CN113595763B - 容错控制方法、装置及容错控制器和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种容错控制方法、装置及容错控制器和存储介质。容错控制方法包括：建立与数据传输模块之间的网络通讯链路；数据传输模块对应连接目标动态系统；通过网络通讯链路获取数据传输模块从目标动态系统采集并发送的系统运行数据；选定容错控制算法并根据系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量；通过网络通讯链路将容错控制量发送至数据传输模块，通过数据传输模块传输至目标动态系统以执行容错控制。采用本发明，可提高应用的可迁移性。

Description

容错控制方法、装置及容错控制器和存储介质

技术领域

本发明涉及动态系统技术领域，尤其涉及一种容错控制方法、装置及容错控制器和存储介质。

背景技术

动态系统是指状态随时间而变化的系统；近年来，大量动态系统被广泛应用于生产生活的各个方面中，例如化工、冶炼、发电、公共交通等。动态系统通常由数量众多的包括传感类器件和执行类器件在内的元部件组成，且其模型复杂，设备集成度高，因而其可靠和安全运行的问题也受到愈来愈多的关注；尤其是对于一些大型动态系统(如热电系统、石油精炼系统等)以及与人关系紧密的系统 (例如飞机、船舶等)，其故障或事故的发生，可能造成严重的财产甚至人身损失。因此，开发一套在发生故障时仍能保证动态系统正常运行的容错控制平台十分必要。

目前动态系统常用的容错控制平台，往往是针对对象系统进行单独设计的，只能在一个特定的对象系统上使用，其控制器往往直接通过电气连接的方式耦合在控制回路中。如果对象系统的结构甚至仅仅是电气接口发生改变，就可能需要对平台的软硬件进行重新设计，这不仅导致平台的可迁移性较差，且在实际应用中可能造成较大的资源浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有技术中容错控制方案的可迁移性差、造成较大资源浪费的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种容错控制方法、装置及容错控制器和存储介质。

一种容错控制方法，其包括：

建立与数据传输模块之间的网络通讯链路；所述数据传输模块对应连接目标动态系统；

通过所述网络通讯链路获取所述数据传输模块从所述目标动态系统采集并发送的系统运行数据；

选定容错控制算法并根据所述系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量；

通过所述网络通讯链路将所述容错控制量发送至所述数据传输模块，通过所述数据传输模块传输至所述目标动态系统以执行容错控制。

在其中一个实施例中，所述数据传输模块包括连接所述目标动态系统的传感器的第一数据传输模块和连接所述目标动态系统的执行机构的第二数据传输模块；

所述通过所述网络通讯链路获取所述数据传输模块从所述目标动态系统采集并发送的系统运行数据，包括：通过所述网络通讯链路获取所述第一数据传输模块从所述目标动态系统的传感器采集并发送的测量数据，以及获取所述第二数据传输模块从所述目标动态系统的执行机构采集并发送的监测数据；

所述通过所述网络通讯链路将所述容错控制量发送至所述数据传输模块，包括：通过所述网络通讯链路将所述容错控制量发送至所述第二数据传输模块。

在其中一个实施例中，所述建立与数据传输模块之间的网络通讯链路，包括：

检测与所述数据传输模块之间的无线通信质量；

在所述无线通信质量达到预设质量要求时，建立无线通讯链路；

在所述无线通信质量未达到预设质量要求时，建立与网络设备之间的有线通讯链路/无线通讯链路，通过所述网络设备与所述数据传输模块进行无线通信。

在其中一个实施例中，所述建立与数据传输模块之间的网络通讯链路之后，还包括：

接收用户输入的故障模拟信息；

选定容错控制算法并根据所述故障模拟信息和所述数据传输模块发送的系统运行数据进行容错控制，得到所述容错控制算法输出的容错控制量作为模拟控制量；

根据所述模拟控制量输出算法性能评估提示信息，所述算法性能评估提示信息用于提示对输出所述模拟控制量的容错控制算法进行性能评估。

在其中一个实施例中，所述选定容错控制算法并根据所述系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量，包括：

若满足所述预设的算法比较条件，则确定待比较的容错控制算法；

依次采用所述待比较的容错控制算法根据所述系统运行数据进行容错控制，得到各所述待比较的容错控制算法输出的容错控制量；

根据各所述待比较的容错控制算法输出的容错控制量输出算法比较选择提示信息，所述算法比较选择提示信息用于提示对各所述待比较的容错控制算法进行比较并选择；

接收根据所述算法比较选择提示信息输入的选择指令，根据所述选择指令选择所对应的容错控制算法；

若不满足预设的算法比较条件，则选择预指定的容错控制算法；

采用选择的容错控制算法根据所述系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量。

在其中一个实施例中，所述选定容错控制算法并根据所述系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量之后，还包括：

