16、混合系统的故障诊断与隔离

混合系统的故障诊断与隔离

1. 引言

混合系统在商业和工业的许多领域中出现，例如交互式分布式模拟、交通控制、工厂过程控制、军事指挥与控制、飞机和机器人设计以及路径规划。随着混合系统的广泛应用，确保其可靠性与安全性变得尤为重要。故障诊断与隔离是保障混合系统可靠运行的关键技术，旨在检测和识别系统中的故障，并采取措施防止故障扩散，确保系统的正常运作。

2. 故障检测的方法和技术

故障检测是故障诊断的第一步，其目标是及时发现系统中的异常行为。常见的故障检测方法包括基于模型的方法、基于信号处理的方法和基于人工智能的方法。

2.1 基于模型的方法

基于模型的方法利用系统模型和观测数据之间的差异来检测故障。具体来说，这些方法包括但不限于：

• 残差生成 ：通过比较系统模型的预测输出与实际输出，生成残差信号。当残差超出预定阈值时，触发故障报警。
• 观测器设计 ：设计观测器来估计系统的内部状态。当估计状态与实际状态之间的差异超出阈值时，表明可能存在故障。

2.2 基于信号处理的方法

基于信号处理的方法通过对系统信号进行分析，识别异常模式。这些方法包括：

• 频谱分析 ：利用傅里叶变换等工具，将时域信号转换为频域信号，识别异常频率成分。
• 小波变换 ：小波变换能够捕捉信号中的瞬态变化，有助于检测短时故障。

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