復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān)測(cè)及故障診斷2015

1、Date:5/1/2022File:FDD.1System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān)測(cè)復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān)測(cè)與故障診斷與故障診斷彭開(kāi)香彭開(kāi)香北京科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院Date:5/1/2022File:FDD.2System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture 概概 要要 Date:5/1/20

2、22File:FDD.3System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD LectureDate:5/1/2022File:FDD.4System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture Date:5/1/2022File:FDD.5System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All righ

3、ts reserved.FDD Lecture 自動(dòng)化與信息化的關(guān)系自動(dòng)化與信息化的關(guān)系 信息化特點(diǎn)：不單指工業(yè)，包含第一、三產(chǎn)業(yè)信息化特點(diǎn)：不單指工業(yè)，包含第一、三產(chǎn)業(yè) 僅從工業(yè)的角度，信息化發(fā)展也可分三階段：僅從工業(yè)的角度，信息化發(fā)展也可分三階段： 一定在工業(yè)化的基礎(chǔ)上一定在工業(yè)化的基礎(chǔ)上 計(jì)算機(jī)化（大規(guī)模使用數(shù)字計(jì)算機(jī)）計(jì)算機(jī)化（大規(guī)模使用數(shù)字計(jì)算機(jī)） 網(wǎng)絡(luò)化（實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)化（實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)） 先進(jìn)自動(dòng)化（綜合集成了系統(tǒng)、管理）先進(jìn)自動(dòng)化（綜合集成了系統(tǒng)、管理） 實(shí)現(xiàn)先進(jìn)自動(dòng)化，就完成（工業(yè)）信息化實(shí)現(xiàn)先進(jìn)自動(dòng)化，就完成（工業(yè)）信息化 先進(jìn)自動(dòng)化是信息化的最重要標(biāo)志先進(jìn)自動(dòng)化是信

4、息化的最重要標(biāo)志 （國(guó)內(nèi)總體，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化已有一定規(guī)模）（國(guó)內(nèi)總體，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化已有一定規(guī)模） Date:5/1/2022File:FDD.6System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture機(jī)械化（應(yīng)用機(jī)器系統(tǒng)機(jī)械化（應(yīng)用機(jī)器系統(tǒng)）電氣化（加入電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)）電氣化（加入電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)）自動(dòng)化自動(dòng)化（加入自動(dòng)控制器）（加入自動(dòng)控制器）計(jì)算機(jī)化（應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī)）計(jì)算機(jī)化（應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī)）網(wǎng)絡(luò)化（實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)化（實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）先進(jìn)自動(dòng)化先進(jìn)自動(dòng)化（系統(tǒng)、管理）（系統(tǒng)

5、、管理）智能化（引入智能）智能化（引入智能）知識(shí)化（處理知識(shí)）知識(shí)化（處理知識(shí)） 工業(yè)化工業(yè)化信息化信息化知識(shí)化知識(shí)化 社社 會(huì)會(huì) 總總 發(fā)發(fā) 展展Date:5/1/2022File:FDD.7System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD LectureDate:5/1/2022File:FDD.8System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture（基礎(chǔ)）

6、自動(dòng)化（核心是（基礎(chǔ)）自動(dòng)化（核心是控制控制） 是是工業(yè)化完成與否的標(biāo)志工業(yè)化完成與否的標(biāo)志 自動(dòng)化技術(shù)是工業(yè)化的核心技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)是工業(yè)化的核心技術(shù)先進(jìn)自動(dòng)化（核心是先進(jìn)自動(dòng)化（核心是信息、控制、系統(tǒng)信息、控制、系統(tǒng)） 是是信息化完成與否的標(biāo)志信息化完成與否的標(biāo)志 先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)是信息化的核心技術(shù)先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)是信息化的核心技術(shù)Date:5/1/2022File:FDD.9System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD LectureDate:5/1/2022File:FDD.1

7、0System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture自動(dòng)化科學(xué)自動(dòng)化科學(xué)解決什么科學(xué)問(wèn)題？解決什么科學(xué)問(wèn)題？ 自動(dòng)化技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)研究針對(duì)什么技術(shù)？研究針對(duì)什么技術(shù)？傳統(tǒng)意義上傳統(tǒng)意義上如何？如何？ 當(dāng)前又當(dāng)前又如何？如何？Date:5/1/2022File:FDD.11System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture傳統(tǒng)意義上，自動(dòng)化科學(xué)傳統(tǒng)

8、意義上，自動(dòng)化科學(xué)研究的焦點(diǎn)研究的焦點(diǎn) 系統(tǒng)的系統(tǒng)的物理學(xué)特性物理學(xué)特性 需要解決的基本問(wèn)題需要解決的基本問(wèn)題 給定值控制問(wèn)題、跟蹤問(wèn)題和自主問(wèn)題給定值控制問(wèn)題、跟蹤問(wèn)題和自主問(wèn)題 其其基本科學(xué)問(wèn)題基本科學(xué)問(wèn)題 建模問(wèn)題、穩(wěn)定性問(wèn)題、動(dòng)態(tài)特性問(wèn)題建模問(wèn)題、穩(wěn)定性問(wèn)題、動(dòng)態(tài)特性問(wèn)題 適應(yīng)性（魯棒性）問(wèn)題和自主性問(wèn)題適應(yīng)性（魯棒性）問(wèn)題和自主性問(wèn)題自動(dòng)化技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)研究的針對(duì)性工程應(yīng)用技術(shù)研究的針對(duì)性工程應(yīng)用技術(shù) 模型技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、執(zhí)行技術(shù)、模型技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、執(zhí)行技術(shù)、 控制（計(jì)算）技術(shù)?？刂疲ㄓ?jì)算）技術(shù)。 Date:5/1/2022File:FDD.12System Monitoring

