升降舵是飞行控制表面,通常位于飞机后部,用于控制飞机的俯仰、迎角和机翼升力。最关键的驱动装置是纵向飞机控制,其故障将导致灾难性的飞机坠毁。本文提出了一种飞机高冗余容错控制 (HRFTC) 策略,以适应关键传感器和执行器的故障。针对传感器提出了改进的三重模块冗余 (MTMR),针对执行器提出了双重冗余 (DR)。详细说明了控制律、飞行员命令、信号调节和故障的工作原理。此外,PID 控制器用于通过将升降舵位置与设定点进行比较来调整升降舵位置。结果表明,当发生故障时,系统成功检测到故障并快速容忍故障,而不会干扰飞机的飞行。这项研究对于航空电子行业制造高度可靠的机器以确保人身和环境安全具有重要意义。
我要感谢我的学术导师 John Preskill 的深刻指导。他为这篇论文中的许多想法埋下了种子。我感谢 Oskar Painter 和他的团队成员,特别是 Eunjong Kim 和 Xueyue “Sherry” Zhang,感谢他们进行了许多有趣的讨论,并提出了他们对量子信息的不同看法。我感谢 Fernando Brandão 和 Xie Chen 与 John 和 Oskar 一起担任我的论文答辩委员会成员。我从加州理工学院的许多研究人员、访问过加州理工学院的人以及我在其他地方遇到的人那里受益匪浅,这里就不一一列举了,我对他们每个人都心存感激。我想特别提到一些我曾多次交谈过的人:Victor Albert、Michael Beverland、Thom Bohdanowicz、Aaron Chew、Richard Kueng,尤其是 Aleksander Kubica。我非常感谢 ARO-LPS (W911NF-18-1-0103) 和 NSF (PHY-1733907) 的资助。我使用“vZome”软件 (https://vzome.com/home/) 创建了第 4 章中的几个图形。最后,我要感谢我的家人和朋友一直以来的支持。
有三个级别可以应用容错功能 - 硬件、软件和系统(用户界面)。所有三个级别都容易受到设计、实施或维护错误的影响 - 人为错误以硬件、代码或用户界面中的故障形式存在,并体现在系统行为中。硬件在这三个级别中是独一无二的,因为它容易“磨损”和损坏。传统的容错可以补偿计算资源(硬件)中的故障。通过管理额外的硬件资源,计算机子系统可以提高其持续运行的能力。确保硬件容错的措施包括冗余通信、复制处理器、额外内存和冗余电源/能源供应。这种冗余的管理通常涉及软件的使用。硬件容错在计算机发展的早期尤为重要,当时机器故障间隔时间以分钟为单位。
随时间变化,则结果将不满足上述语义特征,因此不是状态机。这是因为发送到执行器的值(状态机的输出)不仅取决于对状态机的请求,而且还取决于循环的执行速度。在上面使用的结构中,通过将循环移入监视器,可以避免此问题。实际上,必须根据状态机和客户端来构建系统并不构成真正的限制。任何可以按照过程和过程调用进行结构化的东西也可以使用状态机和客户端进行结构化 - 状态机实现过程,请求实现过程调用。事实上,与通常的过程调用相比,状态机在系统结构上允许更大的灵活性。使用状态机,发出请求的客户端不会延迟到该请求被处理为止,并且请求的输出可以发送到发出请求的客户端以外的某个地方。我们还没有遇到过无法在状态机和客户端方面进行干净编程的应用程序。
本文讨论了容错飞行控制系统的设计和开发,这是作者硕士学位论文研究要求的一部分。该项目考虑了安全关键系统、可靠系统、容错系统、航空电子和嵌入式系统的要求。拜占庭弹性和共模故障避免目前被认为超出了这项工作的范围。为这项工作设计的容错系统设置为三重模块冗余系统,以容忍系统内存在一个故障。该系统采用 PC/104 嵌入式 PC 平台实现。Microsoft Flight Simulator 被用作测试平台来生成输入数据并通过展示由飞行控制系统控制的飞行来演示成功的操作。最终结果表明,可以开发一个容错系统来在系统运行时成功容忍一个故障。
在外太空中有超过21000个对象,并暴露于苛刻的空间环境中。空间对象的大小有很大变化。我们的研究集中于小型卫星,例如立方体,这些卫星必须尊重时间,空间和能量限制。为了解决此问题,本文介绍并评估了两个容忍在线调度算法算法:算法将所有任务安排为Aperiodic(称为OneOff),而将到达任务放置为Aperiodic或Quartiac ofic odic或周期性任务(称为Oneoff&Cyclic)。基于几种情况,结果表明,订购策略的性能受到系统负载的影响以及与要执行的所有任务的简单和双重任务的比例。“最早的截止日期”和“最早到达时间”为Oneoff的订购政策,或“最小懈怠”订购策略,用于单一和周期性,拒绝所有测试的场景中最小任务。本文还介绍了评估订购策略实时性能的计划时间的分析,并表明Oneoff比OneOff&Cyclic所需的时间更少。最后,发现所研究的算法在恶劣的环境中的性能也很好,并提供与基于三重模块化冗余的系统相同的可靠性水平,系统功耗较少。
N.C. Audsley、M. Burke 英国航空航天可靠计算系统中心,约克大学计算机科学系,约克 Y01 5DD,英国。{neil,baemike}@cs.york.ac.uk 摘要——本文探讨了通过重新配置将高级容错形式引入安全关键型航空电子系统的问题。这是在分布式集成航空电子系统发生故障后提高可用性所必需的(与静态联合系统相比)。采取的方法是确定从当前架构到包含或多或少重新配置的架构的迁移路径。确定的其他挑战包括开发过程的变化;增量和灵活的时间和安全性分析;适用于安全关键系统的可配置内核。目录
随着计算机在应用领域的应用日益广泛,例如过程工业中危险化工厂和核反应堆的控制、国防中的战斗管理和武器运载、医疗保健中的重症监护和诊断系统以及空中和高速地面交通的控制系统,实时计算机控制系统中容错和可靠性问题的重要性很容易得到重视。在这些系统中使用计算机进行故障检测和诊断以及系统重新配置,有可能大大提高实时系统的运行效率。计算机系统是监控和控制设备的主要组成部分,其故障可能导致灾难性的后果,因此,只有在充分证明其所需的可靠性水平后才能安装此类系统。
自第一台计算机问世以来,硬件组件的可靠性不断提高,令人瞩目。然而,设计软件和程序变得越来越复杂,并带来越来越多的问题。仅硬件组件的可靠性不再保证计算系统所需的质量和安全性。作为这些问题的最新示例,我们可以提到 Pentium 浮点单元中众所周知的设计缺陷,该缺陷阻碍了其商业发布。然而,并不是每个人都知道,设计缺陷在任何处理器的推出中都很常见,并且通用微处理器中的许多错误甚至尚未被发现。其他一些缺陷 [Lapr98] 值得一提:在 1991 年 2 月的海湾战争中,出现了令人担忧的导弹故障报告。1992 年 11 月,伦敦救护车服务的通信系统发生故障。1993 年 6 月,法国全国连续两天没有授权信用卡交易。所有这些缺陷都经过调查并确定了其原因,但不能保证类似的事情不会在任何时候再次发生。