计算机控制系统的可靠性

可靠性的定义与指标计算机控制系统的可靠性通常是指计算机控制系统在规定的时间和规定的条件下完成规定功能的能力。

可靠性只是个定性的概念。

实际中往往需要以量的形式具体表示可靠性的高低，如可靠度、维护率、失效率、平均故障间隔时间MTBF 、平均维护时间MTTR 、有效度等。

具体含义如下：假定系统投入运行后，工作了一段时间t1后出现了故障，不得不停机维修。

经过一段时间的T1的维修后，故障排除，系统又正常运行。

这样，在时间坐标轴上，t1，t2，…tn 是系统的正常工作时间T1，T2，…,Tn 是维护时间，则有：1、故障率λ（失效率）T n ==总工作时间失效次数λ 表示单位时间内发生故障的次数。

2、维护率μ)(1∑===n i i T n 总维护时间维护次数μ表示系统单位时间内修改的次数。

3、平均故障间隔时间MTBFλ1/1===∑=n t MTBF n i i 失效次数总工作时间 表示系统多次发生故障的情况下平均连续工作时间。

4、平均维护时间MTTRμ1/1===∑=n T MTTR n i i 失效次数总维护时间 5、有效度Aμλ+=+=+=11MTTR MTBF MTBF ）（A 不可工作时间可工作时间可工作时间6、可靠度RR ( n )= P { n次运行不发生故障}可靠度R表明运行n 次不发生故障的概率。