若选定的容错控制算法输出故障诊断结果，则将所述故障诊断结果发送至显示装置进行显示。

在其中一个实施例中，所述通过所述网络通讯链路将所述容错控制量发送至所述数据传输模块之后，还包括：

通过所述网络通讯链路，获取所述数据传输模块在所述目标动态系统根据所述容错控制量执行容错控制之后采集并发送的系统运行数据，作为容错反馈数据；

将所述容错反馈数据发送至显示装置进行显示。

一种容错控制器，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下步骤：

建立与数据传输模块之间的网络通讯链路；所述数据传输模块对应连接目标动态系统；

通过所述网络通讯链路获取所述数据传输模块从所述目标动态系统采集并发送的系统运行数据；

选定容错控制算法并根据所述系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量；

通过所述网络通讯链路将所述容错控制量发送至所述数据传输模块，通过所述数据传输模块传输至所述目标动态系统以执行容错控制。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：

建立与数据传输模块之间的网络通讯链路；所述数据传输模块对应连接目标动态系统；

通过所述网络通讯链路获取所述数据传输模块从所述目标动态系统采集并发送的系统运行数据；

选定容错控制算法并根据所述系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量；

通过所述网络通讯链路将所述容错控制量发送至所述数据传输模块，通过所述数据传输模块传输至所述目标动态系统以执行容错控制。

一种容错控制装置，包括数据传输模块和上述的容错控制器，所述数据传输模块和所述容错控制器通信连接，且所述数据传输模块用于连接目标动态系统；

所述数据传输模块采集所述目标动态系统的系统运行数据并发送至所述容错控制器，以及接收所述容错控制器返回的容错控制量并传输至所述目标动态系统。

在其中一个实施例中，所述数据传输模块包括第一数据传输模块和第二数据传输模块，所述第一数据传输模块和所述第二数据传输模块均与所述容错控制器通信连接，所述第一数据传输模块用于连接所述目标动态系统的传感器，所述第二数据传输模块用于连接所述目标动态系统的执行机构；

所述第一数据传输模块采集所述传感器的测量数据；所述第二数据传输模块采集所述执行机构的监测数据，以及接收所述容错控制器返回的容错控制量并传输至对应的执行机构。

在其中一个实施例中，所述第二数据传输模块包括处理模块、通信模块、信号输入接口和信号输出接口；所述处理模块连接所述通信模块、所述信号输入接口和所述信号输出接口，且所述信号输入接口和所述信号输出接口连接所述执行机构，所述通信模块用于与所述容错控制器通信连接。

在其中一个实施例中，上述容错控制装置还包括网络设备，所述数据传输模块与所述网络设备无线通信，所述容错控制器与所述网络设备无线通信/有线通信。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

与目标动态系统对应连接的数据传输模块建立网络通讯链路，通过网络通讯链路从数据传输模块获取目标动态系统的系统运行数据，采用选定的容错控制算法根据系统运行数据进行容错控制得到容错控制量，再通过网络通讯链路将容错控制量返回至目标动态系统执行容错控制；如此，通过网络通信的方式进行数据获取和控制量的返回，采用网络化控制方式实现对目标动态系统的容错控制，使得面向不同类型的目标动态系统，无需重新开发专用硬件设备而仅需要对相应的软件设计进行微调即可应用，通用性高，可以提高应用的可迁移性。

附图说明

通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本发明公开的范围。其中所包括的附图是：

图1为一个实施例中容错控制方法的流程示意图；

图2为另一个实施例中容错控制方法的流程示意图；

图3为一个实施例中容错控制装置的结构框图；

图4为一个实施例中第二数据传输模块的结构框图；

图5为一个实施例中容错控制装置通讯链路的结构示意图；

图6为另一个实施例中容错控制装置的结构图；

图7为一个实施例中容错控制器的软件整体结构示意图；

图8为一个实施例中容错控制器的窗口与缓存区数据交互示意图；

图9为一个实施例中容错控制器软件数据通讯窗口的模块设计示意图；

图10为一个实施例中容错控制器的设备信息管理存储区设计示意图；

图11为一个实施例中容错控制器的容错控制窗口的模块化设计示意图；

图12为一个实施例中容错控制器的故障注入窗口的模块化设计示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

在一个实施例中，提供了一种容错控制方法，可以应用于容错控制器，如图 1所示，该方法包括：

S110：建立与对应连接目标动态系统的数据传输模块之间的网络通讯链路。

其中，目标动态系统是容错控制的目标对象，是一种动态系统。数据传输模块对应连接目标动态系统，与目标动态系统对应接口连接，具体地，数据传输模块与目标动态系统可以是通过电气接口对应连接。数据传输模块的总数量可以有多个，而与当前需要分析的目标动态系统对应连接的数据传输模块可以是总的数据传输模块中的一部分或者全部。具体地，可以由工作人员分析目标动态系统，确定目标动态系统所需要的数据传输模块的数量，将目标动态系统与数据传输模块进行连接。

