避免故障容错设计

避免故障，容错设计

第 1 部分：达到可靠设计的途径：避免故障

随着Texas Instruments、Freescale 和Infineon “安全”微控制器的发布或发表，我们将在第一部分讲述安全关键系统可靠性和冗余背后的理论和实用技术。

在20 世纪的最后25 年内，“计算机”已成为“不可靠性” 的代名词。任何时

候系统出现问题，总认为出错的是计算机。经常不经证实，就变成程序员或操作员掩饰人为失误的一种便利途径。计算机成为了我们自己过失的替罪羊，只要所谓的“计算机错误”没有导致伤亡，每个人也都很开心地容忍这种情况。但

随着技术进步，计算机已成为车载而后是空载设备，控制着非安全性的关键的功能，比如雨刮器和导航。当飞行控制统电脑化时一切都改变了：首先用于军用飞机，而后是像Airbus A320 这样的民用飞机。现今甚至汽车也装满了微控制器，它们也在掌控安全关键功能，比如紧急刹车和安全气囊的运作。最近，Google 已经证实了真正无人驾驶汽车是一个能实践的计划。现在所有这些会怎样对待公众对计算机故障的态度呢？庆幸的是，飞机和汽车制造商早就意识到将涉及数以百计死亡人数的飞机失事或高速路连环车祸归结于一个“计算机错误”，这是不能接受的。过去五十年间，大量计算机无误化研究已向两个方向着手：首先是避免故障，然后是随着机械智能发展的故障容忍度。

作为一个概念，不同的计算机操作员和用户对计算机可靠性有许多不同的松散定义。这还取决于观点角度；一个计算机安装经理可能会觉得他的系统是可靠的，因为一般情况下吞吐量已合乎要求。操作员的观点可能就不那么宽大了，若要实现该吞吐量，他必须频繁地矫正错误并需要维修工程师来更换元件。而维修

工程师可能会认为此系统完全不可靠，因为他要执行预防性措施，也要定位潜在故障和消除其他暂时尚未引致错误“往下跑”的故障。这种获取可靠性的传统人

工方法，其实对于像飞行控制这样的安全关键系统还是不够好。

可靠性定义

?可靠性是指特定系统在既定时间段中执行某规定功能的可能性。

因此可靠性是个时间函数，变化介于1 （完全可靠）和0 （完全不可靠）之间。设计师的目标是将系统的这个数据尽可能地兼长久地保持一致，至少维持到任务时间或寿命要求实现为止。当系统内确实出现问题时，则需要故障、失效和错误的基本定义：-

?一个故障是系统没有正确执行指定任务的直接原因。故障可存在于硬件、计时器或软件（漏洞）中。可为永久性（硬故障）或暂时性故障。

?一次失灵指的是因一个故障而引起的系统规范的偏离实际上，这意味着处理器依次经历若干正确状态后进入了一个错误状态。

?错误则是在某个程序计算中以错误形式表现出来的计算机失效。

设计系统时，必须要考虑故障的可能原因，我们称之为“威胁”。

一个威胁是一种产生故障的压力，可能是正常环境、异常环境或者设计错误。

为了得到对可靠性的数学函数，要做两个主要假设。一、设备失效随机发生，因此在统计上是独立的；二、失效率，以每小时多少失效来表示，在设备使用寿命期间是恒定的。这两种假设都不牢靠，但当符合某些条件时，它们对于系统分析相当有效的统计独立性假设一个元件失效不会向其相邻元件构成压力因而增加可能失效率。

当计算机以分立晶体管、电阻器等构筑时，那么一电容器的短路失效可以导致晶体管过载，并引起级联失效。集成电路逻辑元件不容易受级联损坏影响，应该更符合可靠性模型。若要达到恒定失效率要求，则需略去系统寿命最初的老化和磨损阶段，（图1），仅使用“浴缸型”曲线的平坦部分。（软件）烧录阶段需除去所有本质有故障的元件、硬件设计错误和程序“漏洞”。因此，一个非冗余系统模块随时间变化的理论可靠性表示如下：-

R(t) = e-l t表示恒定失效率。

图1. 随时间变化的元件失效率

由此得出如图2 所示的指数曲线。当时间time = 0 时（系统进入其使用寿命的恒定失效率区），此模块理论上完全可靠，R(t) = 1 （图1）。

图2. 单工单元的可靠性

故障避免

“Google 演示真正无人驾驶汽车是一个能实践的计划。”

