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第一部分 引言、基本概念和预备知识3

第1章 引言3

1.1基本概念3

1.2写作动机4

1.2.1数据驱动和基于模型的故障检测与诊断4

1.2.2容错控制与寿命管理5

1.2.3信息基础设施5

1.3内容大纲6

1.4注释和参考文献8

参考文献8

第2章 案例研究和应用实例10

2.1三容系统10

2.1.1过程动力学及其描述11

2.1.2典型故障的描述12

2.1.3闭环动力学13

2.2全混流加热器14

2.2.1设备动力学及其描述14

2.2.2所考虑的故障16

2.3工业实例：田纳西过程16

2.3.1过程描述和仿真16

2.3.2 TEP中的模拟故障19

2.4注释和参考文献20

参考文献20

第3章 故障的统计检测21

3.1基本概念21

3.1.1一个简单的检测问题及其直观的解决方案21

3.1.2故障检测的基本概念22

3.1.3问题公式化23

3.2基本方法与算法23

3.2.1直觉解决方案23

3.2.2检验统计量T224

3.2.3似然比和广义似然比24

3.2.4广义似然比的向量值26

3.3检测问题中的数据驱动解决方案27

3.3.1有足够大N的故障检测27

3.3.2用霍特林的T2检验统计进行故障检测28

3.3.3用Q统计进行故障检测30

3.4案例：三容系统的故障检测31

3.4.1系统设置和仿真参数31

3.4.2操作结果和阈值设置31

3.4.3故障检测结果33

3.5基本故障检测问题的变化37

3.5.1变化137

3.5.2变化238

3.6注释和参考文献38

参考文献39

第4章 确定性扰动过程的故障检测40

4.1优化配置和基本概念40

4.1.1简单的检测问题与其直观的解决方案40

4.1.2基本概念41

4.1.3问题的表述42

4.2基本方法和算法43

4.2.1一个直觉策略43

4.2.2一种替代方案44

4.2.3对比研究45

4.2.4基于未知输入估计的检测方案46

4.2.5通用解决方案46

4.3故障检测问题的数据驱动解决方案48

4.4基本故障诊断问题的变化50

4.5案例研究51

4.5.1实验室系统CSTH的案例研究51

4.5.2三容系统中的案例研究53

4.6注释和参考文献55

参考文献56

第二部分 多元分析方法在静态过程故障诊断中的应用59

第5章 主元分析在故障诊断中的应用59

5.1 PCA应用于故障检测的基本形式59

5.1.1算法60

5.1.2基本思想和特性61

5.2 SPE的修正算法：霍金的T2H统计62

5.3故障敏感性分析63

5.3.1偏置故障的敏感性63

5.3.2扩展故障的敏感性64

5.4多元统计指标和综合指标65

5.5动态主元分析67

5.6故障识别67

5.6.1偏置故障的识别67

5.6.2扩展故障的识别68

5.6.3故障识别过程68

5.7 TEP应用69

5.7.1故障场景4下的案例研究69

5.7.2对于其他故障场景的案例研究结果72

5.7.3比较多元指标和综合指标73

5.8注释和参考文献74

参考文献75

第6章 偏最小二乘回归在故障诊断中的应用76

6.1偏最小二乘算法76

6.2 PLS回归算法78

6.2.1基本思想和性质78

6.2.2故障检测和过程监控的应用81

6.3 LS和PLS之间的关系82

6.3.1 PLS估计82

6.3.2 PLS回归算法的LS解释83

6.4基于故障诊断的PLS评估87

6.5在TEP中的案例研究88

6.5.1 测试设置88

6.5.2离线训练88

6.5.3在线运行88

6.6注释和参考文献91

参考文献92

第7章 基于过程监测和故障诊断的典型变量分析93

7.1 CCA简介93

7.2 CVA的系统辨识94

7.3过程监测和故障诊断的应用98

7.3.1过程监测98

7.3.2故障检测方案98

7.4案例研究：TEP的应用100

7.4.1测试设置和训练100

7.4.2测试结果和对比研究100

7.5注释和参考文献103

参考文献104

第三部分 动态过程中故障诊断系统的数据驱动设计107

第8章 简介、预备知识与I/O数据集模型107

8.1简介107

8.2基于模型的FDI方案预设与评估108

8.2.1系统模型108

8.2.2基于模型的残差生成器方案111

8.3 I/O数据模型117

8.4注释和参考文献119

参考文献119

第9章 数据驱动的故障诊断方案122

9.1动态过程中故障诊断的基本概念与设计研究122

9.2残差生成器的数据驱动设计方案123

9.2.1方案一123

