[发明专利]一种对冗余系统进行可靠性分析的方法

说明书

技术领域

本发明属于信息处理领域，涉及一种可编程自动化控制器 (ProgrammableAutomationController，PAC)中的容错机制技术， 尤其涉及利用马尔科夫状态转移图对冗余系统进行可靠性分析的 方法。

背景技术

当今的自动化技术发展迅速，正处于一个快速变革的时代。 从半导体到消费类电子产品再到汽车和航空制造业、轻工业以及 大型流程工业等多种不同的工业领域，都面临着日益激烈的全球 竞争压力，需要进一步降低成本、缩短产品生命周期，并能够迅 速完成产品的更新换代。采用最新的自动化技术正是解决这一系 列问题的有效手段，而高端可编程自动化系统随之而生。

在现有技术中，高端的自动化控制系统主要包括可编程逻辑 控制器(ProgrammableLogicalController，PLC)、PC-BASE控制、 可编程自动化控制器(ProgrammableAutomationController，PAC) 等。以PAC为例，其是一种基于开放的工业标准、具有多领域功 能和通用开放平台、高性能的控制器，它集合了可编程逻辑控制 器和PC控制的优点。具体而言，PAC作为一种多功能的控制平台， 用户可以根据系统的需要，组合和搭配相关的技术和产品以实现 功能的侧重。由于PAC系统是基于同一发展平台进行开发，所以 它保证了控制系统的各功能模块具有统一性。

另一方面，PAC系统涉及的关键技术大致包括：控制引擎、 标准通用开放的实时操作系统、嵌入式系统设计、容错机制及故 障诊断算法等。其中，容错控制(Fault-tolerantControl)是实现 PAC容错机制的关键技术之一，其主要思想是利用系统的冗余资 源来实现故障容错。在此，故障容错是指，如果一个系统在出现 一定的运行性故障时，能够依靠系统内部的能力仍保持系统连续 正确地执行其程序和输入输出功能。

此外，系统的可靠性是分析故障容错机制非常重要的性能指 标。为了保证大型生产设备的可靠运行、减小重大恶性事故的发 生，提高系统的可靠性是极其重要的。而冗余技术是系统可靠性 和安全性设计中一种常用的技术，它是提高系统可靠性和安全性 最为有效的方法之一。这里，冗余技术是指利用多余的资源，当 系统的某一部分出现故障时，可以由冗余部分的资源替代故障部 分来工作，以保证系统在规定的时间内正常完成规定的功能。容 错技术是建立在资源冗余的基础上的，可以说冗余技术是容错技 术的核心。冗余设计是可靠性设计技术之中最重要的方法之一。 在计算机系统中可供利用的冗余资源有硬件冗余和软件冗余。其 中，硬件冗余是用增加硬件设备的方法掩盖故障造成的影响，即 当计算机系统在发生局部故障时，替换备份硬件参与运行，从而 使系统在不中断当前任务的前提下仍能保持正常工作。例如，硬 件冗余可以采用双重或多重备份的方法来实现，同时需要建立起 冗余的信号通道，它允许设备的一个或几个关键部件失效，并对 故障具有识别和切换功能。相比之下，软件冗余是利用其冗余经 验来解决软件容错问题。软件冗余采用故障检测与屏蔽、控制器 重构、N个程序算法等方法，使其对故障具有自动处理的能力，并 利用系统中不同部件在功能上的冗余性来实现故障容错。

发明内容

本发明的目的之一是在于，提供一种利用马尔科夫状态转移 图对冗余系统进行可靠性分析的方法，当采用多模冗余结构进行 容错系统设计时，对PAC系统中的各种常用冗余结构进行了可靠 性分析，运用马尔科夫状态转移法对不同结构的马尔科夫状态予 以总结并计算其可靠性。最后根据仿真结果来确定每个冗余结构 的特点，为系统的可靠性设计提供了重要的参考依据。

依据本发明的一个方面，提供了一种利用马尔科夫状态转移 图对冗余系统进行可靠性分析的方法，包括以下步骤：

预先设定对所述冗余系统进行可靠性分析的条件；

根据所述冗余系统的结构，对所述冗余系统进行马尔科夫状 态分析；

计算所述冗余系统中的所有状态的每个状态间的马尔科夫状 态转移概率，绘制对应的马尔科夫状态转移图；

根据所述马尔科夫状态转移图以及每个状态间的马尔科夫状 态转移概率，获取每个状态的工作概率计算公式；以及

对所述工作概率计算公式进行拉普拉斯变换，计算并分析所 述冗余系统的可靠性。