【正文】 47分 48秒 01:47:4814 February 2023 1一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。勝人者有力，自勝者強。 2023年 2月 14日星期二 上午 1時 47分 48秒 01:47: 1楚塞三湘接，荊門九派通。 2023年 2月 上午 1時 47分 :47February 14, 2023 1行動出成果，工作出財富。從直觀上看，這種多變量間的變化是錯綜復雜的。 , { 1 , 2 , ..., }m a x{ } 。如果 DFIi(k)是這些值中的最大數(shù)，那么 與之相對應的傳感器就是最有可能發(fā)生故障的傳感器 。 基于觀測器故障診斷基本過程 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture Schematic description of the modelbased fault diagnosis scheme 過 程過程名義模型 殘差處理 決策邏輯 故障的知識過程輸入 過程輸出殘 差 生 成 殘 差 評 價殘 差故障診斷 基于觀測器故障診斷基本過程 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 通常所采用的過程解析模型有兩種不同的策略 ◆ 模擬名義的或無故障的特性模型 (Nominal model/ Faultfree model) ◆ 對于某個特定的預知故障建立其故障特性模型 (Faulty model) 基于觀測器故障診斷基本過程 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 故障診斷任務分兩步完成 ?殘差（征兆）生成 (Residual/Symptom Generation) ?殘差（征兆）評價 (Residual /Symptom Evaluation) 基于解析模型的殘差生成方法主要有三種 ? 基于觀測器方法 (Observerbased) ? 等價空間方法 (Parity Space) （或奇偶方程、奇偶關(guān)系、奇偶空間）方法 ? 參數(shù)估計方法 (Parameter Estimation) 基于觀測器故障診斷基本過程 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 故障診斷系統(tǒng)設計的關(guān)鍵 抑制信號中不感興趣部分而加強其中反映故障的部分，以區(qū)分故障與模型不確定性和未知輸入的影響 基于模型故障診斷系統(tǒng)設計的目標 使 FDIA系統(tǒng)對故障具有盡可能大的靈敏度，而同時對不感興趣信號的影響具有盡可能大的魯棒性 基于觀測器故障診斷基本過程 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture FD系統(tǒng)的設計應包括如下任務 ◆ 設計一個殘差生成器，對故障具有高的靈敏度而對模型 不確定具有強的魯棒性 ◆ 通過選擇殘差評價函數(shù)定義征兆，以保證所檢測的關(guān)于 故障的信息不被丟失 ◆ 進一步分析殘差或開發(fā)征兆，獲得更多的關(guān)于故障的知 識，以便指導決策或?qū)嵤┤蒎e控制 基于觀測器故障診斷基本過程 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 故障建模 在基于模型故障診斷中使用開環(huán)系統(tǒng)模型，雖然我們認為這個系統(tǒng)是在控制回路中 故障診斷與控制回路 控制器 執(zhí)行器 系統(tǒng)動態(tài) 傳感器故障診斷監(jiān)控控制命令 輸出測量輸出y ( t )開環(huán)系統(tǒng)u ( t )u C ( t )Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture Strcture of a standard control loop with fault 故障建模 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 這一開環(huán)系統(tǒng)分為執(zhí)行器、系統(tǒng)動態(tài)和傳感器三個部分。 ?監(jiān)控 (supervision)：對物理系統(tǒng)進行監(jiān)視，并且當他發(fā)生故障時采取適當?shù)拇胧?，以維持其運行。 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 基本的負反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu) 控 制 器對 象執(zhí) 行 器傳 感 器信 號 處 理D / AA / D + 人 機 接 口 或上 一 層 控 制 器信 息 控 制 信 息 應 用信 息 傳 輸信 息 處 理信 息 層物 質(zhì) 、 能 量 層信 息 獲 取物 質(zhì) 世 界Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 控制器 對 象執(zhí)行器傳感器信號處理D/AA/D+ 知識領(lǐng)域： 計算與處理 知識單元： 信號、圖象處理 并行、分布處理 軟件工程 計算、搜索、推理 模式識別等等 知識領(lǐng)域： 控制與智能 知識單元： 控制理論 穩(wěn)定性與魯棒性 可靠性與容錯 自適應、自學習 人工智能 最優(yōu)、智能控制 人機控制等等 知識領(lǐng)域： 執(zhí)行與驅(qū)動 知識單元： 機電汽液驅(qū)動 自動化儀表 