9、and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture 當(dāng)前當(dāng)前 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù) 焦點(diǎn)和難點(diǎn)在哪焦點(diǎn)和難點(diǎn)在哪？Date:5/1/2022File:FDD.13System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)之一自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)之一 最初最初處理系統(tǒng)的物理特性，處理系統(tǒng)的物理特性， 基礎(chǔ)自動(dòng)化基礎(chǔ)自動(dòng)化，物質(zhì)、能量，物質(zhì)、能量 當(dāng)

10、前當(dāng)前處理系統(tǒng)的復(fù)雜性，處理系統(tǒng)的復(fù)雜性， 先進(jìn)自動(dòng)化先進(jìn)自動(dòng)化，主要是信息，主要是信息Date:5/1/2022File:FDD.14System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture當(dāng)前，自動(dòng)化科學(xué)研究的焦點(diǎn)和難點(diǎn)當(dāng)前，自動(dòng)化科學(xué)研究的焦點(diǎn)和難點(diǎn) 系統(tǒng)的復(fù)雜性系統(tǒng)的復(fù)雜性，需要解決的基本問(wèn)題或基本科學(xué)問(wèn)題需要解決的基本問(wèn)題或基本科學(xué)問(wèn)題 復(fù)雜系統(tǒng)的建模問(wèn)題復(fù)雜系統(tǒng)的建模問(wèn)題 綜合集成問(wèn)題（包括人）綜合集成問(wèn)題（包括人） 整體優(yōu)化問(wèn)題、失效容錯(cuò)問(wèn)題整體優(yōu)化問(wèn)題、失效容

11、錯(cuò)問(wèn)題 和系統(tǒng)智能問(wèn)題和系統(tǒng)智能問(wèn)題自動(dòng)化技術(shù)主要包括自動(dòng)化技術(shù)主要包括 模型技術(shù)、仿真技術(shù)、集成技術(shù)、模型技術(shù)、仿真技術(shù)、集成技術(shù)、 優(yōu)化技術(shù)、可靠性技術(shù)和運(yùn)行技術(shù)。優(yōu)化技術(shù)、可靠性技術(shù)和運(yùn)行技術(shù)。 Date:5/1/2022File:FDD.15System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture 對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)識(shí)對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)識(shí) * * 自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)體系；自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)體系； * * 自動(dòng)化專業(yè)的課程體系；自動(dòng)化專業(yè)的課程體系； * * 自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)；

12、自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)； * * 自動(dòng)化專業(yè)的發(fā)展前景。自動(dòng)化專業(yè)的發(fā)展前景。Date:5/1/2022File:FDD.16System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture基本的負(fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)基本的負(fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu) Date:5/1/2022File:FDD.17System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture控控 制制 器器對(duì)對(duì) 象象執(zhí)執(zhí)

13、 行行 器器傳傳 感感 器器信信 號(hào)號(hào) 處處 理理D D/ /A AA A/ /D D- -+ 知 識(shí) 領(lǐng) 域 ： 計(jì) 算 與 處 理 知 識(shí) 單 元 ： 信 號(hào) 、 圖 象 處 理 并 行 、 分 布 處 理 軟 件 工 程 計(jì) 算 、 搜 索 、 推 理 模 式 識(shí) 別 等 等 知 識(shí) 領(lǐng) 域 ： 控 制 與 智 能 知 識(shí) 單 元 ： 控 制 理 論 穩(wěn) 定 性 與 魯 棒 性 可 靠 性 與 容 錯(cuò) 自 適 應(yīng) 、 自 學(xué) 習(xí) 人 工 智 能 最 優(yōu) 、 智 能 控 制 人 機(jī) 控 制 等 等 知 識(shí) 領(lǐng) 域 ： 執(zhí) 行 與 驅(qū) 動(dòng) 知 識(shí) 單 元 ： 機(jī) 電 汽 液 驅(qū) 動(dòng) 自 動(dòng)

14、化 儀 表 光 機(jī) 電 一 體 化 各 種 遙 控 器 電 力 電 子 等 等 知 識(shí) 領(lǐng) 域 ： 模 型 與 仿 真 知 識(shí) 單 元 ： 系 統(tǒng) 辨 識(shí) 參 數(shù) 估 計(jì) 各 類 系 統(tǒng) 建 模 技 術(shù) CAD仿 真 技 術(shù) 電 機(jī) 原 理 與 傳 動(dòng) 機(jī) 械 原 理 與 結(jié) 構(gòu) 機(jī) 器 人 原 理 等 等 知 識(shí) 領(lǐng) 域 ： 通 信 與 網(wǎng) 絡(luò) 知 識(shí) 單 元 ： 通 信 技 術(shù) 計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 多 媒 體 遙 技 術(shù) 等 等 知 識(shí) 領(lǐng) 域 ： 傳 感 與 檢 測(cè) 知 識(shí) 單 元 ： 理 化 生 等 傳 感 器 檢 測(cè) 與 診 斷 遙 測(cè) 、 遙 感 抗 干 擾 技 術(shù) 測(cè) 量 信 號(hào)

15、 處 理 機(jī) 器 人 感 知 等 等Date:5/1/2022File:FDD.18System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture知知 識(shí)識(shí) 領(lǐng)領(lǐng) 域域 ： 系 統(tǒng) 與 工 程知知 識(shí)識(shí) 單單 元元 ： 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(fù) 雜 系 統(tǒng) 、 運(yùn) 動(dòng) 控 制系 統(tǒng) 、 過(guò) 程 控 制 系 統(tǒng) 、 集 成 自 動(dòng) 化 系 統(tǒng) 、 管 理 信 息系 統(tǒng) 、 系 統(tǒng) 工 程

