样的可能性: 有两个单元同时出错则确定的结果也出错，不过发生这种现象的概率极小。 (2)动态“硬件冗余” 即在系统运行之初，并不接入所有元件，而是留有备份，当在系统运行过程中某元件出错时，再将候补装置切换上去，由其接替前者的工作。这种方法需要注意的问题是切换的时延过程，最好能保持备份元件与运行元件状态的同步。 3.2软件冗余又可分为解析冗余、功能冗余和参数冗余等，软件冗余是通过估计技术或软件算法来实现控制系统的容错性， 解析冗余技术是利用控制系统不同部件之间的内在联系和功能上的冗余性，当系统的某些部件失效时，用其余完好部件部分甚至全部地承担起故障部件所丧失的作用，以将系统的性能维持在允许的范围之内。 冗余技术在某种程度上能提高DCS 本身的可靠性和数据通信的可靠性, 但对于整个闭环系统来讲,系统中还包含传感器，变送器，和执行器等现场设备，他们往往工作在恶劣的环境下，出现故障的概率也比较高，软硬件冗余一般无能为力，我们要采用容错控制来提升系统稳定性。 4 容错控制指控制系统在传感器，执行器或元部件发生故障时，闭环系统仍

离散分布控制系统的容错设计

图2智能抽油机节能控制器方案框图 感器模块实时检测电机输出功率的变化,由单片机系统来控制IGBT的关断,控制电机输入端电压的大小,以调整电动机输出功率,减少电动机的铁损和铜损。达到节能降耗的目的。 为克服负功率对I GBT模块的影响并进一步节能,系统设置了负功率处理模块,通过该模块,系统以和电网同样的频率和相位将电动机发出的电能馈送到电网中,进一步降低电机损耗。 由于IGBT是比较昂贵的器件,而且对使用条件要求比较高,必须加以保护。根据抽油机的实际特点,系统设置了过流保护、过压保护、缺相保护和温度保护,从而使系统能够更安全地运行。 智能型抽油机节能控制器具有以下的功能: 1可设置电动机的最大工作电流、空载电流和最高工作温度等参数,根据电动机工作电流的大小判断抽油机的工况。当电动机工作电流超过额定电流和最高工作温度超过额定工作温度时停抽油机工作,从而保护电动机。当抽油机电动机工作电流小于空载电流,认为抽油机空载,可停止抽油机工作,等待原油聚集。根据所设定的停机时间,抽油机停止工作一段时间后,控制系统自动启动抽油机,从而实现抽油机停机节能。 o断电后来电时自动延时启动时间,避免油田抽油机同时启动。 ?软启动功能,减少启动对电网的冲击并节约电能。 ?可根据抽油机运行的载荷工况,自动控制电机输入电压,控制抽油机电动机的输出功率,达到节能目的。 ?独特的负功率处理功能,能有效减小电机发电所带来的影响,提高节能效果。 ?具有数据存储和数据通信功能。通过专用数据回放卡可转储数据进行数据处理分析和绘制抽油机电能图,从而方便油田对抽油机的管理。 3结束语 智能型抽油机节能控制器的开发经过了样机开发和油田试验两个阶段,我们逐渐掌握了游梁式抽油机工作规律和抽油机节能控制器的关键技术,为系统投入运行奠定了基础。 参考文献 1周新生,程汉湘,刘建,等.抽油机的负载特性及提高功率因数措施的研究.北华大学学报(自然科学版),2003(6) 2张继震,马广杰,杨靖.游梁抽油机电机电量测试的特殊性.电机技术,2003(2) 3丁建林,姜建胜,刘瓯,等.抽油机变频调速智能控制技术研究. 石油机械,2003 修改稿收到日期:2004-08-20。 第一作者彭国标,男,1972年生,1995年毕业于国防科技大学精密仪器与检测技术专业,获学士学位,工程师;主要从事载人航天发射场地面系统自动控制、建筑智能化和工业自动化控制。 离散分布控制系统的容错设计 Fault Tolerant Design of Discrete D istributed Control System 王根平 (深圳职业技术学院机电系,深圳518055) 摘要在所考虑的离散分布控制系统中,每个可编程控制器作为一个控制结点,结点之间通过网络进行连接保持通信。容错的设计思路是,增加一个在Galois域进行运算的冗余控制器,从而使系统能够自动侦查系统中的结点(可编程控制器)是否正常工作,并能5自动化仪表6第25卷第9期2004年9月