具体地，数据传输模块包括多种不同电气接口类型的输入接口，用于对接目标动态系统中的不同电气接口类型的电气接口；可以理解，也可以是数据传输模块包括兼容多种电气接口类型的输入接口。具体地，对应连接目标动态系统的数据传输模块布局好，容错控制器建立与数据传输模块之间的网络通讯链路，用于与数据传输模块通信。

S130：通过网络通讯链路获取数据传输模块从目标动态系统采集并发送的系统运行数据。

其中，系统运行数据是容错控制需要用到的目标动态系统的数据；例如，对车辆系统进行容错控制的算法，需要分析车速等数据，则系统运行数据包括车速等数据。具体地，数据传输模块在目标动态系统运行过程中采集系统运行数据，采集后通过网络通讯链路发送，对应地，容错控制器通过网络通讯链路接收数据传输模块发送的系统运行数据。

S150：选定容错控制算法并根据系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量。

容错控制算法是用于对目标动态系统进行容错控制的算法，可以根据系统运行数据进行容错控制，处理得到容错控制量作为输出。具体地，容错控制器选定容错控制算法后，采用容错控制算法根据系统运行数据进行容错控制，得到容错控制量。其中，容错控制量是执行容错控制所需要用到的控制量。

S170：通过网络通讯链路将容错控制量发送至数据传输模块，通过数据传输模块传输至目标动态系统以执行容错控制。

通过将容错控制量发送至数据传输模块，由数据传输模块将容错控制量传输至目标动态系统，目标动态系统根据容错控制量执行容错控制，从而实现对目标动态系统的容错控制。

上述容错控制方法，与目标动态系统对应连接的数据传输模块建立网络通讯链路，通过网络通讯链路从数据传输模块获取目标动态系统的系统运行数据，采用选定的容错控制算法根据系统运行数据进行容错控制得到容错控制量，再通过网络通讯链路将容错控制量返回至目标动态系统执行容错控制；如此，通过网络通信的方式进行数据获取和控制量的返回，采用网络化控制方式实现对目标动态系统的容错控制，使得面向不同类型的目标动态系统，仅需对软件部分进行微调而不需要重新开发专用硬件设备，通用性高，可以提高应用的可迁移性。

动态系统一般包括传感器和执行机构在内。在其中一个实施例中，数据传输模块包括连接目标动态系统的传感器的第一数据传输模块和连接目标动态系统的执行机构的第二数据传输模块。工作人员可以对目标动态系统中需要被采集数据的传感器和执行机构分别设置对应的数据传输模块；比如工作人员对目标动态系统的传感器和执行机构进行分析整理归类，以明确系统的结构和控制回路，并明确传感器和执行机构的数量，以布局数据传输模块。具体地，一个第一数据传输模块连接一个传感器，一个第二数据传输模块连接一个执行机构。

具体地，系统运行数据包括传感器的测量数据和执行机构的监测数据；其中，测量数据是传感器测量得到的数据，监测数据可以是反映执行机构工作状态的数据。步骤S130包括：通过网络通讯链路获取第一数据传输模块从目标动态系统的传感器采集并发送的测量数据，以及获取第二数据传输模块从目标动态系统的执行机构采集并发送的监测数据。步骤S170包括：通过网络通讯链路将容错控制量发送至第二数据传输模块。

通过第一数据传输模块采集目标动态系统中传感器的测量数据，第二数据传输模块采集目标动态系统中执行机构的监测数据。容错控制器接收第一数据传输模块发送的测量数据和第二数据传输模块发送的监测数据，采用选定的容错控制算法根据测量数据和监测数据进行容错控制，得到容错控制量并反馈至第二数据传输模块，由第二数据传输模块将容错控制量返回至执行机构，使得执行机构根据容错控制量执行容错控制，操作便利。

在其中一个实施例中，步骤S110包括：检测与数据传输模块之间的无线通信质量；在无线通信质量达到预设质量要求时，建立无线通讯链路；在无线通信质量未达到预设质量要求时，建立与网络设备之间的有线通讯链路/无线通讯链路，通过网络设备与数据传输模块进行无线通信。

其中，预设质量要求可以根据实际需要的通信质量高低进行设置。网络设备是数据传输模块与容错控制器之间的设备。网络设备的数量可以是一个，也可以有多个，多个网络设备之间有线连接。具体地，在容错控制器与数据传输模块之间的无线通信质量达到预设质量要求时，不需要使用网络设备，容错控制器与数据传输模块之间直接无线通信；在容错控制器与数据传输模块之间的无线通信质量不能达到预设质量要求时，接入网络设备，容错控制器通过网络设备与数据传输模块通信。

通过根据无线通信质量采用不同网络方式相结合的通信链路设计方式，可以保证网络传输的可靠性和设备布设的灵活性。具体地，数据传输模块与容错控制器之间的通讯协议将采用基于TCP/IP的协议，其中容错控制器作为服务器端 (Server)，其他数据传输模块作为客户端(Client)，这样的通讯协议可使得所有的通讯规制均由负责容错控制的容错控制器控制，从而保证控制量传输所需的可靠性和定时性。