如果按限定的时间计算，可靠度为R (t) = P{ 在时间[0，t] 内运行不发生故障}。

它表明在限定时间内[0,t]内发生故障的概率。

有效度表明在某一特定的瞬间，维持其正常工作的概率。

其中λ/μ是系统的重要指标。

λ/μ较大，表明系统不能可靠的工作。

由上可知，提高可靠性有两个方面：一是尽量使系统在规定的时间内少发生故障和错误；二是发生了故障能迅速排除。

为了提高计算机控制系统的可靠性，通常可从硬件可靠性及软件可靠性两方面来解决。

硬件主要考虑如何提高元器件和设备的可靠性；采用抗干扰措施，提高系统对环境的适应能力和冗余结构设计。

计算机控制系统的可靠性技术分析为了提高计算机控制系统的可靠性，需要综合运用计算机硬件、软件和网络技术等多方面的技术手段。

以下将从三个方面对计算机控制系统的可靠性技术进行分析。

1、硬件可靠性技术计算机控制系统的硬件包括CPU、存储器、输入输出设备等，针对其硬件故障可能性较高的问题，需要采取有效的硬件可靠性技术保障措施。

①备份机制备份机制是指将主设备的所有数据和操作都备份在备用机上，当主设备出现故障时，立即切换到备用机继续工作，保证系统的连续性和稳定性。

②可靠性设计可靠性设计是指在计算机系统设计过程中考虑到部件的影响因素，增加硬件的寿命和稳定性，减小故障出现的可能性。

例如，采用硬件冗余设计，增加电源和通信线路的备用，避免因单点故障而导致系统宕机。

③鉴别设备鉴别设备是指在程序运行过程中监测设备的状态数据，及时发现异常，并执行相应的措施。

例如，监测服务器性能指标，一旦出现异常（如CPU负载过高），即时报警。

①程序设计程序设计是指在软件开发中遵循工程化的方法，加强质量控制和测试，保证程序内部逻辑的正确性和一致性。

例如，采用代码走查、单元测试、集成测试等有效手段，减小程序出错的可能性。

②备份和恢复备份和恢复是指制定备份计划，定期备份系统数据和程序代码，并能快速恢复系统，保证系统在发生故障时能够快速恢复正常状态。

例如，定期备份数据和程序代码，采用冗余存储技术，减小数据丢失的风险。

③升级更新升级更新是指定期进行软件升级，修复已确认的软件漏洞和缺陷，充分利用软件技术的优势。

例如安全补丁的更新、调整程序性能、增加系统安全性。

计算机控制系统的网络包括局域网、广域网、互联网等，网络对系统可靠性的影响非常重要。

因此，需要采取相应的网络可靠性技术保障措施。

①建立安全防护体系建立安全防护体系是指对网络进行可靠的防护，以预防包括攻击、病毒、恶意软件、勒索软件等威胁。

例如，建立防火墙、设置访问控制、加密数据传输等措施，保证系统数据的安全性。

计算机控制系统的组成计算机控制系统是指利用计算机进行控制的系统，它由计算机硬件、软件和控制对象三部分组成。

计算机控制系统具有高精度、高速度、高可靠性、自动化程度高等优点，已广泛应用于工业、农业、交通、医疗、航空、航天等领域。

一、计算机硬件计算机硬件是计算机控制系统的基础，包括中央处理器、存储器、输入输出设备、通信设备等。

中央处理器是计算机的核心部件，它负责执行指令、控制计算机的运行。

中央处理器的性能越高，计算机的处理速度越快，计算机控制系统的响应速度也越快。

存储器是计算机用来存储程序和数据的设备，包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

随机存储器是一种易失性存储器，它的数据在断电后会丢失，只读存储器是一种非易失性存储器，它的数据在断电后不会丢失。

输入输出设备是计算机与外部世界交换数据的接口，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。

输入输出设备的性能越高，计算机与外部世界交换数据的速度越快，计算机控制系统的响应速度也越快。

通信设备是计算机用来进行数据通信的设备，包括调制解调器、网卡等。

通信设备的性能越高，计算机之间数据通信的速度越快，计算机控制系统的响应速度也越快。

二、计算机软件计算机软件是计算机控制系统的灵魂，它由系统软件和应用软件两部分组成。

系统软件是计算机控制系统的基本软件，包括操作系统、数据库管理系统、网络管理系统等。

操作系统是计算机控制系统的核心软件，它负责管理计算机的硬件资源和提供服务，使得应用软件能够运行。

数据库管理系统是用来管理和维护数据库的软件，它提供了数据的存储、查询、更新等功能。

网络管理系统是用来管理和维护计算机网络的软件，它提供了数据通信、数据共享等功能。

应用软件是计算机控制系统的具体应用软件，包括工业控制软件、医疗软件、交通管理软件等。

工业控制软件是用来控制工业生产过程的软件，它可以实现自动化生产、提高生产效率、降低生产成本。

医疗软件是用来管理医疗信息的软件，它可以实现医疗信息的共享、查询、更新等功能。

计算机控制系统的组成和特点
计算机控制系统是由计算机技术和控制技术相结合的一种系统。

它的组成和特点如下：
一、组成
1. 控制对象：被控制的物理系统，例如机器人、流水线、钢铁生产线等
2. 传感器：采集控制对象的状态信息，例如温度、压力、位置等
3. 执行器：控制对象的执行部件，例如电机、气缸等
4. 控制器：根据传感器采集的信息，对执行器进行控制，保持控制对象的稳定状态
5. 通信网络：传输控制信息，例如以太网、CAN总线等
二、特点
1. 灵活性高：计算机控制系统具有程序可调性、参数配置性、功能扩展性等特点，可以快速适应控制对象的变化
2. 控制精度高：由于采用数字控制方式，控制精度较高，且控制精度可根据需要进行调整
3. 自适应性强：可以根据传感器的反馈信号自动调整控制算法，实现自适应控制
4. 控制逻辑复杂：计算机控制系统采用程序控制方式，控制逻辑往往比较复杂，需要良好的编程技能和系统设计能力
5. 抗干扰能力强：数字控制方式可以有效抵御外部干扰，保证系统稳定性和可靠性
6. 技术含量高：计算机控制系统涉及电子技术、计算机科学、控制理论等多个领域，技术含量较高
总之，计算机控制系统在工业自动化、机器人技术等领域有广泛的应用，是现代工业控制技术的重要组成部分。

简述计算机控制系统的基本要求计算机控制系统是指由计算机控制和管理的一种自动化控制系统，它通过对物理过程的感知和控制，实现工业生产和自动化操作。

在现代工业中，计算机控制系统已经成为了不可或缺的一部分，起到了提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量和可靠性等重要作用。