反应釜研究综述

反应釜研究综述 摘要：随着科技和经济的发展，高分子聚合物在各个领域得到了十分广泛的应用，同时也对聚合物的产品质量和生产过程自动化提出了更高的要求。目前聚合物生产中的聚合反应主要是在间歇式反应釜中进行，约占总聚合装置的90。在生产中影响聚合反应的参数(如温度、压力、流量、速度等)，最重要的是反应器的温度控制，其控制品质直接影响产品质量和产量。 关键词：反应釜高分子聚合物温度 Abstract With the development of science and technology and economics, the molecular polymer is of great use for every field. At the same time, high need for to fulfil higher production quality requirements and automatization of polymerization process. At present, the polymerization of polymer is largely by batch chemical reactor, account for 90%.Of all the parameters(such as temperature, pressure, flux, speed) of to have influence on the polymerization in production run, temperature is the most important parameter, deciding on the quality and output rate. Key wards： dissertation the molecular polymer temperature 引言 反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。 间歇式反应釜是化工生产中重要的设备之一，通常是用于生产低产量、高价值的产品的重要生产方式之一。间歇反应器在操作上具备灵活性。譬如产品的移出、原料的加入，及反应物料在设备内的停留时间等均随意变化，这些都是连续反应所无法比拟的。间歇反应器对于生产价值高的产品风险小，如果一旦某一步骤加工失败，只损失少量的原料或半成品。另外，易于工程放大是间歇反应器的突出优点之一，不需要逐级放大就可迅速将实验成果转化为生产力。反应物料一次性由进料口，按一定配比加入，物料的体积一般为反应器几何容积的1/2^-2/3。然后开动搅拌器，使整个釜内浓度和温度保持均匀。夹套通过加热或冷却载体，控制料液温度使之在指定的范围之内。当反应达到预定的转化率后，将物料放出。并将反应器清洗干净，完成一个生产周期，准备下批物料的生产。这种反应器的生产是分批进行。

容错系统设计Fault-Tolerant System design-Lecture 2

Faults, Errors and Failures

Dependability tree dependability attributes means impairments availability reliability safety fault tolerance fault prevention fault removal fault forecasting faults errors failures

Examples of failures ?eBay Crash ?Ariane 5 Rocket Crash

eBay Crash ?eBay: giant internet auction house –A top 10 internet business –Market value of $22 billion –3.8 million users as of March 1999 –Access allowed 24 hours 7 days a week ?June 6, 1999 –eBay system is unavailable for 22 hours with problems ongoing for several days –Stock drops by 6.5%, $3-5 billion lost revenues –Problems blamed on Sun server software

Ariane 5 Rocket Crash ?Ariane 5 rocket exploided 37 seconds after lift-off on June 4, 1996 ?Error due to software bug: –Conversion of a 64-bit floating point number to a 16-bit integer resulted in an overflow –In response to the overflow, the computer cleared its memory –Ariane 5 interpreted the memory dump as an instruction to its rocket nozzles ?Testing of full system under actual conditions not done due to budget limits ?Estimated cost: 60 million $

微服务服务容错架构设计

微服务服务容错架构设计

引子 我们都知道软件开发的中，不仅仅要解决正常的业务逻辑，更重要的是对异常状态的处理，这关系到我们程序的稳定性和容错性，在引入我们的微服务后我们的错误处理机制又面临了新的挑战，如图所示，微服务中，多个服务之间可能存在着依赖关系，而底层的服务可能被多个服务所依赖，从而一个服务的失效可能导致多个服务不可用，从而进一步导致整个系统的不可用，面对这个问题，选择正确的服务容错处理方案就显得格外重要了，今天我们就来讨论服务容错的设计和响应的几种模式.

