基於模型的綫性控製係統故障診斷方法 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2026

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楊光紅 等 著

圖書標籤:

• 故障診斷
• 綫性控製係統
• 基於模型
• 控製工程
• 係統辨識
• 故障檢測
• 可觀測性
• 容錯控製
• 狀態估計
• 自適應控製

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030290700

版次：1

商品編碼：10321384

包裝：平裝

叢書名： 華夏英纔基金學術文庫

開本：16開

齣版時間：2010-09-01

頁數：180

內容簡介

《基於模型的綫性控製係統故障診斷方法》介紹瞭基於模型的綫性控製係統故障檢測方法，突齣瞭基於穩態和依賴於伺服信號的檢測技術，解決瞭小幅值卡死故障檢測問題。此外，《基於模型的綫性控製係統故障診斷方法》對綫性不確定係統的同時故障檢測與控製器設計問題作瞭詳細闡述。利用有限頻方法刻畫故障和乾擾的頻域特徵，結閤廣義KYP引理來設計各種故障檢測係統，是《基於模型的綫性控製係統故障診斷方法》的又一特點。《基於模型的綫性控製係統故障診斷方法》可供高等院校相關專業本科生、研究生以及對故障檢測感興趣的科研工作者、工程技術人員參考。

目錄

前言
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 故障檢測技術
1.2.1 故障檢測技術分類
1.2.2 基於模型的故障檢測方法
1.3 本書的主要工作

第2章 預備知識
2.1 一些引理
2.2 本書使用的符號

第3章 基於有限頻的故障檢測方法
3.1 有限頻H_指標
3.1.1 有限頻H_指標定義
3.1.2 由GKYP引理得齣的H_指標
3.2 故障檢測觀測器設計
3.2.1 故障靈敏性條件
3.2.2 乾擾抑製條件
3.2.3 穩定性條件
3.2.4 故障檢測觀測器設計
3.3 仿真算例
3.4 結論

第4章 綫性不確定係統的故障檢測濾波器設計
4.1 問題描述
4.1.1 係統模型
4.1.2 問題描述與預備知識
4.2 故障檢測濾波器設計：一個特殊情況
4.3 故障檢測濾波器設計：一般情況
4.3.1 乾擾抑製條件
4.3.2 故障檢測目標條件
4.3.3 故障檢測濾波器設計方法
4.4 仿真算例
4.5 結論

第5章 綫性不確定係統的同時故障檢測與控製器設計
5.1 問題描述
5.1.1 係統模型
5.1.2 問題描述與預備知識
5.2 同時故障檢測與控製
5.2.1 控製條件
5.2.2 故障檢測條件
5.3 解決方案
5.3.1 第1步：狀態反饋設計
5.3.2 第2步：輸齣反饋設計
5.3.3 閾值求解
5.4 仿真算例
5.5 結論

第6章 綫性參數變化係統的同時故障檢測與控製器設計
6.1 問題描述與預備知識
6.1.1 問題描述
6.1.2 預備知識
6.2 檢測器／控製器設計條件
6.2.1 故障檢測條件
6.2.2 控製性能條件
6.2.3 穩定性條件
6.3 檢測器／控製器設計的LMI條件
6.4 閾值設計
6.5 仿真算例
6.6 結論

第7章 綫性不確定係統的故障估計
7.1 問題描述
7.2 故障估計濾波器設計
7.2.1 係統無不確定性的情況
7.2.2 係統有不確定性的情況
7.2.3 穩定性條件
7.3 閾值設計
7.4 仿真算例
7.5 結論

第8章 基於穩態的不確定狀態反饋控製係統故障檢測
8.1 問題描述
8.1.1 故障模型
8.1.2 控製目標
8.1.3 故障檢測方案
8.2 卡死故障檢測
8.2.1 確定加權函數V
8.2.2 算法
8.2.3 閾值設計
8.3 仿真算例
8.4 結論

第9章 基於穩態的動態輸齣反饋控製係統故障檢測
9.1 問題描述
9.1.1 係統模型
9.1.2 故障模型
9.1.3 綜閤設計
9.1.4 與已有技術比較
9.2 綜閤故障檢測與控製
9.2.1 有用的引理
9.2.2 控製目標的綫性矩陣不等式條件
9.2.3 檢測目標的不等式條件
9.2.4 控製器參數和加權矩陣V的解
9.2.5 閾值設計
9.3 仿真算例
9.4 結論

第10章 基於穩態的傳感器故障檢測
10.1 問題描述
10.1.1 係統模型
10.1.2 故障模型
10.1.3 預備知識
10.1.4 同時濾波與故障檢測方案
10.2 同時濾波與故障檢測
10.2.1 無故障時的不等式條件
10.2.2 有故障時的不等式條件
10.2.3 綜閤求解
10.3 仿真算例
10.4 結論

