基于故障预测的智能容错计算机系统

论文导读：我们称这样的容错系统为基于故障预测的容错系统。则这样的容错计算机系统就是基于故障预测的智能容错计算机系统。
关键词：容错计算机，故障检测，故障预测
 

1.概述

计算机系统在采取了各种容错措施后，可靠性有了较大程度的提高。但实际应用中，经常在系统冗余资源未耗尽的情况下发生系统失效。其原因是：①系统设计不当；②故障范围比较大，超出了系统的容错能力；③在容错措施发挥作用之前系统就已经崩溃了。上述情况仅仅从计算机逻辑级和信息级进行容错设计已不能很好地达到预定的目的，应采取更主动的措施来避免系统失效。如在某个部件故障前，由计算机控制将其切换掉，或者采取一些保护性措施，防止发生重大故障。基于这种思想的容错系统是一种更先进的容错系统，它利用传感器技术来检测系统自身的状况，使计算机控制系统在发生故障时不仅具备一定的容错能力，而且在故障前就可采取必要的措施，防止系统失效，我们称这样的容错系统为基于故障预测的容错系统。如果将人工智能的成果同故障预测、故障诊断和系统重构结合起来，则这样的容错计算机系统就是基于故障预测的智能容错计算机系统。论文格式。这种智能容错系统首先要对系统故障前征兆进行收集和预测，结构上与一般容错计算机系统相比要进行扩展，使之不仅可象一般的容错计算机一样能容错，而且可根据系统中各部件工作状况，在系统发生故障前就对要发生故障的部件采取容错措施，有效地防止了系统失效，提高了容错计算机系统的可靠性。

2.故障前征兆与提取

实践中人们发现，大多数故障在发生前均已表现出一定的征兆。通过故障征兆的提取和分析，可有效地避免故障发生或防止系统失效。

2.1热效应（红外特征）

电子器件在工作过程中一般都伴随着一定的发热现象，此即热效应。大功率电子器件的热效应是显著的，且高温也是造成器件性能下降、热疲劳和早期损坏的主要原因。论文格式。研究表明，器件内局部温度过高是造成大功率晶体管二次击穿的主要原因[1]，而二次击穿将造成大功率晶体管的永久损坏。器件使用过程中，其温升、功耗和热阻满足关系：

（1）

进入热平衡状态后，一般为一稳定的常值或在一个正常的范围内波动。当发生快速升高时，为保护器件需采取保护性措施如改变激励方式、强制散热甚至降低电源电压等，防止器件失效，或在器件失效之前进入安全状态。

2.2电效应

电效应可直接反映电路的工作状态，通过设置检测点，可方便地在线测出系统工作时的各种电效应，如电压和电流等。当发现某元件电特性变化超出正常值范围，可直接启动容错机制或对故障采取隔离等措施，防止故障的曼延。

2.3 应变效应

一些关键的执行机构，在使用过程中由于疲劳、驱动等原因造成应力集中并发生形变，这些形变达到一定程度会造成毁灭性故障。通过对关键执行机构进行应变效应检测，将应变信号作为反馈信号送到驱动装置，当达到执行机构所能承受的最大应力时，自动限制驱动力的大小，使其保持在某一范围。

2.4 电磁效应

计算机控制系统是以计算机为核心的控制系统，而计算机是一个统一时钟下的时序机，它会不断发出各种各样的电磁波，由于指令序列的变化对辐射的电磁波产生了调制作用，调制到辐射电磁波上的低频分量就象被执行程序的“频谱”一样，同程序的运行状态是一一对应的，通过对这些低频分量的检测与识别，可提取出程序是否处于正常运行状态的信息，对系统的监控具有比较实用的意义。

3.征兆分析及故障预测

3.1故障前征兆的时域分析方法

原始检测信号多为随机过程，很难用于故障预测，必须将提取的信号进行数学处理，求出反映器件工作特征的参数，包括信号的均值、方差、自相关函数以及由时间序列分析方法所得的模型参数、模型残差等。时域参数通常对故障不十分敏感，但是对其计算有固定公式和快速算法，可用于实时性较强的工作状况识别，通过对这些时域参数的识别能迅速判别当前器件所处的工作状态是正常还是异常。

表征器件总体平均态势的信息主要是信号强度、均值、方差、相关矩阵等，定义为，反映器件运行状态相对初始设定状态的偏离程度，这种偏离越大，也越大，超出一定范围则认为器件已进入不正常工作范围，预示着将要发生故障。设，分别为k时刻、k-1时刻反映器件运行状态的状态信息参数，则为k时刻的状态信息变化率，相对变化率越大，也越大，超过一定的变化阈值，则认为器件受到较大的应力冲击，若持续较大，则预示着很快就会发生故障。综合利用参数和，就能全面表征器件运行状态，实现对器件故障的预测和预防，增加容错系统的可靠性。

 1/3    1 2 3 下一页 尾页