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基于TMR-EHW的高可靠性电机控制系统 被引量:4
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作者 褚杰 原亮 +2 位作者 赵强 丁国良 吴彩华 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第23期10-11,14,共3页
为提高恶劣环境中控制系统的可靠性,将三模块冗余(TMR)容错与演化硬件(EHW)自修复相结合,实现基于TMR-EHW结构的现场可编程门阵列电机控制系统。该系统利用TMR快速发现和定位故障,屏蔽出错模块并保持容错运行,利用EHW进行自修复,使出错... 为提高恶劣环境中控制系统的可靠性,将三模块冗余(TMR)容错与演化硬件(EHW)自修复相结合,实现基于TMR-EHW结构的现场可编程门阵列电机控制系统。该系统利用TMR快速发现和定位故障,屏蔽出错模块并保持容错运行,利用EHW进行自修复,使出错模块恢复正常工作,系统可靠性得到提高。 展开更多
关键词 三模块冗余 演化硬件 容错 自修复
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复杂电磁环境中高可靠性TMR-EHW电机控制电路设计 被引量:5
2
作者 褚杰 满孟华 +2 位作者 常小龙 原亮 魏明 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2314-2321,共8页
现代战场电磁环境日趋复杂、恶劣,导致大量电子装备受扰、损伤,其可靠性受到严重影响。为了进一步提高电子装备的可靠性,以无刷直流电机系统作为工程背景,将三模块冗余容错机制、多层前馈神经网络结构、演化硬件技术3者有机结合,实现了... 现代战场电磁环境日趋复杂、恶劣,导致大量电子装备受扰、损伤,其可靠性受到严重影响。为了进一步提高电子装备的可靠性,以无刷直流电机系统作为工程背景,将三模块冗余容错机制、多层前馈神经网络结构、演化硬件技术3者有机结合,实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的三模块冗余-演化硬件(TMR-EHW)无刷直流电机控制电路。通过实验证明:将TMR机制引入FPGA电机控制系统之中,可实现功能模块的故障自诊断,以容错运行方式保持系统正常输出,有效提高系统的可靠性;利用多层前馈神经网络结构组织FPGA中的电路资源,通过演化硬件技术实现故障后的功能自恢复。对TMR-EHW系统进行了可靠性分析,推导出该系统的可靠度计算公式。将TMR-EHW系统与单模块系统、普通TMR系统的可靠度进行了横向对比,结果表明TMR-EHW系统具有更高的可靠性和更强的适应性,证明了TMR-EHW技术的可行性与有效性。TMR-EHW电机控制电路系统能够适应并稳定工作于以较为复杂、多变的恶劣电磁环境。 展开更多
关键词 三模块冗余(EMR) 演化硬件(EHW) 神经网络 容错电路 无刷直流电机 可靠性
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基于进化硬件的自修复TMR系统设计及其可靠性分析 被引量:6
3
作者 姚睿 王友仁 +1 位作者 于盛林 高桂军 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第8期72-75,78,共5页
将进化硬件与传统TMR容错设计思想相结合,提出了一种具有在线自修复功能的自修复TMR系统设计方法。该系统具有多重容错和修复机制:总体采用TMR,可自动检测到故障模块;系统中每个模块均采用组件备份法,可通过组件切换法快速修复模块故障... 将进化硬件与传统TMR容错设计思想相结合,提出了一种具有在线自修复功能的自修复TMR系统设计方法。该系统具有多重容错和修复机制:总体采用TMR,可自动检测到故障模块;系统中每个模块均采用组件备份法,可通过组件切换法快速修复模块故障;而模块中每个组件也可通过进化进行修复。因而具有更强的容错能力和更高的可靠性。以具有片内三模冗余的2 bit乘法器为例进行了验证。最后,给出了该系统的可靠性模型,推出了可靠性计算公式,从理论上对该系统的可靠性进行了分析。结果表明:该系统能有效修复stuck-at故障,具有更长的使用寿命和更高的可靠性。 展开更多
关键词 进化硬件 容错 三模冗余 自修复 可靠性分析
