控制系统的故障诊断和容错控制

《电气自动化新技术丛书》序言

前言

第一章 绪论

第二章 控制系统故障的模型化

第三章 故障的统计检测原理

第四章 基于数学模型的控制系统故障诊断

第五章 基于人工智能的故障诊断方法

第六章 容错控制

第七章 控制系统故障诊断和容错控制技术的应用

参考文献

本书系统地介绍了控制系统的故障诊断和容错控制的理论及应用。全书共7章，主要内容包括控制系统故障的模型化、可检测性，故障的统计检测原理，基于数学模型和人工智能的故障诊断，系统重构，完整性控制器设计，基于自适应控制的容错控制器设计，基于人工智能的容错控制器设计和容错控制系统的性能评定与分析。

此外，还给出了大量的应用实例，并将应用技巧融汇其中，所涉及的领域有航空、航天和工业生产过程等。全书各部分内容相互渗透，有机结合，有助于读者正确认识故障诊断和容错控制技术的本质。

本书可供从事自动控制系统设计和研究的科技人员使用。也可供高等院校有关专业的师生参考。

第一章 概述

1.1 问题的提出

1.2 故障诊断

1.2.1 故障诊断的任务及其研究的内容

1.2.2 系统故障的特征量及其获取

1.2.3 故障的决策与分离方法

1.2.4 故障诊断的方法

1.3 容错控制

1.3.1 鲁棒容错控制

1.3.2 重构容错控制

1.4 容错控制和故障诊断技术中存在的问题及其发展趋势

参考文献

第二章 基于观测器的故障诊断

2.1 引言

2.2 故障检测观测器的特征结构配置方法

2.3 基于矩阵奇异值分解的鲁棒故障检测观测器和基于鲁棒观测器的故障诊断

2.3.1 问题的描述

2.3.2 基于矩阵奇异值分解的鲁棒观测器设计

2.3.3 基于多重模型假设下的并行鲁棒观测器残差输出的故障分离

参考文献

第三章 基于参数估计的故障诊断

3.1 引言

3.2 基于模参一物参关联方程灵敏度分析的故障模式识别

3.3 变结构变参数系统参数估计

3.4 变结构变参数系统辨识的自适应算法

3.5 基于参数估计和人工神经网络的动态测试与故障诊断的原理

3.5.1 基于参数估计和人工神经网络的动态测试与故障诊断的原理

3.5.2 应用实例——基于参数估计和人工神经网络的某导弹姿态控制系统动态测试与故障诊断系统

参考文献

第四章 基于人工神经网络的故障诊断

4.1 引言

4.2 多层前向神经网络和一种改进的多层前向网络快速学习算法

4.2.1 多层前向网络的结构及数学描述

4.2.2 一种多层前向神经网络的结构自调整算法

4.2.3 误差的后向传播原理及BP学习算法

4.2.4 一种改进的快速误差后向传播学习算法（FI弹）

4.3 基于BP和FBP学习算法的多层前向网络在故障诊断中的应用

参考文献

第五章自适应模糊逻辑系统和基于自适应模糊逻辑系统的故障诊断

5.1 引言

5.2 模糊逻辑的数学基础

5.3 自适应模糊逻辑系统及基于自适应模糊逻辑系统的故障诊断

5.3.1 自适应模糊逻辑系统的数学描述

5.3.2 自适应模糊逻辑系统的函数逼近能力分析

5.3.3 自适应模糊逻辑系统的梯度下降学习算法

5.3.4 基于模拟退火的自适应模糊逻辑系统学习算法

5.3.5 自适应模糊逻辑系统的最近邻学习算法

5.3.6 自适应模糊逻辑系统的竞争学习算法

5.3.7 基于自适应模糊逻辑系统的建模与故障诊断实验研究

参考文献

第六章 基于专家系统的故障诊断方法

6.1 引言

6.2 专家系统的建造

6.3 知识的表示与获取

6.3.1 知识的表示

6.3.2 知识的获取

6.4 推理机

6.4.1 推理策略

6.4.2 推理控制策略

6.5 应用实例

6.5.1 系统的结构

6.5.2 基于SM智能检测的某运载火箭实时在线监测

