“海狼“潜艇控制系统-容错设计的专题研究

从最早的美国海军潜艇设计至现在的几十年间，计算机能力增强和部件微型化已经允许与以前的系统相比在同样更少的空间里满足更多更先进的控制特点，也是在这段时间里典型地利用相同的冗余产生高可靠性和有效性系统的容错结构，一直被推广在空间导航台，飞机和其它要求高的用途中使用“海狼”潜艇使用了一个容错潜艇控制系统，它是目前美国海军潜艇使用的最完善的控制系统。     

容错控制在船舶航行中的应用

在船舶的航行控制系统中,各种复杂通信导航设备变得更加复杂,其稳定性和安全性成为人们研究的重点。而常规的容错控制已被广泛应用在复杂的工控领域,在船舶控制系统中,主要的控制对象即螺旋桨的矢量控制,基于此控制技术的容错系统也应运而生。本文主要介绍船舶螺旋桨的调距控制系统,并针对常见的故障开展容错控制与冗余设计的相关研究。在对船舶运动的建模设计中,应用容错控制算法,并建立仿真环境,验证其控制效果和性能。     

船用分布式单片机自动容错控制系统

为解决传统船用分布式单片机控制系统存在抗干扰能力较低的不足,提出船用分布式单片机自动容错控制系统设计,基于船用分布式单片机自动容错控制系统结构设计,以及系统外部连接的设计,实现了控制系统的硬件设计;依托自动容错控制系统容错算法设计、程序设计,完成了船用分布式单片机自动容错控制系统的软件设计,实现了提出的系统设计,实验数据表明,运行提出的分布式单片机自动容错控制系统较传统控制系统,抗干扰能力提升11.74%,适合于自动控制集成性高的船舶使用。     

舰船计算机测控系统中的软件冗余方法研究

简要介绍了在舰船计算机测控系统中的软件冗余设计.在设计中采用智能故障诊断和容错技术的设计线路、技术途径、技术方法及避错、容错软件编写的一些原则.主要研究了恢复块及多版本程序设计2种常用的软件冗余设计方法,并就其在分布式系统中应用存在的问题进行简要的分析,提出了软件冗余设计的实际应用,并给出其具体改进方案的设计.     

基于马尔可夫模型的容错系统可靠性分析

容错系统的可靠性分析是容错系统设计过程中最重要的步骤之一。在容错控制系统的可靠性分析中，利用马尔可夫过程和半马尔可夫过程理论对容错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，对系统可靠性模型进行必要的化筒，可以减少许多计算量并使该模型更回答符合实际使用要求。     

导弹控制系统的冗余技术研究

对导弹控制系统的可靠性问题，介绍了冗余设计方案及结构，分析了不同结构的优缺点，给出了应用实例，进行了可靠性分析。最后，总结了对导弹控制系统进行冗余设计时应注意的几个问题。     

基于MOOS-IvP的自主式水下航行器的机载软件系统容错设计

为提高自主水下航行器的可靠性,构建基于MOOS-IvP的自主水下航行器机载软件系统容错管理模块.该模块包括客户端状态监控和容错处理.在容错处理中,提出一种时间冗余和双进程冗余相结合的容错处理技术.通过在水池和海洋中对自主水下航行器改进后的软件系统进行测试,并用经典的软件可靠性增长模型定量对比分析了自主水下航行器改进前后软件系统平均无故障运行时间.试验结果表明,增加容错管理模块后的软件系统的可靠性明显提高.     

基于冗余技术的舵机控制系统设计与应用

舵机作为维持及改变船舶航向的重要辅机设备,其可靠运行对保障船舶的航行安全至关重要。文章介绍了一种采用CAN总线冗余、CPU软冗余技术的舵机控制系统设计,重点分析冗余CAN通信系统的架构与原理以及CPU软冗余系统软、硬件配置。实际使用效果表明:控制系统数字化及可靠性水平得到较大的提升。     

船用蒸汽发生器给水系统的容错控制

为提高二回路控制系统的可靠性,以蒸汽发生器给水系统为对象,设计基于BP神经网络的水位容错控制系统。利用Matlab/Simulink仿真平台,建立容错控制仿真模型,并与蒸汽发生器的集总参数仿真模型联合,分别对水位传感器恒偏差、恒增益和卡死故障进行仿真测试。仿真结果表明,容错控制系统的故障诊断模块能够准确、迅速地诊断出传感器故障并启动容错控制模块进行容错控制,使得蒸汽发生器的水位能够稳定在设定值附近,系统运行稳定。基于BP神经网络的容错控制系统对于修正蒸汽发生器水位传感器的故障有效,可用于蒸汽发生器给水控制系统的设计,提高系统的可靠性。     

舰船电站控制系统的双CPU混成式故障检测技术

[目的]为了提高舰船电站控制系统的可靠性,需解决双CPU热备冗余的通信故障检测这个关键问题,为此提出一套完善的故障检测机制.[方法]基于传统的双CPU故障检测方法,提出由网络故障检测法和第三方监控心跳法相结合的混成式故障检测机制.基于双CPU冗余系统的设计架构,分析2种故障检测方法的软件原理以及工程实现流程.[结果]实...     

