故障診斷技術(shù)的回顧與展望ppt課件

1、缺點(diǎn)診斷技術(shù)的回想與展望 報(bào)告人：彭 濤2021年01月07日Hunan University of Technology .1. Introduction 2. Some problems of fault diagnosis technique 3. Basic principles model-based FD 4. knowledge-based Fault Diagnosis 5. Data-based Control/Decision Making/Fault Diagnosis 6. Some works and Prospects Outline of This Talk Hu

2、nan University of Technology 缺點(diǎn)診斷技術(shù)的回想與展望.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)的某些微小缺點(diǎn)假設(shè)不能及時(shí)檢測(cè)并排除，就有能夠呵斥整個(gè)系統(tǒng)的失效、癱瘓，甚至導(dǎo)致宏大的災(zāi)難性后果如何提高系統(tǒng)的平安性、可靠性，防止和杜絕影響系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的缺點(diǎn)的發(fā)生和開(kāi)展就成為一個(gè)重要的有待處理的問(wèn)題提高系統(tǒng)平安性、可靠性的方法有多種，其中一個(gè)重要的方法就是采用缺點(diǎn)檢測(cè)與診斷技術(shù)1. IntroductionHunan University of Technology 缺點(diǎn)診斷技術(shù)的回想與展望.缺點(diǎn)包括兩層含義： 一是系統(tǒng)偏離正常功能。其構(gòu)成緣由主要是由于系統(tǒng)的任務(wù)條件含

3、零部件不正常而產(chǎn)生的。經(jīng)過(guò)參數(shù)調(diào)理，或修復(fù)零部件，又可恢復(fù)正常功能二是功能失效。是指系統(tǒng)延續(xù)偏離正常功能，且其程度不斷加劇，使設(shè)備根本功能不能保證 1. IntroductionHunan University of Technology .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 本世紀(jì)60年代，來(lái)源于工業(yè)興隆的歐美國(guó)家和亞洲的日本 70年代中期進(jìn)入蓬勃開(kāi)展的階段 進(jìn)入80年代以后，曾經(jīng)構(gòu)成了集眾多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)于一體的，一門(mén)既注重實(shí)際研討，又注重實(shí)踐運(yùn)用的新興交叉學(xué)科1. IntroductionHunan University of Technology .2.1 Basic conce

4、pts of fault diagnosis Technique 2.2 Faults Classification2.3 Basic tasks of fault diagnosis 2.4 Performance indices2.5 Classification of fault diagnosis methodsHunan University of Technology 2. Some Problems of FD Technique缺點(diǎn)診斷技術(shù)的回想與展望.缺點(diǎn)(fault)：系統(tǒng)至少一個(gè)特性或參數(shù)出現(xiàn)較大偏向，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程度，所以已難以完成其

5、預(yù)期的功能失靈(malfunction)：在系統(tǒng)完成特定的義務(wù)時(shí)，出現(xiàn)了延續(xù)性的不規(guī)那么景象失效(failure，又稱(chēng)嚴(yán)重缺點(diǎn))：是指系統(tǒng)延續(xù)偏離正常功能由于缺點(diǎn)，且其程度不斷加劇，使系統(tǒng)繼續(xù)喪失了完成給定義務(wù)的才干殘差(residual)：缺點(diǎn)指示器，由丈量值與模型計(jì)算值的差得到征兆(symptom)：由缺點(diǎn)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2.1 Basic Concepts of Fault Diagnosis TechniqueHunan University of Technology 2. Some Problems of FD Technique.監(jiān)視(mo

6、nitoring)：經(jīng)過(guò)記錄信息、識(shí)別與指示系統(tǒng)行為的異常景象，延續(xù)與實(shí)時(shí)地確定某一物理系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀。監(jiān)控(supervision)：對(duì)物理系統(tǒng)進(jìn)展監(jiān)視，并且當(dāng)他發(fā)生缺點(diǎn)時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以維持其運(yùn)轉(zhuǎn)。誤報(bào)(false alarm)：系統(tǒng)沒(méi)有發(fā)生缺點(diǎn)而報(bào)警?！罢`報(bào)率是衡量缺點(diǎn)診斷系統(tǒng)性能的根本目的之一漏報(bào)(missing alarm)：系統(tǒng)發(fā)生了缺點(diǎn)而沒(méi)有報(bào)警。“漏報(bào)率是衡量缺點(diǎn)診斷系統(tǒng)性能的又一個(gè)根本目的Hunan University of Technology 2.1 Basic Concepts of Fault Diagnosis Technique. 冗余redundancy：

