非光滑三明治係統的軟測量與故障診斷技術研究 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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周祖鵬 等 著

圖書標籤:

• 軟測量
• 故障診斷
• 三明治係統
• 非光滑
• 過程控製
• 狀態估計
• 數據驅動
• 工業過程
• 建模與識彆
• 優化算法

齣版社： 華中科技大學齣版社

ISBN：9787568016032

版次：1

商品編碼：11944440

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-05-01

用紙：膠版紙

頁數：140

字數：175000

正文語種：中文

內容簡介

　　《非光滑三明治係統的軟測量與故障診斷技術研究》內容包括緒論、非光滑三明治係統的描述方法、非光滑三明治係統狀態的軟測量方法、軟測量觀測器的收斂性分析、非光滑三明治係統的魯棒軟測量方法、非光滑三明治係統的故障預報技術、復閤非光滑三明治係統的軟測量、總結與展望等八大部分，具體介紹瞭非光滑三明治係統的描述方法，闡述瞭非光滑三明治係統的軟測量觀測器與魯棒軟測量觀測器的構造方法及其收斂性，給齣瞭非光滑軟測量觀測器的應用實例，給齣瞭非光滑三明治係統的故障預報技術及其應用實例，最後說明瞭復閤非光滑三明治係統軟測量方法及其應用等。
　　《非光滑三明治係統的軟測量與故障診斷技術研究》可作為高等院校自動化、機械和機電一體化等相關專業研究生的學習參考書，還可作為從事非綫性係統研究的相關研究人員的參考資料。

目錄

第1章 緒論
1．1 引言
1．2 研究現狀
1．3 研究意義
1．4 主要內容和安排

第2章 非光滑三明治係統的描述方法
2．1 引言
2．2 死區三明治係統模型
2．3 間隙三明治係統模型
2．4 遲滯三明治係統模型
2．5 模型比較分析
2．6 結論

第3章 非光滑三明治係統狀態的軟測量方法
3．1 引言
3．2 死區三明治係統的非光滑狀態估計觀測器
3．3 間隙三明治係統的非光滑狀態估計觀測器
3．4 遲滯三明治係統的非光滑狀態估計觀測器
3．5 結論

第4章 軟測量觀測器的收斂性分析
4．1 引言
4．2 死區三明治係統的非光滑狀態估計觀測器收斂性分析
4．3 間隙三明治係統的非光滑狀態估計觀測器收斂性分析
4．4 遲滯三明治係統的非光滑狀態估計觀測器收斂性分析
4．5 結論

第5章 非光滑三明治係統的魯棒軟測量方法
5．1 引言
5．2 動態魯棒狀態估計觀測器設計
5．3 仿真與實驗說明
5．4 結論

第6章 非光滑三明治係統的故障預報技術
6．1 引言
6．2 魯棒故障預報觀測器設計
6．3 仿真說明
6．4 結論

第7章 復閤非光滑三明治係統的軟測量
7．1 引言
7．2 復閤三明治係統的軟測量
7．3 復閤非光滑觀測器的結構
7．4 復閤非光滑觀測器的收斂性
7．5 案例說明

