網絡化控制系統(tǒng)瞬時故障恢復和安全控制研究.pdf

1、網絡化的控制系統(tǒng)已經成為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的主要方式，其運行安全受到了廣泛的關注。隨著系統(tǒng)規(guī)模變大和復雜程度提高，設計缺陷和外部擾動引起的瞬時故障，已成為網絡化控制系統(tǒng)運行安全的主要威脅。目前，針對網絡化控制系統(tǒng)瞬時故障，尚沒有系統(tǒng)化的有效控制方法。在此背景下，本文提出了以瞬時故障傳播分析為基礎的瞬時故障檢測和恢復及安全控制方法，利用基于本體論的系統(tǒng)建模知識，建立以對象為中心的系統(tǒng)抽象層模型和以系統(tǒng)為中心的工作流模型，根據模型元素關系從兩個方

2、面進行瞬時故障傳播分析，并依據傳播影響及影響軌跡，建立層次化的多重故障檢測和故障恢復策略，使得在瞬時故障傳播影響的早期區(qū)域實現(xiàn)故障檢測和恢復及安全控制，保障系統(tǒng)在瞬時故障影響下依然能滿足安全控制需求。本文的主要內容概括如下：
　　首先，總結了網絡化控制系統(tǒng)瞬時故障致因及特性，分析了瞬時故障檢測和恢復及安全控制的需求，指出了瞬時故障恢復及安全控制關鍵技術，并針對實現(xiàn)重難點進行了討論，給出了基于系統(tǒng)監(jiān)測環(huán)節(jié)、瞬時故障傳播分析環(huán)節(jié)、瞬時

3、故障檢測環(huán)節(jié)、瞬時故障恢復策略制定環(huán)節(jié)和恢復策略執(zhí)行環(huán)節(jié)構成的瞬時故障恢復及安全控制閉環(huán)控制框架和結構。
　　然后，針對現(xiàn)有瞬時故障傳播分析方法中傳播分析模型無法全面表達系統(tǒng)知識的不足，在瞬時故障傳播方式分析的基礎上，提出了基于全面系統(tǒng)知識的瞬時故障傳播分析方法。利用本體論建模知識，建立了系統(tǒng)FBS（Function，Behavior and Structure）模型和工作流任務模型，利用模型，從以對象為中心和以系統(tǒng)為中心的本體論

4、角度，有效發(fā)掘了瞬時故障傳播影響及影響軌跡，并基于AADL及其擴展實現(xiàn)了將兩種模型統(tǒng)一表示的瞬時故障傳播分析仿真平臺，結合案例分析，驗證了故障傳播分析方法有效性，為系統(tǒng)化實現(xiàn)瞬時故障恢復及安全控制奠定了基礎。
　　接著，針對瞬時故障難以定位和枚舉及其檢測對傳播影響依賴的特性，提出了基于傳播分析的層次化故障檢測方法。利用瞬時故障在網絡化控制系統(tǒng)節(jié)點層和系統(tǒng)層的不同表現(xiàn)，設置層次化的故障檢測，將瞬時故障限制在一定的影響區(qū)域實現(xiàn)檢測，給

5、出了節(jié)點級和系統(tǒng)級參數(shù)匹配及基于模型的瞬時故障檢測流程，結合液體混合控制系統(tǒng)仿真模型進行了瞬時故障檢測仿真驗證，驗證了基于傳播分析的層次化故障檢測方法的有效性。
　　接下來，針對網絡化控制系統(tǒng)瞬時故障恢復受系統(tǒng)資源約束的問題，提出了基于瞬時故障傳播影響進行故障恢復點選擇和故障恢復策略制定的瞬時故障恢復方法，并給出了多可用恢復策略的優(yōu)化選擇過程。根據瞬時故障傳播影響軌跡，選擇恢復點進行故障恢復；利用瞬時故障對控制和數(shù)據的影響，建立故

6、障恢復策略庫，并基于恢復策略庫中的恢復手段，同時考慮恢復點選擇的非唯一性，利用任務可調度性分析和恢復效果評估，給出了瞬時故障恢復策略的優(yōu)化方法，結合簡化的精確加工位置控制系統(tǒng)仿真模型進行了故障恢復方法的可行性和有效性驗證。
　　實踐方面，針對隧道施工安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全需求，以瞬時故障恢復及安全控制為目標，對系統(tǒng)安全約束進行了分析，分析了系統(tǒng)中瞬時故障對系統(tǒng)安全的影響，并基于瞬時故障的傳播影響進行了層級化故障檢測和恢復設置，結合原型