7、指系統(tǒng)里反復(fù)配置的一些部件 自動(dòng) 備援， 即當(dāng)某一部件設(shè)備發(fā)生損壞時(shí), 冗余配置的部件 可以自動(dòng)作為后備式部件替代缺點(diǎn)部件設(shè)備的任務(wù)，由此 減少系統(tǒng)的缺點(diǎn)時(shí)間 數(shù)據(jù)冗余date redundancy ：在一個(gè)數(shù)據(jù)集合中反復(fù)的數(shù) 據(jù)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是多余的數(shù)據(jù)。假設(shè)數(shù)據(jù)喪失、出錯(cuò)、缺點(diǎn)等可 以用冗余恢復(fù)數(shù)據(jù) 硬件冗余hardware redundancy：用同樣的硬件重構(gòu)過(guò)程 的元部件。特點(diǎn)是可靠性高、缺點(diǎn)分別直接，但本錢(qián)過(guò)高 解析冗余(analytical redundancy)：與硬件冗余相對(duì)應(yīng)，指經(jīng)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)Hunan University of Techno

8、logy 2.1 Basic Concepts of Fault Diagnosis Technique.2.1 Basic Concepts of Fault Diagnosis TechniqueHunan University of Technology Fig. 2.1 Schematic description of the hardware redundancy scheme假設(shè)過(guò)程元部件的輸出不同于其硬件冗余的輸出，那么過(guò)程元部件被檢測(cè)出有缺點(diǎn)發(fā)生冗余信號(hào)的產(chǎn)生往往是勝利實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn)診斷的一個(gè)關(guān)鍵.2.2 Fault Classification 按照發(fā)生部位的不同可分為 過(guò)程元部件

9、缺點(diǎn) (process/component faults) 傳感器缺點(diǎn) (sensor faults) 執(zhí)行器缺點(diǎn) (actuator faults) 按照時(shí)間特性的不同可分為 突變?nèi)秉c(diǎn)(abrupt faults) 緩變?nèi)秉c(diǎn)(incipient faults) 間隙缺點(diǎn)(intermittent faults) 按照發(fā)生方式的不同可分為 加性缺點(diǎn)(additive faults) 乘性缺點(diǎn)(multiplicative faults)Hunan University of Technology 2. Some Problems of FD Technique. 按照發(fā)生部位的不同劃分 過(guò)程缺

10、點(diǎn)process faults：被控對(duì)象中的某些元部件甚 至是子系統(tǒng)發(fā)生異常 傳感器缺點(diǎn)sensor faults：控制回路中用于檢測(cè)被丈量的傳感器發(fā)生卡死、恒增益變化或恒偏向而不能準(zhǔn)確獲取被丈量信息，詳細(xì)表現(xiàn)為對(duì)象變量的丈量值與其實(shí)踐值之間的差別 執(zhí)行器缺點(diǎn)actuator faults：控制回路中用于執(zhí)行控制命令的執(zhí)行器發(fā)生卡死、恒增益變化或恒偏向而不能正確執(zhí)行控制命令，詳細(xì)表現(xiàn)為執(zhí)行器的輸入命令和它的實(shí)踐輸出之間的差別 Hunan University of Technology 2.2 Fault Classification. 按照時(shí)間特性的不同劃分突變?nèi)秉c(diǎn)(abrupt fault

