控制系統(tǒng)故障診斷與容錯控制的分析和設(shè)計(jì)

第一章 概述

1.1 問題的提出

1.2 故障診斷

1.2.1 故障診斷的任務(wù)及其研究的內(nèi)容

1.2.2 系統(tǒng)故障的特征量及其獲取

1.2.3 故障的決策與分離方法

1.2.4 故障診斷的方法

1.3 容錯控制

1.3.1 魯棒容錯控制

1.3.2 重構(gòu)容錯控制

1.4 容錯控制和故障診斷技術(shù)中存在的問題及其發(fā)展趨勢

參考文獻(xiàn)

第二章 基于觀測器的故障診斷

2.1 引言

2.2 故障檢測觀測器的特征結(jié)構(gòu)配置方法

2.3 基于矩陣奇異值分解的魯棒故障檢測觀測器和基于魯棒觀測器的故障診斷

2.3.1 問題的描述

2.3.2 基于矩陣奇異值分解的魯棒觀測器設(shè)計(jì)

2.3.3 基于多重模型假設(shè)下的并行魯棒觀測器殘差輸出的故障分離

參考文獻(xiàn)

第三章 基于參數(shù)估計(jì)的故障診斷

3.1 引言

3.2 基于模參一物參關(guān)聯(lián)方程靈敏度分析的故障模式識別

3.3 變結(jié)構(gòu)變參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)

3.4 變結(jié)構(gòu)變參數(shù)系統(tǒng)辨識的自適應(yīng)算法

3.5 基于參數(shù)估計(jì)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)測試與故障診斷的原理

3.5.1 基于參數(shù)估計(jì)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)測試與故障診斷的原理

3.5.2 應(yīng)用實(shí)例——基于參數(shù)估計(jì)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)動態(tài)測試與故障診斷系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)

第四章 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷

4.1 引言

4.2 多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和一種改進(jìn)的多層前向網(wǎng)絡(luò)快速學(xué)習(xí)算法

4.2.1 多層前向網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及數(shù)學(xué)描述

4.2.2 一種多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)自調(diào)整算法

4.2.3 誤差的后向傳播原理及BP學(xué)習(xí)算法

4.2.4 一種改進(jìn)的快速誤差后向傳播學(xué)習(xí)算法（FI彈）

4.3 基于BP和FBP學(xué)習(xí)算法的多層前向網(wǎng)絡(luò)在故障診斷中的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)

第五章自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)和基于自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)的故障診斷

5.1 引言

5.2 模糊邏輯的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

5.3 自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)及基于自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)的故障診斷

5.3.1 自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述

5.3.2 自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)的函數(shù)逼近能力分析

5.3.3 自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)的梯度下降學(xué)習(xí)算法

5.3.4 基于模擬退火的自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)學(xué)習(xí)算法

5.3.5 自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)的最近鄰學(xué)習(xí)算法

5.3.6 自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)的競爭學(xué)習(xí)算法

5.3.7 基于自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)的建模與故障診斷實(shí)驗(yàn)研究

參考文獻(xiàn)

第六章 基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法

6.1 引言

6.2 專家系統(tǒng)的建造

6.3 知識的表示與獲取

6.3.1 知識的表示

6.3.2 知識的獲取

6.4 推理機(jī)

6.4.1 推理策略

6.4.2 推理控制策略

6.5 應(yīng)用實(shí)例

6.5.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

6.5.2 基于SM智能檢測的某運(yùn)載火箭實(shí)時在線監(jiān)測

6.5.3 基于STD實(shí)時在線監(jiān)測的故障診斷專家系統(tǒng)

6.5.4 系統(tǒng)的功能特點(diǎn)、應(yīng)用情況及結(jié)論

參考文獻(xiàn)

第七章 邏輯診斷與故障樹分析

7.1 邏輯診斷

7.1.1 邏輯代數(shù)

