对工业控制网络自身的故障检测与诊断：理论、方法与手段.doc

题目：对工业控制网络自身的故障检测与诊断：理论、方法与手段 姓　 名： 学　 号： 系 别： 电子信息工程 专 业： 电子科学与技术 2014年 10月 18日摘要 对故障检测与诊断(FDD)技术在控制领域的最新进展进行了综述,内容主要包括三类基本方法,即:基于解析模型的FDD 、基于信号处理和基于知识的故障检测与诊断方法。重点评述了近年来发展起来的信息融合方法、多Agent 方法、鲁棒故障检测、网络控制系统的故障诊断等。最后介绍了故障检测与诊断技术在控制系统中的若干应用成果, 并指出尚待解决的主要问题和值得进一步研究的方向。 关键词:控制系统;故障检测与诊断;解析模型;鲁棒性 Abstract The new development of fault detection and diagnosis (FDD)for control systems is surveyed,which consistsof the main three categories :analytical model-based approach ,signal processing based approach and knowledge-based approach .The recently developed methods such as information fusion , multi-agent approach , robust FDD ,the fault detection and diagnosis for networked control system are extensively reviewed .Some typical application resultsof fault detection and the diagnosis are given , and open issues on FDD are also pointed out . Keywords :control system ;fault detection and diagnosis ;analytical model ;robu stness 引言 对于大型的复杂控制系统, 如果发生故障将严重影响到人的生命和财产安全,带来不可估量的损失。因此, 为了保障实际系统的可靠性、可维修性和安全性, 迫切需要建立一个监控系统来监督整个控制系统的运行状态, 实时检测系统变化和故障信息, 采取有效措施, 防止发生灾难性事故。故障检测与诊断(FDD)技术就是为了满足“监控系统”的需要而发展起来的。 FDD 是一门应用型的边缘学科,涉及控制理论、计算机工程、信号处理、人工智能等相关学科。美国麻省理工学院的Beard 于1971 年首先提出用解析冗余代替硬件冗余,利用系统的自组织使闭环系统稳定,通过比较观测器的输出得到系统故障信息的新思想,标志着FDD 技术的诞生，故障诊断已成为自控界的重要研究方向之一,取得了很多研究成果。 近年来,FDD 在一些新领域不断取得研究成果。本文拟对FDD 的三类基本方法以及最近得到发展的信息融合方法、多Agent 方法、鲁棒故障检测、网络控制系统的故障诊断等的研究现状和存在问题进行综述。 1 　基于解析模型的方法 基于解析模型的方法是研究最早、最深入、最成熟的方法,可分为状态估计方法、等价空间方法和参数估计方法。尽管这三种方法是独立发展起来的,但它们之间存在一定的联系，其中基于观测器的状态估计法和等价空间法是等价的。由于设计非线性系统的状态观测器比较困难,因此参数估计法比状态估计法更适合于非线性系统,而一般的等价空间法仅适用于线性系统。 1 .1 　状态估计方法 基于状态估计的故障诊断方法发展至今已形成两种基本方法:(1)Beard 提出的故障检测滤波器的方法;(2)Menra和Peshon 提出的基于Kalman 滤波器的方法、Dlark 提出的构造Kalman 滤波器阵列或Luenberger 观测器阵列的方法。这类方法实现故障诊断一般分为两步:一是形成残差, 二是从残差中提取故障特征进而实现故障诊断。目前对于状态估计方法的研究主要集中在提高检测系统对于建模误差、扰动、噪声等未知输入的鲁棒性及系统对早期故障的灵敏度。 近年来出现了许多基于状态估计的故障诊断新方法,如Luenberger 鲁棒故障检测观测器方法 、线性矩阵不等式(linear matrix inequalities ,