11、s)：參數(shù)值忽然出現(xiàn)很大偏向，事先不可監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)的缺點(diǎn)緩變?nèi)秉c(diǎn)(incipient faults)：又稱(chēng)為軟缺點(diǎn)，指參數(shù)隨時(shí)間的推移和環(huán)境的變化而緩慢變化的缺點(diǎn)間隙缺點(diǎn)(intermittent faults)：由于老化、容差缺乏或接觸不良引起的時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的缺點(diǎn)Hunan University of Technology 2.2 Fault Classification. 按照發(fā)生方式的不同劃分加性缺點(diǎn)(additive fault)：作用在系統(tǒng)上的未知輸入，在系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為零。它的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)輸出發(fā)生獨(dú)立于知輸入的改動(dòng)乘性缺點(diǎn)(multiplicative fault)：系統(tǒng)的某些參數(shù)的變

12、化。它們能引起系統(tǒng)輸出的變化，這些變化同時(shí)也受知輸入的影響Hunan University of Technology 2.2 Fault Classification.2.3 Basic Tasks of Fault Diagnosis 缺點(diǎn)診斷是一門(mén)綜合性技術(shù)，其研討涉及到多門(mén)學(xué)科，如控制實(shí)際 經(jīng)典、現(xiàn)代、魯棒、自順應(yīng)、可靠性實(shí)際、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、模糊集實(shí)際、信息處置、方式識(shí)別人工智能等學(xué)科實(shí)際 Hunan University of Technology 2. Some Problems of FD Technique.2.3 Basic Tasks of Fault Diagnosis 缺點(diǎn)

13、建模fault modeling 缺點(diǎn)檢測(cè)fault detection 缺點(diǎn)分別fault isolation 缺點(diǎn)識(shí)別identification 缺點(diǎn)診斷diagnosis Hunan University of Technology 缺點(diǎn)檢測(cè)與分別識(shí)別FDI缺點(diǎn)檢測(cè)與診斷FDD缺點(diǎn)的評(píng)價(jià)與決策FED, Fault Evaluation and Decision. Fig.2.2 The basic tasks of the supervision system 2.3 Basic Tasks of Fault Diagnosis Hunan University of Technolo

14、gy . 檢測(cè)性能目的Detection Performance Index 早期檢測(cè)的靈敏度 缺點(diǎn)檢測(cè)的及時(shí)性 缺點(diǎn)的誤報(bào)率和漏報(bào)率 診斷性能目的Diagnosis Performance Index 缺點(diǎn)分別才干 缺點(diǎn)辨識(shí)的準(zhǔn)確性 綜合性能目的Comprehensive Performance Index 魯棒性 自順應(yīng)才干 平安性 可靠性2.4 Performance Indices Hunan University of Technology 2. Some Problems of FD Technique.2. Some Problems of FD TechniqueHunan U

15、niversity of Technology 2.5 Classification of Fault Diagnosis Methods 診斷方法的研討在于：尋覓征兆與缺點(diǎn)之間的有效對(duì)應(yīng)關(guān)系 最簡(jiǎn)單的缺點(diǎn)檢測(cè)方法就是所謂界限判別法也即判別兩類(lèi)過(guò)程形狀(正常和異常形狀) 如運(yùn)用一個(gè)傳感器信號(hào)x，可按如下條件描畫(huà)： 假設(shè)xHth，那么形狀正常，否那么形狀異常.2.5 Classification of Fault Diagnosis Methods Hunan University of Technology 國(guó)際缺點(diǎn)診斷權(quán)威，德國(guó)的P.M.Frank教授以為 缺點(diǎn)診斷方法可以分為 基于模型的方

16、法 (model-based) 基于知識(shí)的方法 (knowledge-based) 基于信號(hào)處置的方法 (Signal-processing-based).基于知識(shí)的方法基于解析模型的方法基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法故 障 診 斷 方 法基于病癥的方法基于定性模型的方法專(zhuān)家系統(tǒng)方法方式識(shí)別方法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法模糊推理方式方式識(shí)別方法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法模糊推理方式最小二乘法濾波器方法參數(shù)估計(jì)方法基于觀測(cè)器方法等價(jià)空間方法信號(hào)處置方法機(jī)器學(xué)習(xí)信息交融/粗糙集譜分析小波變換主元分析法Fisher判別分析法偏最小二乘方法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有向圖缺點(diǎn)樹(shù)支持向量機(jī)多元統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)分析/子空間法.3.1 The General Proc