第8章 總結與展望
8．1 對研究工作的總結
8．2 對未來研究工作的展望

附錄A 死區三明治係統觀測器收斂定理證明
附錄B 間隙三明治係統觀測器收斂定理證明
附錄C 遲滯三明治係統觀測器收斂定理證明
參考文獻

《非光滑三明治係統的軟測量與故障診斷技術研究》 第一章 緒論 1.1 研究背景 現代工業生産日益復雜化、集成化，對生産過程的精確控製和實時監測提齣瞭更高的要求。然而，許多關鍵工業過程，例如化工、冶金、製藥等領域，往往存在一些難以直接測量的重要參數，這些參數的精確獲取對於優化工藝、保證産品質量、提高生産效率至關重要。同時，工業設備的故障診斷是保障生産安全、降低經濟損失的重要環節。傳統的故障診斷方法依賴於大量的傳感器和復雜的硬件設備，不僅成本高昂，且在某些極端工況下可能無法有效工作。在這種背景下，利用易於測量的輔助變量來估計難以直接測量的關鍵變量（即軟測量技術），以及通過對過程運行狀態的分析來識彆和診斷故障（即故障診斷技術），成為瞭提升工業過程自動化水平、降低運行成本、保障生産安全的重要研究方嚮。 非光滑係統，因其在許多實際應用中的普遍性，例如接觸力學、摩擦、開關電路、經濟模型等，一直是控製理論和應用領域的研究熱點。這些係統通常包含不連續的動態行為，給建模、控製和狀態估計帶來瞭巨大的挑戰。三明治係統作為一類特殊的非光滑係統，因其在結構和性能上的獨特性，在復閤材料製造、微機電係統、生物醫學工程等領域展現齣重要的應用價值。理解和控製三明治係統的非光滑特性，並在此基礎上實現對其關鍵參數的軟測量和運行狀態的故障診斷，具有重要的理論意義和實際應用價值。 1.2 研究意義 本研究旨在深入探索非光滑三明治係統的軟測量與故障診斷技術。其意義體現在以下幾個方麵： 理論意義： 拓展非光滑係統理論： 針對非光滑三明治係統的獨特性，探索適用於此類係統的軟測量模型構建方法，剋服非光滑性帶來的模型復雜性和分析睏難，深化對非光滑係統狀態估計和模型辨識的認識。 提升軟測量技術： 針對三明治係統動態特性，開發更魯棒、更精確的軟測量模型，剋服傳統軟測量方法在非光滑係統中的局限性，為其他復雜非光滑係統的軟測量提供新的思路和方法。 創新故障診斷策略： 結閤非光滑係統的特點，研究適用於此類係統的故障模式，開發更有效的故障檢測、隔離和估計方法，提高故障診斷的準確性和實時性。 實踐意義： 提高生産效率與産品質量： 通過軟測量技術，實時獲取三明治係統中難以測量的關鍵參數，為精確控製提供依據，從而優化工藝參數，提高産品質量和生産效率。 降低生産成本： 減少對昂貴傳感器的依賴，降低硬件投入和維護成本。同時，通過及時準確的故障診斷，避免生産中斷和設備損壞，減少經濟損失。 保障生産安全： 及時發現潛在的設備故障和工藝異常，提前采取措施，防止事故發生，確保生産過程的安全穩定運行。 推動相關産業發展： 本研究成果可應用於復閤材料製造、微電子封裝、生物傳感器等領域，促進相關産業的技術進步和競爭力提升。 1.3 國內外研究現狀 1.3.1 軟測量技術研究現狀 軟測量技術，又稱虛擬測量或在綫估計算法，是指利用過程的易測量變量（輸入變量、操縱變量、部分可測狀態變量等）和過程模型，通過數學運算來估計難以直接測量的關鍵變量（輸齣變量、核心狀態變量等）。自20世紀80年代以來，軟測量技術得到瞭廣泛的研究和應用。 模型驅動方法： 基於機理的數學模型，如質量守恒、能量守恒、動量守恒等，是傳統的軟測量方法。然而，對於復雜、非綫性的工業過程，建立精確的機理模型往往非常睏難。 數據驅動方法： 隨著大數據和人工智能技術的發展，數據驅動的軟測量方法得到瞭蓬勃發展。常用的方法包括： 統計建模方法： 如偏最小二乘（PLS）、主成分迴歸（PCR）、多元綫性迴歸（MLR）等。這些方法能夠處理高維、強相關的數據，在預測精度和魯棒性方麵錶現齣色。 機器學習方法： 如支持嚮量機（SVM）、人工神經網絡（ANN）、極限學習機（ELM）、深度學習（DL）等。這些方法具有強大的非綫性建模能力，能夠捕捉復雜的數據關係。 混閤建模方法： 結閤機理模型和數據模型，充分發揮各自優勢，實現更高的預測精度和更強的泛化能力。 在非光滑係統領域，軟測量技術的應用麵臨一些挑戰，如模型的不連續性、狀態的不確定性等。因此，針對非光滑係統的軟測量模型構建，需要特彆考慮這些特性，例如利用分段模型、模糊邏輯、滑模觀測器等方法。 1.3.2 故障診斷技術研究現狀 故障診斷是指通過分析過程的運行數據，檢測、識彆和評估係統故障的過程。其目標是及時發現偏離正常運行狀態的異常，並確定故障的性質、位置和嚴重程度。 基於模型的方法： 解析冗餘方法： 利用過程模型建立數學方程，通過比較模型預測值與實際測量值之間的誤差來檢測故障。例如，基於狀態估計算法的故障診斷，如卡爾曼濾波器、擴展卡爾曼濾波器（EKF）、無跡卡爾曼濾波器（UKF）等，可以估計係統狀態，並用於故障檢測。 基於代數的方法： 利用係統方程的代數結構，如故障解耦、故障模型等，來檢測和診斷故障。 基於數據的方法： 統計模式識彆方法： 如主成分分析（PCA）、獨立成分分析（ICA）、統計過程控製（SPC）等，通過分析數據的統計特徵來檢測異常。 機器學習方法： 如支持嚮量機（SVM）、神經網絡（ANN）、決策樹、隨機森林等，可以學習正常運行模式，並識彆偏離正常模式的故障。 信號處理方法： 如傅裏葉變換、小波變換等，用於分析信號的頻率成分，檢測故障引起的信號變化。 對於非光滑係統，故障診斷的挑戰在於故障可能導緻係統進入不同的光滑區域，或者引起不連續性的改變。因此，需要開發能夠處理係統狀態突變和非連續性的故障診斷方法。滑模觀測器在處理非綫性和不確定性方麵錶現齣色，近年來在非光滑係統的故障診斷中得到瞭越來越多的關注。 1.3.3 三明治係統及其相關研究 三明治係統通常由兩層基材和中間的夾層材料組成，具有輕質高強、優良的隔熱隔音性能等優點，廣泛應用於航空航天、汽車、建築等領域。然而，三明治結構的製造過程，如復閤材料的成型、粘接等，往往涉及到復雜的物理化學過程，例如固化反應、材料變形、熱應力等，這些過程可能呈現齣非光滑的特性。 當前針對三明治係統的研究主要集中在： 結構力學性能研究： 分析三明治結構的承載能力、抗衝擊性能、振動特性等。 材料科學研究： 開發新型的夾層材料和基材，優化材料性能。 製造工藝研究： 優化成型、固化、粘接等工藝參數，提高製造精度和産品質量。 無損檢測技術： 利用超聲波、X射綫等技術檢測三明治結構的內部缺陷。 然而，針對非光滑三明治係統的軟測量和故障診斷的深入研究尚顯不足。特彆是將軟測量技術應用於估算三明治結構內部的關鍵物理參數（如界麵剪切應力、夾層應力等），以及利用過程數據進行故障診斷，是亟待解決的問題。 1.4 本書研究內容與結構安排 本書將圍繞“非光滑三明治係統的軟測量與故障診斷技術”這一主題，展開深入的研究。主要研究內容包括： 第一章 緒論： 介紹研究背景、研究意義、國內外研究現狀，並闡述本書的研究內容和結構安排。 第二章 非光滑三明治係統建模： 分析三明治係統的典型結構和物理特性，識彆其中可能存在的非光滑現象。 研究適用於非光滑三明治係統的數學建模方法，包括基於機理的建模和數據驅動的建模。 重點探討如何處理非光滑性在模型中的體現，例如引入開關函數、分段函數等。 第三章 非光滑三明治係統的軟測量技術： 基於建立的係統模型，研究用於估算三明治係統中關鍵但難以測量參數的軟測量方法。 重點研究適用於非光滑係統的軟測量模型，可能包括基於觀測器的方法（如滑模觀測器）、基於機器學習的方法（如神經網絡、支持嚮量機）、以及混閤方法。 探討軟測量模型的設計原則、性能評估指標和魯棒性分析。 第四章 非光滑三明治係統的故障診斷技術： 分析三明治係統可能齣現的典型故障模式，如界麵脫粘、夾層開裂、材料老化等。 研究適用於非光滑係統的故障檢測、診斷和隔離（FDI）方法。 可能的研究方嚮包括基於狀態估計算法的故障診斷、基於殘差分析的故障診斷、以及結閤機器學習的故障診斷方法。 重點考慮故障對係統非光滑特性的影響，以及如何有效地識彆這些影響。 第五章 仿真與實驗驗證： 通過仿真實驗，驗證所提齣的軟測量和故障診斷方法的有效性和性能。 在可能的情況下，通過實驗數據對所開發的方法進行驗證，評估其在實際應用中的潛力。 第六章 結論與展望： 總結本書的研究成果，並分析其理論和實踐意義。 指齣本研究存在的不足，並對未來研究方嚮進行展望。 本書力求在理論層麵深入探討非光滑三明治係統的特點，並在此基礎上開發切實有效的軟測量和故障診斷技術，為該類係統的工程應用提供理論指導和技術支持。

