《系統(tǒng)故障診斷技術(shù)》課程教學(xué)大綱

《系統(tǒng)故障診斷技術(shù)》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱系統(tǒng)故障診斷技術(shù)SystemFaultDiagnosisTechnology課程編碼CTL122321020開(kāi)課院部控制科學(xué)與工程學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)智能系統(tǒng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時(shí)32講授32實(shí)驗(yàn)0上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)32適用專業(yè)自動(dòng)化授課語(yǔ)言中文先修課程概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論課程簡(jiǎn)介（限選）本課程重點(diǎn)介紹系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的基本概念、常用方法以及領(lǐng)域前沿進(jìn)展。在本課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生將了解故障診斷技術(shù)在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域的地位和作用，熟悉三類故障診斷方法的原理，包括基于解析模型的方法、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法、基于知識(shí)的方法，理解實(shí)際工業(yè)過(guò)程故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步拓寬本科生的控制領(lǐng)域?qū)W科前沿知識(shí)，提高學(xué)生的文獻(xiàn)查閱和理論分析能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科研素質(zhì)。(對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求:2.3、3.2、5.4)Thiscoursefocusesonthebasicconcepts,commonmethodsandfrontierprogressofsystemfaultdiagnosistechnology.Inthelearningprocessofthiscourse,studentswillunderstandthepositionandfunctionoffaultdiagnosistechnologyinthefieldofindustrialprocesscontrol,andbefamiliarwiththeprinciplesofthreetypesoffaultdiagnosismethods,includinganalyticalmodelsbasedmethods,databasedmethods,andknowledgebasedmethods.Thiscourseaimstowidenthestudents’frontierknowledgeincontrolsciencefield,improvethestudents’abilityinliteraturesearchingandtheoryanalysis,andcultivatestudents'innovativeconsciousnessandscientificresearchquality.(Correspondinggraduationrequirements:2.3,3.2,5.4)負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：熟悉典型故障診斷方法的原理，能夠了解不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并能正確對(duì)典型的故障診斷模型進(jìn)行推理分析。是2.32.32M2目標(biāo)2：針對(duì)給定的工業(yè)過(guò)程或裝置，能夠利用所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)分析，設(shè)計(jì)合理的故障診斷方案。是3.23.23M3目標(biāo)3：針對(duì)所研究的故障診斷方案，采用Matlab等仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證技術(shù)可行性。