17、edure of Model-based FD3.2 Modeling of Faults3.3 Observer-based Approach3.4 Parity Space Approach3.5 Parameter Estimation ApproachHunan University of Technology 3 Basic Principles Model-based Fault Diagnosis缺點(diǎn)診斷技術(shù)的回想與展望.根本思想校驗(yàn)由一樣的過(guò)程輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程解析模型的輸出與實(shí)踐系統(tǒng)的丈量輸出之間的一致或不一致性3.1 The General Procedure of Mod

18、el-based FDHunan University of Technology 3 Basic Principles Model-based Fault Diagnosis. Hunan University of Technology 3.1 The General Procedure of Model-based FDFig.3.1 Schematic description of the model-based fault diagnosis scheme.通常所采用的過(guò)程解析模型有兩種不同的戰(zhàn)略 模擬名義的或無(wú)缺點(diǎn)的特性模型 (Nominal model/ Fault-free m

19、odel) 對(duì)于某個(gè)特定的預(yù)知缺點(diǎn)建立其缺點(diǎn)特性模型 (Faulty model)Hunan University of Technology 3.1 The General Procedure of Model-based FD. FD義務(wù)分兩步完成殘差征兆生成 (Residual/Symptom Generation)殘差征兆評(píng)價(jià) (Residual /Symptom Evaluation) Hunan University of Technology 3.1 The General Procedure of Model-based FD 基于解析模型的殘差生成方法主要有三種 基于觀測(cè)器方

20、法 (Observer-based) 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 參數(shù)估計(jì)方法 (Parameter Estimation). FDIA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)其中反映缺點(diǎn)的部分，以區(qū)分缺點(diǎn)與模型不確定性和未知輸入的影響基于模型FDIA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的使FDIA系統(tǒng)對(duì)缺點(diǎn)具有盡能夠大的靈敏度，而同時(shí)對(duì)不感興趣信號(hào)的影響具有盡能夠大的魯棒性 Hunan University of Technology 3.1 The General Procedure of Model-based FD. FD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)包括如下義務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)

21、殘差生成器，對(duì)缺點(diǎn)具有高的靈敏度而對(duì)模型 不確定具有強(qiáng)的魯棒性 經(jīng)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 缺點(diǎn)的信息不被喪失 進(jìn)一步分析殘差或開(kāi)發(fā)征兆，獲得更多的關(guān)于缺點(diǎn)的知 識(shí)，以便指點(diǎn)決策或?qū)嵤┤蒎e(cuò)控制Hunan University of Technology 3.1 The General Procedure of Model-based FD.Hunan University of Technology 3.2 Modeling of Fault3 Basic Principles Model-based Fault Diagnosis在基于模型缺點(diǎn)診斷中運(yùn)用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)模型，雖

22、然我們以為這個(gè)系統(tǒng)是在控制回路中 Fig.3.2 缺點(diǎn)診斷與控制回路 .3.2 Modeling of FaultHunan University of Technology Fig.3.3 Strcture of a standard control loop with fault.Hunan University of Technology 3.2 Modeling of FaultHunan University of Technology 3.2 Modeling of Fault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)生方式的不同主要研討過(guò)程元部件缺點(diǎn)(process

23、 faults)、 傳感器缺點(diǎn)(sensor faults) 以及執(zhí)行器缺點(diǎn)(actuator faults) Fig.3.4開(kāi)環(huán)系統(tǒng)模型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可用形狀空間模型描畫(huà) .Hunan University of Technology 3.2 Modeling of Fault當(dāng)(過(guò)程元部件發(fā)生缺點(diǎn)時(shí) Fig.3.5元部件有缺點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)圖 過(guò)程元部件缺點(diǎn)可以視為系統(tǒng)中一些條件的改動(dòng)而使動(dòng)態(tài)關(guān)系變?yōu)闊o(wú)效的情形，如在三容器中一個(gè)水容器出現(xiàn)破綻。在一些情形下，缺點(diǎn)可以表達(dá)為系統(tǒng)中參數(shù)的變化 .Hunan University of Technology 3.2 Modeling of Fault當(dāng)傳感