6.5.3 基于STD实时在线监测的故障诊断专家系统

6.5.4 系统的功能特点、应用情况及结论

参考文献

第七章 逻辑诊断与故障树分析

7.1 逻辑诊断

7.1.1 逻辑代数

7.1.2 故障诊断中的逻辑问题

7.1.3 故障的逻辑诊断

7.2 故障的故障树分析方法

7.2.1 故障树的建造与数学描述

7.2.2 敌障树的定性分析

7.2.3 故障树的定量计算

参考文献

第八章 应用信息量确定最佳检测步骤和最佳故障特征集

8.1 引言

8.2 信息及其度量与计算

8.2.1 熵函数

8.2.2 信息及其度量

8.3 用信息量的方法确定最佳故障特征集和最佳诊断步骤

参考文献

第九章 系统动态行为的Petri网描述及基于Petri网的故障诊断

9.1 Petri网的基本概念

9.2 逻辑运算的Petri网建模

9.3 Petri网的简化

9.4 基于Petri网模型的系统分析

9.4.1 由Petri打网模型求系统失效率

9.4.2 由Petri网模型求系统的最小路集与最小割集

9.5 基于Petri网的系统状态动态变迁的描述与求解

9.5.1 基于Petri网的系统状态动态变迁的关联矩阵求解法

9.5.2 基于Petri网的系统状态动态变迁的梯形图求解法

9.6 基于Petri网的故障诊断

参考文献

第十章 基于同时稳定的容错控制

10.1 引言

10.2 基于互质分解的多重系统同时稳定容错控制设计

10.2.1 基于互质分解的同时稳定问题的数学描述

10.2.2 基于稳定的互质分解的同时稳定控制器设计

10.3 基于Hunwitz稳定性理论和非线性优化的容错控制

10.4 应用仿真

10.4.1 某导弹姿态控制系统数学模型描述

10.4.2 同时稳定控制器设计

参考文献

……

第十一章 基于H。。控制的多变量系统完整性设计

附录

参考文献

《控制系统故障诊断与容错控制的分析和设计》一书讲的是随着人们认识世界的深人，改造世界的拓展，出现了一些大型复杂系统。这些系统规模大，造价高，一旦出现故障，其后果往往是灾难性的，因此要求这种系统具有极高的安全性和可靠性。如何及时发现系统中的故障并加以定位，当系统出现故障时能否使系统仍然安全可靠地工作且维持一定的性能，客观生产实践向人们提出了故障诊断与容错控制的问题。

故障诊断和容错控制技术作为提高系统的安全性、可靠性的重要手段，日益引起人们的重视，成为控制理论继分析与综合技术之后的又一主要内容。国内外每年都有大量的文献报道这方面的研究，且已经取得了许多有价值的成果，但由于问题的复杂性，故障诊断和容错控制是一门涉及自动控制理论、计算机科学、信号处理、数理统计、优化理论、人工智能等多学科的新型边缘学科，仍然存在许多有待进一步研究的问题。笔者一直从事故障诊断与容错控制的学术、科研和研究生教学工作，感到有必要对过去的工作加以总结，为相关的学习研究提供一些参考。因此我们总结了十余年来在控制系统故障诊断与容错控制领域的学术、科研和教学工作，写成此书，并经两届研究生试用，深得学生好评。现承蒙国防科技图书出版基金资助，使得此书能得以正式出版。我们深信，《控制系统故障诊断与容错控制的分析和设计》的出版对我国控制系统故障诊断与容错控制的研究必将起一定的推动作用。

《故障诊断与容错控制系统的数据驱动设计》介绍了基本的统计过程监控、故障诊断和控制方法，并介绍了适应动态工业过程需求的故障诊断与容错控制系统的先进数据驱动设计方案。随着对技术过程和资产的可靠性、可用性以及安全性的要求不断提高，过程监控和容错已成为自动化控制系统设计中的重要环节。

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