基于模型的故障诊断技术

基于模型的故障诊断技术

丛书名 ：海军新军事变革丛书

著 者：（德） Steven X. Ding（史蒂文 ? X. 丁）

作 译 者：郁军,张永祥,张献

出版时间：2016-10

千 字 数：499

版 次：01-01

页 数：540

开 本：16开

I S B N ：9787121300455

第一部分重点介绍了故障诊断与辨识（FDI）技术的基本概念和发展历程中的相关问题；构建基于观测器FDI框架的基本思路、主要问题与解决方法；技术系统建模；（系统动力学）结构故障检测、分离与辨识性质。第二部分分别阐述了基本的残差产生方法；理想的未知输入解耦；对未知输入具有鲁棒性的残差产生；对模型不确定性具有鲁棒性的残差产生。第三部分论述了基于范数残差评价与阈值计算；基于统计方法残差评价与阈值计算；基于范数和统计方法的综合。第四部分专题讨论了故障检测系统的综合设计、故障分离方案和故障辨识。

第一篇 绪论、基本概念与预备知识

第 1 章 绪论 ............................................................................................... 1

1.1 故障诊断技术的基本概念 ........................................................... 2

1.2 历史发展和一些相关问题 ........................................................... 6

1.3 小结和参考文献 ........................................................................... 9

第 2 章 基于观测器 FDI 框架中的基本思想、主要论题及工具 .......... 11

2.1 关于基于观测器的残差生成器框架 ........................................... 11

2.2 未知输入解耦与故障隔离论题 ................................................. 12

2.3 基于观测器 FDI 框架中的鲁棒性论题 ..................................... 14

2.4 关于奇偶空间 FDI 框架 ............................................................. 15

2.5 残差评价与阈值计算 ................................................................. 16

2.6 FDI 系统综合与设计 .................................................................. 17

2.7 小结和参考文献 ......................................................................... 17

第 3 章 技术系统的建模 ......................................................................... 19

3.1 标称系统的行为描述 ................................................................. 20

3.2 互质分解技术 ............................................................................. 21

3.3 扰动系统的描述 ......................................................................... 23

3.4 包含模型不确定性的系统模型描述 .......................................... 24

3.5 故障建模 ..................................................................................... 25

3.6 闭环反馈控制系统中的故障建模 .............................................. 28

3.7 基准示例 ..................................................................................... 30

3.8 小结和参考文献 ......................................................................... 49

第 4 章 结构的故障可检测性、可隔离性和可辨识性 ........................... 51

4.1 结构的故障可检测性 ................................................................. 51

4.2 激励和充分激励系统 ................................................................. 57

4.3 结构的故障可隔离性 ................................................................. 58

4.4 结构的故障可辨识性 ................................................................. 66

4.5 小结和参考文献 ......................................................................... 68

第二篇 残差生成

第 5 章 基本的残差生成方法 .................................................................. 70

5.1 解析冗余 ..................................................................................... 71

5.2 残差与残差生成器的参数化 ..................................................... 74

5.3 残差生成器设计与运用的有关问题 .......................................... 78

5.4 故障检测滤波器 ......................................................................... 79

5.5 诊断观测器策略 ......................................................................... 81

5.6 奇偶空间方法 ............................................................................. 99

5.7 相互联系、比较和注释 ........................................................... 105

5.8 小结和参考文献 ....................................................................... 117

第 6 章 完美未知输入解耦 .................................................................... 119

6.1 问题数学描述 ........................................................................... 119

6.2 PUIDP 的存在条件 ................................................................... 121

6.3 频域方法 ................................................................................... 130

6.4 UIFDF 设计 .............................................................................. 133

6.5 UIDO 设计 ................................................................................ 146

6.6 未知输入奇偶空间方法 ........................................................... 160

6.7 替代策略 — 零矩阵方法 ........................................................ 160

6.8 最小阶残差生成器 ................................................................... 161

6.9 小结和参考文献 ....................................................................... 167

