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。