16、、 運(yùn) 籌 學(xué) 、 最 優(yōu) 化 、 智 能 系 統(tǒng) 、 機(jī)器 人 系 統(tǒng) 、 多 智 能 體 等 等知知 識(shí)識(shí) 領(lǐng)領(lǐng) 域域 ： 數(shù) 理 與 機(jī) 電 基 礎(chǔ)知知 識(shí)識(shí) 單單 元元 ： 數(shù) 學(xué) 、 力 學(xué) 、 物 理 、 化 學(xué) 、 現(xiàn) 代 生 物學(xué) 、 生 命 科 學(xué) 、 腦 科 學(xué) 、 思 維 科 學(xué) 、 系 統(tǒng) 科 學(xué) 、 管理 科 學(xué) 、 電 工 電 子 基 礎(chǔ) 、 機(jī) 械 基 礎(chǔ) 、 計(jì) 算 機(jī) 原 理 、計(jì) 算 機(jī) 語(yǔ) 言 、 微 機(jī) 原 理 等 等+控控 制制 與與 智智 能能模模 型型 與與 仿仿 真真執(zhí)執(zhí) 行行 與與 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng)傳傳 感感 與與 檢檢 測(cè)測(cè)計(jì)計(jì) 算算 與與 處處

17、理理通通信信與與網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) - -系 統(tǒng)知 識(shí) 層控 制知 識(shí) 層基 礎(chǔ)知 識(shí) 層Date:5/1/2022File:FDD.19System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture知知識(shí)識(shí)領(lǐng)領(lǐng)域域： 系統(tǒng)與工程 知知識(shí)識(shí)領(lǐng)領(lǐng)域域：傳感與檢測(cè)、通信與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算與處理、控制與智能執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)、模型與仿真知知識(shí)識(shí)領(lǐng)領(lǐng)域域：數(shù)理與機(jī)電基礎(chǔ)系統(tǒng)知識(shí)層控制知識(shí)層基礎(chǔ)知識(shí)層Date:5/1/2022File:FDD.20System Monitoring and Fault Diagnos

18、isPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)體系自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)體系 由三層知識(shí)構(gòu)成，包括八個(gè)知識(shí)領(lǐng)域由三層知識(shí)構(gòu)成，包括八個(gè)知識(shí)領(lǐng)域 反映自動(dòng)化專業(yè)特點(diǎn)的五個(gè)知識(shí)領(lǐng)域反映自動(dòng)化專業(yè)特點(diǎn)的五個(gè)知識(shí)領(lǐng)域 控制與智能、傳感與檢測(cè)控制與智能、傳感與檢測(cè) 執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)、模型與仿真、執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)、模型與仿真、 系統(tǒng)與工程；系統(tǒng)與工程； 自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)體系的核心知識(shí)是自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)體系的核心知識(shí)是 控制與智能、模型與仿真控制與智能、模型與仿真 系統(tǒng)與工程系統(tǒng)與工程等三個(gè)知識(shí)領(lǐng)域等三個(gè)知識(shí)領(lǐng)域 也是自動(dòng)化專業(yè)與其它專業(yè)的最大區(qū)別。也是

19、自動(dòng)化專業(yè)與其它專業(yè)的最大區(qū)別。 Date:5/1/2022File:FDD.21System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture研究背景研究背景212022-5-1航空航空 航天航天 航海航海 核電核電 電網(wǎng)電網(wǎng) 高鐵高鐵 石化石化 冶金冶金 Date:5/1/2022File:FDD.22System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture安

20、全性事故頻發(fā)安全性事故頻發(fā)2219971997年北京東方化工廠發(fā)生乙烯裝置起火爆炸事故，年北京東方化工廠發(fā)生乙烯裝置起火爆炸事故，8 8人遇難，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)十億元人民幣，間接損失人遇難，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)十億元人民幣，間接損失無(wú)法估量。無(wú)法估量。Date:5/1/2022File:FDD.23System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture人員生命受到威脅人員生命受到威脅232007年年4月月18日，遼寧鐵嶺市清河特殊鋼有日，遼寧鐵嶺市清河特殊鋼有限公司發(fā)生鋼水包整體脫

21、落事故，共造成限公司發(fā)生鋼水包整體脫落事故，共造成32人死亡人死亡Date:5/1/2022File:FDD.24System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture經(jīng)濟(jì)損失巨大經(jīng)濟(jì)損失巨大242022-5-12009年云天化股份有限公司合成氨裝年云天化股份有限公司合成氨裝置合成塔出口管道發(fā)生斷裂，導(dǎo)致高置合成塔出口管道發(fā)生斷裂，導(dǎo)致高溫、高壓氣體外泄，經(jīng)濟(jì)損失巨大。溫、高壓氣體外泄，經(jīng)濟(jì)損失巨大。Date:5/1/2022File:FDD.25System Monito

22、ring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture決策層決策層管理層管理層調(diào)度層調(diào)度層經(jīng)營(yíng)決策系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)決策系統(tǒng)產(chǎn)品策略產(chǎn)品策略管理信息系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度指令調(diào)度指令系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)控制信息控制信息生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)過(guò)程控制層控制層關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)Date:5/1/2022File:FDD.26System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All