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可演化TMR容错表决电路的设计研究 被引量:2
4
作者 吴会丛 刘尚合 +1 位作者 赵强 原亮 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第5期370-373,共4页
在高温、辐射等恶劣环境下微电子设备的可靠性要求越来越高,利用演化硬件(EHW)原理,将EHW技术与三模块冗余(TMR)容错技术相结合,在FPGA上实现可演化的TMR表决电路,使硬件本身具有自我重构和自修复能力,大大提高了系统的可靠性。
关键词 演化硬件 三模冗余 现场可编程门阵列
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TMR计算机系统冗余单元间的恢复技术 被引量:2
5
作者 汪东升 郑纬民 杨孝宗 《小型微型计算机系统》 EI CSCD 北大核心 1997年第3期23-27,共5页
本文以我们自行研制的FT-HIT航天容错计算机为背景,论述三模冗余(TMR)计算机系统冗余单元间的运行环境信息恢复技术,包括运行环境信息的保存、信息的传送。
关键词 容错 故障恢复 计算机系统 tmr 冗余
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一种具有TSC功能的TMR系统表决器设计方法 被引量:2
6
作者 陈禾 毛志刚 叶以正 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第9期86-88,共3页
本文给出了一种具有完全自校验(TSC)功能的三模冗余(TMR)系统表决器的设计方法.与以往有关TMR自测试方面的研究相比,此电路是完全自校验的,它直接将表决器做成完全自校验的,不用在系统外另加冗余,适于VLSI实现.... 本文给出了一种具有完全自校验(TSC)功能的三模冗余(TMR)系统表决器的设计方法.与以往有关TMR自测试方面的研究相比,此电路是完全自校验的,它直接将表决器做成完全自校验的,不用在系统外另加冗余,适于VLSI实现.此设计思想很容易扩展成N模冗余系统完全自校验表决器的设计. 展开更多
关键词 三模冗余 完全自校验 表决器 逻辑电路
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TMR加固的SpaceWire节点的设计与实现 被引量:2
7
作者 刘涛 贺强民 黄伟 《航天返回与遥感》 2012年第4期64-69,共6页
文章根据SpaceWire协议,在FPGA(Field Programmable Gate Array)上用VHDL(Very HighSpeed Integrated Circuit HardwareDescription Language)设计了SpaceWire协议节点软核,并分别使用XTMR(Xilinx Triple Modular Redundancy)软件设计... 文章根据SpaceWire协议,在FPGA(Field Programmable Gate Array)上用VHDL(Very HighSpeed Integrated Circuit HardwareDescription Language)设计了SpaceWire协议节点软核,并分别使用XTMR(Xilinx Triple Modular Redundancy)软件设计和手动代码设计对关键功能模块进行三模冗余设计,在FPGA上实现了SpaceWire节点的功能加固设计,提高了SpaceWire节点软核的可靠性,并与SpaceWire标准设备进行了数据传输,实现了加固的SpaceWire节点与SpaceWire标准设备之间的数据传输。 展开更多
关键词 SPACEWIRE IP软核 三模冗余设计 Xtmr 现场可编程门阵列
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基于FPGA动态部分重构的D/TMR系统设计 被引量:4
8
作者 刘斐文 姚睿 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2010年第35期55-57,共3页
