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 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

店鋪： 智博天恒圖書專營店

齣版社： 華中科技大學齣版社

ISBN：9787568016032

商品編碼：29361998808

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2016-06-01

圖書基本信息
圖書名稱	非光滑三明治係統的軟測量與故障診斷技術研究
作者	周祖鵬
定價	35.00元
齣版社	華中科技大學齣版社
ISBN	9787568016032
齣版日期	2016-06-01
字數
頁碼
版次	1
裝幀	平裝-膠訂
開本	16開
商品重量	0.4Kg

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，*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。

作者簡介

周祖鵬，廣西桂林人，1977年12月生。2000年畢業於湖南大學汽車與拖拉機專業，獲學士學位。2006年畢業於桂林電子科技大學機械電子工程專業，獲碩士學位。自2012年12月畢業於西安電子科技大學電子工程學院信號與信息處理專業，師從譚永紅教授。2013年分彆在美國華盛頓州立大學和意大利巴西利卡塔大學開展博士後研究工作。 代錶性成果及經曆：自2007年起，申請發明6項，獲得實用新型8項；在核心以上級彆期刊發錶論文20餘篇，其中SCI收錄論文4篇，EI收錄論文10餘篇。在核心刊物《控製理論與應用》上發錶研究論文4篇，在國際SCI收錄期刊Measurement上發錶論文1篇，在國際SCI收錄期刊International Jounal of Applied Electromagics and Mechanics上發錶論文2篇。在國際SCI收錄期刊Fuel上發錶論文1篇。

目錄

編輯推薦

作者根據多年來在這個領域的研究，特彆針對工業中廣泛存在的非光滑三明治係統進行瞭詳細的闡述。首先，采用切換函數和切換項構建非光滑狀態空間方程來描述非光滑三明治係統。其次，巧妙地構造能隨係統工作區間變化而自動切換的非光滑觀測器對該類係統進行狀態估計和軟測量。再次，考慮乾擾和噪聲等實際工作狀態，構建瞭魯棒狀態觀測器對係統進行魯棒狀態估計，特彆是提齣的廣義乾擾的概念成功解決瞭這類係統的魯棒軟測量問題。*後，利用魯棒故障預報觀測器實現瞭對這類係統的準確故障預報，為今後這類係統的故障診斷奠定瞭重要基礎。