23、rights reserved.FDD LectureERPEnterprise Resource PlanningPCSProcess Control SystemMESManufacturing Execution System企業(yè)資源計(jì)劃企業(yè)資源計(jì)劃過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)制造執(zhí)行系統(tǒng)制造執(zhí)行系統(tǒng)Date:5/1/2022File:FDD.27System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture系統(tǒng)龐大的規(guī)模與高度的復(fù)雜程度系統(tǒng)龐大的規(guī)模與高度的復(fù)雜程度系統(tǒng)中出現(xiàn)的

24、某些微小故障若不能及時(shí)檢測(cè)并排除，系統(tǒng)中出現(xiàn)的某些微小故障若不能及時(shí)檢測(cè)并排除，就有可能造成整個(gè)系統(tǒng)的失效、癱瘓，甚至導(dǎo)致巨大就有可能造成整個(gè)系統(tǒng)的失效、癱瘓，甚至導(dǎo)致巨大的災(zāi)難性后果的災(zāi)難性后果如何提高系統(tǒng)的安全性、可靠性，防止和杜絕影響系如何提高系統(tǒng)的安全性、可靠性，防止和杜絕影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的故障的發(fā)生和發(fā)展統(tǒng)正常運(yùn)行的故障的發(fā)生和發(fā)展就成為一個(gè)重要的有就成為一個(gè)重要的有待解決的問(wèn)題待解決的問(wèn)題提高系統(tǒng)安全性、可靠性的方法有多種，其中一個(gè)重提高系統(tǒng)安全性、可靠性的方法有多種，其中一個(gè)重要的方法就是采用故障檢測(cè)與診斷技術(shù)要的方法就是采用故障檢測(cè)與診斷技術(shù)Date:5/1/2022File:

25、FDD.28System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture故障包括兩層含義：故障包括兩層含義： q一是系統(tǒng)偏離正常功能一是系統(tǒng)偏離正常功能。其形成原因主要是因?yàn)橄?。其形成原因主要是因?yàn)橄到y(tǒng)的工作條件（含零部件）不正常而產(chǎn)生的。通過(guò)統(tǒng)的工作條件（含零部件）不正常而產(chǎn)生的。通過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)，或修復(fù)零部件，又可恢復(fù)正常功能參數(shù)調(diào)節(jié)，或修復(fù)零部件，又可恢復(fù)正常功能q二是功能失效二是功能失效。是指系統(tǒng)連續(xù)偏離正常功能，且其。是指系統(tǒng)連續(xù)偏離正常功能，且其程度不斷加劇，使設(shè)備基本功

26、能不能保證程度不斷加劇，使設(shè)備基本功能不能保證 Date:5/1/2022File:FDD.29System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lectureq診斷技術(shù)可以說(shuō)幾乎是與機(jī)器的發(fā)明同時(shí)產(chǎn)生的診斷技術(shù)可以說(shuō)幾乎是與機(jī)器的發(fā)明同時(shí)產(chǎn)生的 q本世紀(jì)本世紀(jì)60年代，起源于工業(yè)發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家和亞洲年代，起源于工業(yè)發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家和亞洲的日本的日本 q70年代中期進(jìn)入蓬勃發(fā)展的階段年代中期進(jìn)入蓬勃發(fā)展的階段 q進(jìn)入進(jìn)入80年代以后，已經(jīng)形成了集眾多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)年代以后，已經(jīng)形成了集眾

27、多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)于一體的，一門(mén)既注重理論研究，又注重實(shí)際應(yīng)用于一體的，一門(mén)既注重理論研究，又注重實(shí)際應(yīng)用的新興交叉學(xué)科的新興交叉學(xué)科Date:5/1/2022File:FDD.30System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture2.1 故障診斷技術(shù)基本概念故障診斷技術(shù)基本概念2.2 故障分類故障分類2.3 故障診斷的分類故障診斷的分類2.4 性能指標(biāo)性能指標(biāo)2.5 故障診斷方法的分類故障診斷方法的分類Date:5/1/2022File:FDD.31System Moni

28、toring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lectureq故障故障(fault)：系統(tǒng)至少一個(gè)特性或參數(shù)出現(xiàn)較大偏差，超出了可接：系統(tǒng)至少一個(gè)特性或參數(shù)出現(xiàn)較大偏差，超出了可接受的范圍。此時(shí)系統(tǒng)的性能明顯低于其正常水平，所以已難以完受的范圍。此時(shí)系統(tǒng)的性能明顯低于其正常水平，所以已難以完成其預(yù)期的功能成其預(yù)期的功能q失靈失靈(malfunction)：在系統(tǒng)完成特定的任務(wù)時(shí)，出現(xiàn)了間斷性的：在系統(tǒng)完成特定的任務(wù)時(shí)，出現(xiàn)了間斷性的不規(guī)則現(xiàn)象不規(guī)則現(xiàn)象q失效失效(failure，又稱嚴(yán)重故障，又稱嚴(yán)重

29、故障)：是指系統(tǒng)連續(xù)偏離正常功能（由于：是指系統(tǒng)連續(xù)偏離正常功能（由于故障），且其程度不斷加劇，使系統(tǒng)持續(xù)喪失了完成給定任務(wù)的故障），且其程度不斷加劇，使系統(tǒng)持續(xù)喪失了完成給定任務(wù)的能力能力q殘差殘差(residual)：故障指示器，由測(cè)量值與模型計(jì)算值的差得到：故障指示器，由測(cè)量值與模型計(jì)算值的差得到q征兆征兆(symptom)：由故障引起的系統(tǒng)可觀測(cè)的特性與其正常的特性：由故障引起的系統(tǒng)可觀測(cè)的特性與其正常的特性相比所出現(xiàn)的異常變化相比所出現(xiàn)的異常變化2.1 故障診斷技術(shù)的基本概念故障診斷技術(shù)的基本概念Date:5/1/2022File:FDD.32System Monitoring an