7.1.2 故障診斷中的邏輯問題

7.1.3 故障的邏輯診斷

7.2 故障的故障樹分析方法

7.2.1 故障樹的建造與數(shù)學(xué)描述

7.2.2 敵障樹的定性分析

7.2.3 故障樹的定量計(jì)算

參考文獻(xiàn)

第八章 應(yīng)用信息量確定最佳檢測步驟和最佳故障特征集

8.1 引言

8.2 信息及其度量與計(jì)算

8.2.1 熵函數(shù)

8.2.2 信息及其度量

8.3 用信息量的方法確定最佳故障特征集和最佳診斷步驟

參考文獻(xiàn)

第九章 系統(tǒng)動態(tài)行為的Petri網(wǎng)描述及基于Petri網(wǎng)的故障診斷

9.1 Petri網(wǎng)的基本概念

9.2 邏輯運(yùn)算的Petri網(wǎng)建模

9.3 Petri網(wǎng)的簡化

9.4 基于Petri網(wǎng)模型的系統(tǒng)分析

9.4.1 由Petri打網(wǎng)模型求系統(tǒng)失效率

9.4.2 由Petri網(wǎng)模型求系統(tǒng)的最小路集與最小割集

9.5 基于Petri網(wǎng)的系統(tǒng)狀態(tài)動態(tài)變遷的描述與求解

9.5.1 基于Petri網(wǎng)的系統(tǒng)狀態(tài)動態(tài)變遷的關(guān)聯(lián)矩陣求解法

9.5.2 基于Petri網(wǎng)的系統(tǒng)狀態(tài)動態(tài)變遷的梯形圖求解法

9.6 基于Petri網(wǎng)的故障診斷

參考文獻(xiàn)

第十章 基于同時穩(wěn)定的容錯控制

10.1 引言

10.2 基于互質(zhì)分解的多重系統(tǒng)同時穩(wěn)定容錯控制設(shè)計(jì)

10.2.1 基于互質(zhì)分解的同時穩(wěn)定問題的數(shù)學(xué)描述

10.2.2 基于穩(wěn)定的互質(zhì)分解的同時穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì)

10.3 基于Hunwitz穩(wěn)定性理論和非線性優(yōu)化的容錯控制

10.4 應(yīng)用仿真

10.4.1 某導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型描述

10.4.2 同時穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)

……

第十一章 基于H。。控制的多變量系統(tǒng)完整性設(shè)計(jì)

附錄

參考文獻(xiàn)

《控制系統(tǒng)故障診斷與容錯控制的分析和設(shè)計(jì)》一書講的是隨著人們認(rèn)識世界的深人，改造世界的拓展，出現(xiàn)了一些大型復(fù)雜系統(tǒng)。這些系統(tǒng)規(guī)模大，造價高，一旦出現(xiàn)故障，其后果往往是災(zāi)難性的，因此要求這種系統(tǒng)具有極高的安全性和可靠性。如何及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的故障并加以定位，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能否使系統(tǒng)仍然安全可靠地工作且維持一定的性能，客觀生產(chǎn)實(shí)踐向人們提出了故障診斷與容錯控制的問題。

故障診斷和容錯控制技術(shù)作為提高系統(tǒng)的安全性、可靠性的重要手段，日益引起人們的重視，成為控制理論繼分析與綜合技術(shù)之后的又一主要內(nèi)容。國內(nèi)外每年都有大量的文獻(xiàn)報道這方面的研究，且已經(jīng)取得了許多有價值的成果，但由于問題的復(fù)雜性，故障診斷和容錯控制是一門涉及自動控制理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信號處理、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、優(yōu)化理論、人工智能等多學(xué)科的新型邊緣學(xué)科，仍然存在許多有待進(jìn)一步研究的問題。筆者一直從事故障診斷與容錯控制的學(xué)術(shù)、科研和研究生教學(xué)工作，感到有必要對過去的工作加以總結(jié)，為相關(guān)的學(xué)習(xí)研究提供一些參考。因此我們總結(jié)了十余年來在控制系統(tǒng)故障診斷與容錯控制領(lǐng)域的學(xué)術(shù)、科研和教學(xué)工作，寫成此書，并經(jīng)兩屆研究生試用，深得學(xué)生好評?，F(xiàn)承蒙國防科技圖書出版基金資助，使得此書能得以正式出版。我們深信，《控制系統(tǒng)故障診斷與容錯控制的分析和設(shè)計(jì)》的出版對我國控制系統(tǒng)故障診斷與容錯控制的研究必將起一定的推動作用。

