控制系統(tǒng)故障診斷與容錯控制的分析和設(shè)計

前言

隨著人們認識世界的深人，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、計算機科學(xué)、信號處理、數(shù)理統(tǒng)計、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。現(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，本書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。

內(nèi)容概要

　　隨著人們認識世界的深人，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)實踐向人們提出了故障診斷與容錯控制的問題?！　」收显\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、計算機科學(xué)、信號處理、數(shù)理統(tǒng)計、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》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。

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第三章 基于參數(shù)估計的故障診斷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)用實例——基于參數(shù)估計和人工神經(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驗研究參考文獻第六章 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6.4.1 推理策略6.4.2 推理控制策略6.5 應(yīng)用實例6.5.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)6.5.2 基于SM智能檢測的某運載火箭實時在線監(jiān)測6.5.3 基于STD實時在線監(jiān)測的故障診斷專家系統(tǒng)6.5.4 系統(tǒng)的功能特點、應(yīng)用情況及結(jié)論參考文獻第七章 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 故障樹的定量計算參考文獻第八章 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)計參考文獻……第十一章 基于H。?？刂频亩嘧兞肯到y(tǒng)完整性設(shè)計附錄參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：隨著航空、航天、核電站、機器人等高技術(shù)的發(fā)展和人們探索自然領(lǐng)域的拓展，系統(tǒng)的自動化水平日益提高，規(guī)模日益擴大，復(fù)雜性迅速提高，同時投資也越來越大。面對投資巨大的復(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”號航天飛機的失事使人們更進一步認識到在大型復(fù)雜系統(tǒng)中引入容錯技術(shù)和故障監(jiān)測與診斷技術(shù)的重要性。近年來，世界航空、航天界發(fā)生了多起飛行事故，如美國的“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發(fā)射衛(wèi)星的多次失利，再次向人們敲響了警鐘。而容錯控制和故障監(jiān)測與診斷技術(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。對于生產(chǎn)過程來說，為避免某些生產(chǎn)過程發(fā)生故障而引起整個生產(chǎn)過程癱瘓，必須在故障發(fā)生伊始迅速予以報警，為進一步?jīng)Q策提供依據(jù)，從而保證生產(chǎn)過程安全可靠地進行。用計算機監(jiān)控系統(tǒng)檢測生產(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。對于武器系統(tǒng)來說，在系統(tǒng)中引入故障診斷和容錯技術(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。因此建立容錯控制技術(shù)和故障檢測與診斷技術(shù)無論是對于工業(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)故障診斷與容錯控制的分析和設(shè)計》是由國防工業(yè)出版社出版的。

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