30、d Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lectureq監(jiān)視監(jiān)視(monitoring)：通過(guò)記錄信息、識(shí)別與指示系統(tǒng)行為的異常現(xiàn)：通過(guò)記錄信息、識(shí)別與指示系統(tǒng)行為的異?，F(xiàn)象，連續(xù)與實(shí)時(shí)地確定某一物理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。象，連續(xù)與實(shí)時(shí)地確定某一物理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。q監(jiān)控監(jiān)控(supervision)：對(duì)物理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，并且當(dāng)他發(fā)生故障時(shí)采：對(duì)物理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，并且當(dāng)他發(fā)生故障時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以維持其運(yùn)行。取適當(dāng)?shù)拇胧?，以維持其運(yùn)行。q誤報(bào)誤報(bào)(false alarm)：系統(tǒng)沒(méi)有發(fā)生故障而報(bào)警。：系統(tǒng)沒(méi)有發(fā)生故障而

31、報(bào)警?！罢`報(bào)率誤報(bào)率”是衡量是衡量故障診斷系統(tǒng)性能的基本指標(biāo)之一故障診斷系統(tǒng)性能的基本指標(biāo)之一q漏報(bào)漏報(bào)(missing alarm)：系統(tǒng)發(fā)生了故障而沒(méi)有報(bào)警。：系統(tǒng)發(fā)生了故障而沒(méi)有報(bào)警?！奥﹫?bào)率漏報(bào)率”是是衡量故障診斷系統(tǒng)性能的又一個(gè)基本指標(biāo)衡量故障診斷系統(tǒng)性能的又一個(gè)基本指標(biāo)2.1 故障診斷技術(shù)的基本概念故障診斷技術(shù)的基本概念Date:5/1/2022File:FDD.33System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecturel 冗余（冗余（redundancy）：）

32、： 指系統(tǒng)里重復(fù)配置的一些部件指系統(tǒng)里重復(fù)配置的一些部件 （自動(dòng)（自動(dòng) 備援），備援）， 即當(dāng)某一部件（設(shè)備）發(fā)生損壞時(shí)即當(dāng)某一部件（設(shè)備）發(fā)生損壞時(shí), 冗余配置的部件冗余配置的部件 可以自動(dòng)作為后備式部件替代故障部件（設(shè)備）的工作，由此可以自動(dòng)作為后備式部件替代故障部件（設(shè)備）的工作，由此 減少系統(tǒng)的故障時(shí)間減少系統(tǒng)的故障時(shí)間l 數(shù)據(jù)冗余（數(shù)據(jù)冗余（date redundancy ）：在一個(gè)數(shù)據(jù)集合中重復(fù)的數(shù)：在一個(gè)數(shù)據(jù)集合中重復(fù)的數(shù) 據(jù)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是多余的數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)丟失、出錯(cuò)、故障等可據(jù)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是多余的數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)丟失、出錯(cuò)、故障等可 以用冗余恢復(fù)數(shù)據(jù)以用冗余恢復(fù)數(shù)據(jù)l 硬件冗余（硬

33、件冗余（hardware redundancy）：）：用同樣的硬件重構(gòu)過(guò)程用同樣的硬件重構(gòu)過(guò)程 的元部件。特點(diǎn)是可靠性高、故障分離直接，但成本過(guò)高的元部件。特點(diǎn)是可靠性高、故障分離直接，但成本過(guò)高l 解析冗余解析冗余(analytical redundancy)：與硬件冗余相對(duì)應(yīng)，指通過(guò)：與硬件冗余相對(duì)應(yīng)，指通過(guò) 用解析方式表示的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型來(lái)產(chǎn)生冗余信號(hào)用解析方式表示的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型來(lái)產(chǎn)生冗余信號(hào)2.1 故障診斷技術(shù)的基本概念故障診斷技術(shù)的基本概念Date:5/1/2022File:FDD.34System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang

34、 2015. All rights reserved.FDD LectureComponent(hardware)Redundantcomponent0: fault=0: fault-freeFig. 2.1 Schematic description of the hardware redundancy scheme如果過(guò)程元部件的輸出不同于其硬件冗余的輸出，則過(guò)程元部件被如果過(guò)程元部件的輸出不同于其硬件冗余的輸出，則過(guò)程元部件被檢測(cè)出有故障發(fā)生檢測(cè)出有故障發(fā)生冗余信號(hào)的產(chǎn)生往往是成功實(shí)現(xiàn)故障診斷的一個(gè)關(guān)鍵冗余信號(hào)的產(chǎn)生往往是成功實(shí)現(xiàn)故障診斷的一個(gè)關(guān)鍵2.1 故障診斷技術(shù)的基本概念故障診斷

35、技術(shù)的基本概念Date:5/1/2022File:FDD.35System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture 按照發(fā)生部位的不同可分為按照發(fā)生部位的不同可分為 過(guò)程（元部件）故障過(guò)程（元部件）故障 (process/component faults) 傳感器故障傳感器故障 (sensor faults) 執(zhí)行器故障執(zhí)行器故障 (actuator faults) 按照時(shí)間特性的不同可分為按照時(shí)間特性的不同可分為 突變故障突變故障(abrupt faults) 緩變故障

36、緩變故障(incipient faults) 間隙故障間隙故障(intermittent faults) 按照發(fā)生形式的不同可分為按照發(fā)生形式的不同可分為 加性故障加性故障(additive faults) 乘性故障乘性故障(multiplicative faults)Date:5/1/2022File:FDD.36System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture 按照發(fā)生部位的不同劃分按照發(fā)生部位的不同劃分q 過(guò)程故障（過(guò)程故障（process faults）：）：

