解析余度管理　　　　現(xiàn)代余度管理從硬件余度向綜合余度和解析余度管理發(fā)展。過(guò)去，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)是基于硬件余度(余度部件、余度系統(tǒng))而實(shí)現(xiàn)的，如三余度和四余度系統(tǒng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的表決邏輯來(lái)判斷故障。硬件余度(管理)(hardware redundancy)遇到的主要問(wèn)題是重量大、體積大、費(fèi)用高、飛行器承載能力小。同時(shí)“同類”余度系統(tǒng)具有相同的壽命周期，假如一個(gè)有故障可能其它也發(fā)生故障。但用“異類”余度系統(tǒng)又難以保證表決檢驗(yàn)的一致性。為了使整個(gè)系統(tǒng)可靠、安全，且提高容錯(cuò)系統(tǒng)可利用性，因此有必要研究新方法消除或減少硬件余度?！　　　∵M(jìn)入70年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及其計(jì)算能力、可靠性的提高，現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展，出現(xiàn)了以分析冗余(analytical redundancy)取代物理(硬件)冗余的余度可靠性設(shè)計(jì)和余度管理思想。首先在儀表故障檢測(cè)(IFD)中出現(xiàn)了這種新方式，其思想是用3個(gè)或以上不同類傳感器測(cè)量系統(tǒng)不同的變量，產(chǎn)生完全不同的信號(hào)，通過(guò)一復(fù)雜綜合比較邏輯來(lái)檢測(cè)傳感器故障。盡管是異類傳感器，但所有都是由系統(tǒng)中同一動(dòng)態(tài)狀態(tài)激勵(lì)的，因此具有某種功能關(guān)系。這種新方式初期稱為本質(zhì)余度(inherent redundancy)或功能余度(functional redundancy),以區(qū)別于物理余度或硬件余度。后來(lái)人們把它稱為分析余度或人工余度(artifical redundancy)。分析余度方式是一利用狀態(tài)估計(jì)、參數(shù)估計(jì)、自適應(yīng)濾波、變量閾值邏輯、統(tǒng)計(jì)決策理論和綜合邏輯的信號(hào)處理技術(shù)，可以在電子電路或計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。目前實(shí)施的余度管理方式還是一綜合方式，即包括硬件余度和解析余度。發(fā)展方向是分析余度。1971年Beard首次提出了故障檢測(cè)濾波器(FDF)概念，標(biāo)志著基于分析冗余(基于模型)故障診斷技術(shù)的誕生?！　　　?b>可信性系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　　　現(xiàn)代故障診斷是由于實(shí)施主動(dòng)(視情)維修策略和建立監(jiān)控系統(tǒng)的需要而發(fā)展起來(lái)的。由于現(xiàn)代機(jī)電自動(dòng)化及控制系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大、復(fù)雜性日益提高，以及系統(tǒng)投資的巨大，人們迫切需要提高機(jī)電自動(dòng)化及控制系統(tǒng)的可信性。因而有必要建立一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)監(jiān)督整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，不斷檢測(cè)系統(tǒng)的變化和故障信息，進(jìn)而采取必要的措施(如隔離和修復(fù)或改變控制率等)來(lái)防止故障的傳播和災(zāi)難性事故的發(fā)生。而其前提條件是具有在線實(shí)時(shí)可靠檢測(cè)和診斷故障的能力。因此故障診斷是實(shí)現(xiàn)可信性系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。可信性系統(tǒng)指集可靠性、有效性、可維修性和安全性為一體的系統(tǒng)。提高系統(tǒng)可信性的方法，即設(shè)計(jì)可信性系統(tǒng)的方法：①提高元部件本身的可靠性；②采用余度系統(tǒng)(部件)，如硬件、軟件和復(fù)合冗余結(jié)構(gòu)；③采用基于FDIA的容錯(cuò)和監(jiān)控等控制系統(tǒng)。　　最底層是控制層，功能是實(shí)現(xiàn)輸入輸出和各種控制率；中間層功能是檢測(cè)傳感器、驅(qū)動(dòng)器、控制回路和控制率中的故障狀態(tài)；最高層功能是狀態(tài)—事件邏輯，即接受來(lái)自檢測(cè)器的輸入并輸出執(zhí)行措施?！　　　