24、器發(fā)生缺點(diǎn)時(shí) 普通說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)的實(shí)踐輸出yR(t)是不能直接得到的，通常用傳感器獲得系統(tǒng)丈量輸出。經(jīng)過(guò)正確選擇向量fs，可以描畫(huà)一切的傳感器缺點(diǎn)情形。如當(dāng)傳感器被“固定在零值上時(shí)，丈量向量y(t)=0，缺點(diǎn)向量 Fig.3.6 傳感器有缺點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)圖 .Hunan University of Technology 3.2 Modeling of Fault當(dāng)執(zhí)行器發(fā)生缺點(diǎn)時(shí) 現(xiàn)實(shí)上，系統(tǒng)的實(shí)踐執(zhí)行通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)，uR是知執(zhí)行器控制命令u(t)的執(zhí)行器呼應(yīng)。與傳感器缺點(diǎn)情況類(lèi)似，不同的執(zhí)行器缺點(diǎn)情況可以由一個(gè)適宜的缺點(diǎn)函數(shù)fa(t)來(lái)表示 Fig.3.7 執(zhí)行器有缺

25、點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)圖 .Hunan University of Technology 3.2 Modeling of Fault思索系統(tǒng)一切能夠的傳感器缺點(diǎn)、元部件缺點(diǎn)和執(zhí)行器缺點(diǎn)，系統(tǒng)模型可描畫(huà)為：通常寫(xiě)成如下形狀空間描畫(huà)的普通方式：輸入輸出描畫(huà)方式為： .Hunan University of Technology 3.2 Modeling of Fault假設(shè)把建模不確定性思索進(jìn)去，那么用于殘差生成器完好的形狀空間模型就變成： 其輸入-輸出一致性模型變?yōu)椋?Hunan University of Technology 3.3 Observer-based Approach3 Basic Pri

26、nciples Model-based Fault DiagnosisFig.3.8 基于觀測(cè)器方法的殘差生成器原理 .3.3 Observer-based ApproachHunan University of Technology Hunan University of Technology (1) (2) .3.3 Observer-based ApproachHunan University of Technology . (3) . (4) (5) (6) .3.3 Observer-based ApproachHunan University of Technology .3.3

27、Observer-based ApproachHunan University of Technology 殘差生成器設(shè)計(jì)的主要目的即為設(shè)法到達(dá)使FD系統(tǒng)對(duì)缺點(diǎn)更加靈敏，而同時(shí)對(duì)不感興趣信號(hào)的影響更加魯棒之間的最正確平衡 .Hunan University of Technology 3 Basic Principles Model-based Fault Diagnosis3.4 Parity Space Approach等價(jià)空間方法的根本思想是提供一個(gè)適宜的被監(jiān)控系統(tǒng)的丈量一致性(奇偶性)校驗(yàn) .Hunan University of Technology 3 Basic Principl

28、es Model-based Fault Diagnosis對(duì)于硬件(直接)冗余，應(yīng)多于傳感器最小數(shù)，也就是說(shuō)，y(k)的維數(shù)應(yīng)大于x(k)的維數(shù) 首先思索運(yùn)用m個(gè)傳感器，n維向量的丈量問(wèn)題，其丈量方程為：系統(tǒng)動(dòng)態(tài)傳感器C殘差生成器V殘差rFig.3.9 基于硬件直接冗余的殘差生成構(gòu)造.Hunan University of Technology 3.4 Parity Space Approach為了檢測(cè)分別缺點(diǎn)的目的，向量y(k)可以組合成一組線(xiàn)性無(wú)關(guān)的等價(jià)等式來(lái)生成等價(jià)向量(殘差)： 矩陣V必需滿(mǎn)足：由V的列所張成的空間 稱(chēng)為“等價(jià)空間 ，也就是說(shuō)，V的列構(gòu)成了這個(gè)空間的基。假設(shè)第i個(gè)傳感