第 7 章 对未知输入具有增强鲁棒性的残差生成 ................................ 169

7.1 数学和控制理论预备知识 ....................................................... 170

7.2 基于 Kalman 滤波器的残差生成 ............................................. 184

7.3 UI—分布矩阵的逼近 ........................................................... 188

7.4 鲁棒性、故障灵敏性和性能指标 ............................................ 194

7.5 奇偶矩阵与向量的最优选择 ................................................... 197

7.6 H∞ 最优故障辨识策略 ............................................................. 213

7.7 残差生成器的H2 / H2设计 ....................................................... 214

7.8 H2 / H2设计与最优选择奇偶向量之间的关系 ....................... 218

7.9 LMI 辅助设计 FDF .................................................................. 225

7.10 统一解 ..................................................................................... 248

7.11 一般形式的统一解 ................................................................. 254

7.12 小结和参考文献 ..................................................................... 263

第 8 章 对模型不确定性具有增强鲁棒性的残差生成 ......................... 266

8.1 预备知识 ................................................................................... 267

8.2 模型不确定性变换为未知输入 ............................................... 269

8.3 参考模型策略 ........................................................................... 271

8.4 凸多面体不确定性系统的残差生成 ........................................ 279

8.5 随机不确定系统的残差生成 ................................................... 286

8.6 小结和参考文献 ....................................................................... 300

第三篇 残差评价和阈值计算

第 9 章 基于范数的残差评价和阈值计算 ............................................ 302

9.1 预备知识 ................................................................................... 303

9.2 基本概念 ................................................................................... 305

9.3 标准评价函数 ........................................................................... 306

9.4 阈值设定的基本思想和问题构成 ............................................ 309

9.5 J th, RMS ,2 的计算 ........................................................................... 313

9.6 J th, peak,peak的计算 ........................................................................ 320

9.7 J th, RMS ,2的计算 ........................................................................... 326

9.8 阈值生成器 ............................................................................... 332

9.9 小结和参考文献 ....................................................................... 335

第 10 章 基于统计法的残差评价和阈值设定 ...................................... 336

10.1 引言 ......................................................................................... 336

10.2 统计方法的基本知识 ............................................................. 336

10.3 阈值计算的准则 ..................................................................... 346

10.4 GLR 检验法的应用 ................................................................ 350

10.5 小结和参考文献 ..................................................................... 360

第 11 章 基于范数与统计法的综合 ...................................................... 362

11.1 具有确定性扰动随机系统中的残差评价 .............................. 362

11.2 随机不确定系统的残差评价策略 .......................................... 371

11.3 概率鲁棒性技术辅助的阈值计算 .......................................... 384

11.4 小结和参考文献 ..................................................................... 393

第四篇 故障检测、隔离与识别策略

第 12 章 故障检测系统的综合设计 ...................................................... 395

12.1 虚警率与故障检测率 ............................................................. 396

12.2 给定虚警率的故障可检测性最大化 ...................................... 400

12.3 给定故障检测率的虚警数量最小化 ...................................... 415

12.4 随机系统的应用 ..................................................................... 427

12.5 小结和参考文献 ..................................................................... 429

第 13 章 故障隔离方案 ......................................................................... 431

13.1 基本知识 ................................................................................. 432

13.2 频域方法 ................................................................................. 439

13.3 故障隔离滤波器设计 ............................................................. 441

13.4 故障隔离的代数方法 ............................................................. 457

13.5 利用残差生成器组的故障隔离 ............................................. 463

13.6 小结和参考文献 ..................................................................... 471

第 14 章 故障识别 ................................................................................. 473

14.1 故障识别滤波器与完美故障识别 .......................................... 474

14.2 具有附加信息的 FIF 设计 ...................................................... 478

14.3 关于最优故障识别问题 ......................................................... 481

14.4 对加权矩阵作用的研究 ......................................................... 483

14.5 FIF 设计方法 .......................................................................... 489

14.6 小结和参考文献 ..................................................................... 494

参考文献 ................................................................................................... 496