故障诊断与容错控制系统的数据驱动设计PDF电子书下载

第一部分 引言、基本概念和预备知识 3

第1章 引言 3

1.1基本概念 3

1.2写作动机 4

1.2.1数据驱动和基于模型的故障检测与诊断 4

1.2.2容错控制与寿命管理 5

1.2.3信息基础设施 5

1.3内容大纲 6

1.4注释和参考文献 8

参考文献 8

第2章 案例研究和应用实例 10

2.1三容系统 10

2.1.1过程动力学及其描述 11

2.1.2典型故障的描述 12

2.1.3闭环动力学 13

2.2全混流加热器 14

2.2.1设备动力学及其描述 14

2.2.2所考虑的故障 16

2.3工业实例：田纳西过程 16

2.3.1过程描述和仿真 16

2.3.2 TEP中的模拟故障 19

2.4注释和参考文献 20

参考文献 20

第3章 故障的统计检测 21

3.1基本概念 21

3.1.1一个简单的检测问题及其直观的解决方案 21

3.1.2故障检测的基本概念 22

3.1.3问题公式化 23

3.2基本方法与算法 23

3.2.1直觉解决方案 23

3.2.2检验统计量T2 24

3.2.3似然比和广义似然比 24

3.2.4广义似然比的向量值 26

3.3检测问题中的数据驱动解决方案 27

3.3.1有足够大N的故障检测 27

3.3.2用霍特林的T2检验统计进行故障检测 28

3.3.3用Q统计进行故障检测 30

3.4案例：三容系统的故障检测 31

3.4.1系统设置和仿真参数 31

3.4.2操作结果和阈值设置 31

3.4.3故障检测结果 33

3.5基本故障检测问题的变化 37

3.5.1变化1 37

3.5.2变化2 38

3.6注释和参考文献 38

参考文献 39

第4章 确定性扰动过程的故障检测 40

4.1优化配置和基本概念 40

4.1.1简单的检测问题与其直观的解决方案 40

4.1.2基本概念 41

4.1.3问题的表述 42

4.2基本方法和算法 43

4.2.1一个直觉策略 43

4.2.2一种替代方案 44

4.2.3对比研究 45

4.2.4基于未知输入估计的检测方案 46

4.2.5通用解决方案 46

4.3故障检测问题的数据驱动解决方案 48

4.4基本故障诊断问题的变化 50

4.5案例研究 51

4.5.1实验室系统CSTH的案例研究 51

4.5.2三容系统中的案例研究 53

4.6注释和参考文献 55

参考文献 56

第二部分 多元分析方法在静态过程故障诊断中的应用 59

第5章 主元分析在故障诊断中的应用 59

5.1 PCA应用于故障检测的基本形式 59

5.1.1算法 60

5.1.2基本思想和特性 61

5.2 SPE的修正算法：霍金的T2H统计 62

5.3故障敏感性分析 63

5.3.1偏置故障的敏感性 63

5.3.2扩展故障的敏感性 64

5.4多元统计指标和综合指标 65

5.5动态主元分析 67

5.6故障识别 67

5.6.1偏置故障的识别 67

5.6.2扩展故障的识别 68

5.6.3故障识别过程 68

5.7 TEP应用 69

5.7.1故障场景4下的案例研究 69

5.7.2对于其他故障场景的案例研究结果 72

5.7.3比较多元指标和综合指标 73

5.8注释和参考文献 74

参考文献 75

第6章 偏最小二乘回归在故障诊断中的应用 76

6.1偏最小二乘算法 76

6.2 PLS回归算法 78

6.2.1基本思想和性质 78

6.2.2故障检测和过程监控的应用 81

6.3 LS和PLS之间的关系 82

6.3.1 PLS估计 82

6.3.2 PLS回归算法的LS解释 83

6.4基于故障诊断的PLS评估 87

6.5在TEP中的案例研究 88

6.5.1 测试设置 88

6.5.2离线训练 88

6.5.3在线运行 88

6.6注释和参考文献 91

参考文献 92

第7章 基于过程监测和故障诊断的典型变量分析 93

7.1 CCA简介 93

7.2 CVA的系统辨识 94

7.3过程监测和故障诊断的应用 98

7.3.1过程监测 98

7.3.2故障检测方案 98

7.4案例研究：TEP的应用 100

7.4.1测试设置和训练 100

7.4.2测试结果和对比研究 100

7.5注释和参考文献 103

参考文献 104

第三部分 动态过程中故障诊断系统的数据驱动设计 107

第8章 简介、预备知识与I/O数据集模型 107

8.1简介 107

8.2基于模型的FDI方案预设与评估 108

8.2.1系统模型 108

8.2.2基于模型的残差生成器方案 111

8.3 I/O数据模型 117

8.4注释和参考文献 119

参考文献 119

第9章 数据驱动的故障诊断方案 122

9.1动态过程中故障诊断的基本概念与设计研究 122

9.2残差生成器的数据驱动设计方案 123

9.2.1方案一 123