37、被控對(duì)象中的某些元部件甚被控對(duì)象中的某些元部件甚 至是子至是子系統(tǒng)發(fā)生異常系統(tǒng)發(fā)生異常 q 傳感器故障（傳感器故障（sensor faults）：）：控制回路中用于檢測(cè)被測(cè)量的傳控制回路中用于檢測(cè)被測(cè)量的傳感器發(fā)生卡死、恒增益變化或恒偏差而不能準(zhǔn)確獲取被測(cè)量信息，感器發(fā)生卡死、恒增益變化或恒偏差而不能準(zhǔn)確獲取被測(cè)量信息，具體表現(xiàn)為對(duì)象變量的測(cè)量值與其實(shí)際值之間的差別具體表現(xiàn)為對(duì)象變量的測(cè)量值與其實(shí)際值之間的差別 q 執(zhí)行器故障（執(zhí)行器故障（actuator faults）：）：控制回路中用于執(zhí)行控制命令的控制回路中用于執(zhí)行控制命令的執(zhí)行器發(fā)生卡死、恒增益變化或恒偏差而不能正確執(zhí)行控制命令，執(zhí)行

38、器發(fā)生卡死、恒增益變化或恒偏差而不能正確執(zhí)行控制命令，具體表現(xiàn)為執(zhí)行器的輸入命令和它的實(shí)際輸出之間的差別具體表現(xiàn)為執(zhí)行器的輸入命令和它的實(shí)際輸出之間的差別 Date:5/1/2022File:FDD.37System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture 按照時(shí)間特性的不同劃分按照時(shí)間特性的不同劃分q突變故障突變故障(abrupt faults)：參數(shù)值突然出現(xiàn)很大偏差，事先不可監(jiān)：參數(shù)值突然出現(xiàn)很大偏差，事先不可監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)的故障測(cè)和預(yù)測(cè)的故障q緩變故障緩變故障(inc

39、ipient faults)：又稱為軟故障，指參數(shù)隨時(shí)間的推移：又稱為軟故障，指參數(shù)隨時(shí)間的推移和環(huán)境的變化而緩慢變化的故障和環(huán)境的變化而緩慢變化的故障q間隙故障間隙故障(intermittent faults)：由于老化、容差不足或接觸不良：由于老化、容差不足或接觸不良引起的時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的故障引起的時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的故障Date:5/1/2022File:FDD.38System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture 按照發(fā)生形式的不同劃分按照發(fā)生形式的不同劃分q加性故障加性故障

40、(additive fault)：作用在系統(tǒng)上的未知輸入，在系統(tǒng)正：作用在系統(tǒng)上的未知輸入，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)為零。它的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)輸出發(fā)生獨(dú)立于已知輸入常運(yùn)行時(shí)為零。它的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)輸出發(fā)生獨(dú)立于已知輸入的改變的改變q乘性故障乘性故障(multiplicative fault)：系統(tǒng)的某些參數(shù)的變化。它們：系統(tǒng)的某些參數(shù)的變化。它們能引起系統(tǒng)輸出的變化，這些變化同時(shí)也受已知輸入的影響能引起系統(tǒng)輸出的變化，這些變化同時(shí)也受已知輸入的影響Date:5/1/2022File:FDD.39System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015

41、. All rights reserved.FDD Lecture故障診斷是一門(mén)綜合性技術(shù)，其研究涉及到多門(mén)故障診斷是一門(mén)綜合性技術(shù)，其研究涉及到多門(mén)學(xué)科，如控制理論學(xué)科，如控制理論 （經(jīng)典、現(xiàn)代、魯棒、自適應(yīng)（經(jīng)典、現(xiàn)代、魯棒、自適應(yīng)）、可靠性理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、模糊集理論、信息）、可靠性理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、模糊集理論、信息處理、模式識(shí)別人工智能等學(xué)科理論處理、模式識(shí)別人工智能等學(xué)科理論 Date:5/1/2022File:FDD.40System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Le

42、ctureu 故障建模（故障建模（fault modeling）u 故障檢測(cè)（故障檢測(cè)（fault detection）u 故障分離（故障分離（fault isolation） 故障識(shí)別（故障識(shí)別（identification） 故障診斷（故障診斷（diagnosis） 故障檢測(cè)與分離故障檢測(cè)與分離（識(shí)別）（識(shí)別）FDI故障檢測(cè)與診斷故障檢測(cè)與診斷FDD故障的評(píng)價(jià)與決策故障的評(píng)價(jià)與決策FED, Fault Evaluation and DecisionDate:5/1/2022File:FDD.41System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixia

43、ng 2015. All rights reserved.FDD LectureThe basic tasks of the supervision system Equipmentsand ProcessSensorSensorSensor信號(hào)處理FaultDiagnosisEvaluationandDecisionSignalProcessingOutputSignal AcquisitionDate:5/1/2022File:FDD.42System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved

44、.FDD Lecture 檢測(cè)性能指標(biāo)（檢測(cè)性能指標(biāo)（Detection Performance Index） 早期檢測(cè)的靈敏度早期檢測(cè)的靈敏度 故障檢測(cè)的及時(shí)性故障檢測(cè)的及時(shí)性 故障的誤報(bào)率和漏報(bào)率故障的誤報(bào)率和漏報(bào)率 診斷性能指標(biāo)（診斷性能指標(biāo)（Diagnosis Performance Index） 故障分離能力故障分離能力 故障辨識(shí)的準(zhǔn)確性故障辨識(shí)的準(zhǔn)確性 綜合性能指標(biāo)（綜合性能指標(biāo)（Comprehensive Performance Index） 魯棒性魯棒性 自適應(yīng)能力自適應(yīng)能力 安全性安全性 可靠性可靠性Date:5/1/2022File:FDD.43System Monitor