第11章 帶有有限頻伺服信號的反饋控製係統故障檢測
11.1 問題描述
11.1.1 係統模型
11.1.2 故障模型
11.1.3 預備知識
11.1.4 故障檢測方案
11.2 全階故障檢測濾波器設計條件
11.2.1 有故障時的不等式條件
11.2.2 無故障時的不等式條件
11.2.3 穩定性條件
11.2.4 綜閤求解
11.3 降階故障檢測濾波器設計條件
11.4 仿真算例
11.5 結論
參考文獻

前言/序言

基於模型的綫性控製係統故障診斷方法：一本深入探索與實踐的指南 引言 在現代工業生産和高科技領域，控製係統扮演著至關重要的角色。無論是航空航天、電力係統、化工生産，還是汽車工業，綫性控製係統因其數學上的簡潔性和易於分析的特性，被廣泛應用於各種場景。然而，任何復雜的工程係統都不可避免地會受到各種因素的影響而發生故障，這些故障可能導緻係統性能下降、效率降低，甚至引發災難性的後果。因此，如何及時、準確地檢測、隔離和識彆控製係統中的故障，即故障診斷，成為瞭保障係統安全可靠運行的關鍵環節。 本書，《基於模型的綫性控製係統故障診斷方法》，正是應運而生，旨在為研究人員、工程師以及相關領域的學生提供一套係統、深入且具有實踐指導意義的故障診斷方法論。本書聚焦於基於模型的診斷技術，特彆是針對綫性控製係統的特性，詳細闡述瞭從理論基礎到具體實現的全過程。我們摒棄瞭簡單粗暴的“黑箱”方法，而是深入挖掘係統的內在動力學特性，利用其數學模型進行分析推理，從而實現對故障的精準定位。 第一部分：理論基石——理解綫性控製係統的模型與故障 在展開具體的診斷方法之前，本書首先為讀者打下堅實的理論基礎。 第一章：綫性控製係統模型 狀態空間模型與傳遞函數模型： 本章將詳細介紹描述綫性控製係統的兩種經典數學模型：狀態空間模型和傳遞函數模型。我們將闡述它們之間的相互轉換關係，並討論在不同應用場景下選擇哪種模型更為閤適。重點將放在如何從係統結構、物理原理或實驗數據中辨識和建立準確的係統模型。 模型的不確定性與魯棒性： 現實世界中的模型往往存在不確定性，例如參數漂移、傳感器誤差等。本章將探討模型不確定性的來源及其對故障診斷的影響，並初步介紹魯棒性概念，為後續的魯棒故障診斷方法奠定基礎。 係統動力學特性分析： 深入分析綫性係統的穩定性、可控性、可觀性等基本概念，理解這些特性如何影響故障的可檢測性和可診斷性。 第二章：綫性控製係統故障的建模與分類 故障的來源與錶現形式： 本章將係統地梳理綫性控製係統中可能齣現的各種故障，包括傳感器故障（如零偏、增益漂移、斷綫）、執行器故障（如卡死、飽和、響應遲滯）、係統參數變化（如質量、阻尼係數變化）以及控製器故障等。 故障的數學建模： 重點在於如何將這些物理故障轉化為數學模型中的等價形式。我們將介紹常見的故障注入技術，如加性故障、乘性故障，以及如何在綫性模型框架下對其進行量化描述。 故障的分類與影響： 討論故障的嚴重程度、持續性以及對係統性能的影響。瞭解不同類型故障的診斷難度和優先級。 第二部分：基於模型的故障診斷核心方法 在掌握瞭基本的理論知識後，本書將進入故障診斷的核心內容，詳細介紹幾種主流的基於模型的診斷技術。 第三章：殘差生成方法 殘差，顧名思義，是係統實際輸齣與模型預測輸齣之間的差異。它是故障診斷的“信號”。 設計殘差生成器： 本章將詳細介紹設計殘差生成器的基本原則和常用策略。核心在於構建一個能夠準確預測係統正常運行時的輸齣的“基準模型”，並將其與實際係統進行對比，從而産生對故障敏感的殘差。 狀態觀測器法： 重點介紹基於狀態觀測器（如Luenberger觀測器、卡爾曼濾波器）的殘差生成方法。通過估計係統的狀態嚮量，然後利用估計的狀態來預測輸齣，從而生成殘差。詳細闡述不同觀測器的優缺點及其適用場景。 模型預測控製（MPC）中的殘差生成： 探討如何在模型預測控製的框架下，利用其預測能力生成用於故障診斷的殘差。 殘差的性質分析： 分析殘差的敏感性、故障檢測能力以及對噪聲的魯棒性。 第四章：故障檢測與隔離（FDI） 一旦生成瞭殘差，下一步就是利用這些殘差來判斷係統是否發生故障，以及故障發生在哪個部分。 故障檢測： 閾值判決法： 介紹如何根據殘差的統計特性設定閤適的閾值，當殘差超過閾值時，判定為發生故障。討論閾值設定的策略，如固定閾值、自適應閾值等。 統計推斷方法： 介紹基於假設檢驗的故障檢測方法，如赤池信息量準則（AIC）、貝葉斯信息量準則（BIC）等。 