《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)》介紹了基本的統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控、故障診斷和控制方法，并介紹了適應(yīng)動態(tài)工業(yè)過程需求的故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的先進(jìn)數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)方案。隨著對技術(shù)過程和資產(chǎn)的可靠性、可用性以及安全性的要求不斷提高，過程監(jiān)控和容錯已成為自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。

《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)》向讀者展示了目前由于信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)驅(qū)動和統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控與控制的關(guān)鍵技術(shù)如何廣泛應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐中來解決這些問題。

為了便于自主研究和實(shí)際應(yīng)用，《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)》包含了重要的數(shù)學(xué)與控制理論知識以及相關(guān)工具。主要方案以算法形式給出，并在工業(yè)案例的系統(tǒng)中演示。

《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)》將引起過程與控制工程師、工程專業(yè)的學(xué)生和控制工程研究人員的興趣。

《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)》旨在報告和鼓勵控制工程技術(shù)的傳播?？刂萍夹g(shù)的飛速發(fā)展對控制學(xué)科的各個領(lǐng)域產(chǎn)生影響。

《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)》為研究人員提供了一個機(jī)會，讓他們在工業(yè)控制的各個方面展示新的工作成果。

第一部分 引言、基本概念和預(yù)備知識

第1章 引言

1．1 基本概念

1．2 寫作動機(jī)

1．2．1 數(shù)據(jù)驅(qū)動和基于模型的故障檢測與診斷

1．2．2 容錯控制與壽命管理

1．2．3 信息基礎(chǔ)設(shè)施

1．3 內(nèi)容大綱

1．4 注釋和參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)

第2章 案例研究和應(yīng)用實(shí)例

2．1 三容系統(tǒng)

2．1．1 過程動力學(xué)及其描述

2．1．2 典型故障的描述

2．1．3 閉環(huán)動力學(xué)

2．2 全混流加熱器

2．2．1 設(shè)備動力學(xué)及其描述

2．2．2 所考慮的故障

2．3 工業(yè)實(shí)例：田納西過程

2．3．1 過程描述和仿真

2．3．2 TEP中的模擬故障

2．4 注釋和參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)

第3章 故障的統(tǒng)計(jì)檢測

3．1 基本概念

3．1．1 一個簡單的檢測問題及其直觀的解決方案

3．1．2 故障檢測的基本概念

3．1．3 問題公式化

3．2 基本方法與算法

3．2．1 直覺解決方案

3．2．2 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T2

3．2．3 似然比和廣義似然比

3．2．4 廣義似然比的向量值

3．3 檢測問題中的數(shù)據(jù)驅(qū)動解決方案

3．3．1 有足夠大N的故障檢測

3．3．2 用霍特林的T2檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行故障檢測

3．3．3 用Q統(tǒng)計(jì)進(jìn)行故障檢測

3．4 案例：三容系統(tǒng)的故障檢測

3．4．1 系統(tǒng)設(shè)置和仿真參數(shù)

3．4．2 操作結(jié)果和閾值設(shè)置

3．4．3 故障檢測結(jié)果

3．5 基本故障檢測問題的變化

3．5．1 變化1

3．5．2 變化2

3．6 注釋和參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)