在空间环境中,系统的可靠性是保障系统正常运行的关键。针对此问题,提出了一种基于FPGA动态部分重构的D/TMR系统设计,正常工作时采用DMR系统,具有较低的面积开销和功耗;当系统出现故障时,利用FPGA部分动态重构技术切换为TMR系统,不需要... 在空间环境中,系统的可靠性是保障系统正常运行的关键。针对此问题,提出了一种基于FPGA动态部分重构的D/TMR系统设计,正常工作时采用DMR系统,具有较低的面积开销和功耗;当系统出现故障时,利用FPGA部分动态重构技术切换为TMR系统,不需要额外的故障检测与定位电路,就可以保持系统功能的连续性与可靠性。经实验验证,该设计方案具有可行性。 展开更多
关键词 三重模件冗余(tmr) 现场可编程门阵列 动态重构 总线宏 部分重构
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考虑了表决机的TMR计算机硬件-软件系统可靠性分析
9
作者 惠永琴 李学伟 《成都理工学院学报》 CSCD 1994年第1期114-121,共8页
文章讨论了一个带表决机的三重冗余(TMR)计算机的硬件-软件系统。假定系统的三个相同的处理机及表决机的寿命均服从指数分布,软件系统的失效率是与软件系统残留错误数有关的一个常数,所有的修理时间服从一般分布。从而求得了感... 文章讨论了一个带表决机的三重冗余(TMR)计算机的硬件-软件系统。假定系统的三个相同的处理机及表决机的寿命均服从指数分布,软件系统的失效率是与软件系统残留错误数有关的一个常数,所有的修理时间服从一般分布。从而求得了感兴趣的可靠性指标。 展开更多
关键词 计算机 硬件 软件 可靠性
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面向商业航天卫星成本效益的三模冗余软错误防护技术:近似计算的实践 被引量:2
10
作者 李炎 胡岳鸣 曾晓洋 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1604-1612,共9页
三模冗余(TMR)作为如今集成电路可靠性领域中最为常用且有效的软错误加固技术,在满足高容错要求之时,不可避免地牺牲了庞大的硬件损耗。为实现面积、功耗等硬件性能和容错电路加固能力的折中考虑,适应低成本高可靠性加固的时代需求,针... 三模冗余(TMR)作为如今集成电路可靠性领域中最为常用且有效的软错误加固技术,在满足高容错要求之时,不可避免地牺牲了庞大的硬件损耗。为实现面积、功耗等硬件性能和容错电路加固能力的折中考虑,适应低成本高可靠性加固的时代需求,针对基于近似计算的三模冗余加固技术(ATMR)进行研究,该文提出一种基于近似门单元(ApxLib)的动态调整多目标优化框架(ApxLib+DAMOO)。首先,其基本优化框架采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)实现,通过极性分析与预创建的近似库对电路实现快速近似。随后,该框架提出动态概率调整和极性扩张两种创新机制,根据可测性分析对遗传算法中门单元的突变概率进行动态更新,对双向门单元进行定向识别和重构,以实现寻优效率和寻优效果的双重优化。实验结果表明,该文提出的优化框架与传统NSGA-Ⅱ相比,在相同硬件损耗下可实现最大10%~20%的额外软错误率(SER)降低,且其执行时间平均降低18.7%。 展开更多
关键词 容软错误加固 三模冗余 近似计算 多目标优化
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基于K8s的天基云平台可靠性方案设计 被引量:1
11
作者 何羽 吴琦 安军社 《计算机工程与设计》 北大核心 2024年第8期2548-2554,共7页
针对地面云平台移植到太空中会由于单粒子效应频繁导致其可靠性严重下降的问题,结合具体型号任务,针对K8s云平台研究基于三模冗余的任务容错方案。针对星载计算机功耗受限的问题,在综合考虑功耗和任务实时性的基础上,设计实现2种分别基... 针对地面云平台移植到太空中会由于单粒子效应频繁导致其可靠性严重下降的问题,结合具体型号任务,针对K8s云平台研究基于三模冗余的任务容错方案。针对星载计算机功耗受限的问题,在综合考虑功耗和任务实时性的基础上,设计实现2种分别基于传统三模冗余和时间三模冗余的冗余方案;针对核心级别的故障恢复需求和单个卫星搭载节点较少的特点,通过修改K8s源码,实现核心分配功能。相关实验结果表明,该容错机制能有效容忍单粒子翻转导致的错误,支持核心级别的错误恢复和利用核级冗余支持任务容错,同时,具有较小的性能开销。 展开更多
关键词 任务冗余 三模冗余 容错 云计算 DOCKER Kubernetes 天基云