当然，必须要找到某种方法来判定系统失效率已趋稳定。在实践中，这种方法则是通过对系统进行高成本的浸泡测试，直至离开（软件）烧录阶段。一般情况下，只有军用的和某些生命攸关的设备制造商才会采用以上做法。至于商用和家用系统，新产品倾向于让客户试用，再根据收到的反馈对可靠性计算作出调整。平均故障间隔时间(MTBF) 经常作为一个可靠性参数，即失效率的倒数l。为了取得l 的数据或一个模块的MTBF，需使用统计失效独立性假设将所有独立元件失效率加起来。从图 2 的图表中可以看出对于该特定情况，t = MTBF，R(t) = 0.37。换句话说，随着系统接近与其MTBF 相应的阶段，持续无失效运行的可能性仅有37%。

传统的故障避免和故障容忍目标在于通过改进独立模块和元件MTBF 来提高

系统的MTBF。当设备规定使用寿命或任务时间大大小于系统MTBF 时则会采取上述措施，可产出90-99% 的成功运行的可能性。通常情况，我们将任务时间作为计算基准，尤其是在MTBF 可能仅以小时为单位的军用飞机领域。故障避免可以多种方式实现：-

元件质量控制。如今这意味着要提高对假冒部件的警惕性。

?严重元件降额，比如说，仅使用10% 的功率功能。

?使用汽车或军用级温度范围版本的部件。

?降低环境造成的压力，如使用冷却系统等。

?使用最少的元件来完成工作，即，具设计效率、无冗余。

基于减重的要求，这些技术已以任何代价广泛应用于军用应用。对长期可靠性的需求往往排在第二位，因为该领域的任务时间常以小时计算，有时甚至以分钟或秒来计算武器系统，比如导弹。对于军用设备来说，长期断电存储中的低退化是更为重要的。较之民用设备，安全也是较小的议题。

民用航空和汽车项目可能任务时间都比较短，但故障避免的设计成本比较高昂。所幸的是，大型集成电路提供了低成本故障避免的前景：自检系统、板载“备件”和自动恢复。在非军事应用中，故障避免将会取得一定进展，例如无人驾驶汽车，不仅有可能而且安全。

在第 2 部分中，我们将着眼于故障容忍设计的理论和实际含义，包括Airbus 的航空、航天飞机的空间探索以及机器人行星探测器。

第一部分讨论了故障避免：本期我们将描述硬件设计技术，以便基于微控制器的系统中发生瞬时故障和硬故障时，能够积极应对。

容错设计认为，无论采取多少措施避免故障，都防不胜防。

?故障安全系统在检测到故障后无法恢复安全运行，但它会以可预见的方式关机，不会产生错误的输出。

?容错系统具有内置的能力（无需外部帮助），可在出现某一套运行故障时，保持持续正确执行其程序和输入/输出功能

这个看似简单的定义实际上很难转化为实际的系统。假设系统中有永久或瞬时故障，则必须满足三个要求，才能实现“持续正确执行”的愿望。这些要求包括：

?错误检测。

系统必须能够检测自身错误。

?故障诊断。

在运行应用程序中检测到错误后，系统必须能够将故障与一组元件或模块相隔离，这样可以绕过故障、或在处理器控制下换新或关闭。

?故障修复。

一旦查明故障，系统必须采取措施消除或最小化其影响。对于瞬时故障，可能只需简单“重试”。

理想情况下，上述三个过程要尽快发生，以保持对数据吞吐量的最小干扰。用额外硬件或/和软件的形式引入了保护冗余，以力图实现发生故障之后几乎即时恢复的设计目标。实际上，通常无法满足可能会发生的每一种元件故障。一些故障会导致灾难性的系统损失，能做的一切就是将其发生概率减至可以接受的低

