浅议浅论机电一体化系统的联合仿真技术

1、浅议浅论机电一体化系统的联合仿真技术一、引言 现代机产品正朝着集成化、自动化、智能的方向开展，有的机电品对 人的依赖性越来越， 发生故障根本不可能由人维修， 有的机电产品形 成大系，一旦发生故障可能导致重事故， 并造成巨大经济损失。 例如 : 美国发射的 “勇气 号火星车和机遇 号火星车，在太空行半年之久， 一旦有了故障靠人诊断和维修是根本不可能的 ;2021 年 8 月西一枚 VLS-3 型卫运载火箭，在接受最后检测突然爆炸，导致现场 21 人被 炸死，另有 20 多身受重伤。 这些集成化、自化、智能化的机电系统发生故障的机性很强，往往难 以预料，但工程实践说明除了少数发故障以外， 大多数障

2、是一个渐进 的过程。果早期发现，及时采取恰当的施是完全可以防止的，机电产 品错设计与仿真技术研究以及错技术的应用正是顺应了种需求。 容错技术为提系统的可靠性开辟了一条新的途径虽然人们无法保证 所设计的系各个构成环节的绝对可，但假设把容错的概念入到机电产 品，可使各个故障因素对产品性的影响被显着削弱， 这就意着间接地 提高了产品的可靠性研究和应用容错技术， 于保障机电系统运行的连 性和平安性，减少平安事故，提现代机电产品的经济效益和社效益， 具有非常重要意义。二、仿硬件容错研究现状 随着电系统功能的复杂化， 传统的硬件错技术越来越不能足日益庞大 的电路系统要求。 了提高系统可靠性， 人们提出了动

3、态地对故障进自 检测、自修复的要求，并努力寻找新的容错设计方法。在 20 世纪 50 年代末，算机之父冯诺依曼就提出了研制具自繁殖与自修复能力通用 机器的伟设想。研究人员从自然得到灵感， 将自然算引入到硬件设计中从而成仿生硬 件。生硬件的概念最初是由瑞士联工学院于 1992 年出的，虽然历史 不长，但其展非常迅速，现在已成为国际上的研究热点一。仿生硬件 早期称为进化硬件。 A.Thompson 等较早提出了 EHW 应于容错方面 的想法。生硬件是一种能根外部环境的变化而自主地、 动态改变自身 的结构和行为以适其生存环境的硬件电路， 它可以像物一样具有硬件 自适应自组织、 自修复特性。采用生硬件

4、实现的容错， 不需要显冗余， 而是利用进化本身固容错的特性， 这种特性带来的优势传统方法通过 静态冗余实现容错不能比较的。三、仿生件的容错技术新思路 基于仿硬件的容错研究， 对建立借生物进化机制的硬件容错理论、 新 模型和新方，提高硬件系统的可靠性，具至关重要的意义。 胚型仿生硬件的容错体系结构和容错理 生硬件可以分为进型和胚胎型，其中胚型仿生硬件也称为胚胎电子 统，是模仿生物的细胞容错机制实现的硬件。 胚胎型生硬件的容错体系结构，主要由胚胎细胞、开阵和线轨组成。 开关根据可编程连线的控制信号完成开闭合，控制线轨内各线的使 用。胚胎细胞包含存储器、坐发生器、 I/O 换向块功能单元、直接连 线

5、、可编连线、控制模块等。存储器用于保配置数据位串，并根据胞 状态和坐标发生器计算出结果， 从配置位串中提一段经译码后对胚胎 电子细的换向块和功能单元进行配置坐标发生器根据每个细胞最近 两侧邻居细胞的坐标为分配坐标。 I/O 向块为细胞功能单间的可编程 连线提供控制信。功能单元用于实现一个n入的布尔函数，用于实现 所需细胞功能。 直接连线负责功能元之间的相互通信。 可编连线传递 控制信号控制开关阵。制模块完成细胞的工作状态检测、障诊断、控 制细胞冗余切。胚胎型仿生硬件实现容错的略 为了实现对故障细胞的错，常用的容错策略有两种 :行取消和细胞取 消策略，通过记录有错的单元位置， 重新线，用其他备用

6、的单元来替。 但是对于连线源故障， 这些策略并未给相应的对策。 在深研究胚胎仿 生硬件容错体系结构的础上，本文提出一针对线轨故障的容错略。1. 行取消策略。在行取中，假设一个细胞出错，它所在行的所有细都将 被取消，而该行胞的功能将被其上一行的细胞所代替， 即当一个细出 错时，细胞所在上移到一个备用来代替它当前的作。2. 细胞消策略。在细胞取消中，备用细胞代替故障细胞分两阶段。当 某一行的错细胞数超过备用细胞数，整行被取消，行细上移，用备用 行取代出错行的能。胚胎型仿生硬实现容错的流程 胚胎型生硬件容错的流程为 : 根设计需求选择器件，确定硬件计方案 ; 以电路结构及有关参数作为染色体进行编码， 按照进化算的进化模式对系统行进化操作 一般以电路的功能与预期果的符合程度作为个的适应度。 根据给定输 入条件或测试集， 通过基于路模型的仿真测试或实测计群体中的每个 个体的适度 ;胚胎型仿生硬件内部错误检机制 错误检测是胚型仿生硬件实现容的前提， 本文在此着重研针对细胞故 障的错检测机制。基于细胞功能元的三模冗余与多数表决电路实现是硬件容错常用的 冗余错策略。多数表决器断输