分布式Byzantine容错系统研究进展

由于网络攻击的经济利益驱动和信息系统复杂性的不断增加,网络安全事件和代码缺陷也日益增多,导致信息系统出现各种错误、甚至被攻击者完全控制。Byzantine错误,又称为任意错误,是所有错误中最为严重的一种。分布式Byzantine容错系统由多台独立运行的服务器组成,能够容忍一定数量部件的Byzantine错误,在错误情况下仍然能提供正确服务。本文对现有代表性的Byzantine容错系统进行介绍和总结,讨论了Byzantine容错系统的技术发展。

门限Byzantine quorum系统及其在分布式存储中的应用

针对纠删编码和门限方案在分布式存储中的应用,提出门限Byzantine quorum系统(TBQS)的概念.该系统与数据分离算法相结合,可以构造可靠性较强的存储系统,当故障服务器个数不超过服务器总数的1/4时,利用TBQS设计存储策略可以实现容错和无间断服务.讨论了TBQS的存在性,构造了两类TBQS并对其效率进行分析,在此基础上设计了基于TBQS的分布式读写协议.

基于分布式系统构架的飞控系统容错设计研究

传统的集中式飞控系统构架,与机电、任务等其他系统相互独立,难以满足现代战斗机系统综合设计的要求,而具备开放性和综合控制特征的分布式系统构架是技术发展的必然趋势。基于分布式系统架构的飞控系统容错设计展开研究,首先,介绍分布式飞控系统的典型系统架构及其容错设计的目标;其次,针对分布式系统的运行时序特点,开展基于时间的容错设计;最后,针对分布式系统的组成和体系构架特点,设计多级表决/监控面。通过对分布式系统的运行时序、组成和体系构架特征的分析,梳理分布式系统容错设计的关键切入点,阐述容错设计方案的解决思路和实施方式。经工程实践验证,结果表明:本文所研究的容错设计技术可保证飞控系统运行稳定可靠,有效提升了系统安全性。

非线性系统无需初始条件预设性能有界H_(∞)容错控制

针对一类具有外部扰动和传感器故障的非线性系统,本文研究了其自适应预设性能有界H_(∞) 容错控制问题.本文提出一种新的预设性能控制设计方法,使得预设性能函数的选择与系统被约束变量的初始状态完全无关,用一种全新的方式解决了传统预设性能方法的控制效果依赖被约束变量初始条件的问题.基于该设计方法和有界H_(∞) 控制方法,在未知系统初始条件的情况下获得了系统的自适应预设性能有界H_(∞) 控制器.本文所设计的控制器能够保证系统中的所有信号都是有界稳定的,系统的输出变量能够被预设性能函数约束,并且对于外部干扰具有很好的抑制作用.最后,仿真结果验证了该控制器的可行性及有效性.

高压直挂大容量电池储能系统电池簇故障容错运行控制策略

高压直挂电池储能系统采用H桥电路级联方法升高电压后接入电网,将电池簇分散接入级联H桥变换器直流侧,具有高度模块化结构,对比低压方案具有单机容量大、效率高、响应速度快等明显优势。锂电池作为高能量密度储能介质,系统安全稳定运行高度依赖电池芯的可靠性。传统电池簇容错控制通过设置交流旁路开关直接实现整个子模块切除,该策略不仅需要额外增加多个冗余模块,增加了储能成本,且调制比限制使故障电池簇退出数量有限,系统容量利用率不高。该文所提电池簇容错策略通过直流断路器切除故障电池簇后,将故障子模块由有功充放电模式切换至无功容错模式继续运行,充分发挥故障模块的电网电压支撑能力。所提控制策略能实现任意数量电池簇退出,剩余电池簇仍可继续存储或释放能量,提升了系统容量利用率。

基于自适应滑模观测器的氢燃料电池空气供应系统泄露故障容错控制

空气泄漏是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统中常出现的一类故障,并且发生概率会随着系统运行时间的增加而逐渐增大,直接影响PEMFC的性能。为此,提出基于自适应滑模观测器(adaptive slide mode observer,ASMO)的容错控制策略。首先采用观测器实现泄露故障下流量重构,通过主动容错控制器调节空压机的供给流量,补偿泄漏的空气流量。同时,设计一种背压阀开度的迭代调节算法用于控制供气压力,保证稳定、合适空气供应,避免电堆出现“氧饥饿”现象。最后,基于模型在环平台对观测器以及容错控制策略进行验证与分析,结果表明:ASMO拥有比传统滑模观测器更好的收敛速度和估计精度;采用基于ASMO的容错控制策略后,系统能够在故障后恢复正常的空气供应,提高了系统整体可靠性。