29、器中發(fā)生了缺點(diǎn)，意味著在方向上的殘差范數(shù)的增大。.Hunan University of Technology 3.4 Parity Space Approach缺點(diǎn)檢測(cè)決策函數(shù)fault detection decision function 缺點(diǎn)分別決策函數(shù)fault isolation decision function 對(duì)于一個(gè)特定的r(k)，可以經(jīng)過(guò)計(jì)算 DFIi(k)的m個(gè)值來(lái)識(shí)別不正常任務(wù)的傳感器。假設(shè)DFIi(k)是這些值中的最大數(shù)，那么與之相對(duì)應(yīng)的傳感器就是最有能夠發(fā)生缺點(diǎn)的傳感器 .Hunan University of Technology 3.4 Parity Spac

30、e Approach從等價(jià)空間的觀念來(lái)看，V的列定義了m個(gè)不同的缺點(diǎn)表征方向 Ii, i=1,2,m，在指示有一個(gè)缺點(diǎn)發(fā)生后，經(jīng)過(guò)將等價(jià)向量方向與每一個(gè)缺點(diǎn)表征方向相比較，可以進(jìn)展故障分別。實(shí)踐上，缺點(diǎn)分別函數(shù) DFIi(k)是對(duì)一個(gè)殘差向量與缺點(diǎn)表征方向之間相互關(guān)系的丈量。為可靠分別缺點(diǎn)，缺點(diǎn)表征方向間的夾角應(yīng)“盡能夠地大，也即， 應(yīng)“盡能夠小 .Hunan University of Technology 3.4 Parity Space Approach直接冗余/硬件冗余關(guān)系不存在 為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的缺點(diǎn)分別，vi應(yīng)滿(mǎn)足 .Fig.3.10 基于等價(jià)空間方法的殘差生成器原理 經(jīng)過(guò)在一定時(shí)間間隔

31、，即數(shù)據(jù)窗： 內(nèi)采集傳感器的輸出來(lái)構(gòu)建冗余關(guān)系，即時(shí)間冗余(temporal redundancy)或延續(xù)冗余(serial redundancy) Hunan University of Technology 3.4 Parity Space Approach.思索系統(tǒng)由線(xiàn)性離散形狀空間方程給出：Hunan University of Technology 3.4 Parity Space Approach.引入如下符號(hào)表示.3.4 Parity Space ApproachHunan University of Technology .或或3.4 Parity Space Approach

32、Hunan University of Technology .Hunan University of Technology 3.5 Parameter Estimation Approach3 Basic Principles Model-based Fault DiagnosisFig.3.11 基于參數(shù)估計(jì)方法的殘差生成器原理 .基于參數(shù)估計(jì)的檢測(cè)方法根本思想是用熟知的參數(shù)估計(jì)方法反復(fù)不斷地對(duì)實(shí)踐過(guò)程的參數(shù)進(jìn)展在線(xiàn)估計(jì)，將估計(jì)結(jié)果與無(wú)缺點(diǎn)參考模型所獲得的參數(shù)進(jìn)展比較任何實(shí)踐差別即指示為缺點(diǎn)。 基于假設(shè)：缺點(diǎn)是反映在物理系統(tǒng)參數(shù)中的，如磨擦，質(zhì)量，膠粘性、抵抗性、感應(yīng)系數(shù)、容量等。Huna

33、n University of Technology 3.5 Parameter Estimation Approach. 采用參數(shù)估計(jì)法實(shí)現(xiàn)FDI的根本步驟 建立過(guò)程的物理關(guān)系模型； 計(jì)算正常模型無(wú)缺點(diǎn)參考模型的物理參數(shù)； 確定模型系數(shù)與過(guò)程物理參數(shù)之間的關(guān)系； 由可丈量的輸入輸出信號(hào)，在線(xiàn)估計(jì)過(guò)程的模型系數(shù)； 基于模型系數(shù)的標(biāo)稱(chēng)值，建立系統(tǒng)的缺點(diǎn)模型，即給出故 障與模型系數(shù)之間的聯(lián)絡(luò)；并基于模型系數(shù)的變化及缺點(diǎn) 模型進(jìn)展缺點(diǎn)的決策，判別能否發(fā)生了缺點(diǎn)； 進(jìn)展缺點(diǎn)診斷，確定缺點(diǎn)的類(lèi)型、位置和大小。Hunan University of Technology 3.5 Parameter Est

