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10.4 可靠性设计模式在线视频

10.4 可靠性设计模式

阅读材料:

    计算机控制系统——分析、设计与实现技术

    ISBN: 978 703 055 8091


相关阅读:

    教材9.4节

下一节:第10周思维导图

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10.4 可靠性设计模式课程教案、知识点、字幕

除了满足功能性要求之外

设计计算机控制系统还应该满足可靠性要求

可靠性是对系统正常运行时间的一种定量的描述

指的是系统失效之前能够正常工作所持续的时间

通常包括两方面的意义

一方面是正确性

另外一方面是健壮性

所谓正确性,是指系统在正常工作的情况之下

能够给出正确的工作结果

完成预先设定的功能任务

所谓健壮性,是指在系统遇到不可预知的故障的情况下

系统自身仍然能够按照预先设定的要求正确的执行功能

完成特定任务

影响系统可靠性的因素主要来自于系统自身和它的外部环境

来自系统自身的内部因素包括硬件和软件两个方面

系统的架构方式

硬件的品质

软件的算法

都会影响系统的可靠性

而外部环境的干扰以及操作人员自身的素质也是从外部影响系统可靠性的重要因素

影响系统可靠性的因素是不可能完全消除的

为了提高系统的可靠性

大多数情况下我们是采用冗余的方法

这是提高系统可靠性的一个基本原则

具体的做法

是对系统当中比较重要的一些信息计算

或者是一些组件通道

设置额外的备用通道

当发生故障的时候

我们就可以用备用通道的数据来代替原先的通道

保证整个系统可以正常的运行

下面看一下几种常用的冗余方法

一种是同构冗余的模式

在图里面

同样的一个通道我们准备了三个

这三个通道相互独立

但是功能相同

计算机控制器把计算结果同时发送到三个不同的通道上

这三个通道各自独立的给出相应的响应

这些响应被计算机控制器接收之后

按照少数服从多数的原则产生最终结果

这样,如果三个通道都是正常工作的

那么选择一个通道进行处理就可以了

如果三个通道当中有一个发生了错误

或者是故障

那么这个通道就可以被停用

另外两个通道的结果可以保证系统任然可以正常的运行

异构冗余是另外一种提高可靠性的方法

它和同构冗余类似

同一个功能使用了三个相互独立的物理通道实现

但是与同构冗余不同

这三个物理通道是用不同的方法实现的

比如说,我们在温度测量的时候

可以使用三种不同的传感器来测量同一个点的温度

这种方法消除了信息处理方法对结果的影响

实际上能够提高系统的可靠性

但是它增加了系统的成本

也可以使用监视器——传动器模式实现冗余

这个时候我们使用了两个通道

一个是监视器通道

来保留一个理想的结果

另外一个是执行器通道

来进行实际的操作

计算机控制器的结果同时发送到两个通道上

但是监视器通道只是计算理想情况下的响应

执行器通道则是把这个计算结果实际作用在外部环境上

同时把外部环境的响应读回来

和监视器通道产生的理想结果进行比较

并根据比较结果来判断通道是不是出现了故障

也可以使用门禁模式

门禁模式是对操作时间固定的一些操作更为简单一些

它可以预先估计操作正常完成的一个时间限制

在这个时间限制之内

如果接收不到外部通道返回的信息

就认为发生了故障

比如说我们常用的看门狗电路就是这种门禁模式的一个体现

除了从系统层面提高系统的可靠性之外

在选择组件或者构件的时候

选择高品质的硬件或者软件也可以提高系统的可靠性

比如说硬件上可以采用抗串模或者是抗共模干扰的措施

软件上可以使用软件冗余或者是陷阱来提高软件的可靠性

等等

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第一章 课程简介

-学习任务

--学习任务

-1.1 什么是计算机控制

--1.1 什么是计算机控制

-1.2 为什么学习计算机控制

--1.2 为什么学习计算机控制

-1.3 怎样学习计算机控制

--1.3 怎样学习计算机控制

-【思政讨论】钱学森:我对系统学认识的历程

-第1周作业

-用户需求调查问卷

第二章 计算机控制基础

-学习任务

--学习任务

-2.1 概述

--2.1 概述

-2.2 典型形式

--2.2.1 操作指导系统

--2.2.2 直接数字控制系统