文摘

序言

現代復雜係統運行保障：非光滑三明治係統的軟測量與故障診斷技術研究 引言 在現代工業生産和工程實踐中，許多關鍵係統都錶現齣“非光滑”特性。與理想的、連續變化的係統不同，非光滑係統在某些操作點或特定條件下，其狀態變量或係統動力學可能會發生突變，錶現齣非連續性、跳躍性或分段性。這類係統在諸如機械動力學、材料加工、生物醫學工程、航空航天以及能源管理等諸多領域都廣泛存在。例如，開關觸點的接通與斷開、摩擦力的突變、相變過程、材料的屈服與斷裂、手術器械的精細操作等，都屬於非光滑現象。 然而，許多非光滑係統往往難以直接安裝傳感器來實時、精確地測量所有關鍵狀態變量。這可能是由於成本限製、空間約束、惡劣環境、測量原理的局限性，甚至某些變量本身就難以直接量化。同時，這些復雜係統在運行過程中，由於各種外部乾擾、內部老化、參數漂移以及設計缺陷等因素，都可能引發故障，威脅係統的安全穩定運行。一旦發生故障，輕則導緻生産效率下降、産品質量不穩定，重則可能引發設備損壞、人員傷亡，甚至造成環境汙染和重大的經濟損失。因此，針對這些難以直接測量的非光滑係統，發展有效的軟測量和故障診斷技術，已成為保障其運行安全、提高運行效率和可靠性的關鍵課題。 本書《非光滑三明治係統的軟測量與故障診斷技術研究》正是聚焦於這一重要且具有挑戰性的科學與工程問題。我們將深入探討非光滑三明治係統（此處“三明治”為一種比喻，泛指包含多個層級、界麵或耦閤機製的復雜係統，其非光滑特性可能體現在層級之間的交互、界麵上的突變或耦閤機製的切換等）的特性，並在此基礎上，提齣創新的軟測量方法，以間接估計關鍵的、難以直接測量的狀態變量。進而，我們將利用這些軟測量的結果，結閤先進的故障診斷技術，實現對係統運行狀態的實時監測和潛在故障的早期預警與精確診斷。 第一部分：非光滑係統理論基礎與建模 在深入探討軟測量與故障診斷技術之前，理解非光滑係統的內在機理至關重要。本部分將從理論層麵入手，為後續的研究奠定堅實基礎。 1.1 非光滑係統的定義與分類： 我們將首先界定非光滑係統的概念，並對其進行詳細的分類。這包括但不限於： 基於狀態變量突變的非光滑性： 例如，具有閾值效應、滯後現象、碰撞動力學等。 基於係統結構或參數的非光滑性： 例如，開關係統、切換係統、接觸動力學等。 基於激勵或反饋的非光滑性： 例如，受限控製、死區控製等。 我們將通過大量典型的工程實例，清晰地闡述這些分類及其在實際係統中的體現。 1.2 非光滑係統的數學建模方法： 針對非光滑係統的特性，傳統的連續係統建模方法往往難以適用。本部分將重點介紹幾種適用於非光滑係統的建模方法： 分段連續模型： 將係統分解為若乾個在不同區域內呈連續變化的子係統，並在邊界處處理其間的跳變關係。 混閤模型（Hybrid Systems）： 結閤連續動態和離散事件（如狀態切換、邏輯規則）的數學框架。 張力梁模型（Complementarity Problems）： 特彆適用於處理接觸、約束等問題，如摩擦力、碰撞力等。 微分包含（Differential Inclusions）： 作為一種更具普適性的方法，能夠描述具有不確定性或多值映射的非光滑動態。 我們將討論各種建模方法的優缺點，以及它們在不同類型非光滑係統中的適用性。 1.3 “三明治”結構係統的非光滑特性分析： 本節將聚焦於本書研究的核心對象——“非光滑三明治係統”。我們將深入分析其“三明治”結構所帶來的特定非光滑性，例如： 多層耦閤的非綫性交互： 各層級之間的非綫性關係以及耦閤點的突變。 界麵處的接觸與分離： 物理界麵上的接觸力、摩擦力、能量傳遞的非連續性。 不同工作模式的切換： 係統在不同模式下動力學特性的突然變化。 我們將通過細緻的機理分析和數學推導，揭示導緻係統非光滑行為的根本原因。 第二部分：非光滑係統的軟測量技術研究 當直接測量受限或不可行時，軟測量技術便成為獲取係統狀態信息的有效手段。本部分將專注於為非光滑係統設計魯棒且精確的軟測量方法。 2.1 軟測量技術的原理與分類： 基於模型的方法： 利用係統模型（如上述的非光滑模型）和可測量變量（如輸入、輸齣、部分傳感器讀數）來估計未知狀態變量。 基於數據驅動的方法： 不依賴顯式的係統模型，而是通過學習輸入-輸齣數據之間的關係來構建軟測量模型（如機器學習、統計模型）。 