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第一部分 监督、故障检测和诊断2

第1章 绪论2

1.1 自动控制系统及其过程监督/状态监测2

1.2 产品生命周期和故障管理（资产管理）4

1.3 主要内容7

第2章 监督、故障检测和诊断方法简介9

2.1 监督的基本任务9

2.2 术语14

2.2.1 故障、失效和失灵14

2.2.2 可靠性、安全性、有效性16

2.2.3 容错和冗余17

2.3 基于知识的故障检测和诊断方法18

2.3.1 解析式故障征兆生成18

2.3.2 启发式故障征兆生成20

2.3.3 故障诊断20

2.4 基于信号的故障检测方法20

2.4.1 阈值校验方法21

2.4.2 趋势校验方法21

2.4.3 使用二元阈值的特征值变化检测方法22

2.4.4 自适应阈值方法23

2.4.5 似真校验方法23

2.4.6 信号分析方法24

2.5 基于过程模型的故障检测方法25

2.5.1 过程模型和故障建模26

2.5.2 使用参数估计的故障检测方法28

2.5.3 使用状态观测器和状态估计的故障检测方法29

2.5.4 使用一致性方程的故障检测方法32

2.5.5 非测量变量的直接重构33

2.6 故障诊断方法34

2.6.1 分类方法34

2.6.2 推理方法35

2.7 闭环系统中的故障检测及诊断35

2.8 监督（条件监控）的数据流结构37

2.9 小结38

第二部分 驱动与执行器42

第3章 电动机的故障诊断42

3.1 直流电动机42

3.1.1 直流电动机结构和模型42

3.1.2 使用一致性方程的故障检测方法45

3.1.3 使用参数估计的故障检测方法47

3.1.4 故障检测试验结果47

3.1.5 使用自学习故障征兆树方法的故障诊断试验结果49

3.1.6 小结54

3.2 交流电动机55

3.2.1 感应电动机的结构和模型（异步电动机）55

3.2.2 基于信号的功率电子故障检测57

3.2.3 基于模型的交流电动机故障检测61

3.2.4 小结67

第4章 电动执行器的故障诊断70

4.1 电磁执行器71

4.1.1 位置控制71

4.1.2 使用参数估计的故障检测方法74

4.2 汽车电子节气门执行器75

4.2.1 执行器结构和模型76

4.2.2 质量控制的测试循环78

4.2.3 使用参数估计的故障检测78

4.2.4 使用一致性方程的故障检测81

4.2.5 故障诊断82

4.2.6 故障诊断设备83

4.2.7 小结84

4.3 无刷电动机和飞机机舱压力控制阀85

4.3.1 结构和模型85

4.3.2 使用参数估计的故障检测87

4.3.3 使用一致性方程的故障检测87

4.3.4 小结89

第5章 流体执行器故障诊断90

5.1 线性液压伺服执行器90

5.1.1 线性液压伺服执行器结构91

5.1.2 线性液压伺服执行器故障92

5.1.3 滑阀和液压缸模型95

5.1.4 阀和液压缸的故障检测和诊断98

5.1.5 小结103

5.2 气动执行器104

5.2.1 气动执行器组成105

5.2.2 气动阀门故障107

5.2.3 气动阀门模型107

5.2.4 使用阀位特性的故障检测109

5.2.5 使用气动位置控制器的流量控制阀门故障检测111

5.2.6 具有电子位置控制器的流量控制阀门故障检测118

5.2.7 小结119

第三部分 机械与设备122

第6章 泵的故障诊断122

6.1 离心泵122

6.1.1 泵的监督和故障诊断技术现状122

6.1.2 离心泵和管路系统模型124

6.1.3 使用参数估计的故障检测128

6.1.4 使用非线性一致性方程和参数估计的故障检测135

6.1.5 使用振动传感器的故障检测142

6.1.6 小结144

6.2 往复式泵145

6.2.1 往复式隔膜泵结构145

6.2.2 往复式隔膜泵模型146

6.2.3 液压泵的故障检测和诊断148

6.2.4 泵传动系统的故障检测151

6.2.5 小结153

第7章 管路泄漏检测154

7.1 管路监督技术发展现状154

7.2 管路模型155

7.3 基于模型的泄漏检测159

7.3.1 使用状态观测器的泄漏检测160

7.3.2 使用质量平衡和相关性分析的液体管路泄漏检测162

7.3.3 气体管路的泄漏检测166

7.4 试验结果171

7.4.1 汽油管路171

7.4.2 气体管路173

7.4.3 小结173

第8章 工业机器人故障诊断174

8.1 六轴工业机器人结构174

8.2 机器人关节模型及参数估计方法175

8.3 解析和启发式诊断知识176

8.3.1 故障征兆表示176

8.3.2 诊断知识表示177

8.3.3 机器人的故障、启发式故障征兆和事件178

8.4 试验结果179

8.4.1 使用解析知识的故障诊断180

8.4.2 使用解析和启发式知识的故障诊断181

8.5 小结182

第9章 机床的故障诊断183

9.1 机床结构183

9.2 机床监督技术现状185

9.3 主传动187

9.3.1 双质量模型187

9.3.2 参数估计188

9.3.3 使用参数估计的故障检测方法190

9.4 进给传动190

9.4.1 双/三质量模型190

9.4.2 进给传动系统辨识192

9.4.3 进给传动故障检测方法台架试验195

9.5 钻床198

9.5.1 钻削过程模型198

9.5.2 钻床的故障检测199

9.6 铣床201

9.6.1 铣削加工过程模型201

9.6.2 刀具的故障检测206

9.7 磨床212

9.7.1 磨削加工模型212

9.7.2 使用参数估计的故障检测214

9.7.3 使用信号分析方法的故障检测215

9.8 小结216

第10章 热交换器的故障检测217

10.1 热交换器及其模型217

10.1.1 热交换器类型217

10.1.2 热交换器稳态模型219

10.1.3 热管的动态模型221

10.2 针对静态特性的故障检测226

10.2.1 热交换器静态特性226

10.2.2 故障检测方法227

10.3 使用动态模型和参数估计的蒸汽/水热交换器故障检测229

10.3.1 使用线性动态模型和参数估计的故障检测230

10.3.2 使用局部线性化动态模型的故障检测232

10.4 小结235

第四部分 冗错系统238

第11章 冗错系统-简介238

11.1 基本冗余结构238

11.2 余度降级240

第12章 冗错系统应用242

12.1 冗错控制系统242

12.2 电动驱动系统的故障冗错245

12.2.1 一种具有冗错功能的双联交流电动机245

12.2.2 逆变器故障冗错249

12.2.3 多相电动机251

12.3 故障冗错执行器251

12.3.1 故障冗错液压执行器252

12.3.2 故障冗错直流机电执行器257

12.4 故障冗错传感器259

12.4.1 传感器硬件冗余259

12.4.2 传感器解析冗余260

12.4.3 方向盘角度传感器262

12.4.4 故障冗错流量传感器262

12.4.5 故障冗错电子节气门263

12.4.6 基于模型的解析冗余虚拟驾驶动态传感器265

第五部分 附录268

第13章 故障检测及诊断术语268

总结272

参考文献274