在其中一个实施例中，步骤S110后，还包括：检测与数据传输模块的网络通讯是否正常，若正常，则执行步骤S130，否则重置网络通讯不正常的数据传输模块。

具体地，对于有多个数据传输模块的情况，在存在有网络通讯不正常的数据传输模块时，重置通讯不正常的数据传输模块；所有数据传输模块通讯正常的情况下，再执行步骤S130。通过检测通讯是否异常、对异常情况进行处理，可确保通讯的可靠性。

在其中一个实施例中，步骤S110之后，还包括步骤(a1)至步骤(a3)。

步骤(a1)：接收用户输入的故障模拟信息。

故障模拟信息是模拟故障所用的信息，比如可以包括故障类型、故障等级等。

步骤(a2)：选定容错控制算法并根据故障模拟信息和数据传输模块发送的系统运行数据进行容错控制，得到容错控制算法输出的容错控制量作为模拟控制量。

步骤(a2)可以于步骤S130之后执行。选定容错控制算法后，采用选定的容错控制算法根据故障模拟信息和系统运行数据进行容错控制，将容错控制算法输出的容错控制量作为模拟控制量，模拟控制量即在模拟故障的情况下进行容错的控制量。

步骤(a3)：根据模拟控制量输出算法性能评估提示信息。

其中，算法性能评估提示信息用于提示对输出模拟控制量的容错控制算法进行性能评估。比如，可以是将算法性能评估提示信息输出至显示屏进行显示，或者输出至其他用户终端。

具体地，容错控制器可以是根据模拟控制量查找对应的系统反馈数据，根据系统反馈数据生成包括系统反馈数据的算法性能评估提示信息。其中，系统反馈数据是假设模拟控制量输出至目标动态系统执行容错控制后、目标动态系统会产生的运行数据，可以反映容错控制的效果；具体地，可以预先存储各种控制量所对应的系统反馈数据。用户查看算法性能评估提示信息可以得到故障模拟下的目标动态系统的系统反馈数据，根据系统反馈数据对容错控制算法进行性能评估。或者，算法性能评估提示信息也可以是包括模拟控制量的信息，用户查看算法性能评估提示信息可以得到故障模拟下的容错控制量，根据故障模拟下的容错控制量对容错控制算法进行性能评估。

现有技术中的容错控制平台主要关注某种特定容错控制算法在环的正常运行，但对于一些结构复杂、设备众多的大规模系统，其容错控制策略及其运行环境也相对复杂，如果未经过实时运行的验证就投入实际运行，就可能存在因算法在实际复杂环境中运行而失效的潜在风险。本实施例支持用户输入故障模拟信息以进行故障注入，在模拟故障情况下进行容错控制，根据容错控制结果输出算法性能评估提示信息，以方便用户进行算法评估，从而提供一个针对动态系统的容错控制算法的验证与实时运行平台，让容错控制算法在故障注入的辅助下针对故障进行实时验证，以确认算法的可靠性。具体地，步骤(a2)可以选定多种容错控制算法分别进行处理，得到不同容错控制算法输出的容错控制量，从而实现对不同种类容错控制方法对各种故障类型的性能评估。

具体地，步骤(a1)至步骤(a5)可以是与步骤S150至步骤S170的容错控制异步实现，互不影响。比如，当需要进行算法验证的功能时，可以只执行步骤 S110、步骤S130、步骤(a1)至步骤(a5)，当需要进行实时运行过程的容错时，只需要执行步骤S110至步骤S170；从而，可以实现主要两种功能：各类容错控制算法的性能验证和实时运行功能。

在其中一个实施例中，步骤S150包括步骤(b1)至步骤(b9)。

步骤(b1)：若满足预设的算法比较条件，则确定待比较的容错控制算法；依次采用待比较的容错控制算法根据系统运行数据进行容错控制，得到各待比较的容错控制算法输出的容错控制量。

其中，预设的算法比较条件可以根据实际情况进行设置，可以包括接收到用户输入的比较指令。比如，用户需要对多种容错控制算法进行比较，输入比较指令；容错控制器接收到比较指令，则检测到满足预设的算法比较条件。具体地，待比较的容错控制算法可以预先设定，也可以实时由用户指定，比如比较指令可以包括用于指定待比较的容错控制算法的信息。

步骤(b3)：根据各待比较的容错控制算法输出的容错控制量输出算法比较选择提示信息。

其中，算法比较选择提示信息用于提示对各待比较的容错控制算法进行比较并选择。比如，可以是将算法比较选择提示信息输出至显示屏进行显示，或者输出至其他用户终端。

具体地，容错控制器可以是根据各待比较的容错控制算法输出的容错控制量查找对应的系统反馈数据，根据系统反馈数据生成包括系统反馈数据的算法比较选择提示信息。其中，系统反馈数据是假设待比较的容错控制算法输出的容错控制量输出至目标动态系统执行容错控制后、目标动态系统会产生的运行数据，可以反映容错控制的效果；具体地，可以预先存储各种控制量所对应的系统反馈数据。用户查看算法比较选择提示信息可以得到各个待比较的容错控制算法所对应的目标动态系统的系统反馈数据，根据系统反馈数据对容错控制算法进行性能比较和选择。或者，算法比较选择提示信息也可以是包括容错控制量的信息，用户查看算法比较选择提示信息可以得到待比较的容错控制算法的容错控制量，根据容错控制量对容错控制算法进行性能比较和选择。