设计原则 我们再来思考一下，容错在我们设计上需要的功能，容错的处理并非一个通用的模式，所以在面对不同的场景的时候，我们就应该在设计上避免底层不可用带来的影响，让依赖的服务的故障不影响用户的正常体验，比如搜索功能故障，可以暂时禁用，并给予友好提示，而不应该因此造成整个系统的不可用.其次应该同时让系统能应对这个错误，并具有恢复能力,比如故障的服务可能在一段时间后会恢复正常后，对应的依赖服务应有所感知并进行恢复. 经典的容错模式 当然经过多年的实践，业界已经存在了一些优秀可靠的设计模式，下面简单介绍一下，我们可以根据我们的场景选择正确的模式 超时重试 超时这个模式是我们比较常见的，比如在HTTP请求中我们就会设置一下超时时间，超过一定时间后我们就后断开连接，从而防止服务不可用导致请求一直阻塞，从而避免服务资源的长时间占用. 重试这个模式一般和超时配合出现，一般使用在对下层服务强依赖的场景，否则不建议使用.利用重试来解决网络异常带来的请求失败的情况，超时次数不应该太多，超时时间的时间也比较关键，不能太长最好是根据服务的正常响应时间来定，否则可能会导致长时间无响应，拖垮系统. 实现方式比较简单，通过设置请求时间和记录请求次数来判断是否需要重试即可,框架实现有Spring retry