45、ing and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture診斷方法的研究在于：尋找征兆與故障之間的有效對(duì)應(yīng)關(guān)系診斷方法的研究在于：尋找征兆與故障之間的有效對(duì)應(yīng)關(guān)系 最簡(jiǎn)單的故障檢測(cè)方法就是所謂界限判別法最簡(jiǎn)單的故障檢測(cè)方法就是所謂界限判別法也即判別兩類過(guò)程狀態(tài)也即判別兩類過(guò)程狀態(tài)(正常和異常狀態(tài)正常和異常狀態(tài)) 如使用一個(gè)傳感器信號(hào)如使用一個(gè)傳感器信號(hào)x，可按如下條件描述：，可按如下條件描述： 如果如果xHth，那么狀態(tài)正常，否則狀態(tài)異常，那么狀態(tài)正常，否則狀態(tài)異常Date:5/1/2022File:FD

46、D.44System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture 國(guó)際故障診斷權(quán)威，德國(guó)的國(guó)際故障診斷權(quán)威，德國(guó)的P.M.Frank教授認(rèn)為教授認(rèn)為 故障診斷方法可以分為故障診斷方法可以分為 基于模型的方法基于模型的方法 (model-based) 基于知識(shí)的方法基于知識(shí)的方法 (knowledge-based) 基于信號(hào)處理的方法基于信號(hào)處理的方法 (Signal-processing-based)Date:5/1/2022File:FDD.45System Monitor

47、ing and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD LectureDate:5/1/2022File:FDD.46System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture3.1 基本模型故障診斷基本過(guò)程基本模型故障診斷基本過(guò)程3.2 故障建模故障建模3.3 基于觀測(cè)器的方法基于觀測(cè)器的方法3.4 等價(jià)空間方法等價(jià)空間方法3.5 參數(shù)估計(jì)方法參數(shù)估計(jì)方法Date:5/1/2022File:FDD.

48、47System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture 3.1 基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程Date:5/1/2022File:FDD.48System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture Fig.3.1 Schematic description of the model-based fault diagnosis s

49、cheme過(guò) 程過(guò)程名義模型殘差處理決策邏輯故障的知識(shí)過(guò)程輸入過(guò)程輸出殘 差 生 成殘 差 評(píng) 價(jià)殘 差故障診斷3.1 基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程Date:5/1/2022File:FDD.49System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture通常所采用的過(guò)程解析模型有兩種不同的策略通常所采用的過(guò)程解析模型有兩種不同的策略 模擬名義的或無(wú)故障的特性模型模擬名義的或無(wú)故障的特性模型 (Nominal model/ Fault-free model

50、) 對(duì)于某個(gè)特定的預(yù)知故障建立其故障特性模型對(duì)于某個(gè)特定的預(yù)知故障建立其故障特性模型 (Faulty model)3.1 基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程Date:5/1/2022File:FDD.50System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture 故障診斷任務(wù)分兩步完成故障診斷任務(wù)分兩步完成l殘差（征兆）生成殘差（征兆）生成 (Residual/Symptom Generation)l殘差（征兆）評(píng)價(jià)殘差（征兆）評(píng)價(jià) (Residual /Sy

51、mptom Evaluation) 基于解析模型的殘差生成方法主要有三種基于解析模型的殘差生成方法主要有三種u 基于觀測(cè)器方法基于觀測(cè)器方法 (Observer-based)u 等價(jià)空間方法等價(jià)空間方法 (Parity Space) （或奇偶方程、奇偶關(guān)系、奇偶空間）方法（或奇偶方程、奇偶關(guān)系、奇偶空間）方法u 參數(shù)估計(jì)方法參數(shù)估計(jì)方法 (Parameter Estimation)3.1 基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程Date:5/1/2022File:FDD.51System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 201

52、5. All rights reserved.FDD Lecture故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵抑制信號(hào)中不感興趣部分而加強(qiáng)其中反映故障的部分，以區(qū)分故抑制信號(hào)中不感興趣部分而加強(qiáng)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(shè)計(jì)的目標(biāo)基于模型故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)使使FDIA系統(tǒng)對(duì)故障具有盡可能大的靈敏度，而同時(shí)對(duì)不感興趣系統(tǒng)對(duì)故障具有盡可能大的靈敏度，而同時(shí)對(duì)不感興趣信號(hào)的影響具有盡可能大的魯棒性信號(hào)的影響具有盡可能大的魯棒性 3.1 基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程Date:5/1/20

53、22File:FDD.52System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture FD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)包括如下任務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)包括如下任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)殘差生成器，對(duì)故障具有高的靈敏度而對(duì)模型設(shè)計(jì)一個(gè)殘差生成器，對(duì)故障具有高的靈敏度而對(duì)模型 不確定具有強(qiáng)的魯棒性不確定具有強(qiáng)的魯棒性 通過(guò)選擇殘差評(píng)價(jià)函數(shù)定義征兆，以保證所檢測(cè)的關(guān)于通過(guò)選擇殘差評(píng)價(jià)函數(shù)定義征兆，以保證所檢測(cè)的關(guān)于 故障的信息不被丟失故障的信息不被丟失 進(jìn)一步分析殘差或開(kāi)發(fā)征兆，獲得更多的關(guān)于故障的知進(jìn)一步分析殘差或開(kāi)