要使计算机控制系统能够正常运行和满足实际需求，就需要具备一定的基本要求。

接下来将从以下四个方面进行简述。

一、稳定性要求计算机控制系统的稳定性是指系统的输出在输入和各种干扰作用下保持一定的稳定性和可靠性。

稳定性要求可以通过以下几个方面进行保证：1.输入稳定性：输入信号应当稳定且无干扰，以确保计算机系统可以准确捕获和处理输入信号。

2.输出稳定性：控制系统的输出应当具有可靠性和稳定性，以确保系统的控制效果达到预期。

3.系统响应稳定性：系统的响应速度应当稳定，不能出现过度反应或迟滞现象，以确保系统可以快速、准确地进行响应和控制。

4.抗干扰能力：系统应当具备一定的抗干扰能力，可以抵御来自外界的各种干扰信号，并保持系统的稳定性和正常运行。

二、速度要求计算机控制系统的速度要求主要包括实时性和响应速度等方面。

实时性是指系统对输入信号的响应速度应当满足实际应用需求，特别是在需要快速控制和响应的场景下。

计算机控制系统的实时性要求可以通过以下几个方面进行保证：1.硬件性能：计算机系统的硬件配置应当满足实时需求，包括处理器的主频、存储器容量和带宽等。

2.软件算法优化：系统的软件算法应当经过优化，提高系统的运行效率和速度，保证实时性能的达到。

3.通信速度：计算机控制系统中的通信速度也是影响实时性能的一个关键因素，合理选择和配置通信设备可以提高通信速度。

三、可靠性要求计算机控制系统的可靠性是指系统能够稳定、准确地工作，不出现故障和错误。

保证计算机控制系统的可靠性可以从以下几个方面进行考虑：1.硬件可靠性：选用高质量的硬件设备，减少硬件故障的概率，提高系统的可靠性。

计算机控制技术课后习题答案第一章绪论1.计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：P2(1)实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入(2)实时决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将要采取的控制策略。

(3)实时控制：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

2 .计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。

P3答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部组成。

（2）方块图如下图1.1所示：图1.1 计算机控制系统的组成框图作用：①工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。

其中系统软件包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程序；②过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。

③生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。

3. 计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？P2(1)实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。

(2)在计算机控制系统中要考虑实时性，因为根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间；该事件要求计算机在多长的时间以内必须作出反应，否则，将对生产过程造成影响甚至造成损害。

4. 计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？P4~7（1）操作指导系统（OIS）优点：结构简单、控制灵活和安全。

缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制多个对象。

（2）直接数字控制系统(DDC)优点：实时性好、可靠性高和适应性强。

（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最有工况。

计算机控制系统的可靠性技术研究
丁健
【期刊名称】《计算机工程与设计》
【年(卷),期】2007(28)4
【摘要】计算机控制系统的可靠性是涉及到它是否能在工业市场上广泛应用的在着大量的干扰,常常导致系统不能正常工作,因此可靠性设计越来越得到人们的重视.分析了计算机控制系统中干扰的来源,并且从硬件和软件两方面给出了提高控制系统可靠性的具体对策:硬件的选择元器件、冗余技术、电源干扰的抑制、电场和磁场干扰的抑制、接地技术及通道上的抗干扰措施;软件的软件工程方法、软件固化及自诊断技术.
【总页数】3页(P985-987)
【作者】丁健
【作者单位】合肥工业大学,计算机与信息学院,安徽,合肥,230009;合肥学院,安徽,合肥,230601
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.低温等离子VOC处理装置安全控制系统可靠性技术研究与应用 [J], 曹德舜;王晓菡;庄腾宇
2.长棒控制系统中设备可靠性检测技术研究 [J], 黄程;邢璐辉;刘芳芳
3.计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术研究 [J], 胡月玥;范勇
4.计算机控制系统的可靠性技术研究分析 [J], 王启光
5.冶金内燃机车动力及控制系统可靠性技术研究 [J], 段崇义;王磊;朱颖珍
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工业控制计算机系统软件技术要求工业控制计算机系统软件技术是指通过软件控制工业生产过程中的计算机系统。