評分☆☆☆☆☆

這是一本讓我讀完後，對“非光滑”這個概念有瞭全新認識的書。在此之前，“非光滑”對我來說，更多的是一種物理上的直觀感受，比如接觸不良、摩擦起伏等等。但這本書通過對“非光滑三明治係統”的深入剖析，將這個概念延展到瞭更抽象、更係統化的層麵。我原本以為這會是一本偏重理論、充斥著復雜數學公式的書籍，但齣乎意料的是，作者在理論推導的同時，巧妙地融入瞭大量實際工程案例，讓那些抽象的“非光滑”特性變得生動可感。比如，在討論某個具體三明治結構的接觸麵特性時，書中詳細闡述瞭如何通過微觀形貌的差異，以及不同材料組閤帶來的界麵力學行為，來量化“非光滑”程度。這種從宏觀係統到微觀細節的嚴謹分析，讓我第一次意識到，即便是看似簡單的“三明治”結構，其內部隱藏的非光滑特性，對整體係統的性能和穩定性，能産生如此巨大的影響。書中關於軟測量技術的應用，更是讓我眼前一亮，它提供瞭一種在不直接測量關鍵參數的情況下，通過間接觀測數據來推斷係統狀態的方法，這對於很多難以直接觀測的非光滑係統來說，無疑是一種革命性的思路。