54、發(fā)征兆，獲得更多的關(guān)于故障的知 識(shí)，以便指導(dǎo)決策或?qū)嵤┤蒎e(cuò)控制識(shí)，以便指導(dǎo)決策或?qū)嵤┤蒎e(cuò)控制3.1 基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程基于觀測(cè)器故障診斷基本過(guò)程Date:5/1/2022File:FDD.53System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture3.2 故障建模故障建模在基于模型故障診斷中使用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)模型，雖然我們認(rèn)為這個(gè)系統(tǒng)在基于模型故障診斷中使用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)模型，雖然我們認(rèn)為這個(gè)系統(tǒng)是在控制回路中是在控制回路中 Fig.3.2 故障診斷與控制回路故障診斷與控制回路

55、控 制 器執(zhí) 行 器系 統(tǒng) 動(dòng) 態(tài)傳 感 器故 障 診 斷 監(jiān) 控控 制 命 令輸 出測(cè) 量 輸 出y (t)開(kāi) 環(huán) 系 統(tǒng)u (t)uC(t)Date:5/1/2022File:FDD.54System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD LectureFig.3.3 Strcture of a standard control loop with fault3.2 故障建模故障建模Date:5/1/2022File:FDD.55System Monitoring and Faul

56、t DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture這一開(kāi)環(huán)系統(tǒng)分為執(zhí)行器、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和傳感器三個(gè)部分。按照發(fā)這一開(kāi)環(huán)系統(tǒng)分為執(zhí)行器、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和傳感器三個(gè)部分。按照發(fā)生形式的不同主要研究過(guò)程元部件故障生形式的不同主要研究過(guò)程元部件故障(process faults)、 傳感器傳感器故障故障(sensor faults) 以及執(zhí)行器故障以及執(zhí)行器故障(actuator faults) Fig.3.4開(kāi)環(huán)系統(tǒng)模型開(kāi)環(huán)系統(tǒng)模型( )( )( )( )( )( )RRRx tAx tButytCx tDut系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可用狀態(tài)空間模型描

57、述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可用狀態(tài)空間模型描述 u ( t )uR( t )yR( t )輸出執(zhí)行器系統(tǒng)動(dòng)態(tài)傳感器輸出測(cè)量輸出執(zhí)行3.2 故障建模故障建模Date:5/1/2022File:FDD.56System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture當(dāng)當(dāng)(過(guò)程）元部件發(fā)生故障時(shí)過(guò)程）元部件發(fā)生故障時(shí) Fig.3.5元部件有故障時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)圖元部件有故障時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)圖 （過(guò)程）元部件故障可以視（過(guò)程）元部件故障可以視為系統(tǒng)中一些條件的改變而為系統(tǒng)中一些條件的改變而使動(dòng)態(tài)關(guān)系變?yōu)闊o(wú)效的情形使

58、動(dòng)態(tài)關(guān)系變?yōu)闊o(wú)效的情形，如在三容器中一個(gè)水容器，如在三容器中一個(gè)水容器出現(xiàn)漏洞。在一些情形下，出現(xiàn)漏洞。在一些情形下，故障可以表達(dá)為系統(tǒng)中參數(shù)故障可以表達(dá)為系統(tǒng)中參數(shù)的變化的變化 ( )( )( )( )Rpx tAx tButft執(zhí) 行u (t)f(t)元 部 件 故 障參 數(shù) 故 障輸 出系 統(tǒng) 動(dòng) 態(tài)cy (t)RRDate:5/1/2022File:FDD.57System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture當(dāng)傳感器發(fā)生故障時(shí)當(dāng)傳感器發(fā)生故障時(shí) 一般說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)

59、的實(shí)際輸出一般說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)的實(shí)際輸出yR(t)是不能直接得到的，通是不能直接得到的，通常用傳感器獲得系統(tǒng)測(cè)量輸常用傳感器獲得系統(tǒng)測(cè)量輸出。通過(guò)正確選擇向量出。通過(guò)正確選擇向量fs，可，可以描述所有的傳感器故障情以描述所有的傳感器故障情形。如當(dāng)傳感器被形。如當(dāng)傳感器被“固定在固定在零值上零值上”時(shí)，測(cè)量向量時(shí)，測(cè)量向量y(t)=0，故障向量，故障向量 ( )( )sRftyt Fig.3.6 傳感器有故障時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)圖傳感器有故障時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)圖 ( )( )( )Rsy tytfty (t)f(t)傳 感 器 故 障y(t)傳 感 器測(cè) 量 輸 出輸 出sRDate:5/1/2022File:FDD.

60、58System Monitoring and Fault DiagnosisPeng Kaixiang 2015. All rights reserved.FDD Lecture當(dāng)執(zhí)行器發(fā)生故障時(shí)當(dāng)執(zhí)行器發(fā)生故障時(shí) 事實(shí)上，系統(tǒng)的實(shí)際執(zhí)行通事實(shí)上，系統(tǒng)的實(shí)際執(zhí)行通常也是不能直接獲得的。對(duì)常也是不能直接獲得的。對(duì)于一個(gè)受控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，于一個(gè)受控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，uR是是已知執(zhí)行器控制命令已知執(zhí)行器控制命令u(t)的執(zhí)的執(zhí)行器響應(yīng)。與傳感器故障情行器響應(yīng)。與傳感器故障情況類似，不同的執(zhí)行器故障況類似，不同的執(zhí)行器故障情況可以由一個(gè)合適的故障情況可以由一個(gè)合適的故障函數(shù)函數(shù)fa(t)來(lái)表示來(lái)表示 Fig.3