变频器的故障诊断及容错控制方法

变频器的故障诊断及容错控制方法 发表时间：2016-08-03T16:28:29.853Z 来源：《基层建设》2016年10期作者：杜成文 [导读] 随着变频器在工业领域的广泛应用，变频器的安全性和可靠性已经成为评价变频器品质的重要因素。 天津市南港工业区能源有限公司 摘要：随着变频器在工业领域的广泛应用，变频器的安全性和可靠性已经成为评价变频器品质的重要因素。从变频器的开关管、电流传感器和速度传感器3个方面综述了变频器的故障诊断及容错控制方法，并对高故障容限变频器的发展趋势做出了展望。 关键词：变频器故障诊断容错控制 随着现在工业的迅速发展，工业社会日趋朝着复杂电力传动系统的方向发展。一般说来，该系统结构由变频器，感应电机和负载组成。电力传动系统在航天，铁路运输，机器人等诸多领域得到了广泛的应用。相比于以往通过模拟电路构成的电力传动系统，变频器不仅占地小，成本低，而且调速范围更宽，效果更好。 变频器与绝大多数的电力电子设备一样，在外部干扰或者人为误操作的情况下易发生各种故障。在工业生产过程中，变频器故障可能会带来巨大的经济损失，有时甚至造成工作人员的人身伤亡，因此提高系统的可靠性势在必行。 故障诊断技术始于20世纪中期，主要用于检测运行中机械或设备的异常状态，分析异常状态的原因并最终能够预测未来的状态。故障诊断技术提出之后，容错控制也应运而生，设备诊断出故障后，在故障条件下系统完成重新配置，在不停机的情况下继续运行。故障诊断和容错控制都可以大大提高系统的稳定性，现在已经成为研究领域的一个热点问题。 变频器工作时间过长后，IGBT容易发热。虽然在变频器功率板中都含有冷却风扇，但是它的效果随着使用时长的增加而下降，在特定的时间会造成功率器件温度过高，甚至引起IGBT的烧毁而开路。在V/F控制模式或者基于定子磁场定向的矢量控制模式下，IGBT开路故障后，电机还会继续运行，如不及时停机，一方面随着电流增大，电机等系统容易烧毁，另一方面如果运行在生产过程中，容易产出不合格产品，造成巨大的经济损失。有关资料显示，多个开关管同时发生开路故障的情况也不再鲜见，采取有效的诊断策略在线诊断出该种故障显得尤为重要。 1.开关管的故障诊断 在变频器一电动机构成的控制系统中，变频器部分发生故障的几率远高于电动机。而在变频器中，逆变桥IGBT的开路和短路故障又占了相当大的比重。据统计，38％的变频器故障是由变频器的功率开关器件引起，所以变频器逆变桥IGBT故障的诊断方法是高故障容限变频器研究的热点问题。IGBT的故障主要有短路和开路两种。短路故障已有成熟的硬件解决方案，即通过检测IGBT的管压降，可以准确定位故障管。IGBT开路故障也时有发生，一方面是由于过电流烧毁，导致开路；另一方面是由于接线不良、驱动断线等原因导致的驱动信号开路。相对于短路故障而言，开路故障发生后往往电动机还能继续运行，所以不易被发现，但其同样危害较大，因为此时其余IGBT将流过更大的电流，易发生过电流故障，且电动机电流中存在直流电流分量，会引起转矩减小、发热、绝缘损坏等问题，如不及时处理开路故障，会引发更大的事故。 2.电流传感器故障诊断 矢量控制系统中，需要电流信息和速度信息来完成双闭环控制。由于电流冲击、误操作等问题容易导致电流传感器故障而使系统崩溃，所以电流传感器故障诊断和容错控制受到了广大学者的关注。近几十年来，国内外专家学者就传感器故障诊断提出了许多方法，主要可以分成两大类，硬件冗余方法与解析冗余方法。硬件冗余法使用多个完全相同的组件并采用相同的输入信号，利用这些组件的输出进行对比，通过一些特定方法(限制检验、多数表决等)完成诊断决策。这种方法显然增加了设计成本，相比较而言，随着现代控制理论逐渐成熟，解析冗余方法已经成为了故障诊断研究的主流。 3.电流传感器容错控制 变频器电流传感器的容错控制有两种方法。一种方法是当检测到电流传感器故障后，系统切换到另一种控制模式，一般是从依赖于传感器的闭环矢量控制切换到不依赖于传感器的开环控制。另一种方法是用观测器重构出电流信号代替电流传感器信号，从而使闭环矢量控制继续进行。第一种方法简单，但是开环控制性能较闭环矢量控制性能差，较大程度上降低了系统的性能指标；第二种方法需要设计电流观测器，容错控制后的闭环矢量控制性能的好坏取决于电流观测器的性能，所以电流传感器容错控制的研究重点之一就是如何设计出观测准确的电流观测器。归纳总结国内外的文献所提出的电流传感器容错控制方法，其主要思想都是利用算法来估算出丢失的电流信息。 4.基于状态观测器的容错控制方法 基于观测器的电流传感器容错控制方法，就是通过观测器合理设计，观测到相对准确的相电流，当故障发生后，用状态观测器观测的电流信息代替原有传感器信号实现闭环控制。变频器中，一般有两个相电流传感器，所以容错控制应考虑单个相电流传感器的情况。提出了一种电流传感器容错控制方法，同时可以在线辨识转子电阻和定子电阻。该方法根据电动机的状态方程，基于龙贝格观测器理论设计了一种电流观测器。该观测器的输入包括相电压以及单相电流(即可测相电流)，输出包括定子电流与转子磁链。同时，文中假设可测相电流定位在d轴方向、电流误差只存在于a轴电流。通过李雅普诺夫稳定性判据得到了增益矩阵的表达方式。该思想对于研究电流传感器容错控制具有很重要的意义。但由于其忽略了B轴应有的电流误差，使得该控制方式在高速情况下效果不是很理想，甚至有可能发散导致系统发散。 5.基于坐标变换的容错控制方法 坐标变换方法就是利用坐标变换来构造出丢失的相电流信息。文献[60]将可测相电流定义为n轴方向，利用park反变换得到了B轴电流。由于转换需要给定的d轴电流信息，而给定的q轴电流又要通过转速闭环得到，因此该方法的动态性能效果不是很理想。提出了利用坐标变换的方法来实现容错控制。 结束语 随着工业界对变频器的可靠性和安全性的重视程度不断提高以及控制理论突飞猛进的发展，变频器的故障诊断和容错控制技术也逐渐成熟。从成本和适应性方面考虑，故障诊断和容错控制技术已经从基于硬件、信号的诊断发展为基于模型、知识的诊断；从基于冗余的容错发展为基于控制策略、算法的容错。故障诊断和容错控制往往在方法上融为一体，密不可分，其方法必将推广到永磁同步电动机系统、