34、imation Approach.基于知識(shí)的方法基于病癥的方法基于定性模型的方法專(zhuān)家系統(tǒng)方法方式識(shí)別方法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法模糊推理方式方式識(shí)別方法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法模糊推理方式有向圖缺點(diǎn)樹(shù)4. knowledge-based Fault DiagnosisHunan University of Technology 缺點(diǎn)診斷技術(shù)的回想與展望.Hunan University of Technology 5. Data-based Control/Decision Making /Fault Diagnosis5.1 Data-driven Control Theory5.2 Data-based Deci

35、sion Making5.3 Data-driven Fault Diagnosis缺點(diǎn)診斷技術(shù)的回想與展望.一、 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制的定義Hunan University of Technology 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制(Data-driven Control) 最早來(lái)源于計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域,控制領(lǐng)域出現(xiàn)這個(gè)概念是近幾年的事情相關(guān)的少量研討, 雖已存在但運(yùn)用的名詞卻不盡一樣 Data-based control Modelless control Model-free control IFT(Iterative feedback tuning) VRFT(Virtual reference feedback

36、tuning) ILC(Iterative learning control)5.1 Data-driven control Theory5. Data-based Control/Decision Making/Fault Diagnosis.5.1 Data-driven Control TheoryHunan University of Technology 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：受控對(duì)象和控制器設(shè)計(jì)兩部分受控對(duì)象有四種能夠情況： 有準(zhǔn)確的機(jī)理模型 有機(jī)理模型，但機(jī)理模型不準(zhǔn)確、不確定性較大 有機(jī)理模型，但機(jī)理模型太復(fù)雜、階數(shù)太高、非線(xiàn)性太強(qiáng) 很難建立機(jī)理模型或無(wú)模型控制器的設(shè)計(jì)分為： 基于

37、機(jī)理模型設(shè)計(jì) 基于數(shù)據(jù)模型或無(wú)模型設(shè)計(jì).5.1 Data-driven Control TheoryHunan University of Technology 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有四種有意義的能夠設(shè)計(jì)方案： 模型是機(jī)理的，控制器也是機(jī)理的 對(duì)建立了機(jī)理模型，但機(jī)理模型不準(zhǔn)確、不確定性較 大的系統(tǒng)，控制器設(shè)計(jì)既可以是基于機(jī)理模型，也可 以思索基于數(shù)據(jù)或無(wú)模型的方法進(jìn)展設(shè)計(jì) 模型是機(jī)理的，但機(jī)理模型太復(fù)雜、階數(shù)太高、非線(xiàn) 性太強(qiáng)，很難分析和設(shè)計(jì)，實(shí)踐運(yùn)用中需求進(jìn)展基于 部分?jǐn)?shù)據(jù)模型或無(wú)模型的控制器設(shè)計(jì) 對(duì)象無(wú)模型或很難建立機(jī)理模型，需求運(yùn)用數(shù)據(jù)模型 或無(wú)模型控制方法.5.1 Data-driven C

38、ontrol TheoryHunan University of Technology 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)包括：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)思想和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)思想：指利用受控系統(tǒng)的在線(xiàn)和離線(xiàn)數(shù)據(jù)，實(shí) 現(xiàn)系統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)的控制、預(yù)告、評(píng)價(jià)、 調(diào)度、監(jiān)控、診斷、決策和優(yōu)化等的各 種期望功能數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制：指控制器設(shè)計(jì)不包含受控過(guò)程數(shù)學(xué)模型 信息，僅利用受控系統(tǒng)的在線(xiàn)和離線(xiàn)數(shù) 據(jù)以及經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處置而得到的知識(shí)來(lái)設(shè) 計(jì)控制器，并在一定的假設(shè)下，有收斂 性、穩(wěn)定性保證和魯棒性結(jié)論的控制理 論與方法.5.1 Data-driven Control TheoryHunan University of Technology 值得留意的問(wèn)

