機(jī)電仿真技術(shù)論文機(jī)電自動化論文（頁）

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1、機(jī)電仿真技術(shù)論文機(jī)電自動化論文機(jī)電仿真容錯技術(shù)分析【摘要】本文以機(jī)電一體化系統(tǒng)為研究對象，分析了機(jī)電產(chǎn)品容錯糾錯設(shè)計與仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了自己的看法?！局黝}詞】機(jī)電；仿真；技術(shù)1容錯技術(shù)現(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品止朝著集成化、自動化、智能化的方向發(fā)展，有的機(jī)電產(chǎn)品對人的依賴性越來越小，發(fā)生故障根本不可能由人去維修，有的機(jī)電產(chǎn)品形成大系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障可能導(dǎo)致重大事故，并造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。例如:美國發(fā)射的“勇氣”號火星車和“機(jī)遇”號火星車，在太空飛行半年之久，一旦有了故障靠人去診斷和維修是根本不可能的;2008年8月巴西一枚VLS-3型衛(wèi)星運(yùn)載火箭,在接受最后檢測

2、時突然爆炸，導(dǎo)致現(xiàn)場21人被炸死，另有20多人身受重傷。這些集成化、自動化、智能化的機(jī)電系統(tǒng)發(fā)生故障的隨機(jī)性很強(qiáng),往往難以預(yù)料，但工程實(shí)踐表明除了少數(shù)突發(fā)故障以外，大多數(shù)故障是一個漸進(jìn)的過程。如果早期發(fā)現(xiàn),及時采取恰當(dāng)?shù)拇胧┦峭耆梢苑乐沟?機(jī)電產(chǎn)品容錯糾錯設(shè)計與仿真技術(shù)研究以及容錯技術(shù)的應(yīng)用止是順應(yīng)了這種需求。容錯技術(shù)為提高系統(tǒng)的可靠性開辟了一條新的途徑。雖然人們無法保證所設(shè)計的系統(tǒng)各個構(gòu)成環(huán)節(jié)的絕對可靠,但若把容錯的概念引入到機(jī)電產(chǎn)品，可以使各個故障因素對產(chǎn)品性能的影響被顯著削弱，這就意味著間接地提高了產(chǎn)品的可靠性。研究和應(yīng)用容錯技術(shù)，對于保障機(jī)電系統(tǒng)

3、運(yùn)行的連續(xù)性和安全性，減少安全事故，提高現(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有非常重要的意義。2仿生硬件容錯現(xiàn)狀隨著電路系統(tǒng)功能的復(fù)雜化，傳統(tǒng)的硬件容錯技術(shù)越來越不能滿足H益龐大的電路系統(tǒng)要求。為了提高系統(tǒng)可靠性，人們提出了動態(tài)地對故障進(jìn)行自檢測、自修復(fù)的耍求，并努力尋找新的容錯設(shè)計方法。早在20世紀(jì)50年代末，計算機(jī)之父馮?諾依曼就提出了研制具有自繁殖與自修復(fù)能力通用機(jī)器的偉大構(gòu)想。研究人員從自然界得到靈感，將自然計算(如進(jìn)化計算，胚胎理論等)引入到硬件設(shè)計中從而形成仿生硬件(Bio-inspiredHardware,BHW)O仿生硬件的概念最初是由瑞士

4、聯(lián)邦工學(xué)院于1992年提出的，雖然歷史不長，但其發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已經(jīng)成為國際上的研究熱點(diǎn)Z—。仿生硬件早期也稱為進(jìn)化硬件(EvolvableHardware,EHW)oA.Thompson等人較早提出了EHW應(yīng)用于容錯方面的想法。仿牛硬件是一種能根據(jù)外部環(huán)境的變化而自主地、動態(tài)地改變自身的結(jié)構(gòu)和行為以適應(yīng)其生存環(huán)境的硬件電路，它可以像生物一樣具有硬件自適應(yīng)、自組織、自修復(fù)特性。采用仿生硬件實(shí)現(xiàn)的容錯,不需要顯式冗余,而是利用進(jìn)化本身固有容錯的特性，這種特性帶來的優(yōu)勢是傳統(tǒng)方法通過靜態(tài)冗余實(shí)現(xiàn)容錯所不能比擬的。3仿生硬件容錯新技術(shù)基于仿生硬件的容錯研究，對