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高压直流输电控制保护多重化分析 被引量:23
12
作者 杨光亮 邰能灵 +2 位作者 郑晓冬 涂崎 陈安鹏 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2010年第15期85-90,共6页
介绍了高压直流输电控制保护双重化及三重化的概念及实现原理,列举了当前运行直流系统中单元件故障出口可能导致闭锁的保护。针对保护双重化配置和传感器等单元件的配置情况,对比了ABB公司和南瑞公司为防止因单元件故障导致闭锁采取的... 介绍了高压直流输电控制保护双重化及三重化的概念及实现原理,列举了当前运行直流系统中单元件故障出口可能导致闭锁的保护。针对保护双重化配置和传感器等单元件的配置情况,对比了ABB公司和南瑞公司为防止因单元件故障导致闭锁采取的解决方案。还对3起因测量装置或传感器没有完全双重化而造成停运的事故进行了分析,并介绍了高岭换流站三重化保护存在的问题及解决方案。对直流输电现存的双重化方面的缺陷给出了建议,提出了从根本上解决一套系统维修、另一套系统异常时导致跳闸等问题的方法就是信号接点和控制保护全部三重化。选用"三取二"逻辑的保护设备时,应选用具有3个及以上通道的一次设备,避免单个元件或板卡故障引发直流闭锁。 展开更多
关键词 高压直流输电 直流控制保护 直流停运 双重化 三重化
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基于Scrubbing的空间SRAM型FPGA抗单粒子翻转系统设计 被引量:12
13
作者 马寅 安军社 +1 位作者 王连国 孙伟 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期270-276,共7页
基于SRAM工艺的FPGA在空间环境下容易受到单粒子翻转(Single Event Upsets,SEU)的影响而导致信息丢失或功能中断.在详细讨论三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)和刷新(Scrubbing)的重要原理及实现细节的基础上,实现了一种高可靠性... 基于SRAM工艺的FPGA在空间环境下容易受到单粒子翻转(Single Event Upsets,SEU)的影响而导致信息丢失或功能中断.在详细讨论三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)和刷新(Scrubbing)的重要原理及实现细节的基础上,实现了一种高可靠性、TMR+Scrubbing+Reload的容错系统设计,用反熔丝型FPGA对SRAM型FPGA的配置数据进行毫秒级周期刷新,同时对两个FPGA均做TMR处理.该容错设计已实际应用于航天器电子系统,可为高可靠性电子系统设计提供参考. 展开更多
关键词 单粒子翻转(SEU) 三模冗余(tmr) 刷新(Scrubbing) FPGA容错
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无人机容错飞行控制计算机体系结构研究 被引量:8
14
作者 吕迅竑 姜斌 +1 位作者 陈欣 齐瑞云 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期2586-2597,共12页
高性能无人机对飞行控制计算机提出了高可靠性要求,使用余度容错飞控计算机是提高安全可靠性的重要途径之一。对容错飞控计算机安全可靠性、实时性、维护性等设计要求进行研究,分析了无人机容错飞控计算机的设计要求特点;阐述了典型军... 高性能无人机对飞行控制计算机提出了高可靠性要求,使用余度容错飞控计算机是提高安全可靠性的重要途径之一。对容错飞控计算机安全可靠性、实时性、维护性等设计要求进行研究,分析了无人机容错飞控计算机的设计要求特点;阐述了典型军用、民用有人机以及无人机容错飞控计算机的体系结构及关键余度管理策略,总结了无人机容错飞控计算机体系结构特点及发展方向。根据上述研究结果,提出一种基于FlexRay总线的相似三模余分布式容错飞控计算机体系结构,FlexRay总线既是单通道飞控计算机的内部总线,也是多通道飞控计算机的系统总线。该体系结构能够抑制拜占庭故障,满足无人机高可靠、低成本、扩展性强、维护性能好等要求。 展开更多
关键词 无人机 容错计算机系统 飞行控制系统 体系结构设计 余度设计 三模冗余