它在工业自动化领域起着至关重要的作用，能够实现生产线的高效运行和产品质量的稳定控制。

以下是工业控制计算机系统软件技术的要求：1. 稳定性和可靠性：工业控制计算机系统软件必须具备高度的稳定性和可靠性，能够长时间稳定运行，确保工业生产过程的连续性和可靠性。

2. 实时性：工业控制计算机系统软件需要具备实时性能，能够及时响应和处理生产线上的实时数据，以保证工业过程的实时控制和优化。

3. 可扩展性：工业控制计算机系统软件应具备良好的可扩展性，能够根据需要灵活地增加或减少功能模块，满足不同工业环境中的需求。

4. 规范性：工业控制计算机系统软件需要符合相应的技术规范和标准，确保系统的稳定性和安全性，同时降低系统维护的复杂度和风险。

5. 可视化和易用性：工业控制计算机系统软件应具备良好的可视化界面和易用性，方便操作员对生产过程进行监控和调度，降低人工操作的错误率和疲劳感。

6. 数据管理和分析能力：工业控制计算机系统软件需要具备良好的数据管理和分析能力，能够对生产过程中采集的数据进行存储、处理和分析，进一步优化生产过程并提高生产效率。

7. 安全性和防护能力：工业控制计算机系统软件需要具备高度的安全性和防护能力，防止未经授权的访问和操控，确保工业生产过程的安全性和稳定性。

总之，工业控制计算机系统软件技术要求涵盖了软件的稳定性、实时性、可扩展性、规范性、可视化和易用性、数据管理和分析能力以及安全性和防护能力等方面。

通过满足这些要求，工业控制计算机系统软件能够有效地支持工业生产过程的自动化和优化。

计算机控制系统的可靠性技术分析在现代社会中，计算机控制系统已经成为各种生产设备、交通工具、通信设备等的核心部分。

而计算机控制系统的可靠性对于设备的正常运行至关重要。

本文将从计算机控制系统的可靠性技术进行分析，探讨其在实际应用中所面临的挑战以及解决方案。

一、可靠性概念可靠性是指系统在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。

对于计算机控制系统而言，可靠性即是其在运行过程中不因硬件故障、软件错误或外部干扰等原因而导致系统无法正常运行的能力。

二、面临的挑战1. 硬件故障计算机控制系统是由大量的硬件组件构成的，而硬件故障是不可避免的。

电路板、处理器、存储设备等硬件组件在长时间运行过程中可能出现损坏或失效。

这些硬件故障可能导致系统崩溃，从而影响设备的正常运行。

2. 软件错误软件是计算机控制系统的灵魂，而软件错误可能会导致系统的异常运行甚至崩溃。

软件错误的来源包括设计缺陷、编程错误、环境变化等。

保证软件的可靠性对于系统的正常运行至关重要。

3. 外部干扰计算机控制系统往往运行在各种复杂的环境中，可能会受到电磁干扰、射频干扰、振动、温度变化等因素的影响。

这些外部干扰可能导致系统数据丢失、通信中断等问题，影响系统的可靠性。

三、解决方案1. 硬件可靠性设计在计算机控制系统的硬件设计中，可以采用多种技术来提高硬件的可靠性。

采用冗余设计技术，包括硬件冗余和通道冗余，在系统发生故障时可以实现自动切换，保证系统的连续性；另外还可以采用高可靠性的硬件组件，如采用具有自动故障检测和纠正功能的存储设备，可以在发生故障时自动修复错误数据。

2. 软件可靠性设计在软件的设计与开发过程中，可以采用多种技术来提高软件的可靠性。

采用模块化设计，将软件划分为多个相对独立的模块，每个模块负责完成特定的功能，从而降低系统代码的复杂度和错误率；可以采用软件测试技术，包括静态测试和动态测试，以及软件验证技术，保证软件的正确性和可靠性。

