有干扰的控制系统故障可诊断性量化评估

故障可诊断性的量化指标在控制系统设计过程中极为重要.为此,我们提出了一种适用于线性动态系统的故障可诊断性量化评估方法.考虑到过程和观测噪声等干扰因素对评估结果正确性的影响,我们采用等价空间方法获取系统输入/输出与故障之间的解析冗余关系,将故障可诊断性评估问题转化为概率统计中多元分布的差异度判别问题.引入巴氏系数(Bhattacharyya coefficient,BC)对多元分布之间的差异度进行量化,通过严格的数学证明得到可诊断性量化指标,并给出具体评估流程.以卫星姿态控制系统为仿真算例,将本文所提评估方法应用于该系统;仿真结果表明:该方法能够在不依赖于任何诊断算法的前提下,定量分析故障诊断的难易程度.     

复杂动态系统的实际非完全失效故障的可诊断性评估

针对缺乏有效的非完全失效故障（Loss of effect,LOE）可诊断性量化分析方法的现状,本文提出了一种基于距离相似度的系统非完全失效故障的实际可诊断性评价方法.通过将状态空间描述的动态系统转换为时间堆栈动态模型,使故障的可诊断性评估分析问题转化为多元分布的相似度问题.给出系统非完全失效故障可检测性与可隔离性的相关定义,并对故障的可诊断性进行量化.通过求取最小二乘解计算最小巴氏距离,增大了算法适用范围.最后,通过仿真实例验证评价方法的有效性,并通过所提出的可诊断性评估算法求取非完全失效故障的最大可诊断效能系数.     

基于中心对称多胞体的故障可分离性评价

针对包含幅值有界而分布形式未知的故障及输入干扰项的线性离散系统,提出了一种新的系统故障可分离性的量化评价方法.故障可分离性是故障可诊断性中的重要部分,针对现有方法中基于方向相似度的故障可分离性评价方法存在的不足加以补充,提出了利用中心对称多胞体对故障可分离性进行分析,将中心对称多胞体集合转化为多面体的表示形式,以达到对故障可分离性量化评价的目的,同时给出了具体评价原理和评价指标.最后,通过数值仿真算例,验证了该方法的有效性和优越性.     

基于故障可诊断性量化评价的传感器优化配置方法研究

提出了一种基于故障可诊断性量化评价的传感器优化配置方法.针对可能发生故障的非线性系统,首先,基于K-L散度思想,通过计算故障情形下残差概率密度函数的差异度,得到了系统不同故障下故障可检测性和可分离性的量化指标,由于稀疏内核密度估计和蒙特卡洛算法的引入,克服了K-L散度计算中残差概率密度函数难以估计和非线性结构的K-L散度计算复杂度高的困难;其次,以故障可诊断性的定量评价为基础,借助于动态规划方法给出了系统满足期望故障可诊断性的传感器最优集合;最后,通过数值仿真和实体实验仿真验证了文中方法在故障诊断系统传感器优化配置中的有效性.     

基于知识图的汉语词汇语义相似度计算

提出了一种基于知识图的汉语词汇相似度计算方法,该方法以《知网》2005版为语义知识资源,以知识图为知识表示方法,在构造词图的基础上,以知网中的语义关系为依据对词汇概念中的义原进行分类,通过计算不同类型义原的相似度得到概念的相似度;为了对词汇相似度计算方法进行客观评价,设计了词汇相似度计算方法的量化评价模型;采用该模型对所提出的计算方法进行评价,试验结果证明此方法的有效度为89.1%。     

结构化稀疏低秩子空间聚类

通过定义子空间结构化低秩正则项,将其与子空间结构化稀疏子空间聚类模型相结合,给出一个新的统一优化模型。新模型利用数据的类别属性和相似度互相引导,使得相似度具有判别性和一致性,类别属性具有一致性。相似度的判别性有利于将不同子空间的数据分为不同类,而一致性有利于将同一子空间的数据聚为一类。大量实验表明提出的方法优于一些典型的两步法和子空间结构化稀疏子空间聚类模型。     