水平。非冗余电路（如时钟发生器）的设计需要特别注意，以降低单个故障关

闭其他容错系统的概率。

保险范围是检测到并安全地处理故障的条件概率。术语“安全”可以指没有不良

影响的系统关机（故障安全）,也可以指隔离故障元件并继续运行（基于冗余的

系统中的容错设计）。此术语也称作安全失效分数(SFF)，并表示为百分比。当然，有些情况,甚至受控的功能损失也是不可接受的：如果无人驾驶汽车的自

动控制在高速操纵过程中关机, 想想会发生什么情况。在这种情况下，容错设

计是唯一的选择。

保险范围的概念允许按照检测和处理所有可能故障模式的能力,来评估特定可靠

性方案的有效性。如果要实现预测的可靠性，保险范围必须几乎是全部。容错

设计和故障避免并不相互排斥，且在构成特定设计时可以将两种技术组合在一起。引入冗余元件和包括备用组件并不会自动提高系统可靠性。事实上，与单工系

统相比，总体低质量的元件复制会使冗余系统更不太可能完成任务。为了实现

容错计算的最大益处，有必要使用高品质的组件和降额设计。这意味着即使存

在故障元件，系统的可用性也会增加，任务成功概率也会提高。在设计阶段特

别注意可用性问题,使得2003 年发射的火星探测漫游者超过了预期任务寿命

许多年。

单工和单工+ 诊断

单工或1oo1（一分之一）系统无法检测故障，且具有很高的故障不安全概率。在单工+ 诊断或1oo1D 中，整合了检查电路以监控处理器运行，而不会在对速度要求苛刻的实时系统中产生任何“开销”。

“看门狗”定时器，有时配置在处理器芯片上或作为单独监控设备的一部分，广泛用于检测处理器故障。当程序产生的信号消失时，它通常强制系统复位。这些非常简单的设备通常也包含电源监控。为满足新的安全标准ISO26262 和IEC61508，需要更加全面的解决方案。用于基于MCU [1] 的ARM Cortex M3 的Yogitech fRCPU 是一个例子，用于其TriCore? 处理器的英飞凌CIC61508 Signature Window Watchdog [2] 是另一个例子。这些诊断设备将单工或1oo1 系统变为1oo1D 类型，可用于实现IEC61508 SIL3 认

证的系统。这意味着它的SFF > 99% 且输入将为故障安全。

Texas In struments TMS470M“安全”微控制器是其Hercules? 系列的一

部分，配备单个Cortex-M3 内核，错误纠正和自测逻辑均整合在一个芯片上[3]。但是它未能符合IEC61508 安全标准，因为SFF 小于60% 。这是因为60% 以上可能由内核造成的瞬时或系统错误，错误检查逻辑无法检测到。提高保险范围的方法是历史悠久的技术，即两个或多个内核上运行相同的程序并比较输出。

多处理器模块冗余

传统上，计算机控制系统中的冗余是指双重（DMR 或2oo2）、三重（TMR 或

2oo3）或甚至四重处理器单元，每个处理器单元以“锁步” 运行相同的程序。仅当大多数处理器同意，比较或表决逻辑才允许输出通达执行器。这意味着，DMR 不能容错，因为表决逻辑不能判断哪个输出不正确，因此必须以故障安全方式关

闭两个处理器。但是，SFF > 99% 的DMR 仍能符合SIL3 标准。只要其

余两个同意，TMR 允许一个处理器无法继续运行。（图1）QMR 系统应能

处理两个故障，而不会降低性能。如果基于TMR 和QMR 的系统可实现SFF > 99%，则应符合SIL4 的标准，因为它们也能容错。

图1. 基于三重模块冗余的单容错系统

德州仪器基于Hercules Cortex-R4F 的TMS570LS 和RM48x 微控制器

包含两个处理器内核，以锁步执行相同程序，但一个仅用作从属检查设备，产生

输出以便与主设备[3] 比较。只有总输出可用于系统的其余部分，因此无法使

用一个设备建造DMR 1oo2 系统。相反，我们有1oo1D 配置，符合

IEC61508 SIL3 的SFF > 99% 标准。

瞬时故障和硬故障

如果检查系统出现错误，可能只是一次性错误所导致，例如游离的宇宙粒子的冲

击翻转了RAM 单元状态。通过简单重试引起错误的程序段，可以消除这种瞬

时故障的影响。系统中必须内置执行重试的能力，否则硬件资源会发生不必要

的关闭。如果系统在嘈杂的电子环境中工作，花费时间和精力校正这些电路/

软件，将会大有裨益。当然，错误检查系统也必须能够快速感测“硬”故障和避

免无谓的重试。

静态和动态冗余

具有表决电路的基本模块冗余通常分类为静态，其中均为运行的“热” 模块。发生硬故障时，处理器模块可能被忽略或处于节电模式。

动态冗余涉及热或冷待机备用单元，根据故障检测逻辑和/或软件的要求接通和断开。动态冗余已广泛应用在航天飞机[4] 和空中客车飞机[5] 上。在后一个例子中，通过引入多样性对共模故障采取了进一步的预防措施，借此处理器模块基于不同的微控制器平台，使用由独立团队编写的软件。这些系统配备双处理器1oo1D 模块，单芯片，如Hercules 双核设备，现在可替换它们。例如，两个芯片可以组合成兼容SIL4 的容错1oo2D 系统。（图2）在这种情况下，两个处理器均“ 热”且接收相同的输入，包括共同的重置。当命令进行切换时，待机单元的输出替换失败模块的输出。虽然处理器时钟不同步，但切换时只能出现小故障。