9.2.2方案二124

9.2.3方案三125

9.2.4一种数值可靠的可实现算法126

9.2.5比较与讨论128

9.3检验统计，阈值设置和故障检测129

9.4故障隔离与识别方案129

9.4.1问题形成130

9.4.2故障隔离方案131

9.4.3故障识别方案132

9.5案例研究：故障检测在三容系统中的应用134

9.5.1系统和测试的设置134

9.5.2测试结果134

9.5.3∑res病态的处理135

9.6注释和参考文献138

参考文献139

第10章 基于观测器的故障诊断系统数据驱动设计140

10.1问题的提出与动机140

10.2基于观测器的残差生成器奇偶向量构建140

10.2.1标量残差信号的生成140

10.2.2 m维残差向量的生成143

10.2.3基于卡尔曼滤波器的残差生成器的数据驱动设计146

10.3故障诊断、隔离与识别147

10.3.1故障检测148

10.3.2故障隔离方案148

10.3.3一个故障识别方案149

10.4基于观测器的过程监控150

10.5在CSTH中的案例研究151

10.5.1系统的建立151

10.5.2基于卡尔曼滤波器的残差生成器151

10.5.3 m维残差向量的生成152

10.6在TEP中的案例研究156

10.7数据驱动的FDI系统应用程序评估158

10.8注释和参考文献159

参考文献160

第四部分 数据驱动故障诊断中的自适应迭代优化技术165

第11章 自适应故障诊断方案165

11.1基于OI的递推SVD计算与应用165

11.1.1问题的形成165

11.1.2 DPM：一个自适应算法166

11.1.3在故障检测中的应用167

11.2一种自适应SVD算法与应用167

11.2.1自适应SVD算法167

11.2.2对故障检测的应用169

11.3基于自适应SKR的残差生成方法169

11.3.1问题的形成169

11.3.2自适应残差生成的算法170

11.3.3稳定性和指数收敛171

11.3.4一个对自适应状态观测器的扩展173

11.4案例分析174

11.4.1基于自适应SVD的RPCA方案在三容系统的应用174

11.4.2基于自适应观测器的残差生成方案在三容系统的应用177

11.5注释和参考文献179

参考文献180

第12章 过程监测与故障检测系统的迭代优化181

12.1迭代广义最小二乘估计181

12.2迭代递归最小二乘估计182

12.2.1基本思想和方法182

12.2.2算法及它的实现和执行184

12.2.3一个实例184

12.3卡尔曼滤波的迭代优化187

12.3.1思想与方案187

12.3.2算法与实现191

12.4案例研究195

12.4.1案例1：∑v未知而∑w已知195

12.4.2案例2：∑w未知而∑v已知197

12.5注释和参考文献198

参考文献199

第五部分 容错控制系统的数据驱动设计与寿命管理203

第13章 容错控制架构和设计研究203

13.1初探203

13.1.1图像表示和状态反馈控制203

13.1.2稳定控制器的参数化204

13.2容错控制架构及相关问题205

13.2.1一个基于观测器的容错控制架构205

13.2.2设计与最优设置207

13.2.3一个基于残差的容错和寿命管理架构209

13.2.4系统动态和设计参数210

13.3注释和参考文献213

参考文献214

第14章 基于观测器的控制系统数据驱动设计215

14.1问题陈述215

14.2图像描述的数据驱动实现形式216

14.3一种图像识别方案217

14.3.1 I/O数据集模型与其相关问题的简要回顾217

14.3.2识别方案218

14.4一种基于观测器的控制系统的数据驱动设计方案221

14.4.1前馈控制器的数据驱动设计222

14.4.2基于观测器的状态反馈控制器的设计222

14.5结束语224

14.6在实验室CSTH系统的试验研究225

14.6.1系统建立和过程测量225

14.6.2基于观测器的控制器设计225

14.6.3容错控制方案226

14.7注释和参考文献227

参考文献229

第15章 自动控制系统寿命管理的实现230

15.1 H-PRIO参数的自适应更新230

15.1.1问题的形成230

15.1.2基本思想231

15.1.3自适应方案233

15.1.4自适应方案的实现233

15.2 L-PRIO参数的迭代更新234

15.2.1问题的形成235

15.2.2迭代解决方案的算法236

15.3寿命管理策略的实施237

15.3.1工作综述237

15.3.2三容系统的案例研究237

15.4注释和参考文献241

参考文献242