機器學習輔助故障檢測： 簡要介紹如何利用一些簡單的機器學習算法（如SVM、決策樹）來輔助殘差的分類和檢測。 故障隔離： 故障簽名（Fault Signature）概念： 引入故障簽名的概念，即不同故障在不同殘差上産生的特定模式。 故障字典法： 建立一個故障字典，將每個可能的故障與其對應的故障簽名進行映射。通過比較實際的殘差模式與故障字典中的模式，實現故障的隔離。 基於模型結構的故障隔離： 利用係統模型中不同變量之間的依賴關係，結閤殘差信息，實現故障的定位。例如，如果某個傳感器齣現故障，通常隻會影響其對應的殘差，而不會影響其他與它無關的傳感器殘差。 多模型方法： 建立多個模型，每個模型對應一種特定的故障或故障組閤。通過比較實際係統輸齣與各個模型預測輸齣的匹配程度，來識彆故障。 第五章：故障診斷與容錯控製 在完成瞭故障的檢測和隔離之後，進一步的目標是將故障的根源準確地診斷齣來，並在此基礎上設計相應的容錯控製策略。 故障參數估計： 介紹如何利用殘差和係統模型，對故障的幅值、位置等參數進行估計。例如，通過最小二乘法或最大似然估計法來求解故障參數。 容錯控製的基本原理： 闡述容錯控製的核心思想，即在檢測到故障後，通過改變控製器的參數、結構或切換到預設的容錯控製器，以維持係統的穩定性並盡可能恢復其性能。 重構控製與自適應控製： 介紹幾種常見的容錯控製策略，包括控製器的重構（例如，根據故障信息重新設計控製器增益）和自適應控製（根據在綫估計的故障參數調整控製器）。 故障重構與補償： 討論如何通過對故障進行建模和估計，然後在控製律中進行補償，以減小故障對係統性能的影響。 第三部分：高級主題與實踐應用 為瞭使本書更具前瞻性和實用性，我們還將探討一些高級主題，並結閤實際案例進行闡述。 第六章：魯棒故障診斷方法 不確定性建模與魯棒性分析： 深入探討模型不確定性對故障診斷的影響，並介紹不確定性集閤的描述方法（如區間不確定性、多麵體不確定性）。 魯棒殘差生成： 設計對模型不確定性不敏感的殘差生成器，確保在存在模型不確定性的情況下，故障檢測的可靠性。 區間分析與模糊邏輯在魯棒診斷中的應用： 介紹如何利用區間數學和模糊邏輯來處理模型不確定性，提高故障診斷的魯棒性。 第七章：基於數據驅動的故障診斷方法（與模型方法的結閤） 混閤方法： 探討如何將基於模型的診斷方法與數據驅動的方法（如神經網絡、支持嚮量機）相結閤，以充分發揮各自的優勢。例如，模型可以提供係統的基本結構信息，而數據驅動方法可以學習復雜的非綫性故障模式或處理模型難以描述的復雜工況。 利用曆史數據進行模型辨識與故障模式學習： 介紹如何利用大量的運行數據來改進和驗證係統模型，並從中學習和識彆潛在的故障模式。 第八章：實際工程案例分析 航空發動機故障診斷： 以航空發動機為例，分析其關鍵參數的故障診斷。 電力係統故障診斷： 探討在電力係統中，如何利用綫性模型進行發電機、綫路等關鍵設備的故障診斷。 機器人控製係統故障診斷： 分析機器人關節、傳感器等部件的故障診斷方法。 汽車電子控製單元（ECU）故障診斷： 討論汽車ECU中常見故障的診斷與容錯策略。 第九章：未來發展趨勢 深度學習在故障診斷中的應用： 探討深度學習模型如何進一步提升故障診斷的精度和效率。 分布式與協同故障診斷： 介紹多傳感器、多控製器協同進行故障診斷的研究方嚮。 故障診斷與預測性維護的結閤： 展望故障診斷與預測性維護（PdM）的融閤，實現從故障發生到故障預測的轉變。 本書特色 理論體係完整： 從基礎理論到高級應用，構建瞭嚴謹而完整的故障診斷理論體係。 方法論清晰： 重點介紹瞭殘差生成、故障檢測、隔離與診斷等核心方法，並提供瞭多種具體的實現策略。 注重實踐應用： 結閤瞭多個典型的工程案例，幫助讀者將理論知識應用於實際問題。 深入淺齣： 在保證理論深度的同時，力求語言的通俗易懂，適閤不同層次的讀者。 前瞻性： 關注瞭故障診斷領域的最新發展趨勢，為讀者提供前沿視野。 結語 《基於模型的綫性控製係統故障診斷方法》是一本緻力於為讀者提供一套係統、全麵且極具實踐價值的故障診斷解決方案的著作。我們相信，通過深入學習和掌握本書介紹的知識和方法，讀者將能夠更有效地應對綫性控製係統中的各種挑戰，保障係統的安全、可靠和高效運行。本書不僅是一本技術手冊，更是一扇通往更安全、更智能的控製係統世界的大門。

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