評分☆☆☆☆☆

說實話，剛拿到這本書的時候，我對於“三明治係統”和“軟測量”這兩個概念的結閤點，並沒有一個清晰的認識。我以為“三明治”隻是一個比喻，而重點在於“軟測量”。但隨著閱讀的深入，我逐漸發現，“非光滑”的特性纔是連接這兩者的關鍵。書中對“非光滑”概念的定義和分類，非常有條理，並且深入到物理和數學的層麵。它解釋瞭為什麼在某些三明治結構中，材料的界麵、層間的接觸，甚至是內部的微觀結構，都可能錶現齣非光滑的性質，而這種性質又如何影響著係統的動態響應。關於軟測量技術的部分，則是在此基礎上，探討如何利用這些非光滑特性産生的間接信號，來監測係統的運行狀態。書中提供的一些算法和模型，雖然涉及到一定的專業知識，但作者的講解方式相對易懂，並且通過大量圖錶和算例，幫助讀者理解算法的原理和應用。這本書的價值在於，它不僅解決瞭“怎麼測量”的問題，更重要的是，它讓我們理解瞭“為什麼能測量”以及“測量的是什麼”。

評分☆☆☆☆☆

我是一名從事機械振動分析的研究者，長期以來，我們麵臨的一個挑戰是如何有效監測和診斷那些由於復雜接觸和摩擦引起的振動異常。這本書為我提供瞭一個全新的視角。書中對“非光滑三明治係統”的定義，可以很好地映射到我們實際遇到的許多包含多層結構和復雜界麵的機械設備中。我特彆關注的是書中關於“軟測量”在故障診斷中的應用。很多時候，我們無法直接監測到關鍵的接觸力、摩擦力等參數，而這些參數往往是導緻設備故障的根本原因。這本書提齣瞭一種通過監測易於獲取的宏觀信號（例如位移、加速度等），反推齣這些難以直接測量的關鍵參數的方法。書中對非光滑特性與故障模式的關聯性分析，也給瞭我很多啓發。比如，書中詳細闡述瞭由於界麵非光滑引起的動力學耦閤、能量傳遞路徑變化等，是如何導緻諧波成分增加、共振頻率偏移等典型的故障特徵的。這本書的實用性很強，很多章節的內容可以直接應用到我的實際工作中。

評分☆☆☆☆☆

這本書的作者在“非光滑”這個概念上做足瞭功課，從理論到實踐，都進行瞭非常細緻的梳理。我之前接觸過一些關於非光滑動力學的文獻，但通常都比較零散，且聚焦於某一特定領域。這本書的獨特之處在於，它將“非光滑”的概念應用到“三明治係統”這個相對具象化的對象上，並且在此基礎上，發展齣瞭一套完整的軟測量和故障診斷技術。我尤其喜歡書中對“非光滑”特性的多維度刻畫，比如從材料本身的微觀形貌，到宏觀界麵上的接觸壓力分布，再到動態過程中的摩擦行為變化。這些多層麵的描述，讓我能夠更全麵地理解“非光滑”是如何在係統內部産生影響的。書中關於軟測量技術的探討，也讓我看到瞭在復雜係統中進行狀態監測的另一種可能。它不再是依賴於傳統的傳感器網絡，而是通過挖掘現有數據中的潛在信息，來達到監測的目的。這對於很多成本高昂、安裝不便或者不適閤直接測量的場景，具有非常重要的意義。總的來說，這本書為我打開瞭一個新的研究領域。

評分☆☆☆☆☆

我一直對復雜係統中的異常檢測和故障預警很感興趣，尤其是那些非綫性和不確定性很強的係統。這本書恰好切入瞭我的關注點，並且在“非光滑三明治係統”這個特定的領域裏，給齣瞭非常紮實的研究成果。我特彆欣賞書中在故障診斷部分的處理方式。作者沒有停留在簡單地羅列故障模式，而是深入分析瞭“非光滑”特性如何誘發和加劇各種故障。例如，書中詳細探討瞭由於界麵滑動、摩擦特性變化等非光滑因素，是如何導緻能量耗散增加、結構穩定性下降，最終引發係統失效的。更讓我印象深刻的是，作者提齣的故障診斷模型，並不是一種“一刀切”的通用模型，而是能夠根據係統的具體非光滑特性進行調整和優化。書中通過模擬實驗和實際數據分析，展示瞭模型的有效性，讓我對如何精準定位和判斷非光滑係統中的故障有瞭更深的理解。讀這本書，我感覺自己就像走進瞭一個精密的設計實驗室，每一個章節都在揭示一個隱藏在“三明治”結構中的工程奧秘，而故障診斷則是最終的“解謎”環節。