容錯控制系統(tǒng)故障診斷容錯控制系統(tǒng)特點：故障檢測與診斷故障檢測（FaultDetection,FD)：Useavailablemeasurement(input/output)todetectanypossiblefaultinthesystem故障診斷(FaultDiagnosis):Usetheavailableinformation(input/output)tofindout(estimate)thelocationandthesizeofthefault.容錯控制系統(tǒng)的故障診斷方法故障觀測器法系統(tǒng)辨識法解析余度法容錯控制系統(tǒng)的故障診斷方法三余度以上通道間—比較監(jiān)控√兩通道:

基于傳感器信號處理(頻譜分析、小波分析、多傳感器信息融合等)基于狀態(tài)估計模型：故障檢測濾波器方法、未知輸入觀測器和卡爾曼濾波器等?！袒谌斯ぶ悄芊椒ǎ簩＜蚁到y(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等√故障閾值√系統(tǒng)重構(gòu)√基于模型的故障診斷（1）獲得可用信息：輸入、輸出、工作變量故障觀測器和模型辨識器（2）運用信息找出故障：故障閾值（3）如果故障發(fā)生，產(chǎn)生報警或故障切換，故障重構(gòu)；如果正常，轉(zhuǎn)向步驟（1）故障檢

測算法

u(t),y(t),系統(tǒng)參數(shù)故障報警故障

機(jī)理

u(t),y(t),系統(tǒng)參數(shù)故障定位基于模型的故障診斷故障觀測器故障觀測器穩(wěn)定誤差依故障不同具有方向性FailureFailureFailureFailure控制系統(tǒng)動態(tài)方程：故障觀測器方程：狀態(tài)誤差：輸出誤差：第j個執(zhí)行結(jié)構(gòu)故障：誤差方程為：第j個傳感器故障誤差方程為：系統(tǒng)參數(shù)故障：誤差方程為：故障檢測濾波器設(shè)計

通式:其中:作動器故障傳感器故障系統(tǒng)參數(shù)變化要能故障診斷,f必須可檢測只有存在故障檢測濾波器增益陣D滿足以下兩個條件，則故障向量f是可檢測的：（1）在輸出空間保持固定方向。（2）所有特征值能夠任意配置。穩(wěn)定性設(shè)計穩(wěn)定性：當(dāng)配置的(A-DC)所有特征值都處于S平面的左平面內(nèi)，的系統(tǒng)是穩(wěn)定的。當(dāng)時間時，上式的初始條件瞬態(tài)解將趨于零。(A-DC)的配置應(yīng)使誤差達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時間和動態(tài)過程得到控制。可檢測性：完全可測系統(tǒng)是指在任意時間，系統(tǒng)狀態(tài)向量X可由測量向量Y唯一地確定：當(dāng)Y(t)給定時，使X(t)有唯一解的充要條件是rankC=n。為滿足可檢測條件選擇，其中為正的標(biāo)量常值，I為單位陣。若m為傳感器個數(shù),當(dāng)m=n時,若m<n時:輸入型故障（執(zhí)行機(jī)構(gòu)及參數(shù)）故障檢測濾波器的設(shè)計，通過選擇增益陣D使穩(wěn)態(tài)輸出誤差矢量方向保持與Cf的方向一致。輸出型故障（傳感器故障）顯然，傳感器故障的穩(wěn)態(tài)輸出誤差方向處在構(gòu)成的二維平面上，而不是某個固定方向上。魯棒觀測器外界或某些隨機(jī)因素常使故障觀測器的參數(shù)發(fā)生變化，為了消除故障檢測和診斷失誤故障診斷過程當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，參數(shù)魯棒故障觀測器所形成的殘差序列經(jīng)決策函數(shù)（即與一給定的門限進(jìn)行比較或進(jìn)行假設(shè)檢驗）后，判斷系統(tǒng)無故障，這樣就不啟動故障向量診斷與估計器。狀態(tài)估計補(bǔ)償器的輸出等于狀態(tài)測量值或狀態(tài)估計器的輸出值。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，參數(shù)魯棒故障觀測器及及殘差發(fā)生器產(chǎn)生的殘差序列經(jīng)決策函數(shù)判定系統(tǒng)故障，這時啟動故障向量診斷器及估值器對系統(tǒng)故障的向量進(jìn)行定位并對故障向量的大小及其影響進(jìn)行估值，并將診斷及估值的結(jié)果送狀態(tài)估計補(bǔ)償器，狀態(tài)估計補(bǔ)償器對狀態(tài)的估值進(jìn)行校正使其接近真實值，從而實現(xiàn)狀態(tài)向量的重構(gòu)，最后達(dá)到容錯目的。比例積分觀測器的故障診斷