图2. 基于两个双内核安全控制器的单容错系统。

结论

直到最近，因为巨大的开发费用，容错概念主要与涉及飞机和宇宙飞船的费用很高的项目联系在一起。随着无人驾驶汽车在公路上成为现实，汽车系统可能会需要使用这些技术。汽车和工业应用必须分别遵守国际可靠性标准ISO26262和IEC61508，幸运的是，新一代“安全”控制器将使工程师能够产生符合这些标准的设计。

参考

资料

[1] https://www.wendangku.net/doc/1816161840.html,

[2] https://www.wendangku.net/doc/1816161840.html,

[3] https://www.wendangku.net/doc/1816161840.html,

[4] 论文：用于航天飞机计算机的冗余管理技术，J.R.Sklaroff，《IBM 研

究与开发杂志》，1976

[5] 论文：空中客车A320/A330/A340 电力飞行控制，容错系统系列，

Dominique Britxe，Pascal Traverse，IEEE 1993

【备注】以上内容不是原作者创作，为摘抄内容，特此说明

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

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。

避免故障容错设计

避免故障，容错设计 第 1 部分：达到可靠设计的途径：避免故障 随着Texas Instruments、Freescale 和Infineon “安全”微控制器的发布或发表，我们将在第一部分讲述安全关键系统可靠性和冗余背后的理论和实用技术。 在20 世纪的最后25 年内，“计算机”已成为“不可靠性” 的代名词。任何时 候系统出现问题，总认为出错的是计算机。经常不经证实，就变成程序员或操作员掩饰人为失误的一种便利途径。计算机成为了我们自己过失的替罪羊，只要所谓的“计算机错误”没有导致伤亡，每个人也都很开心地容忍这种情况。但 随着技术进步，计算机已成为车载而后是空载设备，控制着非安全性的关键的功能，比如雨刮器和导航。当飞行控制统电脑化时一切都改变了：首先用于军用飞机，而后是像Airbus A320 这样的民用飞机。现今甚至汽车也装满了微控制器，它们也在掌控安全关键功能，比如紧急刹车和安全气囊的运作。最近，Google 已经证实了真正无人驾驶汽车是一个能实践的计划。现在所有这些会怎样对待公众对计算机故障的态度呢？庆幸的是，飞机和汽车制造商早就意识到将涉及数以百计死亡人数的飞机失事或高速路连环车祸归结于一个“计算机错误”，这是不能接受的。过去五十年间，大量计算机无误化研究已向两个方向着手：首先是避免故障，然后是随着机械智能发展的故障容忍度。 作为一个概念，不同的计算机操作员和用户对计算机可靠性有许多不同的松散定义。这还取决于观点角度；一个计算机安装经理可能会觉得他的系统是可靠的，因为一般情况下吞吐量已合乎要求。操作员的观点可能就不那么宽大了，若要实现该吞吐量，他必须频繁地矫正错误并需要维修工程师来更换元件。而维修 工程师可能会认为此系统完全不可靠，因为他要执行预防性措施，也要定位潜在故障和消除其他暂时尚未引致错误“往下跑”的故障。这种获取可靠性的传统人 工方法，其实对于像飞行控制这样的安全关键系统还是不够好。 可靠性定义 ?可靠性是指特定系统在既定时间段中执行某规定功能的可能性。 因此可靠性是个时间函数，变化介于1 （完全可靠）和0 （完全不可靠）之间。设计师的目标是将系统的这个数据尽可能地兼长久地保持一致，至少维持到任务时间或寿命要求实现为止。当系统内确实出现问题时，则需要故障、失效和错误的基本定义：- ?一个故障是系统没有正确执行指定任务的直接原因。故障可存在于硬件、计时器或软件（漏洞）中。可为永久性（硬故障）或暂时性故障。 ?一次失灵指的是因一个故障而引起的系统规范的偏离实际上，这意味着处理器依次经历若干正确状态后进入了一个错误状态。 ?错误则是在某个程序计算中以错误形式表现出来的计算机失效。