是5.45.4三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第1章第1章系統(tǒng)故障診斷技術(shù)概述本章重點(diǎn)：故障診斷的基本概念、故障診斷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)；本章難點(diǎn)：故障診斷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)M1////21.11.1研究背景與體系結(jié)構(gòu)分析故障診斷學(xué)科的發(fā)展史、研究背景、以及故障診斷系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)M12講授2自學(xué)31.21.2研究現(xiàn)狀和發(fā)展展望討論當(dāng)前的故障診斷方法，以及故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)M12講授2自學(xué)41.31.3故障診斷基本概念介紹故障的類型、診斷流程以及評(píng)價(jià)指標(biāo)M12講授2作業(yè)/自學(xué)51.41.4故障診斷測(cè)試對(duì)象討論常用的故障診斷算法測(cè)試對(duì)象M12講授2作業(yè)/自學(xué)6第2章第2章基于解析模型的故障診斷方法本章重點(diǎn)：基于解析模型的故障診斷原理、觀測(cè)器的設(shè)計(jì)本章難點(diǎn)：觀測(cè)器設(shè)計(jì)M1,M2,M3////72.12.1引言介紹解析模型方法的基本原理，討論不同解析模型方法的差異和聯(lián)系M1,M21講授1自學(xué)82.22.2觀測(cè)器方法的基本原理全階狀態(tài)觀測(cè)器、降階觀測(cè)器的數(shù)學(xué)原理M1,M2,M31講授/討論1作業(yè)/自學(xué)92.32.3基于觀測(cè)器的故障診斷基于觀測(cè)器的殘差生成框架、殘差評(píng)價(jià)和閾值生成方法，故障檢測(cè)與故障分離方案M1,M2,M32講授/討論2作業(yè)/自學(xué)10第3章第3章基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障診斷方法本章重點(diǎn)：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障診斷原理、主元分析方法、Fisher判別分析；本章難點(diǎn)：主元分析方法M1,M2,M3////113.13.1引言數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的基本原理，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的故障診斷流程，研究現(xiàn)狀M1,M21講授1自學(xué)123.23.2基于主元分析的故障診斷方法主元分析的基本原理，監(jiān)控統(tǒng)計(jì)量的構(gòu)建，貢獻(xiàn)圖分析，故障診斷流程M1,M2,M34講授/討論4大作業(yè)133.33.3基于Fisher判別分析的故障診斷方法Fisher判別分析的基本原理，故障判別函數(shù)的構(gòu)建，與主元分析法的比較M1,M2,M34講授/討論4大作業(yè)14第4章第4章基于知識(shí)的故障診斷方法本章重點(diǎn)：基于知識(shí)的故障診斷原理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理、符號(hào)定向圖原理；本章難點(diǎn)：符號(hào)定向圖原理M1,M2,M3////154.14.1引言基于知識(shí)的故障診斷原理，研究現(xiàn)狀M1,M21講授1自學(xué)164.24.2因果分析法符號(hào)定向圖原理，癥狀樹(shù)的原理M1,M2,M32講授/討論2作業(yè)/自學(xué)174.34.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，故障診斷流程M1,M2,M32講授/討論2作業(yè)/自學(xué)18第5章第5章領(lǐng)域前沿討論與案例分析本章重點(diǎn)：工業(yè)系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)最新進(jìn)展，工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用案例分析；本章難點(diǎn)：故障系統(tǒng)應(yīng)用案例分析M2,M3////195.15.1本領(lǐng)域前沿技術(shù)討論引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展學(xué)科前沿調(diào)研，熟悉本領(lǐng)域的最新故障診斷方法M2,M33講授/討論3作業(yè)/自學(xué)205.25.2故障診斷應(yīng)用案例分析針對(duì)典型故障診斷案例，進(jìn)行仿真分析，并開(kāi)展課堂討論與分析M2,M33講授/討論3作業(yè)/自學(xué)四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1課堂表現(xiàn)與平時(shí)作業(yè)1.學(xué)生完成課堂作業(yè)，參加課堂測(cè)試、討論。2.根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、認(rèn)真程度、獨(dú)立性以及討論參與程度，進(jìn)行評(píng)分。20%2大作業(yè)1.本課程要求利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具建立研究對(duì)象的模型，結(jié)合對(duì)象特性設(shè)計(jì)相應(yīng)的故障診斷方法，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析討論。2.根據(jù)模型建立情況、仿真結(jié)果、討論詳細(xì)程度評(píng)分。20%3結(jié)課報(bào)告1.