控制系統(tǒng)的故障診斷與故障調(diào)節(jié)

前言

隨著現(xiàn)代控制系統(tǒng)的越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)其各部件的可靠性、準(zhǔn)確性的要求也越來(lái)越高，這使得控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性增大，從而出現(xiàn)了故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)。故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)在過(guò)去的幾十年里得到了飛速發(fā)展，產(chǎn)生了一批豐碩的理論成果，并在航空航天、機(jī)器人、化工、船舶等一系列工程技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前，故障診斷及容錯(cuò)控制技術(shù)的研究已成為一個(gè)活躍的學(xué)術(shù)領(lǐng)域，每年在國(guó)際期刊上都發(fā)表不少該方面的論文。本書是著者在近些年對(duì)故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)研究成果的總結(jié)與拓展。全書共分6章。第1章緒論介紹了故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，以及一些熱點(diǎn)和難題。后5章為作者近年來(lái)取得的研究成果。第2章和第3章著重討論了基于自適應(yīng)技術(shù)和系統(tǒng)分解的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障診斷和容錯(cuò)控制技術(shù)。第4章到第6章針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)，分別介紹了相應(yīng)的診斷和容錯(cuò)控制方法。本書討論的內(nèi)容思想很新穎，在方法上有創(chuàng)新，我們相信本書的出版對(duì)目前正在進(jìn)行該方向研究的人員及打算在該方面進(jìn)行研究的人員都有很好的研究指導(dǎo)作用。本書的許多研究?jī)?nèi)容得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、航空科學(xué)基金以及教育部相關(guān)基金的大力支持。在本書的撰寫過(guò)程中，中國(guó)科學(xué)院院士張嗣瀛教授、南京理工大學(xué)王執(zhí)銓教授、國(guó)防工業(yè)出版社程邦仁編輯等給予了悉心指導(dǎo)和熱情支持，提出了不少寶貴的建議。

內(nèi)容概要

本書面向故障診斷及容錯(cuò)控制，從理論及實(shí)際應(yīng)用的角度，介紹了故障診斷及容錯(cuò)控制方面最新的理論成果。全書分為6章，包括基本知識(shí)介紹的緒論、基于自適應(yīng)技術(shù)的線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)方法、基于解析分解的方法，以及網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制方法。    本書選題為前沿課題，取材均為最新的研究成果，反映了當(dāng)前故障診斷與容錯(cuò)控制研究的核心內(nèi)容，以故障估計(jì)及主動(dòng)容錯(cuò)控制為討論主題，并選取實(shí)際應(yīng)用背景的系統(tǒng)分別進(jìn)行方法介紹。所有內(nèi)容均是作者們自己的研究成果，并得到專家、同行的認(rèn)同和好評(píng)。本書主要供有關(guān)的科研人員參考使用。