9.2.2方案二 124

9.2.3方案三 125

9.2.4一种数值可靠的可实现算法 126

9.2.5比较与讨论 128

9.3检验统计，阈值设置和故障检测 129

9.4故障隔离与识别方案 129

9.4.1问题形成 130

9.4.2故障隔离方案 131

9.4.3故障识别方案 132

9.5案例研究：故障检测在三容系统中的应用 134

9.5.1系统和测试的设置 134

9.5.2测试结果 134

9.5.3∑res病态的处理 135

9.6注释和参考文献 138

参考文献 139

第10章 基于观测器的故障诊断系统数据驱动设计 140

10.1问题的提出与动机 140

10.2基于观测器的残差生成器奇偶向量构建 140

10.2.1标量残差信号的生成 140

10.2.2 m维残差向量的生成 143

10.2.3基于卡尔曼滤波器的残差生成器的数据驱动设计 146

10.3故障诊断、隔离与识别 147

10.3.1故障检测 148

10.3.2故障隔离方案 148

10.3.3一个故障识别方案 149

10.4基于观测器的过程监控 150

10.5在CSTH中的案例研究 151

10.5.1系统的建立 151

10.5.2基于卡尔曼滤波器的残差生成器 151

10.5.3 m维残差向量的生成 152

10.6在TEP中的案例研究 156

10.7数据驱动的FDI系统应用程序评估 158

10.8注释和参考文献 159

参考文献 160

第四部分 数据驱动故障诊断中的自适应迭代优化技术 165

第11章 自适应故障诊断方案 165

11.1基于OI的递推SVD计算与应用 165

11.1.1问题的形成 165

11.1.2 DPM：一个自适应算法 166

11.1.3在故障检测中的应用 167

11.2一种自适应SVD算法与应用 167

11.2.1自适应SVD算法 167

11.2.2对故障检测的应用 169

11.3基于自适应SKR的残差生成方法 169

11.3.1问题的形成 169

11.3.2自适应残差生成的算法 170

11.3.3稳定性和指数收敛 171

11.3.4一个对自适应状态观测器的扩展 173

11.4案例分析 174

11.4.1基于自适应SVD的RPCA方案在三容系统的应用 174

11.4.2基于自适应观测器的残差生成方案在三容系统的应用 177

11.5注释和参考文献 179

参考文献 180

第12章 过程监测与故障检测系统的迭代优化 181

12.1迭代广义最小二乘估计 181

12.2迭代递归最小二乘估计 182

12.2.1基本思想和方法 182

12.2.2算法及它的实现和执行 184

12.2.3一个实例 184

12.3卡尔曼滤波的迭代优化 187

12.3.1思想与方案 187

12.3.2算法与实现 191

12.4案例研究 195

12.4.1案例1：∑v未知而∑w已知 195

12.4.2案例2：∑w未知而∑v已知 197

12.5注释和参考文献 198

参考文献 199

第五部分 容错控制系统的数据驱动设计与寿命管理 203

第13章 容错控制架构和设计研究 203

13.1初探 203

13.1.1图像表示和状态反馈控制 203

13.1.2稳定控制器的参数化 204

13.2容错控制架构及相关问题 205

13.2.1一个基于观测器的容错控制架构 205

13.2.2设计与最优设置 207

13.2.3一个基于残差的容错和寿命管理架构 209

13.2.4系统动态和设计参数 210

13.3注释和参考文献 213

参考文献 214

第14章 基于观测器的控制系统数据驱动设计 215

14.1问题陈述 215

14.2图像描述的数据驱动实现形式 216

14.3一种图像识别方案 217

14.3.1 I/O数据集模型与其相关问题的简要回顾 217

14.3.2识别方案 218

14.4一种基于观测器的控制系统的数据驱动设计方案 221

14.4.1前馈控制器的数据驱动设计 222

14.4.2基于观测器的状态反馈控制器的设计 222

14.5结束语 224

14.6在实验室CSTH系统的试验研究 225

14.6.1系统建立和过程测量 225

14.6.2基于观测器的控制器设计 225

14.6.3容错控制方案 226

14.7注释和参考文献 227

参考文献 229

第15章 自动控制系统寿命管理的实现 230

15.1 H-PRIO参数的自适应更新 230

15.1.1问题的形成 230

15.1.2基本思想 231

15.1.3自适应方案 233

15.1.4自适应方案的实现 233

15.2 L-PRIO参数的迭代更新 234

15.2.1问题的形成 235

15.2.2迭代解决方案的算法 236

15.3寿命管理策略的实施 237

15.3.1工作综述 237

15.3.2三容系统的案例研究 237

15.4注释和参考文献 241

参考文献 242