双机容错系统方案

双机容错系统方案 1.前言 对现代企业来说，利用计算机系统来提供及时可靠的信息和服务是必不可少的，另一方面，计算机硬件和软件都不可避免地会发生故障，这些故障有可能给企业带来极大的损失，甚至整个服务的终止，网络的瘫痪。可见，对一些行业，如：金融（银行、信用合作社、证券公司）等，系统的容错性和不间断性尤其显得重要。因此，必须采取适当的措施来确保计算机系统的容错性和不间断性,以维护系统的高可用性和高安全性，提高企业形象，争取更多的客户，保证对客户的承诺，减少人工操作错误、达到系统可用性和可靠性为99.999%。 2.双机容错系统简介 根据用户提出的系统高可用性和高安全性的需求，推出基于Cluster集群技术的双机容错解决方案，包括用于对双服务器实时监控的Lifekeeper容错软件和作为数据存储设备的系列磁盘阵列柜。通过软硬件两部分的紧密配合，提供给客户一套具有单点故障容错能力，且性价比优越的用户应用系统运行平台。 3.Cluster集群技术 Cluster集群技术可如下定义：一组相互独立的服务器在网络中表现为单一的系统，并以单一系统的模式加以管理。此单一系统为客户工作站提供高可靠性的服务。 Cluster大多数模式下，集群中所有的计算机拥有一个共同的名称，集群内任一系统上运行的服务可被所有的网络客户所使用。Cluster必须可以协调管理各分离的组件的错误和失败，并可透明的向Cluster中加入组件。 一个Cluster包含多台（至少二台）拥有共享数据储存空间的服务器。任何一台服务器运行一个应用时，应用数据被存储在共享的数据空间内。每台服务器的操作系统和应用程序文件存储在其各自的本地储存空间上。 Cluster内各节点服务器通过一内部局域网相互通讯。当一台节点服务器发生故障时，这台服务器上所运行的应用程序将在另一节点服务器上被自动接管。当一个应用服务发生故障时，应用服务将被重新启动或被另一台服务器接管。当以上任一故障发生时，客户将能很快连接到新的应用服务上。 4.工作拓扑图

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。

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/1816161840.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

计算机数据库以及系统容错性处理

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/1816161840.html, 计算机数据库以及系统容错性处理 作者：洪雄 来源：《科教导刊·电子版》2018年第07期 摘要计算机在现在的生活中是非常普遍存在的事物，也是我们的生活工作所必需的，计算机是一个多种先进技术结合的产物，计算机中的很多应用对于其他领域来说，会有很大的借鉴意义。计算机的图形处理技术是一种很复杂的技术应用，在数据计算领域的应用，是此技术的一种有效利用，同时对于数据计算来说，也是一种有益的借鉴来源，二者在一定程度上，可以说是有效的结合使用，相互促进，相互提高。本文通过对计算机交互式的图形技术的分析，引出可视化技术在数据的挖掘中所起到的重要作用，进而阐述交互式技术在计算机的图形处理中的重要作用。 关键词计算机算法数据计算可视化 中图分类号：TP302 文献标识码：A 0引言 几年来，计算机的图形处理技术越来越频繁的被人们应用于其他的领域，也是现在这个科学技术非常发达的社会的一种形势所在。现代一种相对比较常见的数据的可视化技术，指的就是运用计算机的图形学和图像处理的技术，把数据转化为可以被识别的图像或者图形，进而可以在显示器的屏幕上显示出来，被看见的使用者所理解和接受，同时还要进行交互处理的技术。这样一种技术涉及的技术和领域比较广泛，计算机的图形学、图像处理技术、计算机设计、计算机视觉技术、人机交互技术等，多个领域的结合才是一种比较实用的技术。今年以来，随着网络科学技术和网上电子商务技术的发展，在以往科学计算可视化的基础之上，出现了信息可视化的概念，并且逐渐在吸引人们的眼球，成为科学技术领域研究的焦点问题。我们都知道，“可视化”就是使之可见，可以被看见，就是可视化的最基本的含义，那么，数据在挖掘过程中，很多活动都可以被认为是可视化，利用可视化的技术进行信息的传递、知识的发现等。 1计算机服务器系统容错系统的概述 我们所说的计算机故障，指的是由于计算机不见的物理实现、操作错误或者是设计错误等原因引起的计算机系统硬件或者是软件错误的状态。故障的诊断、检测和恢复技术主要是作为计算机容错技术的重要组成部分，如果计算机系统要进行故障恢复的操作，首先就要进行检测、诊断的技术来对故障所处的位置进行定位。作为恢复的前提，我们还应该在恢复技术的作用下使得计算机系统能够恢复到无故障时候的状态并且开始正常工作。当前运用的计算机容错技术最基本的方法是冗余技术，而硬件冗余、软件冗余、信息冗余以及时间冗余技术是作为冗余技术的四个主要组成部分。