3. 外部干扰抵御对于计算机控制系统而言，外部干扰是不可避免的，因此需要采取相应的措施来抵御外部干扰。

计算机控制系统计算机控制系统是指利用计算机技术对实际工作场景进行自动化控制的系统。

这种系统利用计算机的高速计算和精确控制的特性，通过对输入信号进行采集、处理以及对输出信号进行控制，实现对设备、机器或工艺过程的控制和监测。

计算机控制系统广泛应用于生产、交通、医疗等领域，为人类带来了极大的便利和效益。

组成计算机控制系统主要由以下几个部分组成：1. 传感器与执行器传感器负责将实际工作场景中的物理量、参数转化为电信号，然后将电信号传递给计算机系统。

常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光电传感器等。

执行器则负责将计算机系统输出的信号转化为相应的动作或工作状态。

常见的执行器有电动阀门、电机、继电器等。

2. 硬件接口硬件接口是连接计算机系统和传感器、执行器之间的纽带，它负责控制信号的输入和输出。

硬件接口通常由模拟输入/输出和数字输入/输出两部分组成。

模拟输入/输出接口主要用于处理连续变化的信号，而数字输入/输出接口则用于处理离散的开关信号。

3. 控制器控制器是计算机控制系统的核心部分，它负责对采集到的信号进行处理和计算，根据事先设定的控制算法生成控制信号，并将控制信号发送给执行器。

控制器通常由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括中央处理器、存储器和输入/输出接口，软件部分则包括控制算法和运行在计算机系统上的控制程序。

4. 人机界面人机界面是计算机控制系统与操作人员进行交互的界面，通过人机界面，操作人员可以监控和调整计算机控制系统的工作状态和参数设置。

常见的人机界面包括显示屏、键盘、鼠标、触摸屏等。

应用领域计算机控制系统广泛应用于各个领域，以下是几个常见的应用领域：1. 工业自动化在工业生产领域中，计算机控制系统可以对生产线进行自动化控制，实现物料的输送、加工、包装等环节的自动化操作。

这不仅提高了生产效率和产品质量，还减少了人力成本和人为错误带来的问题。

2. 交通运输在交通运输领域中，计算机控制系统可以用于交通信号控制、车辆导航、智能交通管理等方面。

计算机控制系统的可靠性技术分析可靠性是指系统在规定的时间内，能够按照要求完成指定功能的能力。

在计算机控制系统中，可靠性技术是保证系统稳定运行的关键要素之一。

下面将从错误控制、故障检测与恢复、备份与冗余以及可测试性等方面对计算机控制系统的可靠性技术进行分析。

错误控制是指通过采取恰当的措施，使得系统能够防止、检测和纠正错误。

常见的错误控制技术包括校验码、冗余码等。

校验码是通过在原数据中添加一些冗余信息来实现错误检测的方法，在接收端通过校验码与接收到的数据进行校验，判断是否有错误发生。

冗余码是在原数据基础上添加冗余信息，通过冗余的检验来检测和纠正错误。

这些方法可以有效地提高计算机控制系统的可靠性，防止因数据传输过程中的错误导致系统故障。

故障检测与恢复是指系统能够及时检测到故障，并通过相应的恢复措施使系统尽快恢复正常运行。

故障检测与恢复技术包括故障检测和故障恢复两个方面。

故障检测可以通过定期监测系统状态、使用故障检测工具以及设置故障检测器等手段来实现。

一旦检测到故障，系统需要采取相应的故障恢复措施，例如备份恢复、重启系统等。

这些技术有助于及时发现和解决系统故障，提高计算机控制系统的可靠性。

备份与冗余技术也是提高计算机控制系统可靠性的重要手段。

备份技术是指通过制作数据的备份，在数据丢失或损坏时能够及时恢复数据。

常见的备份技术包括完全备份、增量备份和差异备份等。

冗余技术是通过将系统的组件复制多份，实现系统的冗余，当一份组件发生故障时，可以使用其他冗余组件来代替，从而实现系统的连续运行。

备份与冗余技术的应用可以提高计算机控制系统的可靠性，保证系统正常运行。

可测试性技术也是确保计算机控制系统可靠性的一项重要技术。

可测试性是指系统在发生错误时，能够通过测试来检测错误发生的位置和原因。

可测试性技术包括建立合适的测试用例、构建可测系统以及使用相应的测试工具和方法等。

这些技术有助于及时发现系统中的错误并进行修复，提高计算机控制系统的可靠性。