解決未知干擾輸入影響

設(shè)計:當(dāng)且時,當(dāng)或時,滿足下式,那么殘差r與未知輸入干擾等完全解耦。比例積分觀測器干擾多階比例積分觀測器誤差曲線比例積分觀測器Luenberger觀測器舵機(jī)故障參數(shù)漂移傳感器故障控制器故障神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障辨識器

動態(tài)遞歸網(wǎng)絡(luò)記憶功能強(qiáng)收斂速度快魯棒性強(qiáng)增加關(guān)聯(lián)層增加自反饋前饋網(wǎng)絡(luò)Elman網(wǎng)絡(luò)TDElman網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)Elman網(wǎng)絡(luò)算法其中：非線性函數(shù)Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度BPFeedforwardneuralnetworkTDElmanneuralnetwork快速收斂!!Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辯識效果辯識精度：TDElman輸出與系統(tǒng)的輸出吻合很好，相對誤差小于2.5%魯棒性：測量端和輸入端增加隨機(jī)干擾后，幾乎沒有對Elman輸出產(chǎn)生影響。放大器故障TDElman網(wǎng)絡(luò)診斷曲線t(s)x(mm)故障閾值故障閾值的影響因素：建模誤差隨機(jī)干擾輸入干擾因素輸出干擾參數(shù)漂移固定閾值：自適應(yīng)閾值自適應(yīng)閾值模型可測試性建模誤差參數(shù)漂移干擾輸入輸出修正干擾影響小波分解自適應(yīng)閾值獲取方法小波分解（時頻）與重構(gòu)：可以剔除干擾影響時頻二維自適應(yīng)閾值輸入輸出隨機(jī)干擾實際系統(tǒng)輸入系統(tǒng)模型━小波消噪建模誤差高精度TDElman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辯識器小波包分解小波包分解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)殘差自適應(yīng)閾值故障決策舵機(jī)正常時自適應(yīng)閾值試驗曲線自適應(yīng)閾值殘差故障監(jiān)控覆蓋率高虛警率低控制器故障故障診斷自適應(yīng)閾值殘差正常學(xué)習(xí)的自適應(yīng)閾值伺服閥故障的自適應(yīng)閾值決策過程系統(tǒng)的決策目的在于針對故障的部位、類型和大小采取相應(yīng)的容錯處理。通常：

二元假設(shè)決策假設(shè)H0—系統(tǒng)無故障；H1—系統(tǒng)有故障Z0—觀測值落入H0空間的區(qū)域；Z1—觀測值落入H1空間的區(qū)域。

虛警概率密度漏檢概率密度二元測試的目的達(dá)到非常小的誤差概率，即同時達(dá)到高的故障檢測率PD→max和虛警率PFA→min。但要同時達(dá)到以上目的是相互矛盾的。例如，若取Z=Z1，意味著PDmax=，所有發(fā)生的故障都可檢測出來；但PFA也要達(dá)到最大值PFA=1，即所有正常情況都誤報為有故障。因此，必須折中選擇PD和PFA.（1）錯誤概率最小的測試(MinimizeProbabilityofError)不正確決策概率：使Pe最小的測試稱為錯誤概率最小的測試

在決策區(qū)域Z1內(nèi)，應(yīng)滿足P1P(Z|H1)>P0P(Z|H0)；而在決策區(qū)域Z0內(nèi)，應(yīng)使P1P(Z|H1)<P0P(Z|H0)，即:決策函數(shù)決策閾值（2）最小費用測試C0—當(dāng)H1為真時被判為H0的代價，即漏檢的代價系數(shù)；C1—當(dāng)H0為真時被判為H1的代價，即虛警的代價系數(shù)。正確的決策將不受懲罰，定義Bayes系數(shù)：使Bayes系數(shù)最小，得到：這種方法與錯誤概率最小的測試方法的差別是門限值的不同。當(dāng)虛警代價系數(shù)C1較大時，門限大，從而PFA使較小；當(dāng)漏檢的代價系數(shù)C0較大時，門限值小，從而PM使小。Neyman-Person準(zhǔn)則

