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,1999年虎门大桥事故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，闭环系统仍然能够保持稳定，并且能够满足一定的性能指标，则称之为容错控制系统。容错控制分被动容错控制和主动容错控制。
4.1被动容错控制：被动容错控制大致分为可靠镇定、完整性、连理镇定三种类型。
可靠镇定针对单个被控对象，可靠镇定问题已基本上趋于成熟.
完整性针对多个被控对象，它一直是被动容错控制中的热点研究问题. 缺乏有效地求解容错控制律的构造性方法。
联立镇定对非线性对象, 经常采用线性控制方法在某一工作点上对其进行控制. 当工作点变动时, 对应的线性模型也会发生变化. 此时, 具有联立镇定能力的控制器就仍然可以镇定被
控对象.
4.2主动容错控制
主动容错控制大致可以分成三大类: 1) 控制律重新调度; 2) 控制器重构设计; 3) 模型跟随重组控制. 多数主动容错控制需要FDD 子系统,
控制律重新调度：其基本思想是离线计算出各种故障下所需的合适的控制律的增益参数, 并列表储存在计算机中. 当基于在线FDD 技术得到了最新的故障信息后, 就可以挑选出一个合适的增益参数, 得到容错控制律。
控制器重构设计：在FDD 单元确诊故障后, 在线重组或重构控制律. 这是一个目前很受关注的研究方向, 现有的成果还比较少。
模型跟随重组控制基本原理是, 采用模型参考自适应控制的思想, 使得被控过程的输出始终自适应地跟踪参考模型的输出, 而不管是否发生了故障. 因此, 这种容错控制不需要FDD 单元. 蛇胆汁当发生故障后, 实际被控过程会随之发生变动, 控制律就会相应地自适应地进行重组, 保持被控对象对参考模型输出的跟踪。
4.3针对控制系统的鲁棒性分析与设计，其方法主要有 ：H控制方法、结构奇异值方法 基于分解的参数化方法、LQG/LTI方法、二次稳定化方法与基于平衡实现原理、荣誉的力量 棱边定理和Kharitonov定理的方法等等
H∞是对传递函数增益大小的一个度量指标，简单说就是一个系统输入输出的放大倍数。H∞控制指的就是抑制从噪声到期望输出之间的传递函数的增益，从而使得噪声对结果的影响最小化。
鲁棒H∞控制指的是当系统参数存在一定范围内的摄动时（注意此时其传递函数非固定值，而是在一定范围内波动），系统可用一族传递函数来描述，称为传递函数集（无穷多个元素），其输入输出增益也非固定值，但我们可以选择其中最大的增益作为该函数集的增益。鲁棒H∞控制就是抑制噪声到期望输出之间的传递函数集的最大增益，从而达到抗扰的目的。
二 相关论文
1 容错控制理论及其应用 周东华 清华大学自动化系
本文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.
● 鲁棒容错控制
不管是主动容错控制,还是被动容错控制,可持续发展的内涵都需要具有关于模型不确定性与外界扰动的鲁棒性.被动容错控制的核心就是鲁棒性,以使闭环系统对各类故障不敏感. 目前主动容错控制面临的两个具有挑战性的问题就是:山东省人口与计划生育条例修正案
1) 基本控制器应具有鲁棒性, 在控制律重构期间使系统保持稳定;
2) FDD 单元应具有鲁棒性, 以减少误报与漏报, 减少故障检测时间.
因此, 鲁棒容错控制问题近年来受到了高度重视,已成为目前容错控制领域的热点研究方向.
● 容错控制的成果
1 航天飞机控制律重构设计
2 飞机模型跟随重组控制、控制律重构设计、控制律重新调度
3 核反应堆控制律重构设计
4 液位系统完整性控制
5 国产歼击机模型跟随重组控制
6 地空导弹模型跟随重组控制
7 精馏塔控制律重构设计
8 人造卫星控制律重构设计
9 液体冷却系统控制律重构设计
10 化学反应釜集成故障诊断与容错控制
容错控制取得应用成果最多的对象是飞机; 主动容错控制的应用成果要远
pos系统
远多于被动容错控制所取得的成果, 其中控制律重构设计方法应用得最多“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”.因此可以肯定, 主动容错控制在总体上要优于被动容错控制.
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