离散事件系统部分可诊断性分析

针对离散事件系统部分可诊断性问题,提出一种量化评价与分析方法。该方法以树状结构的故障模型为基础,引入可诊断度与可诊断深度指标,能够从可诊断故障覆盖程度与精确程度两个方面对系统可诊断性进行评价,其优点是评价结果量化表示,能为部分可诊断系统的进一步评价、分析与对比提供参考。此外,还讨论了故障模型对系统可诊断度与可诊断深度两个评价指标的影响,并给出了故障模型构造的一般原则。实例分析与讨论结果表明,所提出的可诊断度与可诊断深度指标能够准确反映系统在特定故障模型下的部分可诊断状态。所提出的部分可诊断性评价方法能为基于离散事件模型的复杂系统设计与评价提供依据,并能够进一步为智能、自适应和自愈系统的设计提供参考。     

基于MMD的故障可诊断性定量评价方法

提出一种基于最大均值差异(maximum mean discrepancy,MMD)的故障可诊断性定量评价方法.该方法无需构建任何系统模型,通过度量不同故障模式下测量数据之间的距离定量评价故障可诊断性,适用于结构复杂、不易于建模且能够获取测量数据的复杂系统.首先,将测量数据通过特征核映射到可再生核希尔伯特空间(reproducing kernel Hilbert space,RKHS)中,以MMD作为多元分布距离度量指标,将故障可诊断性定量评价问题转换为多元分布在RKHS中的距离度量问题;然后,利用数学推导分析测量噪声强度对故障可诊断性评价结果的影响;最后,通过仿真实例验证所提出方法的有效性.     

基于核正交流形角不相似度的非线性动态过程监测方法

针对过程的非线性和动态特性,提出一种基于核正交流形角不相似度的监测方法.利用两个流形子空间正交向量求取内积矩阵的奇异值,构建基于核正交流形角的不相似度指标,量化评估标准集和测试集的流形子空间的统计量关系.首先,在多流形投影方法的基础上,利用非线性函数将原始过程数据投影到特征空间;其次,引入Gram-Schmidt方法正交化投影向量,形成流形子空间的基向量;再次,对两个流形子空间的内积进行特征值分解,获得核正交流形角,构建不相似度监测模型,该监测指标融合角度和距离度量,能够更好地触发故障警报;最后,通过在TE过程上的仿真实验验证了所提出算法的优越性.     

基于限界传递相似度图的FCA概念相似度计算方法

使用相似度图计算FCA概念相似度需要构造相似关系的传递闭包,对于复杂问题会导致相似度图规模过大,从而影响相似度评价的效率.为了降低相似度图规模,提出一种基于限界传递相似度图的FCA概念相似度计算方法.该方法首先通过限定传递相似关系的长度来避免构造相似关系的传递闭包,得到的限界传递相似度图中忽略了长度超过界限且对区分FCA概念无用的传递相似关系,能够有效压缩相似度图的规模;然后给出了动态传递相似度计算方法和由限界传递相似度图构建二部图的方法.实验结果表明,使用限界传递相似度图能够在不损失计算结果准确度的情况下有效提高FCA概念相似度计算的效率.     

连续系统故障可诊断性评价方法综述

故障可诊断性评价是故障诊断的基础, 能够为诊断算法的开发和传感器的优化配置提供依据与指导. 在梳 理可诊断性概念、评价流程与功能的基础上, 从定量模型、定性模型以及数据驱动这3 个方面对连续系统可诊断性 评价方法进行分类综述, 归纳和评析了各方法的原理与特点, 并比较了定性评价与量化评价结果的优缺点. 最后探讨了故障可诊断性评价方法未来可能的发展方向.     

