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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

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