教師給定選題范圍，學(xué)生在該范圍內(nèi)自主選題，按照學(xué)術(shù)論文要求提交一篇課程報(bào)告，內(nèi)容包括故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀分析、方法原理介紹、仿真結(jié)果和討論。2.根據(jù)報(bào)告規(guī)范程度、內(nèi)容豐富程度、技術(shù)分析深入程度進(jìn)行評(píng)分。60%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1課堂表現(xiàn)與平時(shí)作業(yè)40%根據(jù)作業(yè)完成情況及課堂參與討論情況打分，A—作業(yè)認(rèn)真，答案準(zhǔn)確率高，課堂積極參與討論。B-作業(yè)比較認(rèn)真，答案準(zhǔn)確率較高，課堂參與討論比較積極。C-作業(yè)不太認(rèn)真，答案準(zhǔn)確率尚可，課堂討論參與比較積極。D-作業(yè)不認(rèn)真，答案準(zhǔn)確率很低，課堂討論參與不積極。2M1大作業(yè)30%根據(jù)大作業(yè)完成情況打分。A—對(duì)象模型正確，故障診斷算法選擇合理，仿真結(jié)果討論非常充分。B-對(duì)象模型基本正確，故障診斷算法選擇比較合理，仿真結(jié)果討論比較充分。C-對(duì)象模型基本正確，故障診斷算法選擇比較合理，仿真結(jié)果討論不充分。D-對(duì)象模型不正確，故障診斷算法選擇不合理，仿真結(jié)果討論不充分。3M1結(jié)課報(bào)告30%根據(jù)課程報(bào)告的規(guī)范性、豐富性、技術(shù)性進(jìn)行評(píng)分。A-研究現(xiàn)狀綜述全面，論文規(guī)范，內(nèi)容非常豐富，技術(shù)分析非常深入。B-研究現(xiàn)狀綜述比較全面，論文基本規(guī)范，內(nèi)容比較豐富，技術(shù)分析不夠深入。C-研究現(xiàn)狀綜述比較全面，論文基本規(guī)范，內(nèi)容不夠豐富，技術(shù)分析不夠深入。D-研究現(xiàn)狀綜述不全面，論文不規(guī)范，內(nèi)容不夠豐富，技術(shù)分析不夠深入4M2課堂表現(xiàn)與平時(shí)作業(yè)20%根據(jù)作業(yè)完成情況及課堂參與討論情況打分，A—作業(yè)認(rèn)真，答案準(zhǔn)確率高，課堂積極參與討論。B-作業(yè)比較認(rèn)真，答案準(zhǔn)確率較高，課堂參與討論比較積極。C-作業(yè)不太認(rèn)真，答案準(zhǔn)確率尚可，課堂討論參與比較積極。D-作業(yè)不認(rèn)真，答案準(zhǔn)確率很低，課堂討論參與不積極。5M2大作業(yè)50%根據(jù)大作業(yè)完成情況打分。A—對(duì)象模型正確，故障診斷算法選擇合理，仿真結(jié)果討論非常充分。B-對(duì)象模型基本正確，故障診斷算法選擇比較合理，仿真結(jié)果討論比較充分。C-對(duì)象模型基本正確，故障診斷算法選擇比較合理，仿真結(jié)果討論不充分。D-對(duì)象模型不正確，故障診斷算法選擇不合理，仿真結(jié)果討論不充分。6M2結(jié)課報(bào)告30%根據(jù)課程報(bào)告的規(guī)范性、豐富性、技術(shù)性進(jìn)行評(píng)分。A-研究現(xiàn)狀綜述全面，論文規(guī)范，內(nèi)容非常豐富，技術(shù)分析非常深入。B-研究現(xiàn)狀綜述比較全面，論文基本規(guī)范，內(nèi)容比較豐富，技術(shù)分析不夠深入。C-研究現(xiàn)狀綜述比較全面，論文基本規(guī)范，內(nèi)容不夠豐富，技術(shù)分析不夠深入。D-研究現(xiàn)狀綜述不全面，論文不規(guī)范，內(nèi)容不夠豐富，技術(shù)分析不夠深入7M3大作業(yè)40%根據(jù)大作業(yè)完成情況打分。A—對(duì)象模型正確，故障診斷算法選擇合理，仿真結(jié)果討論非常充分。B-對(duì)象模型基本正確，故障診斷算法選擇比較合理，仿真結(jié)果討論比較充分。C-對(duì)象模型基本正確，故障診斷算法選擇比較合理，仿真結(jié)果討論不充分。D-對(duì)象模型不正確，故障診斷算法選擇不合理，仿真結(jié)果討論不充分。8M3結(jié)課報(bào)告60%根據(jù)課程報(bào)告的規(guī)范性、豐富性、技術(shù)性進(jìn)行評(píng)分。A-研究現(xiàn)狀綜述全面，論文規(guī)范，內(nèi)容非常豐富，技術(shù)分析非常深入。B-研究現(xiàn)狀綜述比較全面，論文基本規(guī)范，內(nèi)容比較豐富，技術(shù)分析不夠深入。C-研究現(xiàn)狀綜述比較全面，論文基本規(guī)范，內(nèi)容不夠豐富，技術(shù)分析不夠深入。D-研究現(xiàn)狀綜述不全面，論文不規(guī)范，內(nèi)容不夠豐富，技術(shù)分析不夠深入。評(píng)分等級(jí)說(shuō)明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[M,N]=[80-100,0-79]六、教材與參考資料序號(hào)教學(xué)參考資料明細(xì)1圖書|工業(yè)系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷,蔣浩天(L.H.Chiang),機(jī)械工業(yè)出版社,2003,ISBN:711112575.（*主教材）2圖書|現(xiàn)代故障診斷與容錯(cuò)控制,周東華,葉銀忠,清華大學(xué)出版社,2000,ISBN:9787302039075.（*主教材）3圖書|過(guò)程工業(yè)故障診斷,吳斌,于春梅