一种空间多核操作系统容错调度算法

目前计算机系统逐步采用多核处理器来提升性能,空间操作系统如何管理多核资源是发挥处理器性能的关键。在航天等安全关键领域中,采用固定点任务与定期任务混合调度,在保证可靠性的前提下提高效率。现有针对混合任务模型的多核调度算法仅考虑任务分配问题,没有考虑到系统中某一核心出现故障时如何进行容错。FT-RTA算法是一种空间多核操作系统容错调度算法,当一个核心上出现瞬时故障,将故障核心上在故障时间段内的所有任务迁移至正常核心上执行,使计算机系统不会感知到此次核心故障,成功屏蔽故障。经过实际应用中的典型参数验证,算法可以成功屏蔽核心故障,进行系统无感知的容错。

基于ILO的时滞随机分布系统故障诊断与容错控制

文中针对时滞随机分布系统,基于迭代学习观测器(ILO)设计了故障诊断和容错控制的算法。首先,采用线性B样条去逼近输出概率密度函数(PDF),使原来的随机分布系统转换为权向量动态系统。其次,针对故障系统,利用前一时刻的故障估计值和残差设计ILO,并且基于Lyapunov稳定性理论对ILO误差系统的稳定性进行分析,从而保障故障的准确估计。再次,构建包含系统状态和PDF权值的增广系统,根据故障估计信息,通过比例积分(PI)控制使得输出PDF仍可以跟踪给定的分布,从而实现容错控制的目标。最后,通过Simulink仿真验证了文中方法的有效性。

一类时滞多智能体系统的一致性容错控制

针对一类带有执行器故障和状态时滞的不确定多智能体系统,提出了一种分布式状态反馈一致性容错控制算法.通过模型转换的方式将原系统转换为全局跟踪误差动态模型,在此基础上,利用Lyapunov-Krasovskii泛函方法得到多智能体系统领导-跟随一致性的充分条件.为了处理执行器故障、系统不确定性和状态时滞带来的影响,利用线性矩阵不等式技术求解出反馈控制增益矩阵.通过数值仿真验证了所提控制方案的可行性.

一类时滞多智能体系统的事件触发容错控制

针对时变通讯时滞下,具有执行器故障和参数不确定性的多智能体系统事件触发一致性控制问题,利用线性矩阵不等式(LMI)技术,设计了反馈控制增益矩阵;为降低通信资源的消耗,设计了基于模型的动态事件触发机制;通过李雅普诺夫稳定性理论证明了容错控制算法在间歇通信的情况下实现了多智能体系统一致性,且排除了芝诺行为。

比值控制系统电磁阀故障诊断与容错控制

目的:提出一种基于数据驱动的比值控制系统电磁阀故障诊断与容错控制方法。方法:将正常信号波动变化率作为故障检测的依据,利用比值系统故障传播的滞后特性建立故障定位算法。利用故障发生前后信号的差值及比值建立故障估计算法。利用故障调节区间内的响应超调量建立故障分离算法。根据故障诊断结果重构控制信号实现容错控制。结果:该方法故障检测准确率、定位准确率和分离准确率分别为96%,98.6%和96%,故障估计误差小于0.06%,容错补偿误差小于0.5%、结论:该方法可应用于一般比值系统电磁阀的故障诊断和容错控制,对于微弱故障能实现精准诊断和逆补偿,具有实时性强、运算量少及诊断精度高等优点。

考虑未知惯量与不平衡力矩的四电机同步驱动伺服系统容错控制

针对四电机伺服系统中单个电机的故障,提出了一种基于命令滤波反步法的容错控制方案。首先,建立带有未知惯量和不平衡力矩的故障伺服系统动力学模型;随后,采用命令滤波反步技术进行控制器设计,构建误差补偿系统提高控制精度;此外,利用神经网络处理故障电机引起的非线性扰动,并设计同步误差信号实现系统的同步控制;最后,基于Lyapunov稳定性理论证明单电机故障情况下闭环系统的稳定性,设计仿真验证了所提控制方法的有效性及优越性。

新能源汽车电控系统故障诊断与容错控制技术研究

新能源汽车电控系统的可靠性与故障诊断能力对车辆安全运行至关重要。本研究聚焦于新能源汽车电控系统故障诊断及容错控制技术,介绍基于模型和基于信号的故障诊断策略,提出融合二者的故障诊断系统设计,阐述容错控制的概念及其分类,着重介绍主动容错控制与被动容错控制在新能源汽车电控系统中的应用。