光機電一體化 各種遙控器 電力電子等等 知識領(lǐng)域： 模型與仿真 知識單元： 系統(tǒng)辨識參數(shù)估計 各類系統(tǒng)建模技術(shù) C A D 仿真技術(shù) 電機原理與傳動 機械原理與結(jié)構(gòu) 機器人原理等等 知識領(lǐng)域： 通信與網(wǎng)絡 知識單元： 通信技術(shù) 計算機網(wǎng)絡 多媒體 遙技術(shù)等等 知識領(lǐng)域： 傳感與檢測 知識單元： 理化生等傳感器 檢測與診斷 遙測、遙感 抗干擾技術(shù) 測量信號處理 機器人感知等等Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 知識領(lǐng)域： 系統(tǒng)與工程知識單元： 多變量系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)、離散事件系統(tǒng)、大系統(tǒng)、復雜系統(tǒng)、 運動控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng) 、集成自動化系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、系統(tǒng)工程、運籌學、最優(yōu)化、智能系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、多智能體等等知識領(lǐng)域 ：數(shù)理與機電基礎知識單元： 數(shù)學、力學、物理、化學、現(xiàn)代生物學、生命科學、腦科學、思維科學、系統(tǒng)科學、管理科學、電工電子基礎、機械基礎、計算機原理、計算機語言、微機原理等等+控制與智能 模型與仿真執(zhí)行與驅(qū)動傳感與檢測計算與處理通信與網(wǎng)絡 系 統(tǒng)知識層控 制知識層基 礎知識層Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 知識領(lǐng)域： 系統(tǒng)與工程 知識領(lǐng)域：傳感與檢測、通信與網(wǎng)絡計算與處理、控制與智能執(zhí)行與驅(qū)動、模型與仿真知識領(lǐng)域： 數(shù)理與機電基礎系統(tǒng)知識層控制知識層基礎知識層Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 自動化專業(yè)的知識體系 由三層知識構(gòu)成，包括八個知識領(lǐng)域 反映自動化專業(yè)特點的五個知識領(lǐng)域 控制與智能、傳感與檢測 執(zhí)行與驅(qū)動、模型與仿真、 系統(tǒng)與工程； 自動化專業(yè)知識體系的核心知識是 控制與智能、模型與仿真 系統(tǒng)與工程 等三個知識領(lǐng)域 也是自動化專業(yè)與其它專業(yè)的最大區(qū)別。 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 研究背景 21 2023/2/14 現(xiàn)代化復雜工程系統(tǒng)規(guī)模越來越大 航空 航天 航海 核電 電網(wǎng) 高鐵 石化 冶金 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 安全性事故頻發(fā) 22 1997年北京東方化工廠發(fā)生乙烯裝置起火爆炸事故，8人遇難，直接經(jīng)濟損失達十億元人民幣，間接損失無法估量。 ?誤報 (false alarm)：系統(tǒng)沒有發(fā)生故障而報警。按照發(fā)生形式的不同主要研究過程元部件故障 (process faults)、 傳感器故障 (sensor faults) 以及執(zhí)行器故障 (actuator faults) 開環(huán)系統(tǒng)模型 ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )RRRx t Ax t Bu ty t C x t D u t???? ???系統(tǒng)動態(tài)可用狀態(tài)空間模型描述 u ( t ) u R ( t ) y R ( t )輸出執(zhí)行器 系統(tǒng)動態(tài) 傳感器輸出 測量輸出執(zhí)行 故障建模 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 當 (過程）元部件發(fā)生故障時 （過程）元部件故障可以視為系統(tǒng)中一些條件的改變而使動態(tài)關(guān)系變?yōu)闊o效的情形，如在三容器中一個水容器出現(xiàn)漏洞。 等價空間方法 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture ()ran k C m n??直接冗余 /硬件冗余關(guān)系不存在 為實現(xiàn)最優(yōu)的故障分離， vi應滿足 m in{ } 。 { 1 , 2 , ..., }TijTiiv v i j i j mv v i m? ??????? 等價空間方法 Date: File: System Monitoring and Fault Diagnosis Peng Kaixiang 2023. All rights reserved. FDD Lecture 系 統(tǒng)模 型 濾 波 器ufyr?y y? 基于等價空間方法的殘差生成器原理 通過在一定時間間隔，即數(shù)據(jù)窗： { ( ) , ( 1 ) , ( ) }y k s y k s y k? ? ?內(nèi)采集傳感器