《容错控制系统的分析与综合》

第一章引论1

1.1什么是容错控制系统1

1.1.1硬件冗余技术2

1.1.2基于“功能冗余”的容错控制2

1.2故障的分类3

1.2.1被控对象的故障3

1.2.2仪表故障4

1.3容错控制方法（一）——鲁棒控制4

1.4容错控制方法（二）——故障检测、分离与补偿5

1.5本书内容概况5

第二章预备知识7

2.1系统的描述7

2.1.1状态空间描述与输入输出描述7

2.1.2稳定分式表示方法8

2.2系统的稳定性10

2.2.1外部稳定性和内部稳定性10

2.2.2Lyapunov稳定性定理10

2.2.3多变量Nyquist准则11

2.2.4小增益定理12

2.2.5稳定分式表示理论中的稳定性定理12

2.3非结构化不确定模型与鲁棒性条件13

2.3.1时域情况13

2.3.2频域情况14

2.4状态重构的基本结果16

2.4.1全维状态观测器17

2.4.2降维状态观测器18

2.4.3函数观测器19

2.4.4Kalman滤波器20

第三章结构化不确定系统的鲁棒控制21

3.1引言21

3.2状态空间途径22

3.2.1Lyapunov方法22

3.2.2改进Lyapunov算法27

3.2.3鲁棒线性二次型最优控制29

3.3频域途径32

3.3.1不确定性描述32

3.3.2结构化奇异值33

3.3.3同时含乘性输入和输出不确定性36

3.3.4间歇反应器：同时含参数和非结构化不确定性37

3.3.5传递矩阵元素中独立的不确定性39

3.3.6作为灵敏度测度的条件数和相对增益矩阵40

3.3.7鲁棒性能42

3.3.8线性分式转换的求取46

3.4多项式代数方法47

3.4.1Kharitonov定理48

3.4.2棱边定理51

3.4.3同时含参数和非结构化不确定性系统的鲁棒性分析53

3.4.4多项式族鲁棒控制器的综合55

3.4.5同时含参数和非结构化不确定性系统鲁棒稳定化——单变量情况60

3.4.6同时含参数和非结构化不确定性系统鲁棒稳定化——多变量情况65

第四章同时镇定72

4.1引言72

4.2单输入系统同时镇定控制器的设计方法（一）72

4.3单输入系统同时镇定控制器的设计方法（二）78

4.3.1从A空间到P空间投影80

4.3.2从P空间到K空间投影81

4.4同时镇定控制器的一种频域设计方法84

4.4.1同时对角优势化85

4.4.2同时强镇定86

4.5同时镇定控制器存在的充要条件88

4.5.1基本定理的证明88

4.5.2多重稳定域约束的同时镇定90

4.5.3同时镇定的对偶问题——可靠镇定94

第五章完整性控制器的综合98

5.1引言98

5.2基于Lyapunov方程解的方法99

5.2.1基本结果99

5.2.2具有良好动特性的完整性控制器设计方法（一）101

5.2.3具有良好动特性的完整性控制器设计方法（二）103

5.3基于类Lyapunov方程解的方法109

5.4基于类Riccati方程解的方法114

5.4.1类Riccati方程解的性质114

5.4.2完整性控制器的设计115

5.4.3具有期望动特性和完整性的控制器设计118

5.5完整性控制器的鲁棒性改进118

5.6基于U－矩阵的方法120

5.6.1U－矩阵120

5.6.2完整性条件122

5.6.3完整性控制器的综合124

第六章分散可靠控制127

6.1引言127

6.2分散积分可控性的定义128

6.3分散积分可控性的必要条件129

6.3.1结果129

6.3.2证明131

6.4分散积分可控性的充要条件132

6.4.1增益空间的对角分散稳定性132

6.4.2分散积分可控性134

6.5序贯分散可靠伺服控制器136

6.5.1问题的描述137

6.5.2解的存在性140

6.5.3控制器的构造140

6.5.4序贯可靠鲁棒分散伺服机问题的性质141

第七章基于解析冗余的故障诊断144

7.1引言144

7.2残差产生方法（一）——奉献观测器法145

7.2.1用于故障诊断的状态估计器145

7.2.2测量装置故障诊断的估计器方法148

7.2.3元件故障诊断的估计器方法150

7.3残差产生方法（二）——检测观测器法152

7.3.1问题的描述152

7.3.2检测观测器的设计153

7.4残差产生方法（三）——广义一致性向量法158

7.4.1广义一致性空间158

7.4.2由一致性函数产生残差161

7.4.3在故障检测系统中一致性关系的使用162

7.5残差产生方法（四）——基于参数估计的方法163

7.6决策方法166

7.6.1阈值法166

7.6.2假设检验法167

第八章不确定动态系统的故障诊断171

8.1引言171

8.2参数鲁棒故障诊断172

8.2.1参数鲁棒故障检测172

8.2.2故障向量辨识及校正175

8.2.3例子177

8.3元件故障诊断的鲁棒观测器法179

8.3.1检测观测器的通用结构179

8.3.2故障分离和鲁棒观测180

8.3.3检测观测器的计算183

8.3.4鲁棒检测观测器设计算法186

8.3.5例子187

8.4基于强跟踪滤波器的故障诊断191

8.4.1强跟踪滤波器191

8.4.2次优渐消的扩展Kalman滤波器192

8.4.3一种非线性时变参数与状态的联合估计方法196

8.4.4基于强跟踪滤波器的参数偏差型故障的检测与诊断197

8.4.5FDDPB算法的典型应用200

8.4.6仿真实例203

第九章基于人工智能的故障诊断208

9.1引言208

9.2基于专家系统的方法208

9.2.1知识的获取与表达208

9.2.2推理机214

9.2.3机器学习218

9.3基于神经网络的故障诊断221

9.3.1神经网络的特征221

9.3.2反向传播算法（BP算法）222

9.3.3双向联想记忆模型224

9.3.4化工过程故障的神经网络诊断法226

第十章故障的补偿237

10.1引言237

10.2单输入可测状态反馈系统的容错控制237

10.3控制律重构——伪逆方法239

10.3.1伪逆方法的性质240

10.3.2修正伪逆方法241

10.3.3例子244

10.4利用隐模型跟踪的重构控制245

10.4.1控制律描述245

10.4.2控制律的性质246

10.4.3控制重构的效果248

10.4.4例子249

10.5知识库重组态控制255

10.5.1知识库适应255

10.5.2控制重组态257

第十一章容错控制的应用例子262

11.1纸机定量和水份的鲁棒控制262

11.2加压网前箱的完整性控制264

11.2.1加压网前箱具有完整性的解耦控制264

11.2.2加压网前箱具有完整性的状态反馈控制266

11.3水位控制装置的容错控制268

第十二章展望272

附录数学基础272

参考文献281