高压直流输电系统中换流器的故障诊断与容错控制策略研究

高压直流输电系统中换流器的故障诊断与容错控制策略研究技术,是保障电力系统稳定运行的关键技术。本文深入探讨了换流器的故障类型与特征,提出了基于多参数监测与模式识别的故障诊断方法,实现了对故障的精确快速定位。研究基于冗余配置与自适应调整的容错控制策略,有效提升系统在故障状态下的运行可靠性。本文的研究成果为高压直流输电系统的稳定运行提供了有力支撑,对于推动电力行业的持续发展具有重要意义。

汽车线控转向系统容错和故障诊断技术

故障检测是在线控转向系统中的关键技术,通过信号处理、模型检测和状态估计等方法,及时发现故障并采取相应措施。选择合适的传感器和开发有效的监测算法是实现故障检测的关键。故障恢复策略包括采取紧急停车、转向力矩补偿、警告和指示灯、备用模式以及故障诊断和通信等措施。其策略旨在确保车辆在发生故障时仍能保持安全和可控,提供适当的警告和指导。故障恢复策略的实施需要系统的自动化和人机交互。

基于ARM的无刷直流电机容错控制系统研究

针对无刷直流电机控制系统在运行过程中容易出现过压、欠压、霍尔传感器故障、缺相等问题,设计了无刷直流电机容错控制系统硬件,对电源故障、功率管短路损坏故障、电机缺相故障、霍尔位置检测故障4种故障类型进行了研究分析,提出应对策略,并在测试平台上进行了测试验证。结果表明,该电机容错系统结合故障应对策略具备较强的容错性能,能有效提高电机系统的可靠性。

输出受限的磁悬浮系统鲁棒自适应容错控制研究

磁悬浮系统具有无接触、无摩擦、低功耗等显著特点,在精密工程、交通运输和工业生产等领域得到了广泛应用。文章针对执行器故障下的具有未知参数的磁悬浮系统运行过程中受到外界扰动以及发生参数陡变的情况,设计了基于扰动观测器的鲁棒自适应容错控制律。对于系统中的不匹配扰动,通过扰动观测器对其进行观测估计,利用估计值抑制扰动对系统性能的影响,并引入势垒李雅普诺夫函数实现对系统输出信号界值的约束。理论分析和仿真实验证明了该控制器可以使输出信号稳定跟踪,同时保证输出信号始终在给定的约束范围内。

永磁同步电机及其驱动系统故障处理与容错机制研究综述

将以安全、可靠、耐久为导向的永磁同步电机(PMSM)电驱动系统的容错运行研究分为4个层次:容错能力的评估指标和方法;故障辨识与预警;容错系统的软件技术,通过容错控制深入挖掘现有系统的容错潜力;容错系统的硬件技术,重构PMSM电驱动系统的硬件结构以实现容错。从以上4个方面对PMSM及其驱动系统容错运行研究中的热点问题进行探讨,并指出目前面临的主要挑战及今后的发展方向,为构建高耐久的PMSM电驱动系统提供有益参考。

异构分布式系统中基于负载均衡的容错调度算法

提出了基于主/从版本的具有容错功能的进程调度算法HDALF和HDLDF,且分别给出两种算法的时间复杂度并对算法的负载均衡性和节点资源利用率作了讨论.与以往容错调度算法不同的是,此算法是在被动进程复制模式下、适合于异构分布式系统的容错调度算法.而以往的研究都是建立在主从版本进程有相等的负载或执行时间相同的模型基础上,或者仅适合于同构分布式系统.实验结果表明,HDALF算法和HDLDF算法的性能比基于同构分布式模型下的两阶段算法更加优越.并且得出了这样的结果:当系统发生故障前后的负载均衡性权值相等时,在负载均衡和处理机资源利用率方面,HDLDF算法都要优于HDALF算法.

计算机系统容错技术研究

针对计算机系统中软、硬件可靠性问题的不同特点,讨论容错技术的最新发展现状,分析计算机系统中的各种容错方法,包括传统的冗余设计、错误回卷恢复机制以及当前研究较多的一般化容错设计方法等,研究目前已有的一些容错方法在反应延迟、容错成本、精确量化、异构同步、可靠性建模等方面存在的缺陷以及待解决关键问题,并对如何进一步更好地完善和使用这些容错方法进行总结。