』贔DIA的容錯(cuò)、監(jiān)控控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：①故障(失效)模態(tài)和影響分析(FMEA)；②影響嚴(yán)重度評(píng)價(jià)；③修復(fù)、補(bǔ)救措施推導(dǎo)；④故障修復(fù)設(shè)計(jì)(修正控制層、改變到另外控制模態(tài)、控制系統(tǒng)重構(gòu))；⑤逆FMEA過(guò)程；⑥系統(tǒng)建模(解析余度方法的故障檢測(cè)的基礎(chǔ))；⑦故障檢測(cè)器設(shè)計(jì)；⑧監(jiān)控系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)。　　　　魯棒故障診斷　　　　故障診斷的魯棒性是所有故障診斷理論、方法和系統(tǒng)所面臨的重要問(wèn)題。魯棒故障診斷(RFD)概念首次在基于模型的故障診斷方法中提出。目前能查到的魯棒故障診斷研究都是基于控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的。特別需指出的是在整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中，包括液壓系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)，還沒(méi)有見(jiàn)到魯棒故障診斷的研究報(bào)道?！　　　』谀Ｐ偷聂敯艄收显\斷研究始于80年代初。經(jīng)過(guò)十幾年的研究和發(fā)展，提出了不少方法，也進(jìn)行了一些應(yīng)用研究，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者也曾在RFD方面做過(guò)有益的研究。總的來(lái)說(shuō)，RFD還是一新研究方向，有待深入研究?！　　　』谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在這方面做了許多研究。雖然ANN在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上具有原則魯棒性，但其BP學(xué)習(xí)算法是非魯棒性的。就目前能查到的資料看，對(duì)魯棒學(xué)習(xí)算法的研究剛剛開始，提出BP算法的非魯棒性問(wèn)題和解決途徑，但還沒(méi)有有效的魯棒算法，對(duì)魯棒故障診斷的研究尚未見(jiàn)到文獻(xiàn)報(bào)道?！　　　FD是解決故障診斷實(shí)際應(yīng)用的有效途徑，是提高故障診斷系統(tǒng)性能指標(biāo)的有效方式，同時(shí)將產(chǎn)生新穎有效的故障診斷理論和方法?！　　　?b>將來(lái)的研究方向　　　　目前和今后的主要研究可歸納為以下幾個(gè)方面：①在線實(shí)時(shí)故障檢測(cè)算法；②本質(zhì)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的FD方法。主要研究獲取其狀態(tài)、參數(shù)的有效方法；③對(duì)模型誤差及不確定因素具有魯棒性的FD算法；④魯棒殘差發(fā)生器和魯棒(最優(yōu)、自適應(yīng))閾值的設(shè)計(jì)理論和方法；⑤對(duì)無(wú)先驗(yàn)知識(shí)時(shí)被監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化的檢測(cè)及識(shí)別；⑥實(shí)時(shí)FD專家系統(tǒng)的開發(fā)及與基于ANN方法、模型方法的FD方法的綜合；⑦智能故障檢測(cè)和診斷系統(tǒng)理論和方法的研究。自學(xué)習(xí)檢測(cè)系統(tǒng)；⑧以FDIA為核心的容錯(cuò)控制、監(jiān)控系統(tǒng)和可信性系統(tǒng)?！　　　?duì)故障檢測(cè)、診斷來(lái)說(shuō)，具體在以下方面需大力研究：①反饋系統(tǒng)(閉環(huán)系統(tǒng))中的故障診斷；②小幅值故障、軟性故障和早期故障的檢測(cè)；③執(zhí)行器、過(guò)程和傳感器中故障的診斷；④除突變性故障外的故障的早期預(yù)報(bào)，即預(yù)報(bào)診斷；⑤動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的在線實(shí)時(shí)故障檢測(cè)；⑥系統(tǒng)過(guò)渡(transient)過(guò)程檢測(cè)和過(guò)渡過(guò)程中的故障檢測(cè)；⑦動(dòng)態(tài)系統(tǒng)啟動(dòng)和結(jié)束過(guò)程中的故障檢測(cè)；⑧(魯棒、自適應(yīng))閾值選擇和確定。 　　作者：中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所 董選明 　　信息來(lái)源：《工程機(jī)械》