基于观测器的故障诊断技术：核心问题与工具解析

"基于模型的故障诊断技术-第2章主要介绍了基于观测器的故障检测与隔离(FDI)方法的基本思想、主要问题和工具。章节涵盖了残差生成器的结构、未知输入的解耦、鲁棒性问题、等价空间FDI方法以及残差估计和阀值计算。" 在故障诊断领域，基于观测器的FDI技术是一种关键方法。第2章首先概述了这种方法的历史发展，特别提到了Beard和Jones的工作，他们的贡献在于将观测器原理引入到残差生成中，为FDI提供了理论基础。基于观测器的FDI技术与先进控制理论相融合，成为控制理论与工程领域的热点研究方向。 观测器在FDI中的角色是生成能够指示系统异常的残差信号。设计一个基于观测器的残差生成器类似于设计观测器，主要包括观测器/残差生成器设计、降维观测器设计和最小维观测器设计。线性系统原理和线性观测器理论是解决这些问题的关键工具，特别是通过求解Luenberger方程。 系统可观性是状态观测器设计的基础，但在早期的FDI技术中，人们容易混淆诊断观测器与状态观测器。诊断观测器并不总是需要完全的状态可观性，其主要关注的是输出观测，而非控制所需的内部状态估计。此外，理解观测器在FDI系统中的作用也很重要，它不仅仅是一个简单的状态估计器，而是用于检测和隔离故障的工具。 本章还探讨了基于观测器的FDI方法的鲁棒性问题，这是因为在实际系统中，模型不确定性、噪声和未知输入都会影响故障诊断的准确性。为了确保诊断的可靠性，必须考虑这些因素并设计鲁棒的残差生成器。 等价空间FDI方法则提供了一种处理复杂系统故障诊断的方法，通过转换到一个等价空间，可以简化故障检测和隔离的复杂性。同时，残差估计和阀值计算是决定诊断系统能否正确触发报警的关键，合理的残差计算和阈值设定能确保系统对真实故障敏感，同时减少误报警的发生。 第2章详细阐述了基于观测器的FDI方法的核心概念和技术，为后续章节深入讨论故障诊断的算法和工具奠定了基础。