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当代控制理论及应用技术概论
Introduction to Contemporary Control Theory and Applied Technology

3. 控制重构
容错控制能力是指系统在某些部件发生故障的情况下，仍能按原定性能指
标或性能指标略有降低（但可以接受），完成控制任务或保证安全飞行的能力。
容错控制能力基于系统故障后的控制重构。控制重构分为物理冗余和解析冗余两
大类方法。物理冗余方法通过对重要部件及易发生故障部件提供备份，故障后启

用备份，完成控制重构，已广泛应用于工程实践中，但是物理冗余技术在提高系
统可靠性的同时，带来额外的成本、结构、重量、体积的增加。解析冗余方法利
用控制系统不同部件之间的内在联系和信息及功能上的冗余性，故障后启用完好

部件部分甚至全部的承担起故障部件所丧失的控制作用，完成控制重构，解析冗
余不需要增加硬件设备，具有性能好、功能强、成本低和易实现的特点。
新型飞行器均发展了多操纵面技术，在传统的三翼面布局上，采用了翼面
分段、前后缘边条翼、传统操纵面独立偏转控制等技术，使得飞机的控制操纵具
备冗余度。基于故障诊断与控制重构的主动容错控制技术可充分利用控制操纵的

冗余度，在某一个或多个操纵面发生故障时，利用剩余的完好操纵面，重新构造
出已经损坏的操纵面的功能，这项技术提高了飞行控制系统的容错能力，也为减
少执行机构硬件余度提供了可行性。实时性强的受限广义多操纵面最优控制分配

算法是应用这项技术的瓶颈。
由分布式计算、通信与传感环境下的复杂大系统的控制重构、编队重构、
任务重构还缺乏研究和实践，等待新的概念、理论和方法的出现。
4. 可靠性建模与分析方法
设计余度容错系统的困难还在于如何对所设计的系统进行正确的可靠性分

析和评估。可靠性建模与分析方法分为静态和动态可靠性建模与分析方法。静
态方法有可靠性框图（Reliability block diagrams，RBD） 和故障树分析法 （Fault
tree analysis，FTA）。静态方法简单、直观，求解算法快速、精确，但是不能描

述余度飞控系统在故障下的动态特性和故障的相关性。动态可靠性建模与分析方
法有动态故障树分析 （Dynamic FTA，DFTA）、Markov 方法和 Petri 网分析法。
三种方法都可以反映系统故障发生时序等动态特性，但是采用 DFTA 方法建立复
杂系统的正确模型非常困难，Markov 模型不能直观描述系统的静态结构以及系
统各部分并发等相互关系，它同 Petri 网方法都会随着建模组件的增加出现状态

组合空间爆炸问题。

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