網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)瞬時(shí)故障恢復(fù)和安全控制研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的主要方式，其運(yùn)行安全受到了廣泛的關(guān)注。隨著系統(tǒng)規(guī)模變大和復(fù)雜程度提高，設(shè)計(jì)缺陷和外部擾動(dòng)引起的瞬時(shí)故障，已成為網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)運(yùn)行安全的主要威脅。目前，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)瞬時(shí)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(shí)故障傳播分析為基礎(chǔ)的瞬時(shí)故障檢測和恢復(fù)及安全控制方法，利用基于本體論的系統(tǒng)建模知識(shí)，建立以對(duì)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(jù)模型元素關(guān)系從兩個(gè)方

2、面進(jìn)行瞬時(shí)故障傳播分析，并依據(jù)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(fù)策略，使得在瞬時(shí)故障傳播影響的早期區(qū)域?qū)崿F(xiàn)故障檢測和恢復(fù)及安全控制，保障系統(tǒng)在瞬時(shí)故障影響下依然能滿足安全控制需求。本文的主要內(nèi)容概括如下：
　　首先，總結(jié)了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)瞬時(shí)故障致因及特性，分析了瞬時(shí)故障檢測和恢復(fù)及安全控制的需求，指出了瞬時(shí)故障恢復(fù)及安全控制關(guān)鍵技術(shù)，并針對(duì)實(shí)現(xiàn)重難點(diǎn)進(jìn)行了討論，給出了基于系統(tǒng)監(jiān)測環(huán)節(jié)、瞬時(shí)故障傳播分析環(huán)節(jié)、瞬時(shí)

3、故障檢測環(huán)節(jié)、瞬時(shí)故障恢復(fù)策略制定環(huán)節(jié)和恢復(fù)策略執(zhí)行環(huán)節(jié)構(gòu)成的瞬時(shí)故障恢復(fù)及安全控制閉環(huán)控制框架和結(jié)構(gòu)。
　　然后，針對(duì)現(xiàn)有瞬時(shí)故障傳播分析方法中傳播分析模型無法全面表達(dá)系統(tǒng)知識(shí)的不足，在瞬時(shí)故障傳播方式分析的基礎(chǔ)上，提出了基于全面系統(tǒng)知識(shí)的瞬時(shí)故障傳播分析方法。利用本體論建模知識(shí)，建立了系統(tǒng)FBS（Function，Behavior and Structure）模型和工作流任務(wù)模型，利用模型，從以對(duì)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(shí)故障傳播影響及影響軌跡，并基于AADL及其擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)了將兩種模型統(tǒng)一表示的瞬時(shí)故障傳播分析仿真平臺(tái)，結(jié)合案例分析，驗(yàn)證了故障傳播分析方法有效性，為系統(tǒng)化實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)故障恢復(fù)及安全控制奠定了基礎(chǔ)。
　　接著，針對(duì)瞬時(shí)故障難以定位和枚舉及其檢測對(duì)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(shí)故障在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)層和系統(tǒng)層的不同表現(xiàn)，設(shè)置層次化的故障檢測，將瞬時(shí)故障限制在一定的影響區(qū)域?qū)崿F(xiàn)檢測，給

5、出了節(jié)點(diǎn)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)參數(shù)匹配及基于模型的瞬時(shí)故障檢測流程，結(jié)合液體混合控制系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行了瞬時(shí)故障檢測仿真驗(yàn)證，驗(yàn)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(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)瞬時(shí)故障恢復(fù)受系統(tǒng)資源約束的問題，提出了基于瞬時(shí)故障傳播影響進(jìn)行故障恢復(fù)點(diǎn)選擇和故障恢復(fù)策略制定的瞬時(shí)故障恢復(fù)方法，并給出了多可用恢復(fù)策略的優(yōu)化選擇過程。根據(jù)瞬時(shí)故障傳播影響軌跡，選擇恢復(fù)點(diǎn)進(jìn)行故障恢復(fù)；利用瞬時(shí)故障對(duì)控制和數(shù)據(jù)的影響，建立故

6、障恢復(fù)策略庫，并基于恢復(fù)策略庫中的恢復(fù)手段，同時(shí)考慮恢復(fù)點(diǎn)選擇的非唯一性，利用任務(wù)可調(diào)度性分析和恢復(fù)效果評(píng)估，給出了瞬時(shí)故障恢復(fù)策略的優(yōu)化方法，結(jié)合簡化的精確加工位置控制系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行了故障恢復(fù)方法的可行性和有效性驗(yàn)證。
　　實(shí)踐方面，針對(duì)隧道施工安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全需求，以瞬時(shí)故障恢復(fù)及安全控制為目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)安全約束進(jìn)行了分析，分析了系統(tǒng)中瞬時(shí)故障對(duì)系統(tǒng)安全的影響，并基于瞬時(shí)故障的傳播影響進(jìn)行了層級(jí)化故障檢測和恢復(fù)設(shè)置，結(jié)合原型