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首页2011年非高斯随机系统故障诊断新方法:熵优化与容错控制
本文主要探讨了2011年发表的一篇关于熵在随机系统故障诊断和容错控制中的应用的论文。作者王爱平和王宏分别来自安徽大学计算机科学与技术学院和东北大学流程工业自动化国家重点实验室。长期以来,随机动态系统的故障诊断和容错控制是控制理论和工程应用中的核心课题,其目标是设计出高效的故障检测方法,使得残余信号的方差达到最小,这通常适用于残差信号服从高斯分布或具有对称概率密度函数的情况。 然而,对于非高斯型残差,仅仅依赖于残差信号的方差来衡量不确定性是不充分的。论文提出了一种创新的方法,即通过优化故障诊断过程中的残差信号熵以及故障状态下闭环控制系统跟踪误差的熵,来处理这种非高斯情况。熵被引入作为度量不确定性和复杂性的工具,因为它能够更好地反映残差信号的复杂性,从而提供更全面的故障诊断评估。 熵的概念在此被用来增强故障诊断的鲁棒性,使得系统能够识别并适应各种类型的故障,包括那些非线性和非高斯的故障模式。通过最小化熵,该算法不仅提高了故障诊断的准确性,还提高了容错控制的有效性,确保了系统在面对未知或异常条件时仍能保持稳定性能。 这篇论文的关键词包括随机动态系统、故障诊断、容错控制和熵,反映出作者对这些领域的深入理解和研究。整体上,文章对随机系统中熵的应用提供了新的视角和实践策略,对于提高复杂动态系统运行的可靠性和稳定性具有重要的理论价值和实际意义。
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2011
年
9
月
第
18
卷第
5
期
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18
,
No.
5
文章编号:
1671-7848
(2011)
05
-0
655
-0
5
摘在随机系统故障诊断和容错控制中的应用
王爱平王宏
2
(1.安徽大学计算机科学与技术学院,安徽合肥
230039;
2.
东北大学流程工业自动化国家重点实验室,辽宁沈阳
110819
)
摘
要:长期以来,关于随机动态系统的故障诊断和容错控制的研究一直是控制理论和
应用的重妥领域之一。随机控制系统故障诊断的目标是建立有效的故障估计算法以使残差信
号方差最小。这种方法仅适用于高斯型残差或者具有对称分布的概率密度函数的残差。然而,
对非高斯残差而言,仅使用残差信号的方差不能够全面表示残差的不确定性。针对非高斯随
机动态控制系统提出了新的故障诊断和容错控制算法,以使故障诊断中残差信号的煽极小化,
同时极小化故障状态下闭坏控制系统跟踪误差的婿。
关键词:随机动态系统;故障诊断;容错控制;煽
中图分类号
TP
273
文献标识码
A
On the Applications of Entropy Concept in
the
Fault
Diagnosis
and
Tolerant Control for Stochastic Systems
WANG
Ai-ping
l
,
WANG
Honi
(1.
The
Institute
of
Computer
Science
and
Technology
,
Anhui
University
,
Hefei
230039 , China;
2.
The
Key
State
Lab
orabory
of
Integrated
Automation
for
Process
Industries , Northeastem
University
,
Shenyang
110819 , China)
Abstract:
Over the past decades , fault diagnosis and fault tolerant control for dynamic stochastic systems have always
been
one of the
important areas of research in control theory and applications.
Th
e purpose of fault diagnosis is to obtain
e
旺
ective
fault estimation algo-
rithm so that the variance of the residual signals is minimized. Such methods only applicable to Gaussian residuals or
the
residuals whose
probability density functions are of a symetrical distribution shape. However
, for non-Gaussian residuals , the embedded uncertainties
cannot be fully described by only using their variances. This
paper
proposes a novel preliminary methodology on fault diagnosis and tol-
erant control for non-Gaussian dynamic stochastic systems
, where the
idea
is to ensure that the entropy of residual signals for fault diag-
nosis
and
the entropy of the closed loop tracking errors are all minimized when the system is subjected to faults.
Key
words:
dynamic stochastic systems; fault diagnosis; fault tolerant control; entropy
1
引
随着对工业过程运行可靠性要求的不断提高,
故障诊断和容错控制越来越成为控制系统不可分割
的一个重要组成部分。关于这方面的研究已进行了
近三十年,其中,主要研究是针对确定性系统来进
行的。然而在实际系统中存在各种各样的随机干
扰,而系统的描述也应该以采用各种随机模型作为
故障诊断和容错控制的出发点。
为了提高实际随机控制系统的可靠性,长期以
来,关于随机动态系统的故障诊断和容错控制的研
究一直是控制理论和应用的重要领域之一
[1
礼物
-51]
。
为了实现有效的容错控制,首先进行的应该是故障
诊断。在过去的研究中,已经产生了许多有效的故
障诊断和容错控制方法[
4
-6]。
2
随机系统故障诊断与容错控制
就随机系统而言,故障诊断方法可以大致分为
以下
3
类:
①基于参数辨识的故障诊断,这类方法主要针
对模型未知的随机输入输出动态系统
[2]
来设计故障
诊断方法。②基于各种滤波器的故障诊断方法
[8]
。
③随机系统和信号的异常变化检测
[9-10]
。
一旦系统的故障得以诊断,就可以在故障诊断
的基础上实现有效的容错控制。在容错控制的实现
中,可以采用根据故障诊断结果直接调整控制器参
数的方法,来保证闭环系统在发生故障时仍能够正
常运行。这一类型的容错控制被称之为被动容错控
制,它主要应用于故障不很严重的系统中,如传感
器参数非正常的漂移等。另一类容错控制的主要实
收稿目期:
2011
-0
8-27;
收修定稿日期:
2011
-0
8-29
基金项目:国家自然科学基金资助
(61074071
)
作者简介:王爱平(1
956-)
,女,甘肃庆阳人,教授,主要从事应用数学和计算机应用等方面的教学与科研工作;王
宏(1
960-)
,男,
教授,博士生导师。
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