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基于关键路径的三模冗余表决器插入算法 被引量:8
15
作者 谭宜涛 杨海钢 +2 位作者 黄娟 郝亚男 崔秀海 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期487-492,共6页
在FPGA的三模冗余设计中,寄存器的反馈环路会导致错误持续出现,严重影响三模冗余的容错性能,因此需要在寄存器的反馈环路上插入表决器。该文首次提出了一种针对映射后网表进行三模冗余设计的方法,同时提出了基于关键路径的表决器插入算... 在FPGA的三模冗余设计中,寄存器的反馈环路会导致错误持续出现,严重影响三模冗余的容错性能,因此需要在寄存器的反馈环路上插入表决器。该文首次提出了一种针对映射后网表进行三模冗余设计的方法,同时提出了基于关键路径的表决器插入算法,该算法在表决器的插入时避开关键路径,缓解了三模冗余设计中插入表决器时增加延时的影响。与国外同类算法相比,该文算法在不降低电路可靠性的前提下,以不到1%的面积开销,使得关键路径延时减少3%~10%,同时算法运算速度平均提高35.4%。 展开更多
关键词 FPGA 三模冗余 表决器插入 映射后网表 关键路径
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资源有限FPGA的多通道时间-数字转换系统 被引量:8
16
作者 吴军 王海伟 +4 位作者 郭颖 洪光烈 何志平 徐卫明 舒嵘 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期1208-1217,共10页
基于Xilinx XC2V3000芯片设计了一种应用于星载多通道快速激光三维成像雷达中的抗辐照增强型时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统。单板2片FPGA内实现了16通道高精度时间间隔测量。采用了多延时链冗余结构,每个测时通道由... 基于Xilinx XC2V3000芯片设计了一种应用于星载多通道快速激光三维成像雷达中的抗辐照增强型时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统。单板2片FPGA内实现了16通道高精度时间间隔测量。采用了多延时链冗余结构,每个测时通道由3个物理测时链路组成,最后通过三模冗余增强抗单粒子翻转能力。并应用了通道均匀性校准修正技术,解决了多通道测时均匀性问题。实验结果表明,系统测时精度达到62.9 ps,通道一致性较好,满足激光雷达三维成像要求,同时该技术方案具有低功耗、轻量化等特点。 展开更多
关键词 激光三维成像雷达 时间-数字转换系统 空间应用 资源有限 三模冗余
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大规模MPI并行计算的可扩展三模冗余容错机制 被引量:13
17
作者 王之元 杨学军 周云 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期1022-1035,共14页
随着系统规模的扩大,并行计算的性能不断提高,但可靠性却也在不断下降,因此需要采用某种容错机制来容忍或恢复硬件故障和数据错误.目前常用的容错机制Checkpoint/Restart和多模冗余均引入了额外的开销,这些开销均在某种程度上制约了并... 随着系统规模的扩大,并行计算的性能不断提高,但可靠性却也在不断下降,因此需要采用某种容错机制来容忍或恢复硬件故障和数据错误.目前常用的容错机制Checkpoint/Restart和多模冗余均引入了额外的开销,这些开销均在某种程度上制约了并行计算的可扩展性.因此,在高性能计算需求不断增长的今天,可扩展容错机制的设计显得尤为迫切和重要.以三模冗余(triple modular redundancy,简称TMR)为典型案例,描述了传统TMR在大规模MPI并行计算上的实现方法,分析了该机制所面临的实际问题,进而指出传统TMR制约了并行计算的扩展.根据该技术所面临的问题,设计了可扩展三模冗余(scalable triple modular redundancy,简称STMR),并进一步验证了其有效性和可扩展性.该机制不仅能够处理Checkpoint/Restart针对的fail-stop故障,还能够解决绝大部分硬件不能直接感知的数据错误.最后,借用BlueGene/L的系统参数进行模拟,预测当系统规模增大时,在分别采用TMR和STMR的情况下并行计算可扩展性的变化,结果进一步验证了STMR是可扩展的容错机制. 展开更多
