第1章现代故障诊断和容错控制引论.pptVIP

第1章 引 论 第1章 绪 论 1.1 问题的提出 随着系统的自动化水平日益提高．规模日益扩大，复杂性迅速提高。其可靠件、可维修性和有效性显得越来越重要。对于其特定的工作环境，原则上只许成功，不许失败，对系统的安全件、可靠性和有效性提出了更高的要求。使人们更进一步认识到在大型复杂系统中引入容错技术和故障检测与诊断技术的重要性。 容错控制和故障诊断技术是一门应用型边缘学科。故障检测与诊断技术近年来已得到国际自动控制界的高度重视，成为自动控制的一个重要分支。 早先的容错控制都是基于硬件冗余技术，这种技术源于可靠件分析理论，可靠性理论认为并联系统可以大大提高系统的可靠性，因为几个并联的部件中的任何一个失效，其功能可以由与之并联的其余的部件完成。 硬件冗余容错控制在提高系统可靠性的同时也带来一些不足：①增加系统的成本、结构、重量和所需空间；②在某些情况下(如航天器)硬件冗余技术的采用是受限制的；③对大型复杂系统全部采用硬件冗余技术是不可能的。因此提出了解析冗余容错技术。 解析冗余容错技术是利用控制系统不同部件之间的内在联系和功能上的冗余性，当系统的某些部件失效时，用其余完好部件部分甚至全部地承担起故障部件所丧失的作用，以维持系统的性能在允许的范围之内。基于解析冗余的容错控制技术不需要增加硬件设备，有成本低和易于工程实现的优点，在容错控制中得到了广泛的研究和应用。 * * 现代故障诊断 和容错控制 周东华、叶银忠著 清华大学出版社 动态系统的容错控制(fault tolerant contro1一FTC)是伴随着基于解析冗余的故障诊断技术的发展而发展起来的。如果在执行器、传感器或元部件发生故障时，闭环控制系统仍然是稳定的，并仍然具有较理想的特性，就称此闭环控制系统为容错控制系统，容错控制方法一般可以分成两大类，即：被动容错控制(passive FTC)和主动容错控制(active FTC)。我国在容错控制理论上的研究基本上与国外同步。 动态系统的故障检测与诊断(fault detection and diagnosis—FDD)既是一门相对独立发展的技术，也是容错控制的重要支柱技术之一,我国开始动态系统FDD技术的研究要比国外晚十年左右。 故障诊断与容错控制技术在过去的二十几年里得到了飞速发展，一些新的理论与方法，如：主元分析、遗传算法、小波变换、神经网络、模糊系统、定性推理、模式识别、自适应理论、非线性理论等都已经在这里得到了成功的应用。本书将对这些新理论、新方法在故障诊断与容错控制领域的应用作系统性的介绍。 非线性系统的故障诊断是当前故障诊断领域的热点与难点问题，以非线性系统为侧重，对动态系统的故障检测与诊断技术作一概述。 1.2 非线性系统的故障检测与诊断技术 1.2.1 动态系统故障检测与诊断技术的一些概念与名词 故障(fault)：系统至少一个特性或参数出现较大偏差，超出了可接受的范围。此时系统的性能明显低于其正常水平，所以已难以完成其预期的功能. 加性故障(additive fault)：故障加性地作用在系统的输入输出上，因此对残差信号(residual signal)的影响也是加性的。 严重故障(failure)：在特定的操作条件下，由于故障使系统持续丧失了完成给定任务的能力。 失灵(malfunction)：在系统完成持定的任务时，出现了间断性的不规则现象。 残差(residual)：故障指示器，由测量值与模型计算值的差得到。 症状(symptom)：由故障引起的系统可观测的特性与其正常的特性相比所出现的异常变化。 故障检测(fault detection)：确定系统是否发生了故障。 故障分离(fault isolation)：在故障检测之后，确定故障的种类，故障发生的部位。 故障辨识(fault identification)：在故障分离之后，确定故障的大小以及故障发生的时间。 故障诊断(fault diagnosis)：广义上它通常作为故障检测、分离和辨识的统称；狭义上，它指故障分离与故障辨识。