5、建立借鑒生物進(jìn)化機(jī)制的硬件容錯新理論、新模型和新方法，提高硬件系統(tǒng)的可靠性，具有至關(guān)重要的意義。3.1胚胎型仿生硬件的容錯體系結(jié)構(gòu)和容錯原理仿生硬件可以分為進(jìn)化型和胚胎型，其屮胚胎型仿生硬件也稱為胚胎電子系統(tǒng)，是模仿生物的多細(xì)胞容錯機(jī)制實(shí)現(xiàn)的硬件。胚胎型仿4:硬件的容錯體系結(jié)構(gòu)，主要由胚胎細(xì)胞、開關(guān)陣和線軌組成。開關(guān)陣根據(jù)可編程連線的控制信號完成開關(guān)閉合，控制線軌內(nèi)各線段的使用。胚胎細(xì)胞包含存儲器、坐標(biāo)發(fā)生器、I/O換向塊、功能單元、直接連線、可編程連線、控制模塊等。存儲器用于保存配置數(shù)據(jù)位串，并根據(jù)細(xì)胞狀態(tài)和坐標(biāo)發(fā)生器計算出的結(jié)果，從配置位串中提取一段經(jīng)

6、譯碼后對胚胎電了細(xì)胞的換向塊和功能單元進(jìn)行配置。坐標(biāo)發(fā)生器根據(jù)每個細(xì)胞最近兩側(cè)（左側(cè)和下側(cè)）鄰居細(xì)胞的坐標(biāo)為其分配坐標(biāo)。I/O換向塊為細(xì)胞功能單元間的可編程連線提供控制信號。功能單元用于實(shí)現(xiàn)一個n輸入的布爾函數(shù),用于實(shí)現(xiàn)所需的細(xì)胞功能。直接連線負(fù)責(zé)功能單元之間的相互通信?？删幊踢B線傳遞控制信號控制開關(guān)陣?？刂颇K完成細(xì)胞的工作狀態(tài)檢測、故障診斷、控制細(xì)胞冗余切換。3.2胚胎型仿生硬件實(shí)現(xiàn)容錯的策略為了實(shí)現(xiàn)對故障細(xì)胞的容錯,常用的容錯策略有兩種:行（列）取消和細(xì)胞取消策略，通過記錄有錯的單元位置，重新布線,用其他備用的單元來代替。但是對于連線資源故障，這些策

7、略并未給出相應(yīng)的對策。在深入研究胚胎仿生硬件容錯體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文提出一種針對線軌故障的容錯策略。3.2.1行（列）取消策略。在行（列）取消中，若一個細(xì)胞出錯，則它所在行（列）的所有細(xì)胞都將被取消,而該行（列）細(xì)胞的功能將被其上一行（右一列）的細(xì)胞所代替，即當(dāng)一個細(xì)胞出錯時，細(xì)胞所在行（列）上移（右移）到一個備用行（備用列）來代替它當(dāng)前的工作。3.2.2細(xì)胞取消策略。在細(xì)胞取消中，用備用細(xì)胞代替故障細(xì)胞分兩個階段。當(dāng)某一行的出錯細(xì)胞數(shù)超過備用細(xì)胞數(shù)時，整行被取消，行細(xì)胞上移，用備用行取代岀錯行的功能。3.3胚胎型仿生硬件實(shí)現(xiàn)容錯的流程胚胎型仿生硬件容錯

8、的流程為：3.3.1根據(jù)設(shè)計需求選擇器件,確定硬件設(shè)計方案；3.3