第4章 確定性擾動過程的故障檢測

4．1 優(yōu)化配置和基本概念

4．1．1 簡單的檢測問題與其直觀的解決方案

4．1．2 基本概念

4．1．3 問題的表述

4．2 基本方法和算法

4．2．1 一個直覺策略

4．2．2 一種替代方案

4．2．3 對比研究

4．2．4 基于未知輸入估計(jì)的檢測方案

4．2．5 通用解決方案

……

第二部分 多元分析方法在靜態(tài)過程故障診斷中的應(yīng)用

第5章 主元分析在故障診斷中的應(yīng)用

第6章 偏最小二乘回歸在故障診斷中的應(yīng)用

第7章 基于過程監(jiān)測和故障診斷的典型變量分析

第三部分 動態(tài)過程中故障診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)

第8章 簡介、預(yù)備知識與I/O數(shù)據(jù)集模型

第9章 數(shù)據(jù)驅(qū)動的故障診斷方案

第10章 基于觀測器的故障診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)

第四部分 數(shù)據(jù)驅(qū)動故障診斷中的自適應(yīng)迭代優(yōu)化技術(shù)

第11章 自適應(yīng)故障診斷方案

第12章 過程監(jiān)測與故障檢測系統(tǒng)的迭代優(yōu)化

第五部分 容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)與壽命管理

第13章 容錯控制架構(gòu)和設(shè)計(jì)研究

第14章 基于觀測器的控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計(jì)

第15章 自動控制系統(tǒng)壽命管理的實(shí)現(xiàn)

第1章 緒論

1.1 智能故障診斷與容錯控制的有關(guān)概念

1.2 智能故障診斷與容錯控制的目的和意義

1.3 智能故障診斷與容錯控制的研究內(nèi)容

1.4 智能故障診斷與容錯控制的研究方法

1.5 智能故障診斷與容錯控制的國內(nèi)外研究概況

1.6 本書的結(jié)構(gòu)體系和特色

1.7 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第2章 智能故障診斷與容錯控制的構(gòu)成

2.1 智能故障診斷與容錯控制的基本結(jié)構(gòu)

2.2 智能故障診斷與容錯控制的構(gòu)成原理

2.3 智能故障診斷與容錯控制的構(gòu)成方法

2.4 智能故障診斷與容錯控制的評價指標(biāo)

2.5 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第3章 智能故障診斷與容錯控制方案

3.1 基于狀態(tài)反饋的故障診斷與容錯控制

3.2 基于故障補(bǔ)償?shù)墓收显\斷與容錯控制

3.3 基于多模冗余的故障診斷與容錯控制

3.4 基于功能模塊的故障診斷與容錯控制

3.5 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷與容錯控制

3.6 基于專家系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制

3.7 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第4章 智能故障診斷與容借控制策略

4.1 瞬時故障的消除

4.2 多模塊并行診斷決策

4.3 故障自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制

4.4 故障自適應(yīng)補(bǔ)償控制

4.5 故障自適應(yīng)重構(gòu)控制

4.6 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第5章 智能故障診斷與容錯控制的實(shí)現(xiàn)方法

5.1 故障信號檢測

5.2 故障特征識別

5.3 故障狀態(tài)預(yù)測

5.4 故障維修決策

5.5 故障容錯控制

5.6 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第6章 模糊故障診斷與容錯控制

6.1 模糊故障診斷原理

6.2 模糊故障診斷方法

6.3 模糊故障容錯控制

6.4 幾個問題的處理方法

6.5 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第7章 專家系統(tǒng)故障診斷與容錯控制

7.1 專家系統(tǒng)概述

7.2 專家系統(tǒng)故障診斷原理

7.3 專家系統(tǒng)故障診斷方法

7.4 專家系統(tǒng)故障容錯控制

7.5 翼型風(fēng)不洞運(yùn)行過程故障診斷與容錯控制

7.6 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第8章 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷與容錯控制

……

第9章 信息融合故障診斷與容錯控制

第10章 智能故障診斷與容錯控制

第11章 智能結(jié)構(gòu)故障診斷與容錯控制

第12章 BIT故障診斷與容錯控制

第13章 集成化妝故障診斷與容錯控制

第14章 網(wǎng)絡(luò)化故障診斷與容錯控制