步骤(b5)：接收根据算法比较选择提示信息输入的选择指令，根据选择指令选择所对应的容错控制算法。

用户根据选择提示信息选择性能最优的容错控制算法，输入选择指令，选择指令用于指定需要选择的容错控制算法。容错控制器接收到选择指令后，选择对应的容错控制算法，作为此次所用的容错控制算法。具体地，步骤(b5)之后，执行步骤(b9)。

步骤(b7)：若不满足预设的算法比较条件，则选择预指定的容错控制算法。

具体地，步骤(b7)之后，执行步骤(b9)。

步骤(b9)：采用选择的容错控制算法根据系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量。

通过在满足预设的算法比较条件时，采用待比较的容错控制算法输出容错控制量，并根据各容错控制量输出算法比较选择提示信息，辅助用户对多个待比较的容错控制算法进行性能比较选择，最后采用选定的容错控制算法，可以实现多种容错控制算法在实际运行中的控制性能比较，从而进行容错控制算法的优选，尤其是针对一些用户特别关心或经常发生的故障的容错控制性能比较。

在其中一个实施例中，步骤S150之后，还包括：若选定的容错控制算法输出故障诊断结果，则将故障诊断结果发送至显示装置进行显示。

有些类型的容错控制算法除了输出容错控制量之外，还输出故障诊断结果。而现有技术中的容错控制平台，往往仅仅关注了对动态系统的容错控制功能，对于容错控制中产生的一些辅助性结果，例如容错控制算法中产生的故障诊断结果，并不处理。本实施例在获取到选定的容错控制算法输出的故障诊断结果时，将故障诊断结果发送至显示装置进行输出，从而提供给用户进行展示，对用户进行后续的系统及故障设备的维护有着重大的意义。

在其中一个实施例中，步骤S170之后，还包括：通过网络通讯链路，获取数据传输模块在目标动态系统根据容错控制量执行容错控制之后采集并发送的系统运行数据，作为容错反馈数据；将容错反馈数据发送至显示装置进行显示。

数据传输模块将容错控制量返回至目标动态系统，目标动态系统基于容错控制量执行容错控制，之后数据传输模块从目标动态系统中再采集系统运行数据，得到容错反馈数据。容错反馈数据可以反映目标动态系统执行容错控制后的情况。通过将容错反馈数据发送至显示装置进行显示，可以方便用户查看。

如图2所示，为一个具体地实施例中容错控制方法的流程图。以容错控制方法应用于对载人潜航器进行容错控制为例；载人潜航器上已有若干传感器(如氧气传感器、温湿度传感器、罗盘、倾角仪、漏水检测传感器、声纳、推进器电流测量传感器、推进器转速测量传感器等)，以及若干执行机构(如推进器、纵倾调节阀、泵、水银马达等)，根据传感器及执行机构的电气特性将其与指定数据传输模块的电气接口相连接，其中连接传感器的数据传输模块可采集传感器的数据并通过网络发送到容错控制器上，而连接执行机构的数据传输模块可接收容错控制器的数据并将其转化为电气信号控制指定的执行机构，并将执行机构的监测数据通过容错控制器上传到分析仪上。接下来，根据容错控制任务的复杂性和其他功能需求确定其硬件方案和软件设计。之后启动容错控制器的软件，进行网络连接的启动和数据传输模块与容错控制器间通讯连接状态的确认，如需进行指定模式的故障模拟，可进行故障注入方案的设定，随后进行容错控制算法的实时运行与性能评估，且此时可观察到算法给出的辅助性故障诊断结果及容错控制结果。

应该理解的是，虽然图1-图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-图2中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了一种容错控制器，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现前述各实施例中方法的步骤。

上述容错控制器，由于实现了前述各实施例中方法的步骤，同理，具备通用性高的优点，可以提高应用的可迁移性。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各实施例中方法的步骤。

上述计算机可读存储介质，由于实现了前述各实施例中方法的步骤，同理，具备通用性高的优点，可以提高应用的可迁移性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

在一个实施例中，提供了一种容错控制装置，如图3所示，包括数据传输模块310和上述的容错控制器330，数据传输模块310和容错控制器330通信连接，且数据传输模块310用于连接目标动态系统。

数据传输模块310采集目标动态系统的系统运行数据并发送至容错控制器 330，以及接收容错控制器330返回的容错控制量并传输至目标动态系统。具体地，容错控制器330建立与对应连接目标动态系统的数据传输模块310之间的网络通讯链路；通过网络通讯链路获取数据传输模块310从目标动态系统采集并发送的系统运行数据；选定容错控制算法并根据系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量；通过网络通讯链路将容错控制量发送至数据传输模块310。