39、題 機(jī)理模型和數(shù)據(jù)模型的本質(zhì)區(qū)別在于：系統(tǒng)時(shí)變性和不 確定性在機(jī)理模型中是顯式表達(dá)的，而在數(shù)據(jù)模型中是 非顯式和蘊(yùn)含的 實(shí)際上講，對(duì)受控對(duì)象的知識(shí)掌握越多，控制手段就應(yīng) 月豐富，控制效果就應(yīng)該越好，因此，與建立機(jī)理模型 一樣，建立好的基于數(shù)據(jù)的控制模型與設(shè)計(jì)好的控制 器，都需求對(duì)受控系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性和信息有比較深化 的了解和利用 基于模型的控制實(shí)際和方法，對(duì)離線(xiàn)數(shù)據(jù)是一次性使 用，當(dāng)模型建立后就棄之不用，但理想的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制 實(shí)際和方法那么應(yīng)在控制過(guò)程的一直都進(jìn)展離線(xiàn)數(shù)據(jù)的不 同層面、不同尺度上的利用 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)際和方法不排斥已有的基于模型的控制 實(shí)際和方法，兩者不能相互取代.5.1 Da

40、ta-driven Control TheoryHunan University of Technology 二、 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)際與方法的存在背景從實(shí)際方面來(lái)看1基于模型的控制實(shí)際和方法總是不可防止“未建模動(dòng)態(tài) 和“魯棒性這對(duì)矛盾問(wèn)題2數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性決議了控制器的復(fù)雜構(gòu)造，高階的 復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng)模型勢(shì)必導(dǎo)致高階復(fù)雜的非線(xiàn)性控 制器，控制器的簡(jiǎn)化和降階問(wèn)題、魯棒性問(wèn)題稱(chēng)為不 可跨越的設(shè)計(jì)問(wèn)題3實(shí)際和實(shí)踐之間間隔越來(lái)越大，制約了控制實(shí)際的健 康開(kāi)展從運(yùn)用角度來(lái)看 基于模型控制實(shí)際和方法在處理實(shí)踐問(wèn)題時(shí)已顯得慘白無(wú)力、力不從心。信息量大、知識(shí)匱乏曾經(jīng)成為很多過(guò)勝利也、復(fù)雜系統(tǒng)管理和控制的共同瓶

41、頸問(wèn)題.5.1 Data-driven Control TheoryHunan University of Technology 三、 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法 分為三類(lèi)： 基于在線(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法 基于SPSA的無(wú)模型控制方法 Simultaneously perturbation stochastic approximation 無(wú)模型自順應(yīng)控制Model free adaptive control，MFAC 去偽控制Unfalsified control，UC 基于離線(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法 PID控制方法 迭代反響整定方法Iterative feedback tuning，IFT 虛擬參

42、考反響整定方法 Virtual reference feedback tuning，VRFT 基于在線(xiàn)和離線(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)合的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法 迭代學(xué)習(xí)控制方法Iterative learning control，ILC 懶惰學(xué)習(xí)控制方法Lazy learning，LL.5.1 Data-driven Control TheoryHunan University of Technology 四、 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)際和方法能夠開(kāi)展趨勢(shì)和展望 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)際和方法的框架體系的建立 面向控制義務(wù)的數(shù)據(jù)處置及其在驅(qū)動(dòng)控制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 的運(yùn)用是一個(gè)具有標(biāo)志性意義的研討方向 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制的魯棒性定義和分析方法是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制理 論和方法的建立及開(kāi)展必需求處理的重要問(wèn)題之一 基于閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效果評(píng)價(jià)、預(yù)告和穩(wěn)定 檢驗(yàn)方法也是有出路的研討方向 基于模型的控制方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制方法的并行控 制方法，使二者能相互支持、相互校正、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相互 完善，是非常有意義的研討方向 已有的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法在實(shí)踐中的運(yùn)用也是非常有意義