关键词 容错机制 可扩展性 三模冗余 大规模并行计算 MPI
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FT51:一种容软错误高可靠微控制器 被引量:14
18
作者 龚锐 陈微 +2 位作者 刘芳 戴葵 王志英 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第10期1662-1673,共12页
文中给出一种容软错误高可靠微控制器FT51.首先它具有基于异步电路的时空三模冗余结构,采用此结构可以对时序逻辑单事件翻转(SEU)和组合逻辑单事件瞬态(SET)进行防护.所有的片内存储器采用Hamming编码进行防护.针对现有控制流... 文中给出一种容软错误高可靠微控制器FT51.首先它具有基于异步电路的时空三模冗余结构,采用此结构可以对时序逻辑单事件翻转(SEU)和组合逻辑单事件瞬态(SET)进行防护.所有的片内存储器采用Hamming编码进行防护.针对现有控制流检测的不足,该设计采用了软硬件结合的控制流检测与恢复机制.FT51在HJTC0.25μm工艺下进行了实现,与未经加固的版本相比,其额外的面积开销为80.6%,额外的性能开销为19%~133%.文中还提出了一种微处理器可靠性评估框架,在此框架下通过模拟和理论推导证明:典型情况下FT51的故障检出和屏蔽率为99.73%. 展开更多
关键词 微控制器 软错误 单事件翻转 单事件瞬态 时空三模冗余 控制流检测
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一种应用于SpaceWire路由器动态部分重构的容错技术 被引量:3
19
作者 钟雪燕 姚睿 鲍小胜 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2013年第3期703-705,共3页
为满足航天器有效载荷间高速数据多路传输未来发展和空间抗辐射的需求,研究了一种应用于SpaceWire路由器动态部分重构的容错技术。在SpaceWire总线标准网络层分析的基础上,对cell矩阵无阻塞路由增添HanMing编码实现纠一检二,当检测出大... 为满足航天器有效载荷间高速数据多路传输未来发展和空间抗辐射的需求,研究了一种应用于SpaceWire路由器动态部分重构的容错技术。在SpaceWire总线标准网络层分析的基础上,对cell矩阵无阻塞路由增添HanMing编码实现纠一检二,当检测出大于一个错误不能纠正时,采用局部重构的方式对有误的单个cell单元进行三重冗余重构,同时采用Partition Pin来代替传统的总线宏作为静态模块和动态模块的传输枢纽,并对容错前后路由器的资源和延时时间进行了评估和比较。实验结果表明,比将整个路由cell矩阵三模冗余,该方法能够节约硬件资源和减少延迟时间。 展开更多
关键词 三模冗余 部分重构 SpaceWire路由器 PARTITION PIN
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一种三重化冗余危急跳闸系统设计与实现 被引量:8
20
作者 邹见效 徐红兵 +1 位作者 张正迁 曾斌 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2009年第7期52-56,共5页
为提高汽轮机组危急跳闸系统(ETS)的可靠性,给出了一种三重化冗余(TMR)结构的ETS控制系统设计。系统的信号输入、总线传输、决策、输出环节均采用独立无耦合的TMR结构设计,同时,各环节模块具有自测试诊断功能和支持在线更换模块功能。... 为提高汽轮机组危急跳闸系统(ETS)的可靠性,给出了一种三重化冗余(TMR)结构的ETS控制系统设计。系统的信号输入、总线传输、决策、输出环节均采用独立无耦合的TMR结构设计,同时,各环节模块具有自测试诊断功能和支持在线更换模块功能。采用主机参数同步策略保证系统响应的实时性和准确性,采用可预设的表决策略和模块自检故障表参与决策以提高系统可靠性。通过可靠性分析以及现场调试运行,验证了系统的可靠性及稳定性。 展开更多
关键词 三重化冗余 危急跳闸系统 可靠性 汽轮机 自测试
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