H∞ Robust Fault-Tolerant Controller Design for an Autonomous Underwater Vehicle＇s Navigation Control System

In order to improve the security and reliability for autonomous underwater vehicle (AUV) navigation, an H_∞ robust fault-tolerant controller was designed after analyzing variations in state-feedback gain. Operating conditions and the design method were then analyzed so that the control problem could be expressed as a mathematical optimization problem. This permitted the use of linear matrix inequalities (LMI) to solve for the H_∞ controller for the system. When considering different actuator failures, these conditions were then also mathematically expressed, allowing the H_∞ robust controller to solve for these events and thus be fault-tolerant. Finally, simulation results showed that the H_∞ robust fault-tolerant controller could provide precise AUV navigation control with strong robustness.     

应用前置机实现系统过负荷控制

面向多种客户提供服务的大型业务系统,在进行过负荷控制时,需要满足有效性、稳定性、灵活性等多种需求。传统的业务系统的基本架构无法全面支持所有业务目标。为此,本文提供一种基于前置机接入的业务系统架构来解决上述问题,在实现过程中,前置机软件采用基于脚本运行的方案来实施过负荷控制策略。此架构在实际应用中也取得了良好效果,可广泛应用于需要实现过负荷控制的各类系统中。     

Underwater hydraulic shock shovel control system

The control system determines the effectiveness of an underwater hydraulic shock shovel. This paper begins by analyzing the working principles of these shovels and explains the importance of their control systems. A new type of control system’s mathematical model was built and analyzed according to those principles. Since the initial control system’s response time could not fulfill the design requirements, a PID controller was added to the control system. System response time was still slower than required, so a neural network was added to nonlinearly regulate the proportional element, integral element and derivative element coefficients of the PID controller. After these improvements to the control system, system parameters fulfilled the design requirements. The working performance of electrically-controlled parts such as the rapidly moving high speed switch valve is largely determined by the control system. Normal control methods generally can’t satisfy a shovel’s requirements, so advanced and normal control methods were combined to improve the control system, bringing good results.     

舰船综合平台管理系统网络通信与集成技术研究

从舰船综合平台管理系统的网络通信架构模型及其技术要求出发,阐述舰船控制层网络技术的现状和工作特性,探讨工业以太网进入船舶自动化领域的发展趋势,并就全开放的扁平化工业控制网络结构、通信协议以及控制网络与信息网络的紧密集成技术进行了分析研究.     

AUV均衡系统设计及垂直面运动控制研究

针对AUV传统均衡调节系统存在难以克服的缺陷而无法实用的问题,设计了一种新型液压均衡系统。该系统主要由油箱和安装在AUV轴线上的两个油囊组成,通过调节油箱和油囊的油量来调节AUV的姿态和浮态。同时在简化AUV垂直面运动模型的基础上,构建了深度控制、纵倾控制和浮态控制模型,并基于PID和均衡系统设计了深度控制、纵倾控制和浮态控制方法。仿真结果表明在无干扰和有干扰两种情况下,设计的均衡系统能有效控制AUV的垂直面运动;建立的AUV垂直面运动控制模型符合AUV运行特性;PID控制算法适合海流干扰下的AUV均衡控制,且具有良好的控制品质。     

基于神经网络的船舶舵机控制系统设计

传统船舶舵机控制系统只适于控制对象是线性系统且时延和阶数等已知的情况,但在实际应用中,船舶舵机控制过程受船舶运行情况和航行环境的影响,属于随机过程.为此,设计一种新的基于神经网络的船舶舵机控制系统,依据功能要求设计船舶舵机的不同控制模型,再设计整体控制系统结构.通过设计4个不同层次的控制器结构,实现神经网络控制器的整体设计,利用神经网络算法对控制器中的参数进行学习和调整,神经网络控制器输出结果即为船舶舵机控制结果.实验结果表明,所设计系统控制效果好,不易受外界环境的干扰.     

嵌入式船用变频供水控制系统

随着船舶自动化和智能化的不断发展,船舶供水系统对控制系统将提出更高的要求。相对于P L C变频供水控制系统而言,嵌入式变频供水控制系统具有成本低廉、功耗低、体积小和扩展灵活等特点。文章设计了一套嵌入式船用变频器供水控制系统,具有液晶屏手动和变频控制、本地控制、恒压设定、运行数据监测等功能。该系统经实验室安装测试后基本达到预期功能,为后续进一步优化设计奠定了坚实的基础。     

船舶电站监控系统的CAN通讯协议

针对船舶电站监控系统的工作特性以及发展要求,提出一种基于时分复用算法以及动态优先级提升算法的CAN通讯协议,并采用双冗余CAN网,提高了数据传输的实时性与可靠性,增加了系统的冗余能力,构建了整体架构,实现了系统的总体程序。     

海上油田电源管理系统的设计与应用

介绍海上油田电源管理系统的控制功能、硬件构架以及通信手段,针对实际应用中出现的问题提出改进措施。改进后电源管理系统更趋完善,效果明显。     

入口治超系统在新收费系统中的应用与优化

为顺利完成取消省界收费配套项目中的入口拒超项目,在收费站入口引入治超系统.根据各收费站的具体情况进行称重设备选型和施工方案优化;对入口治超系统的架构进行分析,指出其数据上传方式.针对试运行过程中发现的窄条称重系统存在的设计缺陷,给出增加光幕的解决方案,并进行数据分析,指出增加光幕的具体优势.结果表明,采用该方案优化的入口治超系统上线之后,超限超载车辆数量明显减少,达到了治超的目的.