Page 241 - 当代控制理论及应用技术概论

第六章 故障诊断与容错控制研究

（2）基于状态估计的故障诊断方法
基于状态估计的故障诊断方法的基本思想是由于系统被控过程的状态直接
反映出的是系统的状态，因此只需估计出系统的状态并结合适当的模型即可对被
控对象进行故障诊断。这种方法首先利用系统的解析模型和可测信息，重构系统
的被控过程，构造残差序列，残差序列中包含丰富的故障信息，再对残差进行分

析处理，从而实现故障的检测与诊断。主要有三种基本方法：Beard 首先提出故
障诊断检测滤波器的方法；Mehra 和 Peschon 提出了基于 Kalman 滤波的方法；
Massoumnia 提出的广义一致空间法。在实际应用中，由于系统越来越复杂，很难

建立十分精确的数学模型。目前研究较为广泛的是将模型参考自适应的思想引入
状态估计中，从而提高系统鲁棒性。
2. 基于信号处理的故障诊断方法
基于信号处理的故障诊断方法，通常是利用信号模型，如相关函数、频谱、
自回归滑动平均、小波变换等，直接分析可测信号，提取诸如方差、幅值、频率

等特征值，从而检测出故障，不需要精确的解析模型，有很强的适应性。
（1）基于输出信号处理的故障诊断法
基于输出信号处理的故障诊断法的基本思路是系统的输出（幅值、相位、

频率等）和故障存在着一定的联系，可以通过数学的方法（频谱分析）进行描述。
当发生故障时，可以通过系统的输出分析出故障发生的位置及其严重程度。常用
的有：将时域信号变换至频域加以分析的方法称为频谱分析的频谱分析法；研究
现象之间是否存在某种依存关系，并对具体有依存关系的现象探讨其相关方向以
及相关程度的先关分析法等。

（2）基于小波变换的故障诊断法
小波变换属于时频分析的一种，是一种新型信号处理方法，是一种信号的
时间 - 尺度（时间 - 频率）分析方法，具有多分辨率分析的特点，而且在时频两

域都具有表征信号局部特征的能力，是一种窗口大小固定不变，但其形状可改变，
时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法。基本思路是首先对一系统的
输入输出信号进行小波变换，利用该变换求出输入输出信号的奇异点。然后去除
由于输入突变引起的极值点，则其余的极值点对应于系统的故障。
目前国内已经有所研究应用的基于小波变换的故障诊断方法主要有三种：

利用观测信号的奇异性进行故障诊断；利用观测信号频率结构的变化进行故障诊

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