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)的越來越復(fù)雜，對其各部件的可靠性、準確性的要求也越來越高，這使得控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性增大，從而出現(xiàn)了故障診斷與容錯控制技術(shù)。故障診斷與容錯控制技術(shù)在過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，故障診斷及容錯控制技術(shù)的研究已成為一個活躍的學(xué)術(shù)領(lǐng)域，每年在國際期刊上都發(fā)表不少該方面的論文。本書是著者在近些年對故障診斷與容錯控制技術(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控制技術(shù)的發(fā)展進程和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，以及一些熱點和難題。后5章為作者近年來取得的研究成果。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)分解的動態(tài)系統(tǒng)的故障診斷和容錯控制技術(shù)。第4章到第6章針對目前國內(nèi)外研究熱點網(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目前正在進行該方向研究的人員及打算在該方面進行研究的人員都有很好的研究指導(dǎo)作用。本書的許多研究內(nèi)容得到了國家自然科學(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。在本書的撰寫過程中，中國科學(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控制，從理論及實際應(yīng)用的角度，介紹了故障診斷及容錯控制方面最新的理論成果。全書分為6章，包括基本知識介紹的緒論、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)前故障診斷與容錯控制研究的核心內(nèi)容，以故障估計及主動容錯控制為討論主題，并選取實際應(yīng)用背景的系統(tǒng)分別進行方法介紹。所有內(nèi)容均是作者們自己的研究成果，并得到專家、同行的認同和好評。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　故障檢測與診斷技術(shù)  1.3　容錯控制技術(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控制    2.1.2　魯棒故障診斷及容錯控制    2.1.3　在非線性系統(tǒng)中的推廣    2.1.4　應(yīng)用例子  2.2　多時延離散系統(tǒng)的魯棒故障檢測設(shè)計    2.2.1  系統(tǒng)描述及問題闡述    2.2.2　觀測器增益設(shè)計    2.2.3　故障檢測的靈敏度    2.2.4　風(fēng)洞的實例  2.3　非線性系統(tǒng)的參數(shù)故障檢測與估計    2.3.1　檢測觀測器設(shè)計    2.3.2　基于自適應(yīng)觀測器的故障估計    2.3.3　減弱IJpschitz條件    2.3.4　應(yīng)用實例：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　容錯控制器設(shè)計    2.4.3　一個柔性臂機器人例子第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　容錯控制器設(shè)計    3.1.3  對于未知輸入情況的擴展    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)觀測器設(shè)計      3.2.2　執(zhí)行器故障的檢測和隔離    3.2.3  嚴格正實條件(SPR)的放松    3.2.4　傳感器故障診斷    3.2.5　擴展到帶未知參數(shù)的非線性系統(tǒng)    3.2.6　舉例說明第4章　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制  4.1  基于線性系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障診斷與容錯控制    4.1.1　基于離散時滯系統(tǒng)建模    4.1.2　基于Markovian跳躍系統(tǒng)建模的故障檢測    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    4.2.2　基于T—S模型的故障檢測    4.3　研究趨勢第5章　混合系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制  5.1　背景知識  5.2　基于時間切換的混合系統(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)的故障診斷與容錯控制參考文獻

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)的越來越復(fù)雜，對其各部件的可靠性、準確性的要求也越來越高，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個月問，美國的3種運載火箭——“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)濟損失，迫使美國航天局于1999年5月下令停止了所有的商業(yè)發(fā)射計劃，給美國的航天計劃造成了嚴重的打擊。因此，切實保障現(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。故障檢測是當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時可以及時發(fā)現(xiàn)并報警。分離出發(fā)生故障的部位、判別故障的大小與時間、進行評價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。動態(tài)系統(tǒng)的容錯控制(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)展起來的。如果在執(zhí)行器、傳感器或元部件發(fā)生故障時，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)為容錯控制系統(tǒng)。1991年，自動控制權(quán)威、瑞典的Astrom教授明確指出：容錯控制具有使系統(tǒng)的反饋對故障不敏感的作用。容錯控制方法一般可以分成兩大類：被動容錯控制(passive FTC)和主動容錯控制(active fTC)。

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