上述容错控制装置，由于采用了前述容错控制器，同理，通用性、可迁移性强。

动态系统一般包括传感器和执行机构在内。在其中一个实施例中，数据传输模块310包括第一数据传输模块和第二数据传输模块，第一数据传输模块和第二数据传输模块均与容错控制器330通信连接，第一数据传输模块用于连接目标动态系统的传感器，第二数据传输模块用于连接目标动态系统的执行机构。第一数据传输模块采集传感器的测量数据；第二数据传输模块采集执行机构的监测数据，以及接收容错控制器330返回的容错控制量并传输至对应的执行机构。工作人员可以对目标动态系统中需要被采集数据的传感器和执行机构分别设置对应的数据传输模块；具体地，一个第一数据传输模块连接一个传感器，一个第二数据传输模块连接一个执行机构。

在其中一个实施例中，第二数据传输模块包括处理模块、通信模块、信号输入接口和信号输出接口；处理模块连接通信模块、信号输入接口和信号输出接口，且信号输入接口和信号输出接口连接执行机构，通信模块用于与容错控制器330 通信连接。

执行机构的监测数据通过信号输入接口输入至处理模块，处理模块对监测数据处理后通过通信模块发送至容错控制器330；处理模块通过通信模块接收容错控制器330返回的容错控制量，并通过信号输出接收输出至执行机构。通过采用包括处理模块、通信模块、信号输入接口和信号输出接口的结构，结构简单。

具体地，第二数据传输模块可以包括多种不同电气接口类型的信号输入接口，也可以包括多种不同电气接口类型的信号输出接口。不同电气接口类型的信号输入接口和信号输出接口可以对接不同类型的执行机构，从而使得容错控制装置可以适用于不同类型的动态系统，提高设备布局的灵活性以及容错控制装置的可迁移性。

具体地，处理模块可以包括信号处理电路和单片机，信号处理电路连接信号输入接口和单片机，单片机连接通信模块、信号输出接口。其中，信号处理电路用于对信号输入接口输入的信号进行变换、放大、调理等处理，单片机接收处理后的信号并通过通信模块发送，以及接收通信模块接收的容错控制量并通过信号输出接口输出。

进一步地，第二数据传输模块还可以包括稳压电路、显示器和输入装置中的至少一种。稳压电路、显示器和输入装置连接处理模块，且稳压电路还连接显示器。其中，稳压电路用于对处理模块和显示器进行稳压处理。其中，显示器用于接收处理模块发送的信息进行显示；输入装置用于接收用户输入的操作以实现人机交互，例如，输入装置可以是按钮。

如图4所示，通信模块可以为wifi模块，显示器可以是OLED(Organic Light-Emitting Diode有机发光二极管)显示器，单片机可以为STM32核心板。具体地，第一数据传输模块的结构可以与第二数据传输模块的结构相同。当然，可以理解，第一数据传输模块也可以不包括信号输出接口。作为与传感器和执行机构直接进行电气耦合的数据传输模块，其主要功能可分为三部分。第一部分，是利用各式电气接口对外部信号(包含传感器采集的测量信号/从执行机构采集的监测信号)进行转换、放大和信号采集，第二部分，是利用各式电气接口将由网络通信收到的容错控制量转换为电气信号发送到指定的执行机构中，第三部分，则是利用通信模块与容错控制器进行数据通讯。

考虑到不同设备及用户对数据采集的性能需求有所不同，且设备的参数可能随时间出现漂移现象，因此，可以对数据传输模块增加了两项必要的辅助性功能，分别是采集频率调整和设备在线标定功能。数据传输模块可以调整采集系统运行数据的频率，以及对数据进行标定。

在其中一个实施例中，容错控制器330为基于Intel I5的工业控制计算机。容错控制器需要对通讯规程进行控制，对数据进行采集和分析，并执行选定的容错控制算法，因此其对接口和计算资源的要求也相对较高。通过选择基于Intel I5 的工业控制计算机平台，其不仅有较强的计算能力，还拥有多种电气接口和网络通讯资源，能满足容错控制器的基本硬件需求。

在其中一个实施例中，上述容错控制装置还包括网络设备，数据传输模块310 与网络设备无线通信，容错控制器330与网络设备无线通信/有线通信。

网络设备的数量可以是一个，也可以是多个，多个网络设备之间有线连接，如图5所示。具体地，在容错控制器330与数据传输模块310之间的无线通信质量达到预设质量要求时，不需要使用网络设备，容错控制器330与数据传输模块310之间直接无线通信；在容错控制器330与数据传输模块310之间的无线通信质量不能达到预设质量要求时，接入网络设备，容错控制器330通过网络设备与数据传输模块310通信。通过根据无线通信质量采用不同网络方式相结合的通信链路设计方式，可以保证网络传输的可靠性和设备布设的灵活性。