書籍目錄

第1章　緒論　1.1  引言  1.2　故障檢測(cè)與診斷技術(shù)  1.3　容錯(cuò)控制技術(shù)  1.4　本書特色第2章　基于自適應(yīng)技術(shù)的故障診斷與容錯(cuò)控制  2.1　傳感器故障的魯棒診斷    2.1.1  線性系統(tǒng)傳感器故障診斷及容錯(cuò)控制    2.1.2　魯棒故障診斷及容錯(cuò)控制    2.1.3　在非線性系統(tǒng)中的推廣    2.1.4　應(yīng)用例子  2.2　多時(shí)延離散系統(tǒng)的魯棒故障檢測(cè)設(shè)計(jì)    2.2.1  系統(tǒng)描述及問(wèn)題闡述    2.2.2　觀測(cè)器增益設(shè)計(jì)    2.2.3　故障檢測(cè)的靈敏度    2.2.4　風(fēng)洞的實(shí)例  2.3　非線性系統(tǒng)的參數(shù)故障檢測(cè)與估計(jì)    2.3.1　檢測(cè)觀測(cè)器設(shè)計(jì)    2.3.2　基于自適應(yīng)觀測(cè)器的故障估計(jì)    2.3.3　減弱IJpschitz條件    2.3.4　應(yīng)用實(shí)例：帶有塊摩擦的一輪模型  2.4　非線性控制系統(tǒng)的故障調(diào)節(jié)    2.4.1  自適應(yīng)故障診斷算法    2.4.2　容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)    2.4.3　一個(gè)柔性臂機(jī)器人例子第3章　基于分解方法的故障診斷技術(shù)  3.1　線性離散系統(tǒng)的分解方法    3.1.1  系統(tǒng)分解與故障診斷    3.1.2　容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)    3.1.3  對(duì)于未知輸入情況的擴(kuò)展    3.1.4　飛行器算例  3.2　非線性系統(tǒng)的分解方法    3.2.1  執(zhí)行器故障診斷的自適應(yīng)觀測(cè)器設(shè)計(jì)      3.2.2　執(zhí)行器故障的檢測(cè)和隔離    3.2.3  嚴(yán)格正實(shí)條件(SPR)的放松    3.2.4　傳感器故障診斷    3.2.5　擴(kuò)展到帶未知參數(shù)的非線性系統(tǒng)    3.2.6　舉例說(shuō)明第4章　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制  4.1  基于線性系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制    4.1.1　基于離散時(shí)滯系統(tǒng)建模    4.1.2　基于Markovian跳躍系統(tǒng)建模的故障檢測(cè)    4.1.3　基于混合系統(tǒng)  4.2　非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷    4.2.1  基于混合系統(tǒng)模型的故障估計(jì)    4.2.2　基于T—S模型的故障檢測(cè)    4.3　研究趨勢(shì)第5章　混合系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制  5.1　背景知識(shí)  5.2　基于時(shí)間切換的混合系統(tǒng)    5.2.1  自適應(yīng)方法  　　5.2.2　控制Lyapunov函數(shù)方法    5.2.3　輸出一輸入穩(wěn)定性方法　……第6章　飛行控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 緒論1.1 引言隨著現(xiàn)代控制系統(tǒng)的越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)其各部件的可靠性、準(zhǔn)確性的要求也越來(lái)越高，這使得控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性增大。1998年8月至1999年5月短短的10個(gè)月問(wèn)，美國(guó)的3種運(yùn)載火箭——“大力神”、“雅典娜”、“德爾他”共發(fā)生了5次發(fā)射失敗，造成了30多億美元的直接經(jīng)濟(jì)損失，迫使美國(guó)航天局于1999年5月下令停止了所有的商業(yè)發(fā)射計(jì)劃，給美國(guó)的航天計(jì)劃造成了嚴(yán)重的打擊。因此，切實(shí)保障現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性與安全性，具有十分重要的意義，得到了廣泛的高度重視。故障檢測(cè)是當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)警。分離出發(fā)生故障的部位、判別故障的大小與時(shí)間、進(jìn)行評(píng)價(jià)與決策是故障診斷的重要內(nèi)容?；诮馕鋈哂嗟墓收显\斷技術(shù)起源于1971年Beard發(fā)表的博士論文以及Mehra和Peschon發(fā)表在Automatica上的論文。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的容錯(cuò)控制(Fault Tolerant ControlFTC)是伴隨著基于解析冗余的故障診斷技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。如果在執(zhí)行器、傳感器或元部件發(fā)生故障時(shí)，閉環(huán)控制系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定的，并仍然具有較理想的特性，就稱此閉環(huán)控制系統(tǒng)為容錯(cuò)控制系統(tǒng)。1991年，自動(dòng)控制權(quán)威、瑞典的Astrom教授明確指出：容錯(cuò)控制具有使系統(tǒng)的反饋對(duì)故障不敏感的作用。容錯(cuò)控制方法一般可以分成兩大類：被動(dòng)容錯(cuò)控制(passive FTC)和主動(dòng)容錯(cuò)控制(active fTC)。

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