容错控制系统的分析与综合PDF电子书下载

第一章 引论 1

1.1什么是容错控制系统 1

1.1.1硬件冗余技术 2

1.1.2基于“功能冗余”的容错控制 2

1.2故障的分类 3

1.2.1被控对象的故障 3

1.2.2仪表故障 4

1.3容错控制方法（一）——鲁棒控制 4

1.4容错控制方法（二）——故障检测、分离与补偿 5

1.5本书内容概况 5

第二章 预备知识 7

2.1系统的描述 7

2.1.1状态空间描述与输入输出描述 7

2.1.2稳定分式表示方法 8

2.2系统的稳定性 10

2.2.1外部稳定性和内部稳定性 10

2.2.2Lyapunov稳定性定理 10

2.2.3多变量Nyquist准则 11

2.2.4小增益定理 12

2.2.5稳定分式表示理论中的稳定性定理 12

2.3非结构化不确定模型与鲁棒性条件 13

2.3.1时域情况 13

2.3.2频域情况 14

2.4状态重构的基本结果 16

2.4.1全维状态观测器 17

2.4.2降维状态观测器 18

2.4.3函数观测器 19

2.4.4Kalman滤波器 20

第三章 结构化不确定系统的鲁棒控制 21

3.1引言 21

3.2状态空间途径 22

3.2.1Lyapunov方法 22

3.2.2改进Lyapunov算法 27

3.2.3鲁棒线性二次型最优控制 29

3.3频域途径 32

3.3.1不确定性描述 32

3.3.2结构化奇异值 33

3.3.3同时含乘性输入和输出不确定性 36

3.3.4间歇反应器：同时含参数和非结构化不确定性 37

3.3.5传递矩阵元素中独立的不确定性 39

3.3.6作为灵敏度测度的条件数和相对增益矩阵 40

3.3.7鲁棒性能 42

3.3.8线性分式转换的求取 46

3.4多项式代数方法 47

3.4.1Kharitonov定理 48

3.4.2棱边定理 51

3.4.3同时含参数和非结构化不确定性系统的鲁棒性分析 53

3.4.4多项式族鲁棒控制器的综合 55

3.4.5同时含参数和非结构化不确定性系统鲁棒稳定化——单变量情况 60

3.4.6同时含参数和非结构化不确定性系统鲁棒稳定化——多变量情况 65

第四章 同时镇定 72

4.1引言 72

4.2单输入系统同时镇定控制器的设计方法（一） 72

4.3单输入系统同时镇定控制器的设计方法（二） 78

4.3.1从A空间到P空间投影 80

4.3.2从P空间到K空间投影 81

4.4同时镇定控制器的一种频域设计方法 84

4.4.1同时对角优势化 85

4.4.2同时强镇定 86

4.5同时镇定控制器存在的充要条件 88

4.5.1基本定理的证明 88

4.5.2多重稳定域约束的同时镇定 90

4.5.3同时镇定的对偶问题——可靠镇定 94

第五章 完整性控制器的综合 98

5.1引言 98

5.2基于Lyapunov方程解的方法 99

5.2.1基本结果 99

5.2.2具有良好动特性的完整性控制器设计方法（一） 101

5.2.3具有良好动特性的完整性控制器设计方法（二） 103

5.3基于类Lyapunov方程解的方法 109

5.4基于类Riccati方程解的方法 114

5.4.1类Riccati方程解的性质 114

5.4.2完整性控制器的设计 115

5.4.3具有期望动特性和完整性的控制器设计 118

5.5完整性控制器的鲁棒性改进 118

5.6基于U－矩阵的方法 120

5.6.1U－矩阵 120

5.6.2完整性条件 122

5.6.3完整性控制器的综合 124

第六章 分散可靠控制 127

6.1引言 127

6.2分散积分可控性的定义 128

6.3分散积分可控性的必要条件 129

6.3.1结果 129

6.3.2证明 131

6.4分散积分可控性的充要条件 132

6.4.1增益空间的对角分散稳定性 132

6.4.2分散积分可控性 134

6.5序贯分散可靠伺服控制器 136

6.5.1问题的描述 137

6.5.2解的存在性 140

6.5.3控制器的构造 140

6.5.4序贯可靠鲁棒分散伺服机问题的性质 141

第七章 基于解析冗余的故障诊断 144

7.1引言 144

7.2残差产生方法（一）——奉献观测器法 145

7.2.1用于故障诊断的状态估计器 145

7.2.2测量装置故障诊断的估计器方法 148

7.2.3元件故障诊断的估计器方法 150

7.3残差产生方法（二）——检测观测器法 152

7.3.1问题的描述 152

7.3.2检测观测器的设计 153

7.4残差产生方法（三）——广义一致性向量法 158

7.4.1广义一致性空间 158

7.4.2由一致性函数产生残差 161

7.4.3在故障检测系统中一致性关系的使用 162

7.5残差产生方法（四）——基于参数估计的方法 163

7.6决策方法 166

7.6.1阈值法 166

7.6.2假设检验法 167

第八章 不确定动态系统的故障诊断 171

8.1引言 171

8.2参数鲁棒故障诊断 172

8.2.1参数鲁棒故障检测 172

8.2.2故障向量辨识及校正 175

8.2.3例子 177

8.3元件故障诊断的鲁棒观测器法 179

8.3.1检测观测器的通用结构 179

8.3.2故障分离和鲁棒观测 180

8.3.3检测观测器的计算 183

8.3.4鲁棒检测观测器设计算法 186

8.3.5例子 187

8.4基于强跟踪滤波器的故障诊断 191

8.4.1强跟踪滤波器 191

8.4.2次优渐消的扩展Kalman滤波器 192

8.4.3一种非线性时变参数与状态的联合估计方法 196

8.4.4基于强跟踪滤波器的参数偏差型故障的检测与诊断 197

8.4.5FDDPB算法的典型应用 200

8.4.6仿真实例 203

第九章 基于人工智能的故障诊断 208

9.1引言 208

9.2基于专家系统的方法 208

9.2.1知识的获取与表达 208

9.2.2推理机 214

9.2.3机器学习 218

9.3基于神经网络的故障诊断 221

9.3.1神经网络的特征 221

9.3.2反向传播算法（BP算法） 222

9.3.3双向联想记忆模型 224

9.3.4化工过程故障的神经网络诊断法 226

第十章 故障的补偿 237

10.1引言 237

10.2单输入可测状态反馈系统的容错控制 237

10.3控制律重构——伪逆方法 239

10.3.1伪逆方法的性质 240

10.3.2修正伪逆方法 241

10.3.3例子 244

10.4利用隐模型跟踪的重构控制 245

10.4.1控制律描述 245

10.4.2控制律的性质 246

10.4.3控制重构的效果 248

10.4.4例子 249

10.5知识库重组态控制 255

10.5.1知识库适应 255

10.5.2控制重组态 257

第十一章 容错控制的应用例子 262

11.1纸机定量和水份的鲁棒控制 262

11.2加压网前箱的完整性控制 264

11.2.1加压网前箱具有完整性的解耦控制 264

11.2.2加压网前箱具有完整性的状态反馈控制 266

11.3水位控制装置的容错控制 268

第十二章 展望 272

附录数学基础 272

参考文献 281