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/1816161840.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

可容错的微服务架构设计

可容错的微服务架构设计 微服务架构可以通过明确定义的服务边界来隔离故障。但是像在每个分布式系统中一样，发生网络、硬件、应用级别的错误都是很常见的。由于服务依赖关系，任何组件可能暂时无法提供服务。为了尽量减少部分中断的影响，我们需要构建容错服务，来优雅地处理这些中断的响应结果。 本文介绍了基于RisingStack 的Node.js 咨询和开发经验构建和操作高可用性微服务系统的最常见技术和架构模式。 如果你不熟悉本文中的模式，那并不一定意味着你做错了。建立可靠的系统总是会带来额外的成本。 微服务架构的风险 微服务架构将应用程序逻辑移动到服务，并使用网络层在它们之间进行通信。这种通过网络间通信代替单应用程序内调用的做法，会带来额外的延迟，以及需要协调多个物理和逻辑组件的系统复杂度。分布式系统的复杂性增加也将导致更高的网络故障率。 微服务体系结构的最大优势之一是，团队可以独立设计，开发和部署他们的服务。他们对服务的生命周期拥有完全的所有权。这也意味着团队无法控制他们依赖的服务，因为它更有可能由不同的团队管理。使用微服务架构，我们需要记住，提供者服务可能会临时不可用，由于其他人员发行的错误版本，配置以及其他更改等。 优雅的服务降级 微服务架构的最大优点之一是您可以隔离故障，并在当组件单独故障时，进行优雅的服务降级。例如，在中断期间，照片共享应用程序中的客户可能无法上传新图片，但仍可以浏览，编辑和共享其现有照片。

微服务容错隔离 在大多数情况下，由于分布式系统中的应用程序相互依赖，因此很难实现这种优雅的服务降级，您需要应用几种故障转移的逻辑（其中一些将在本文后面介绍），以为暂时的故障和中断做准备。 服务间彼此依赖，再没有故障转移逻辑下，服务全部失败。 变更管理

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

故障诊断及容错控制研究

速度传感器、电流传感器、逆变器、时间延迟等故障诊断和容错控制研究笔记 在电动汽车电机驱动系统中，因系统噪声、传感器自身工作特性以及安装接触不良等因素的影响，速度传感器极易处于异常工作状态和故障状态，若此时电动汽车电机驱动系统接受速度传感器提供的错误采集信息,必将引起电机驱动系统性能的下降，严重时可能导致系统停车并危及驾驶员人身安全。 电动汽车电机驱动系统传感器进行在线故障诊断，并输出相应的故障诊断信号。为了保证电动汽车的驾驶性能并且避免驾驶人员人身安全受到威胁，在诊断出传感器发生故障后，容错策略将结合当前系统可利用信息，选择合适的控制方式，重构转矩控制策略，在传感器故障状态下最大限度发挥电动汽车电机驱动系统,避免意外发生。 1、电动汽车电机驱动系统能否对电机当前转速进行精确的检测是实现矢量控制算法高性能的关键，错误的电机转速信息传递进入矢量控制算法时，会明显降低电机驱动系统的性能，甚至导致意外状况的发生。为此，当速度传感器发生故障时，容错策略要求电机控制方式采用无速度传感器矢量控制策略，该控制策略根据电机驱动系统电流传感器的有效信息，基于模型自适应的相关理论，实现具有较强鲁棒性能的间接磁场定向矢量控制，进而在电机驱动系统速度传感器出现故障时保证电动汽车性能。在电机驱动系统运行中，需要对RBF神经网络故障诊断输出信号进行实时监控，容错策略一旦接收到速度传感器故障诊断信号，还需要将电动汽车切换到无速度传感器矢量控制模式下，并保证切换的平滑。 2、电动汽车电机驱动系统电流传感器输出值的精准度很大程度上影响了矢量控制闭环系统的性能。在检测到电流传感器出现故障时，系统需要放弃其输出的故障值，从冗余信息获得正确的信息。在单相电流传感器处于故障状态时，系统利用冗余信息仍使用矢量控制方法，在多相电流传感器处于故障状态时，系统将使用开环恒压频比控制，摆脱对电流传感器的依赖，最大限度地保证电机驱动系统的转矩输出性能。 具有传感器容错策略的电机驱动系统原理图如下图所示： 由下图可见，传感器容错策略根据电流传感器故障诊断模块和RBF人工神经网络预测器的故障诊断信号，对交流感应电机的控制模式进行选择，以维持电

