控制系统故障诊断与容错控制的分析和设计

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出版者:
作者:胡昌华 许化龙著
出品人:
页数:245
译者:
出版时间:1970-1
价格:30.00元
装帧:
isbn号码:9787118022353
丛书系列:
图书标签:
  • 故障诊断
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具体描述

《控制系统故障诊断与容错控制的分析和设计》内容简介:随着人们认识世界的深人,改造世界的拓展,出现了一些大型复杂系统。这些系统规模大,造价高,一旦出现故障,其后果往往是灾难性的,因此要求这种系统具有极高的安全性和可靠性。如何及时发现系统中的故障并加以定位,当系统出现故障时能否使系统仍然安全可靠地工作且维持一定的性能,客观生产实践向人们提出了故障诊断与容错控制的问题。

故障诊断和容错控制技术作为提高系统的安全性、可靠性的重要手段,日益引起人们的重视,成为控制理论继分析与综合技术之后的又一主要内容。国内外每年都有大量的文献报道这方面的研究,且已经取得了许多有价值的成果,但由于问题的复杂性,故障诊断和容错控制是一门涉及自动控制理论、计算机科学、信号处理、数理统计、优化理论、人工智能等多学科的新型边缘学科,仍然存在许多有待进一步研究的问题。笔者一直从事故障诊断与容错控制的学术、科研和研究生教学工作,感到有必要对过去的工作加以总结,为相关的学习研究提供一些参考。因此我们总结了十余年来在控制系统故障诊断与容错控制领域的学术、科研和教学工作,写成此书,并经两届研究生试用,深得学生好评。现承蒙国防科技图书出版基金资助,使得此书能得以正式出版。我们深信,《控制系统故障诊断与容错控制的分析和设计》的出版对我国控制系统故障诊断与容错控制的研究必将起一定的推动作用。

