机电一体化有出路吗(浅论机电一体化系统的联合仿真技术)

关键词：机电一体化模拟让错纠正错

一.导言

现代机电产品正朝着集成化、自动化和智能化的方向发展。一些机电产品对对人的依赖越来越少，一旦出现故障，人们是不可能修复的。一些机电产品形成大系统，一旦出现故障，可能导致重大事故，造成巨大的经济损失。例如，美国：发射的“勇气”号和“机遇”号探测器已经在太空飞行了半年。一旦出现故障，就不可能依靠人来诊断和修复它；2008年8月，巴西的一枚VLS-3号卫星运载火箭在最终检查期间突然爆炸，造成21人死亡，20多人重伤。

这些集成的、自动的和智能的机电系统具有很强的随机性，并且常常是不可预测的，但是工程实践表明，除了少数突发故障之外，大多数故障都是一个渐进的过程。如果发现得早，及时采取适当的措施是完全可以防止的。机电产品设计与仿真技术的研究，包括错和错，以及错技术的应用，满足了这一需求。

容技术为提高系统的可靠性开辟了新的途径。虽然人们不能保证所设计系统的每个部件的绝对对可靠性，但如果将容量错的概念引入到机电产品中，各种失效因素对对产品性能的影响会明显减弱，这意味着产品可靠性的间接提高。研究和应用错技术对对确保机电系统运行的连续性和安全性，减少安全事故，提高现代机电产品的经济效益和社会效益具有重要意义。

二、仿生硬件错的研究现状

随着电路系统功能的复杂化，传统的硬件电容错技术已经不能满足电路系统日益增长的需求。为了提高系统的可靠性，人们提出了动态对故障自检测和自修复的要求，并努力寻找一种新的容量设计方法。错早在20世纪50年代末，计算机之父冯诺依曼，就提出了开发一种具有自复制和自修复能力的通用机器的伟大构想。

受自然的启发，研究人员引入了自然计算(如进化计算、胚胎理论等)。)到硬件设计中，形成生物启发硬件，BHW)。仿生硬件的概念最初是由瑞士联邦理工学院在1992年提出的。虽然它的历史不长，但发展非常迅速，现已成为国际研究热点之一。在早期，仿生硬件也被称为进化硬件(EHW)。汤姆逊等人早就提出了将应用于容的思想。仿生硬件是一种能够根据外部环境的变化自主动态改变其结构和行为以适应其生存环境的硬件电路。它可以像生物学一样具有硬件自适应、自组织和自修复的特性。利用仿生硬件实现错不需要显式冗余，而是利用进化的固有特性来实现错，这一特性带来的优势是传统方法通过静态冗余实现所无法比拟的。

第三，错仿生硬件技术的新理念

基于错对仿生硬件的研究，对于对建立基于生物进化机制的新的硬件错理论、模型和方法，提高硬件系统的可靠性具有重要意义。

(1)错建筑和错原理的胚胎仿生硬件

仿生硬件可分为进化硬件和胚胎硬件，其中胚胎仿生硬件又称胚胎电子系统，是模仿多细胞http://1457.cn的硬件

胚胎仿生硬件的错体系结构主要由胚胎细胞、开关阵列和导线轨迹组成。根据可编程连线，的控制信号，开关阵列完成开关闭合并控制线路轨道中每个线段的使用。胚胎细胞包括存储器、坐标发生器、输入输出转换模块、功能单元、直接连线，可编程连线，控制模块等。存储器用于存储配置数据位串，并根据单元状态和坐标发生器计算的结果从配置位串中提取解码后的对胚胎电子单元的换向块和功能单元进行配置。坐标生成器根据最近的两个边(左侧和下侧)上的相邻像元的坐标为每个像元分配坐标。输入输出换向模块为单元功能单元之间的可编程连线提供控制信号。该功能单元用于实现n输入布尔函数，该函数用于实现所需的单元函数。直接连线负责职能部门之间的沟通。可编程连线传输控制信号来控制开关阵列。控制模块完成电池工作状态检测、故障诊断和控制电池冗余切换。

(2)用胚胎仿生硬件实现错的策略

为了实现对故障单元的容差，有两种常用的错容差策略：33，360行(列)消除和单元消除策略。通过用错，记录单元的位置，这些单元被重新分配，并被其他备用单元代替。

然而，由于对在连线，的资源失败，这些战略并没有给出相应的对战略。在深入研究胚胎仿生硬件错容错体系结构的基础上，提出了一种针轨故障的错容错策略。

1.行(列)取消策略。在行(列)取消中，如果一个单元格来自错，则该行(列)中的所有单元格都将被取消，并且该行(列)中的单元格的功能将被前一行(右列)中的细胞所替换，也就是说，当一个单元格来自错，时，细胞所上移(右)到备用行(备用列)以替换其当前工作。

2.手机取消策略。在信元取消中，用备用信元替换故障信元分为两个阶段。当一行中错单元的数量超过备用单元的数量时，整个行被取消，该行中的单元上移，并且备用行取代错行的功能。

(3)用胚胎仿生硬件实现错的过程

包含错的胚胎仿生硬件的过程是：

(1)根据设计要求，选择设备，确定硬件设计方案；

(2)将电路结构和相关参数作为染色体进行编码，按照进化算法的进化模型对系统进行进化运算；

(3)一般来说，电路功能和预期结果之间的符合程度被认为是个体的适合度。根据给定的输入条件或测试集，通过模拟测试或基于电路模型的实际测量来计算群体中每个个体的适应度；

(4)胚胎仿生硬件中的错错误检测机制

错的误检是在胚胎仿生硬件中实现错的前提。本文主要研究针对细胞衰竭的错假检测机制。

基于蜂窝功能单元的三模冗余和多数表决器电路实现是硬件容忍错通常使用的冗余错-tolerant策略

大多数选民判断并输出大多数细胞模块的信号，但他们不能判断哪个细胞有错错误，因此他们不能启动对错细胞的重启或重建来修复细胞。为了检测错细胞的具体位置，修复细胞，进一步提高三模冗余的可靠性，有必要设计相应的差分错检测器。