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 $

(完整word版)系统容错和安全机制

网络系统的容错和安全设计 第一章网络系统的容错设计 一. 网络容错概述 采用用友网络财务软件NC(基金Web版)Web系统后，基金管理公司及托管行的所有数据都存放在数据库服务器中，服务器的宕机，会给企业带来巨大的损失；这就要求一旦生产用服务器产生任何形式的宕机或失效，网络上备用的服务器能够立即接管宕机的服务器使整个系统不至于崩溃，从而保证整个企业的业务连续运作。保证系统高可用性，应从以下几方面着手设计： 1、数据镜像 数据镜像是一种有效、高性能的高可用性解决方案，它不需要昂贵的RAID磁盘子系统，也无需考虑SCSI接口对缆线长度的限制。可扩展的磁盘镜像运行在两台相互独立又有备份逻辑的服务器之间。通过不断检测主系统磁盘或文件（源）的状态，而实时地将改动的信息镜像到目标机器的相应磁盘上或文件中。 为了保证数据的完整性，扩展镜像限制了用户对目标磁盘或文件的写操作。通过使用可扩展的磁盘镜像，源系统的任何数据更新将通过LANs和W ANs镜像到用户指定的目标系统上，当源系统发生数据丢失或硬盘损坏时在目标系统上将保留一份镜像数据。有些可扩展的磁盘镜像软件可以实现一对一、一对多、多对一及多对多的数据镜像而不需要任何附加的硬件设备。 2、故障切换 从系统确信不能收到来自主系统的”alive”心跳信号后，就开始启动从系统上的自动恢复功能，将主系统上的需要保护的资源自动转移到从系统上，并开始向客户提供服务。一个比较好的机制在于如果从系统感觉不到主系统的心跳后，试图通过其他途径做进一步地检测（例如检测其他客户机是否不能获得主系统的服务）。 故障切换的时间是指从系统自确信主系统“死掉”后，到完全接管主系统并向客户提供服务止所经历的时间，时间越短，热备份程度越高。当从服务器发生故障时，不应对主系统有任何影响。 3、失效切换 源要转移到从系统上去，这就不但要求系统中的核心数据能转移过来，还要求将其他资源转移过来。与客户关系比较密切的资源主要是：LAN局部网名，IP地址、应用程序、以及应用程序所依赖的数据。 4、自动恢复 要求在主服务器失效后，修复好后，IP地址、局部网名字、数据应用与服务应该方便地恢复到主服务器上