--2.2.3 监督控制系统

--2.2.4 分布式控制系统

--2.2.5 现场总线控制系统

--2.2.6 网络控制系统

-第2周思维导图

-【思政阅读】马少梅,范建文:回望历史——记录我国自动化仪表的成长与发展

-第2周作业

第三章 信号的采样与重构

-学习任务

--学习任务

-3.1 信号采样

--3.1.1 信息与信号

--3.1.2 采样过程

--3.1.3 采样定理

-3.2 信号重构

--3.2.1 香农重构

--3.2.2 保持法重构

-第3周思维导图

-【思政讨论】连续和离散:从信息科学的观点理解经典

-第3周作业

第四章 系统的数学描述

-学习任务

--学习任务

-4.1 回顾:连续系统的数学描述

--4.1 回顾:连续系统的数学描述

-4.2 离散对象的数学描述

--4.2.1 离散对象的数学描述

--4.2.2 仿真实例:建立离散对象的模型

--4.2.3 仿真实例:获取离散对象的模型

-4.3 系统模型的运算

--4.3.1 系统模型的运算

--4.3.2 仿真实例:基于解析表示

--4.3.3 仿真实例:基于图形表示

-第4周思维导图

-【思政讨论】日记:我参与了第一台智能可编程序调节器的设计

-第4周作业

第五章 系统的性能分析

-学习任务

--学习任务

-5.1 回顾:连续系统的性能分析

--5.1 回顾:连续系统的性能分析

-5.2 离散系统的指令响应

--5.2.1 离散系统的指令响应

--5.2.2 仿真实例:基于LabVIEW的指令响应

-5.3 离散系统的性能描述

--5.3.1 离散系统的性能描述

--5.3.2 稳定性

--5.3.3 鲁棒性

--5.3.4 仿真实例:基于LabVIEW的性能指标计算

-第5周思维导图

-第5周作业

-LabVIEW辅助设计(1)

-【思政讨论】谢旭凯和谢绪恺判据

第六章 模拟化设计方法

-学习任务

--学习任务

-6.1 模拟化设计

--6.1 模拟化设计

-6.2 离散化方法

--6.2.1 离散化方法

--6.2.2 前向差分法

--6.2.3 后向差分法

--6.2.4 双线性变换法

--6.2.5 脉冲响应不变法

--6.2.6 阶跃响应不变法

--6.2.7 零极点匹配法

--6.2.8 仿真实例:离散化方法

-第6周思维导图

-第6周作业

-LabVIEW辅助设计(2)

-【思政讨论】是什么卡了我们的脖子?

第七章 数字化设计方法

-学习任务

--学习任务

-7.1 数字化设计

--7.1.1 什么是数字化设计

--7.1.2 怎样进行数字化设计

-7.2 解析法

--7.2.1 Ragazzini法

--7.2.2 基于LabVIEW的辅助设计

-7.3 试探法

--7.3.1 频域设计法

--7.3.2 仿真实例:基于LabVIEW的频域设计

--7.3.3 根轨迹设计法

--7.3.4 仿真实例:基于LabVIEW的根轨迹设计

-第7周思维导图

-第7周作业

-LabVIEW辅助设计(3)

-【思政讨论】数控系统概述

第八章 从函数到算法

-学习任务

--学习任务

-8.1 可控实现形式

--8.1 可控实现形式

-8.2 数值精度问题

--8.2 数值精度问题

-8.3 计算时延问题

--8.3.1 计算时延

--8.3.2 程序结构的影响

--8.3.3 对采样周期的影响

-第8周思维导图

-第8周作业

第九章 硬件约束

-学习任务

--学习任务

-9.1 硬件约束的抽象化

--9.1 硬件约束的抽象化

-9.2 选择运算平台

--9.2 选择运算平台

-9.3 选择I/O设备接口

--9.3 选择I/O设备接口

-9.4 处理I/O接口数据

--9.4.1 数字滤波

--9.4.2 标度变换

-第9周思维导图

-第9周作业

第十章 工程实现

-学习任务

--学习任务

-10.1 需求分析

--10.1 需求分析

-10.2 架构设计

--10.2 架构设计

-10.3 任务调度策略

--10.3 任务调度策略

-10.4 可靠设计模式

--10.4 可靠性设计模式

-第10周思维导图

-第10周作业

期末考试

-期末考试卷【互评】

10.4 可靠性设计模式笔记与讨论

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