當(dāng)P0，P1，C0和C1不能確切知道，給定PFA后，尋找一種測試方法使PM最小。假設(shè)可以接受的虛警率PFA=α，則可以得到如下決策規(guī)則:T由下式?jīng)Q定：H0為真的條件下，似然比的概率密度函數(shù)多元假設(shè)測試假設(shè)有m（m>2）個可能性，即事物狀態(tài)中H0,H1,…,HM,每一種狀態(tài)的概率為是P1,P2,…PM先驗已知的，且根據(jù)Bayes規(guī)則，可求出給定觀測值H0,H1,…,HM時為真的條件概率為：若Z是連續(xù)分布，給定Hi為真的先驗條件概率密度為，則上式為Hi為真的后驗概率。多元假設(shè)的邏輯規(guī)則是使Hi為真的后驗概率最大，即：類似于二元假設(shè)決策的錯誤概率最小的測試，可以得到相應(yīng)決策規(guī)則例題設(shè)m=3，其中H0—無故障狀態(tài)假設(shè)；H1—第一故障狀態(tài)假設(shè)；H2—第二故障狀態(tài)假設(shè)，求決策規(guī)則。解：令

則：即：故障判斷區(qū)域序貫概率比測試對余差e進(jìn)行序貫觀測，設(shè)時刻tk的余差稱為ek。假設(shè)在以下兩種假設(shè)H0,H1間選擇.對第k次采樣值的對數(shù)似然函數(shù)為:對n次獨立采樣值的對數(shù)似然法為將λn與兩個邊界值A(chǔ)<0,B>0進(jìn)行比較，即判斷λn是否處于以下范圍內(nèi):其中：決策規(guī)則為：確定為H0繼續(xù)測試確定為H1如果ek為均值為a的正態(tài)分布：例題F-8的FBW:第一步：通過兩個相同傳感器的直接余度完成故障檢測；第二步：在雙余度傳感器的直接余度基礎(chǔ)上增加解析余度，進(jìn)行故障識別。系統(tǒng)重構(gòu)重新布局（靜態(tài)）重新構(gòu)造（動態(tài)）定義：余度系統(tǒng)故障時，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)入新工作結(jié)構(gòu)而采用的余度管理措施，稱為重構(gòu)。系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)充分利用系統(tǒng)的信號和資源，可以使系統(tǒng)獲得更高的可靠性和生存性。實際重構(gòu)結(jié)構(gòu)重新布局重新構(gòu)造（硬件重構(gòu)）控制率重構(gòu)偽逆法功能重構(gòu)

某型號驗證機(jī)故障模式及處理方法故障模式俯仰控制滾轉(zhuǎn)控制航向控制副翼單側(cè)故障平尾1.剩余一邊控制律改變2.平尾差動3.機(jī)動襟副翼差動方向舵雙副翼故障平尾1.平尾差動2.機(jī)動襟副翼差動方向舵平尾單側(cè)故障1.剩余一邊控制律改變2.副翼同動3.機(jī)動襟副翼同動副翼方向舵雙平尾故障1.副翼同動2.機(jī)動襟副翼同動副翼方向舵操縱面損壞故障狀態(tài)變量數(shù)目少于操縱面數(shù)目（m>n）正常：操縱面損壞F-8飛機(jī)數(shù)字式電傳操縱系統(tǒng)共有10個狀態(tài)變量：，共有13個雙余度傳感器：加速度傳感器（）,角速率傳感器（），姿態(tài)角陀螺（）和大氣數(shù)據(jù)傳感器（）。采用四種形式的解析余度，即轉(zhuǎn)動運動學(xué)關(guān)系、移動運動學(xué)關(guān)系、移動動力學(xué)關(guān)系和高度運動學(xué)關(guān)系。故障決策過程的選擇還應(yīng)考慮最