故障诊断与容错基于模型和基于信号的方法

故障诊断与容错技术概述——第一部分：基于模型和信号的故障诊断技术 引言：随着工业系统复杂性和费用的不断增加，不能容忍性能下降、生产率降低和安全隐患这些必须尽早的检测和识别出异常和故障的存在，并采取实时的故障容错操作尽量降低性能的下降避免危险情况出现。在过去40 年里，关于故障诊断和容错技术的丰硕的研究成果被报道出来并应用到各种工程系统中。这三部分的调查目的在于给出实时故障诊断和容错技术的全面的回顾，对过去十年的成果进行重点关注。在本文中，全面回顾关于基于模型和信号处理的故障诊断方法和应用。 关键词：冗余分析；故障容错；基于模型的的故障诊断；实时监测；基于信号的故障诊断；Part I 介绍 众所周知，许多工程系统，例如航空发动机、车辆动力学、化学工艺、制造系统、电力网络、电气设备、风力发电转换系统以及工业电子设备是安全关键系统。工业系统对潜在过程异常和部件故障的安全和可靠性的要求不断提升。因此，尽早的检测和识别出任何类型的故障和潜在异常并采取容错操作以降低性能下降避免危险情况的出现十分重要。 故障被定义为系统的至少一个特征属性或参数从可接受的/ 平常的/ 标准的 状态出现一个不受约束（原文：unpermitted ）的偏差。类似的故障例如，执行器阻塞、传感器失效或者一个系统失去连接。因此通常故障常被分为执行器故障、传感器故障以及设备故障（或者称为组件故障或参数故障），这些故障会打断系统的控制器对系统部件的控制行为或者产生大量的测量误差或者直接改变系统的动态输入输出属性，从而导致系统的性能下降甚至使整个系统崩溃或损坏。为了提升所关心系统的可靠性，故障诊断通常通过使用冗余的概念用于监控、定位，并辨识故障，冗余通常可分为硬件冗余和软件冗余（或称为解析冗余）两种。硬件冗余的基本思想是使用相同的输入信号分量，从而使得复制的输出信号可以进行比较，从而使用各种方法进行诊断，例如门限检查和多数表决等。硬件冗余非常可靠，但是更加昂贵并且增加了设备重量和占用空间。对于关键部件使用硬件冗余是必要的，但是对于成本以及系统体积重量严格限制的系统不适合整个系统使用硬件冗余。随着现代控制理论的成熟，自1980 年开始解析冗余技术已经成为故障诊断研究的主流，其原理图见图1所示。输入u和输出y用于构造一个故障诊断算法，它可以用

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

故障检测与故障容错管理系统

故障检测与故障容错管理系统 开关磁阻电机驱动器 查尔斯M ·斯蒂芬斯 通用电气公司研究与发展 斯克内克塔迪，纽约12301 摘要:开关磁阻电机（SRM）具有独特特点，能提高电机的容错能力，这种能力可以使电机继续运行不管绕组故障或是在变频电路中。电机各相磁场的独立和逆变器各相电路的独立允许开关磁阻电机驱动器继续运作即使一个或多个相的禁用。绕组故障检测器显示出故障电机绕组的存在，另外控制电路阻止受影响相的半导体功率开关的门控信号，从而消除故障绕组励磁，消除能够产生持续励磁的故障绕组的影响。该驱动器可以在无故障相继续运行。 Abstract：The switched reluctance motor(SRM) possesses unique characteristics that promote the motor for fault tolerance capability - the ability to continue operation despite faulted motor windings or inverter circuitry. The magnetic independence of the motor phases and the circuit independence of the inverter phases permit the SRM drive to continue operation with one or more phases disabled. Winding fault detectors indicate the existence of faulted motor windings, and control circuitry acts to block the gating signals to the semiconductor power switches of the affected phase, thus removing excitation from the faulted winding and halting damaging effects that can result from the continued excitation of a faulted winding. The drive can continue operation without the faulted phase. 引言：驱动系统需要高度的可靠性，应考虑具有优越的容错特性的开关磁阻电动机。由于电机各相磁场的独立和逆变器各相电路的独立,不论故障是在电机绕组还是逆变器某相都可以检测和隔离，不影响其他相。这个驱动比减小隔离相占总相数的比例更加无误的运行。 比较下，故障绕组在多相交流电机上有更多严重的后果。有故障的某一相将因为彼此定子绕组的磁耦合严重影响其他相得运行。此外,对一个典型的三相异步电动机定子绕组是以星形或三角形连接以提高各相的电气耦合。对断开的单相，通过断开绕组或电源开关失效，使多相电机变为单相励磁。 在作者公司有一个持续的研究项目，专注于开发开关磁阻电动机的容错特性以应对不同类型的错误。这个项目以演示各种类型电机绕组的缺点入手。电机绕组故障检测装置是以控制电路隔离故障绕组是通过阻断受影响相的半导体电源开关的控制信号而建立的。这个开发是将实验室实施证明推广到的各种故障检测。实验表明，故障的绕组可以应用于运行驱动，达到立即进行检测和隔离，使逆变电路不受到损害，也不引起运行错误。 驱动故障对性能影响的定义 起初,各种驱动故障对性能的影响只是直觉性怀疑,因此早期的开发的任务集中在至少定义的各种驱动故障对性能的影响。这些性能影响因素是通过在一个实验室小型驱动上创建故障条件确定的。这个SR电机的实验室驱动是一种大约1 / 2功率的小型四相电机。图1为这