如图6所示，利用目标动态系统自带的传感器和执行机构及因容错控制性能需要而额外添加的传感器，设计数据传输模块并与这些传感器和执行机构连接以实现实时数据采集或控制，并设计合理的通讯链路与容错控制器进行网络连接，随后对容错控制器的硬件进行合理选择以保证足够的计算性能和展示性能，最后开发容错控制器的软件以实现对目标动态系统的数据采集、状态展示与相关容错控制算法的验证和实时运行。从容错控制器的功能来看，其功能主要由三部分组成，一是对网络通讯规程进行控制，二是实现实时的容错控制并结合故障注入功能进行容错控制算法的性能验证，三是将容错控制的结果(包含辅助性结果如故障诊断结果等)进行展示。根据这些需求，考虑到软件的运行同时具有较强的同步性(如容错控制算法的在线控制量计算)和异步性(如在线进行容错控制算法的选择，故障注入功能的设定等)，可以采用基于定时器组的异步设计方式，通过必要缓存单元实现整体软件的异步数据交互，从而实现各软件模块内部的可靠定时运行。

其中容错控制器软件中的各个窗口模块及主要信息存储区的功能说明可给出如下：

如图7所示，主窗口部分通过大图标展示此软件的主要子功能模块，包含数据通信与容错控制；同时提供人机交互接口(例如按钮等)用以调用各二级子界面对应窗口。

如图8所示，数据通信窗口通过网络通讯信息存储区与数据传输模块进行数据交互，定时地轮询各数据传输模块以获取相应的采集量并写入设备信息存储区，同时轮询设备信息存储区中是否有需要立即发送地容错控制量，存在通过网络发送到指定的数据传输模块。其中，如图9，网络通讯信息存储区负责管理网络中客户端通讯接口信息及其对应数据传输模块连接的传感器/执行机构的设备信息。其中，设备信息存储区是对各个数据传输模块进行数据管理的主要存储区。如图 10所示，对于每个数据传输模块对应的传感器和执行机构，其都将拥有一个缓存子单元，对于对应传感器的数据传输模块，其子单元中将包含一个传感器区，其中的缓存FIFO将用于存储传感器测量值，同时还有负责存储采集信息和标定信息的区域以备数据转换使用；而对于对应执行机构的数据传输模块，其子单元中则将包含一个执行机构区，其中包含一缓存FIFO将存储容错控制算法计算得到的容错控制量及数据转换所需的设备标定信息存储区域，并额外包含一个标志位用以提示容错控制量是否需要立即发送出去，而两者均会包含一注入信息存储区，通过两个存储FIFO存储注入方式及信号调理方式。

如图7和图8所示，容错控制窗口，则利用设备信息存储区存储的设备状态信息及由故障注入窗口设定的设备注入信息，对指定执行机构进行容错控制，并将相应的算法结果信息写入到容错控制算法状态及结果存储区及对应执行机构的设备信息存储区。其中最为核心的是两个模块，分别为容错控制在线执行模块和容错控制展示模块。其中容错控制在线执行模块，从容错控制算法状态及结果存储区得到的根据容错控制算法选择设定的算法标号及容错控制控制器选择的控制器，寻找离线算法库中的指定算法及相应的在线执行参数文件，使用其内部的定时器组定时地使用设备信息存储区的测量/监测信息执行指定的容错控制算法，结果将分为两部分，容错控制量将写到设备信息存储区中以备数据传输模块进行发送，将一些其他的辅助性结果写入到容错控制算法状态及结果存储区，以备展示使用。容错控制展示模块通过其内部的定时器组驱动这一模块定时的刷新容错控制的展示结果，而定时器的周期则通过容错控制展示结果参数配置来进行设定。在刷新结果时，其从设备信息存储区中获取测量/监测量及计算得到的容错控制量，同时从容错控制算法状态及结果存储区中获取辅助性结果(包括故障诊断结果等等)，定时刷新容错控制展示区。其中，容错控制信息存储区，存储着容错控制窗口所需要的算法及参数文件，并由其中的容错控制算法状态及结果存储区对容错控制窗口的算法调用信息及其产生的容错控制结果进行存储。具体地，容错控制窗口的模块化设计原理如图11所示。

故障注入窗口，则主要是根据用户的需求，选择指定的故障模式对指定设备进行故障注入，这一模块将按照故障特性对可注入故障进行分类整理以便用户进行有针对性的算法测试，随后由用户选定指定的控制回路中的指定设备进行指定形式的故障注入，并将注入后的信号结果存储起来，以便容错控制算法作为数据源使用。具体地，故障注入窗口的模块化设计原理如图12所示。