Design of light weight exact discrete event system diagnosers using measurement limitation: case study of electronic fuel injection system

Employing a state-based Discrete Event System (DES) modelling framework, this paper proposes a new fault diagnosis approach called measurement limitation-based abstract DES diagnosis (MLAD), which attempts to reduce state space complexity of the diagnosis process while simultaneously preserving full diagnosability. The MLAD approach carefully applies a set of distinct measurement limitation operations on the state variables of the original DES model based on fault compartmentalisation to obtain separate behaviourally abstracted DES models and corresponding abstract diagnosers with far lower state spaces. The set of measurement limitation operations are so designed that although, any single abstract diagnoser may compromise diagnosability in seclusion, the additive combination of all diagnosers running in parallel always ensures complete diagnosability. Effective measurement limitation also ensures that the combined state space of the abstract diagnosers is much lower than that of the single full diagnoser that may be derived from the original DES model. As a case study, we have employed MLAD to incorporate failure diagnosability in a practical electronic fuel injection system. Evaluations on standard practical benchmarks show that MLAD achieves significant reduction in state space as compared to conventional monolithic full diagnosis approaches.     

A review of the diagnosability of control systems with applications to spacecraft

To achieve the safe, reliable autonomous operation of spacecraft, research on the fault diagnosis of control systems has attracted the attention of engineers and academicians throughout the aerospace field. Diagnosability can characterize the fault diagnosis capability of control systems. Connecting diagnosability analysis to the design of a spacecraft control system’s structure and diagnosis method can fundamentally improve the system’s fault diagnosis capability, improving the safety and reliability of autonomous spacecraft operation. In this paper, the diagnosability of spacecraft control systems is systematically studied from five perspectives: necessity, the current research status, the connotation, a novel index system and current development trends of diagnosability. First, the current status of spacecraft reliability analysis and reliability-based design is briefly reviewed, and existing problems are described, highlighting the advantages and importance of diagnosability research. Furthermore, the basic concepts of diagnosability are briefly introduced. By analyzing the current status of existing research on the diagnosability of both general and spacecraft control systems, the application scope of the diagnosability of spacecraft control systems is summarized. Moreover, the definition and influencing factors of the diagnosability of spacecraft control systems are presented to refine existing concepts, and a universal evaluation index system is proposed for the diagnosability of spacecraft control systems to further enhance the applicability of diagnosability evaluation and diagnosability-based design to spacecraft. Finally, the existing shortcomings and future development trends of diagnosability research for spacecraft control systems are discussed.     

基于图论的深空探测航天器故障可诊断性评价

为了衡量深空探测航天器的自主故障诊断能力,提出基于图论的故障可诊断性评价方法.在对加权有向图进行介绍的基础上,给出强可推导结点、依赖于故障的可推导结点以及解析冗余结点等定义;分别提出故障可检测性和可分离性判据并给出相关证明,考虑深空探测航天器的资源约束问题,研究解析冗余关系优选方法;分析深空探测航天器的故障诊断层次,并对系统级故障诊断能力进行评价;最后,利用深空探测航天器的数学仿真数据对所提方法的有效性进行验证.     

因果图用于复杂系统故障诊断研究

在信度网基础上发展起来的因果图模型,克服了信度网的一些不足,具有重要的工业应用价值。经过文献犤5犦犤6犦犤7犦的研究,目前因果图已发展成一个能够处理离散变量和连续变量的混合因果图模型。文章讨论了将因果图用于复杂系统故障诊断的关键问题。给出了基于因果图的故障知识表达方法,给出了故障模式的静态求取方法和动态求取方法以及故障模式的概率计算方法。以核电站二回路系统为研究对象,在自行研制的因果图智能故障诊断平台上进行了故障诊断测试,诊断结果与实际情况相符,诊断迅速、效果较好。     

基于Vague集相似度量的矿井通风机故障诊断方法的研究

针对矿井通风机故障特征与故障类别之间关系的复杂性和不确定性,文章提出了一种基于Vague集相似度量的矿井通风机故障诊断方法,将故障类型与故障特征向量之间的关系以及采样得到的故障特征向量用Vague集表示,通过计算并比较故障知识Vague集与故障样本Vague集之间的相似度量得到故障诊断结果。应用实例表明,应用该诊断方法对矿井通风机进行故障诊断的结果与实际情况相符,具有一定的合理性。