《现代控制理论基础与应用》 本书旨在为读者构建坚实的现代控制理论知识体系,并深入探讨其在工程实践中的广泛应用。全书共分为四个主要部分,力求循序渐进,由浅入深,既注重理论的严谨性,又强调方法的实用性。 第一部分:现代控制理论的基本概念与数学工具 本部分首先回顾并梳理了进行现代控制系统分析与设计所需的核心数学工具,包括线性代数、微积分、复变函数以及概率论等基础知识。在此基础上,本书详细介绍了状态空间方法,这是现代控制理论的基石。读者将深入理解状态向量、输入向量、输出向量以及系统矩阵的概念,并学习如何将物理系统建模为一组一阶微分方程或差分方程。 本书将详细阐述线性定常系统的基本性质,如可控性与可观测性。通过对可控性矩阵和可观测性矩阵的深入分析,读者将掌握判断一个系统能否被完全控制以及其内部状态能否被完全观测的方法。这些概念对于理解和设计有效的控制器以及状态估计器至关重要。 此外,本部分还将介绍系统的稳定性理论,包括李雅普诺夫稳定性、渐近稳定性以及指数稳定性等。读者将学习如何利用李雅普诺夫函数来分析系统的稳定性,并理解不同稳定性概念之间的联系和区别。 第二部分:线性系统的分析与设计方法 在掌握了基本概念后,本部分将聚焦于线性系统的分析与设计。我们将详细探讨系统的时间响应和频率响应特性。通过分析瞬态响应和稳态响应,读者可以了解系统在不同输入信号下的行为表现。频率响应分析则将引入传递函数、波特图、尼奎斯特图和根轨迹图等工具,用于评估系统的带宽、稳定性裕度和对各种频率扰动的响应能力。 基于状态空间模型,本书将深入介绍状态反馈控制的设计。读者将学习如何通过极点配置技术来设计状态反馈增益矩阵,从而实现期望的系统动态性能,如快速响应、无超调以及良好的稳定性。同时,本书也将讨论输出反馈控制的设计方法,当系统状态无法完全测量时,如何利用输出信息来设计控制器。 对于存在外部扰动和模型不确定性的系统,本部分还将介绍鲁棒控制的基本思想。读者将初步了解如何设计能够有效应对这些不确定性的控制器,以保证系统在一定范围内的性能。 第三部分:非线性控制系统分析 随着现代工程对复杂系统的需求日益增长,非线性系统在控制工程中的地位愈发重要。本部分将开启对非线性控制系统的探索。首先,我们将介绍非线性系统的建模方法,包括使用差分方程、差分方程组以及更高级的张量表示等。 本书将系统地介绍非线性系统的稳定性分析技术,例如李雅普诺夫直接法、线性化方法以及奇点分析等。读者将学习如何识别和分析非线性系统的平衡点,并判断其稳定性。 此外,本部分还将介绍一些经典的非线性控制策略,如反馈线性化、滑模控制以及模糊逻辑控制等。这些方法能够有效地处理非线性系统的复杂动态,并实现精确的控制。通过案例分析,读者将理解这些方法的原理和适用场景。 第四部分:现代控制理论在工程实践中的应用 本部分将展示现代控制理论在各个工程领域的实际应用。我们将通过具体的案例研究,将前几部分介绍的理论知识与实际工程问题相结合。 例如,在航空航天领域,我们将探讨如何应用状态反馈和鲁棒控制来设计飞行器姿态控制系统,以应对气动参数变化和外部扰动。在机器人控制领域,我们将分析如何利用非线性控制技术来实现机器人的精确轨迹跟踪和力控。在过程控制领域,我们将讨论如何利用PID控制器(作为现代控制理论的基础)和更先进的控制策略来优化化工生产过程。 此外,本书还将触及一些前沿的控制技术,如模型预测控制(MPC)和自适应控制。MPC通过预测系统的未来行为并优化控制输入,能够处理约束条件并实现最优控制。自适应控制则能够实时调整控制器参数以适应系统动态的变化。 总结 《现代控制理论基础与应用》是一本全面而深入的教材,旨在为读者提供一个扎实的现代控制理论学习平台。通过理论讲解、方法推导和丰富的工程案例,本书将帮助读者掌握分析和设计复杂控制系统的关键技能,为解决实际工程问题打下坚实基础。本书适用于自动化、电气工程、机械工程、航空航天工程以及相关领域的本科生、研究生以及工程技术人员。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书对于我这样在工业界工作的工程师来说,其价值在于能够提供切实可行的解决方案。我一直在寻找一本能够将理论知识转化为实际工程应用的指南,而这本书的标题“分析和设计”让我看到了希望。我非常关注书中关于如何识别和分类控制系统中的常见故障,例如传感器漂移、执行器饱和、以及通信延迟等。我希望书中能够提供一些实用的故障检测算法,以及如何在实际系统中实现这些算法的指导。在容错控制方面,我希望看到关于如何设计能够在发生故障时,安全有效地进行系统重构的策略。例如,如何在执行器失效时,重新分配控制任务给其他执行器,或者如何在控制器参数发生变化时,动态调整控制器的增益。我特别关注书中关于如何评估容错控制系统的性能,以及如何进行故障影响分析的内容。如果书中能提供一些关于如何处理系统不确定性以及如何验证容错控制系统安全性的建议,那将是极大的帮助。

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读完这本书,我最大的感受是它在理论深度和工程实践之间找到了一个完美的平衡点。书中对于故障诊断的分析,不仅涵盖了基础的数学模型和状态估计方法,还深入探讨了基于人工智能的先进诊断技术,例如机器学习在异常模式识别中的应用,以及如何利用大数据来预测和诊断潜在的故障。在容错控制的设计方面,书中提供了多种多样的策略,从简单的切换控制到复杂的自适应重构,都进行了详细的阐述和分析。我特别欣赏书中对每种策略的优缺点、适用范围以及实现复杂度进行的细致比较,这对于我根据具体需求选择合适的容错方案非常有帮助。此外,书中还包含了一些非常贴近实际工程的案例研究,例如在航空发动机、汽车防抱死系统中的应用,这些案例让我更加直观地理解了故障诊断与容错控制的重要性以及它们在实际工作中的价值。这本书无疑为我打开了新的视野,也为我后续的研究和工程实践提供了宝贵的启示。

