控制系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制的分析和設(shè)計(jì)

前言

隨著人們認(rèn)識(shí)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(jià)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(shí)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(shí)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(cuò)控制的問題。故障診斷和容錯(cuò)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(guó)內(nèi)外每年都有大量的文獻(xiàn)報(bào)道這方面的研究，且已經(jīng)取得了許多有價(jià)值的成果，但由于問題的復(fù)雜性，故障診斷和容錯(cuò)控制是一門涉及自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信號(hào)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(cuò)控制的學(xué)術(shù)、科研和研究生教學(xué)工作，感到有必要對(duì)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(lái)在控制系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)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(píng)?，F(xiàn)承蒙國(guó)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，本書的出版對(duì)我國(guó)控制系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制的研究必將起一定的推動(dòng)作用。

內(nèi)容概要

　　隨著人們認(rèn)識(shí)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(jià)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(shí)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(shí)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(cuò)控制的問題?！　」收显\斷和容錯(cuò)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(guó)內(nèi)外每年都有大量的文獻(xiàn)報(bào)道這方面的研究，且已經(jīng)取得了許多有價(jià)值的成果，但由于問題的復(fù)雜性，故障診斷和容錯(cuò)控制是一門涉及自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信號(hào)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(cuò)控制的學(xué)術(shù)、科研和研究生教學(xué)工作，感到有必要對(duì)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(lái)在控制系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)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(píng)?，F(xiàn)承蒙國(guó)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(cuò)控制的分析和設(shè)計(jì)》的出版對(duì)我國(guó)控制系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制的研究必將起一定的推動(dòng)作用。

書籍目錄

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(cuò)控制1.3.1 魯棒容錯(cuò)控制1.3.2 重構(gòu)容錯(cuò)控制1.4 容錯(cuò)控制和故障診斷技術(shù)中存在的問題及其發(fā)展趨勢(shì)參考文獻(xiàn)第二章 基于觀測(cè)器的故障診斷2.1 引言2.2 故障檢測(cè)觀測(cè)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(cè)觀測(cè)器和基于魯棒觀測(cè)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(cè)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(cè)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(shí)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(shí)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(dòng)態(tài)測(cè)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(dòng)態(tài)測(cè)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(dòng)態(tài)測(cè)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(jìng)爭(zhēng)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(shí)的表示與獲取6.3.1 知識(shí)的表示6.3.2 知識(shí)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(cè)的某運(yùn)載火箭實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)6.5.3 基于STD實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)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(cè)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(dòng)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(jiǎn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)穩(wěn)定的容錯(cuò)控制10.1 引言10.2 基于互質(zhì)分解的多重系統(tǒng)同時(shí)穩(wěn)定容錯(cuò)控制設(shè)計(jì)10.2.1 基于互質(zhì)分解的同時(shí)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(shí)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(cuò)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(shí)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)……第十一章 基于H。?？刂频亩嘧兞肯到y(tǒng)完整性設(shè)計(jì)附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：隨著航空、航天、核電站、機(jī)器人等高技術(shù)的發(fā)展和人們探索自然領(lǐng)域的拓展，系統(tǒng)的自動(dòng)化水平日益提高，規(guī)模日益擴(kuò)大，復(fù)雜性迅速提高，同時(shí)投資也越來(lái)越大。面對(duì)投資巨大的復(fù)雜的大系統(tǒng)，可靠性、可維修性和有效性顯得越來(lái)越重要。特別是航空、航天、航海、核工業(yè)和化學(xué)工業(yè)等，由于其特定的工作環(huán)境，原則上只許成功，不許失敗，對(duì)系統(tǒng)的安全性、可靠性和有效性提出了更高的要求。“切爾諾貝利”核電站事故和“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)的失事使人們更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到在大型復(fù)雜系統(tǒng)中引入容錯(cuò)技術(shù)和故障監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的重要性。近年來(lái)，世界航空、航天界發(fā)生了多起飛行事故，如美國(guó)的“德爾塔”火箭的星箭俱毀、歐洲耗巨資研制的“阿麗亞娜”火箭的飛行失敗和我國(guó)發(fā)射衛(wèi)星的多次失利，再次向人們敲響了警鐘。而容錯(cuò)控制和故障監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)則為提高系統(tǒng)的可靠性、可維修性和有效性開辟了一條新的途徑。對(duì)于生產(chǎn)過程來(lái)說，為避免某些生產(chǎn)過程發(fā)生故障而引起整個(gè)生產(chǎn)過程癱瘓，必須在故障發(fā)生伊始迅速予以報(bào)警，為進(jìn)一步?jīng)Q策提供依據(jù)，從而保證生產(chǎn)過程安全可靠地進(jìn)行。用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)生產(chǎn)過程中的故障并分離出故障源，成為生產(chǎn)過程控制的重要任務(wù)之一。對(duì)于武器系統(tǒng)來(lái)說，在系統(tǒng)中引入故障診斷和容錯(cuò)技術(shù)是提高武器系統(tǒng)有效度，更好發(fā)揮現(xiàn)有裝備效能的重要途徑。因此建立容錯(cuò)控制技術(shù)和故障檢測(cè)與診斷技術(shù)無(wú)論是對(duì)于工業(yè)還是軍事、航空、航天等領(lǐng)域都具有重要的作用。

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《控制系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制的分析和設(shè)計(jì)》是由國(guó)防工業(yè)出版社出版的。

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