完成各个软件子模块的设计及单独调试，随后进行软件的联合调试，以确认软件各子模块内部的同步运行不存在互相干扰的情形。随后进行以下几个阶段的调试，首先利用离线数据对软件进行离线测试，并利用其输出结果验证软件逻辑是否正确；无误后，搭建一包含若干数据传输模块与容错控制器及相应通讯链路的模拟测试环境，在此模拟环境下测试数据传输模块与容错控制器间通讯的可靠性和定时性及此时容错控制器的各部分软件的工作状态；最后将开发端上的软件移植到工控计算机上，并结合实际系统搭建一包含所有传感器及执行机构的验证平台，在此平台上进行总体测试，若此时各软硬件均工作正常，则给出软件的发布版本，用于容错控制装置使用。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种容错控制方法，其特征在于，包括：

建立与数据传输模块之间的网络通讯链路；所述数据传输模块对应连接目标动态系统；

通过所述网络通讯链路获取所述数据传输模块从所述目标动态系统采集并发送的系统运行数据；

选定容错控制算法并根据所述系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量；

通过所述网络通讯链路将所述容错控制量发送至所述数据传输模块，通过所述数据传输模块传输至所述目标动态系统以执行容错控制；

其中，在所述建立与数据传输模块之间的网络通讯链路之后，还包括：

接收用户输入的故障模拟信息；

选定容错控制算法并根据所述故障模拟信息和所述数据传输模块发送的系统运行数据进行容错控制，得到所述容错控制算法输出的容错控制量作为模拟控制量；

根据所述模拟控制量输出算法性能评估提示信息，所述算法性能评估提示信息用于提示对输出所述模拟控制量的容错控制算法进行性能评估。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据传输模块包括连接所述目标动态系统的传感器的第一数据传输模块和连接所述目标动态系统的执行机构的第二数据传输模块；

所述通过所述网络通讯链路获取所述数据传输模块从所述目标动态系统采集并发送的系统运行数据，包括：通过所述网络通讯链路获取所述第一数据传输模块从所述目标动态系统的传感器采集并发送的测量数据，以及获取所述第二数据传输模块从所述目标动态系统的执行机构采集并发送的监测数据；

所述通过所述网络通讯链路将所述容错控制量发送至所述数据传输模块，包括：通过所述网络通讯链路将所述容错控制量发送至所述第二数据传输模块。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立与数据传输模块之间的网络通讯链路，包括：

检测与所述数据传输模块之间的无线通信质量；

在所述无线通信质量达到预设质量要求时，建立无线通讯链路；

在所述无线通信质量未达到预设质量要求时，建立与网络设备之间的有线通讯链路/无线通讯链路，通过所述网络设备与所述数据传输模块进行无线通信。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选定容错控制算法并根据所述系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量，包括：

若满足预设的算法比较条件，则确定待比较的容错控制算法；

依次采用所述待比较的容错控制算法根据所述系统运行数据进行容错控制，得到各所述待比较的容错控制算法输出的容错控制量；

根据各所述待比较的容错控制算法输出的容错控制量输出算法比较选择提示信息，所述算法比较选择提示信息用于提示对各所述待比较的容错控制算法进行比较并选择；

接收根据所述算法比较选择提示信息输入的选择指令，根据所述选择指令选择所对应的容错控制算法；

若不满足预设的算法比较条件，则选择预指定的容错控制算法；

采用选择的容错控制算法根据所述系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选定容错控制算法并根据所述系统运行数据进行容错控制，得到选定的容错控制算法输出的容错控制量之后，还包括：

若选定的容错控制算法输出故障诊断结果，则将所述故障诊断结果发送至显示装置进行显示。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述网络通讯链路将所述容错控制量发送至所述数据传输模块之后，还包括：

通过所述网络通讯链路，获取所述数据传输模块在所述目标动态系统根据所述容错控制量执行容错控制之后采集并发送的系统运行数据，作为容错反馈数据；

将所述容错反馈数据发送至显示装置进行显示。

7.一种容错控制器，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

9.一种容错控制装置，其特征在于，包括数据传输模块和如权利要求7所述的容错控制器，所述数据传输模块和所述容错控制器通信连接，且所述数据传输模块用于连接目标动态系统；

所述数据传输模块采集所述目标动态系统的系统运行数据并发送至所述容错控制器，以及接收所述容错控制器返回的容错控制量并传输至所述目标动态系统。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述数据传输模块包括第一数据传输模块和第二数据传输模块，所述第一数据传输模块和所述第二数据传输模块均与所述容错控制器通信连接，所述第一数据传输模块用于连接所述目标动态系统的传感器，所述第二数据传输模块用于连接所述目标动态系统的执行机构；

所述第一数据传输模块采集所述传感器的测量数据；所述第二数据传输模块采集所述执行机构的监测数据，以及接收所述容错控制器返回的容错控制量并传输至对应的执行机构。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二数据传输模块包括处理模块、通信模块、信号输入接口和信号输出接口；所述处理模块连接所述通信模块、所述信号输入接口和所述信号输出接口，且所述信号输入接口和所述信号输出接口连接所述执行机构，所述通信模块用于与所述容错控制器通信连接。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括网络设备，所述数据传输模块与所述网络设备无线通信，所述容错控制器与所述网络设备无线通信/有线通信。

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