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这本书的封面设计给我留下深刻的印象,简约大气,色彩搭配沉稳而不失专业感,一看就知道是关于工程技术类的书籍。标题“控制系统故障诊断与容错控制的分析和设计”虽然略显长,但直击主题,概括了本书的核心内容。作为一名控制工程领域的初学者,我一直对如何确保复杂控制系统的可靠性和安全性充满好奇,而这本书恰好满足了我对这两个关键技术领域的深入了解的需求。我特别期待书中能够详尽阐述故障诊断的具体方法,例如各种传感器失效、执行器故障、以及控制器内部逻辑错误等,它们是如何被检测出来并进行定位的。同时,对于容错控制部分,我希望能看到不同类型的容错策略,比如切换控制、自适应控制、以及基于模型的重构等,以及它们在实际工程应用中的优缺点分析。这本书的定价也相对合理,考虑到其专业性和潜在的应用价值,我觉得物超所值。我已经在我的书架上为它预留了位置,迫不及待地想要开始阅读,希望它能为我打开一扇通往更高级控制理论和实践的大门,帮助我解决在实际项目中遇到的各种挑战。

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我对这本书的结构和内容安排抱有很高的期望。从目录上看,它似乎非常全面,涵盖了从理论基础到实际应用的各个层面。我很想知道书中是如何将抽象的数学模型和控制理论与实际的工程问题联系起来的。例如,在故障诊断部分,我希望能看到关于各种诊断技术(如基于模型的诊断、基于数据的诊断、以及基于模糊逻辑或神经网络的诊断)的详细介绍,并配以清晰的图示和数学推导,这样我才能真正理解其背后的原理。对于容错控制,我希望书中能介绍一些经典的容错控制算法,并分析它们在不同故障场景下的性能表现。更重要的是,我希望这本书能提供一些实际案例研究,展示这些理论如何在现实世界的控制系统中得到成功应用,例如航空航天、汽车工业、或者电力系统等。这样的案例分析将极大地帮助我理解理论的实际意义,并启发我思考如何将这些技术应用到我自己的研究或工作中。这本书的深度和广度,如果能够达到我预期的水平,无疑将成为我案头必备的参考书。

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这本书的价值在于其对控制系统安全性和可靠性问题的深刻洞察,以及为解决这些问题提供的系统性方案。我非常欣赏书中在故障诊断部分对不同诊断方法的比较分析,尤其是对它们的优点、缺点以及适用场景的详细阐述。我期待书中能提供关于如何构建一个高效的故障诊断体系的指导,包括如何集成多种诊断技术,以及如何处理诊断过程中的不确定性。在容错控制方面,我希望能看到书中介绍一些先进的容错控制策略,并且能提供清晰的设计流程和实现方法。我特别关注书中关于如何保证在发生故障时,系统的稳定性和性能不会大幅下降的内容。如果书中还能提供一些关于如何量化容错控制系统的性能指标,以及如何进行容错能力评估的指导,那将使这本书的实用性更上一层楼。总而言之,这本书为我提供了一个全面的视角来理解和应对控制系统中的故障挑战,为我未来的工程实践提供了强大的理论和技术支持。

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这本书的编排结构给我一种循序渐进、深入浅出的感觉。在最开始的章节,作者似乎花费了大量篇幅来回顾和梳理控制系统故障诊断和容错控制的基本概念和发展历程,这对于我这样需要打牢基础的读者来说非常重要。紧接着,书中开始深入探讨各种具体的故障诊断技术,从经典的基于观测器的方法,到更现代的基于模型的方法,再到数据驱动的智能诊断方法,内容涵盖面非常广。我特别喜欢书中对不同诊断技术的数学原理进行清晰的推导,并且配以通俗易懂的语言解释,让我能够真正理解其内在逻辑。在容错控制部分,我同样看到了作者在不同类型容错策略上的深入讲解,比如基于鲁棒控制的容错、基于模型重构的容错、以及基于模糊逻辑或神经网络的自适应容错等。书中还详细分析了这些策略的优劣势,以及在不同应用场景下的适用性。我非常期待看到书中能提供一些如何进行容错控制系统仿真的指导,以及如何利用这些仿真结果来优化设计。

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这本书的作者背景和学术声誉是我决定购买的一个重要因素。我知道这位作者在控制理论和应用领域有着丰富的研究经验,并发表了多篇高质量的学术论文。因此,我对这本书的内容质量非常有信心。我特别感兴趣的是书中对于“分析”和“设计”这两个词的侧重。在分析方面,我希望能够深入理解各种故障模式对控制系统性能的影响,以及如何量化这些影响。这可能涉及到系统的稳定性分析、鲁棒性分析等。在设计方面,我希望书中能够提供一套系统性的方法论,指导读者如何根据具体的应用需求和故障类型,设计出有效的故障诊断和容错控制策略。我非常期待书中能够提供一些实用的设计工具或软件接口的介绍,或者至少能提供一些算法的伪代码,方便读者进行实现。如果书中还能包含一些关于系统辨识、模型不确定性处理等方面的技术,那就更加完美了。总而言之,这本书对于我这样一个渴望提升自己理论水平和工程实践能力的读者来说,具有巨大的吸引力。

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坦白说,我对于这本书的期望值非常高,因为它触及了我工作中最棘手的问题之一:如何保证复杂系统在极端情况下依然能够安全可靠地运行。我非常关注书中关于故障诊断的“分析”部分,希望它能提供一套严谨的数学框架,用于描述和理解各种可能的故障模式。我期待看到对系统动力学模型在故障发生时的变化进行精确描述,以及如何通过模型预测和状态估计来检测这些变化。在“设计”方面,我希望书中能够提供一套完整的容错控制系统设计流程。这应该包括从故障检测、故障隔离到故障恢复的各个环节。我特别希望看到关于如何设计能够适应不同故障类型和故障程度的自适应容错控制器。书中能否提供一些关于如何量化容错控制系统的性能指标,例如容错能力、恢复时间、以及对系统性能的影响等,这将对我评估和选择容错策略非常有帮助。总而言之,我希望这本书不仅能提供理论知识,更能给出可行的工程解决方案,帮助我构建更鲁棒、更安全的控制系统。

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这本书的出现,为我解决实际工程问题提供了一个绝佳的理论支撑和方法论指导。我一直对控制系统在面临故障时如何保持稳定性和功能性感到困惑,而这本书恰好弥补了这一知识空白。在故障诊断方面,我期待书中能够详细介绍各种故障的根源和表现形式,并提供一套系统性的方法来识别和定位这些故障。我希望书中能够深入探讨如何利用系统模型、传感器数据以及专家知识来构建有效的故障诊断系统。在容错控制方面,我希望能看到书中介绍各种经典的容错控制策略,并分析它们在不同故障场景下的性能特点。例如,书中能否提供关于如何设计能够适应执行器故障、传感器故障、甚至控制器自身故障的容错控制器。我更期待书中能够提供一些关于如何量化容错控制系统的性能指标,以及如何评估其鲁棒性和安全性。如果书中还能包含一些关于故障对系统性能影响的分析,以及如何通过容错控制来最小化这些影响的指导,那将使这本书的实用价值大大提升。

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阅读这本书给我带来的最大感受是其前沿性和实用性的完美结合。在故障诊断方面,我惊喜地发现书中不仅介绍了传统的解析方法,还深入探讨了基于人工智能和机器学习的先进诊断技术,例如深度学习在异常检测中的应用,以及支持向量机在故障分类方面的潜力。这些新技术的引入,使得故障诊断的能力得到了极大的提升,能够应对更加复杂和难以预料的故障。在容错控制部分,书中对于不同容错策略的比较分析尤为精彩。例如,它详细阐述了如何在系统发生故障时,通过切换到备用控制器、动态调整控制参数、或者隔离故障组件等方式,来维持系统的基本功能和性能。我特别欣赏书中对每种策略的优缺点、适用范围以及实现难度的细致分析。此外,书中还穿插了一些仿真实验的案例,展示了不同容错控制策略在模拟故障场景下的表现,这些可视化和数据化的展示,极大地增强了我的理解和信任感。这本书不仅仅是理论的堆砌,更是对前沿技术在实际应用中的探索和实践总结。

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