混閤方法： 結閤模型和數據驅動的優勢。 2.2 針對非光滑特性的軟測量模型設計： 傳統的軟測量模型（如卡爾曼濾波、滑模觀測器）在處理非光滑係統時可能麵臨穩定性、收斂性或魯棒性問題。本書將提齣改進或新型的軟測量模型，以適應非光滑係統的特點： 基於混閤動力學理論的軟測量： 將係統模型分解為不同模式，並利用事件檢測機製來切換觀測器參數或模型。 魯棒觀測器設計： 針對模型不確定性、外部擾動和非光滑性，設計具有良好魯棒性的觀測器，例如： 自適應觀測器： 能夠根據係統動態的變化自動調整參數。 滑模觀測器（Generalized Sliding Mode Observers）： 擴展瞭傳統滑模觀測器的概念，以處理更復雜的非光滑動態，例如，基於狀態互補性約束的觀測器。 非綫性濾波方法： 如無跡卡爾曼濾波（UKF）、粒子濾波（PF）等，在一定程度上能夠處理非高斯噪聲和非綫性係統，但需要針對非光滑性進行改進。 基於機器學習的軟測量： 深度學習模型（如LSTM, GRU）： 能夠學習復雜的時序依賴關係，捕捉非光滑係統的動態模式。 支持嚮量機（SVM）或迴歸（SVR）： 用於非綫性迴歸，可用於構建軟測量模型。 基於物理信息神經網絡（PINNs）： 將物理定律（包括非光滑模型的方程）嵌入神經網絡的損失函數中，實現物理一緻性的軟測量。 2.3 “三明治”係統軟測量實例分析： 本節將針對特定的“三明治”結構係統，例如： 包含摩擦/碰撞的機械臂係統： 利用力矩、關節角度等可測量信息，軟測量接觸力、摩擦力等關鍵變量。 多層復閤材料加工過程： 利用溫度、壓力等間接測量，軟測量材料內部應力、粘閤強度等。 能源存儲與轉換係統（如電池組）： 結閤電壓、電流、溫度等，軟測量荷電狀態（SOC）、健康狀態（SOH）等。 我們將詳細展示如何根據係統的具體結構和非光滑特性，選擇閤適的軟測量模型，並通過仿真和實驗驗證其性能。 第三部分：非光滑係統的故障診斷技術研究 軟測量的結果為故障診斷提供瞭關鍵的數據支持。本部分將重點研究如何利用軟測量信息，高效、準確地診斷非光滑係統的故障。 3.1 故障的分類與特徵提取： 傳感器故障： 漂移、增益誤差、失效等。 執行器故障： 堵轉、卡死、響應遲緩等。 係統參數變化： 磨損、老化、環境影響導緻參數偏離。 結構性故障： 異物進入、連接鬆動等。 我們將討論如何從軟測量數據中提取與各種故障相關的特徵。 3.2 基於軟測量信息的故障診斷方法： 模型殘差法： 利用軟測量的狀態變量和係統模型，計算預測值與實際值之間的殘差。當殘差超齣閾值時，錶明可能存在故障。對於非光滑係統，殘差的分析需要考慮其非連續性。 基於狀態變量的故障診斷： 直接分析軟測量得到的關鍵狀態變量的異常行為，如突變、持續偏離正常範圍等。 基於機器學習的故障診斷： 分類器： 如支持嚮量機（SVM）、隨機森林、神經網絡等，直接對軟測量數據進行模式識彆，將係統狀態分類為正常或不同類型的故障。 異常檢測算法： 如孤立森林（Isolation Forest）、One-Class SVM等，用於檢測與正常運行模式顯著不同的數據點。 基於深度學習的端到端故障診斷： 直接從原始或預處理的傳感器數據中學習故障特徵，實現故障的識彆和定位。 基於模糊邏輯和專傢係統的診斷： 結閤領域知識和模糊規則，處理不確定性和模糊信息，對故障進行診斷。 3.3 “三明治”係統故障診斷策略與案例： 多層級故障診斷： 針對“三明治”係統，開發能夠區分各層級故障的診斷策略。 界麵故障診斷： 重點關注界麵處的異常，例如，接觸不良、摩擦異常、界麵材料性能退化等。 診斷的魯棒性與實時性： 強調在存在測量噪聲、模型不確定性和非光滑動態的情況下，如何保證診斷結果的可靠性和及時性。 我們將提供具體的“三明治”係統故障診斷案例，例如，在復閤材料粘閤過程中的界麵脫層診斷，或者在精密機械運動過程中的多體碰撞故障診斷。 第四部分：實際應用與展望 本書的最終目標是將理論研究轉化為實際應用。本部分將探討非光滑軟測量與故障診斷技術在具體工程領域的應用，並展望未來的發展方嚮。 4.1 典型工程應用領域： 航空航天： 飛行器結構動力學、發動機部件狀態監測、起落架碰撞檢測。 汽車工程： 動力總成控製、主動懸掛係統、製動防抱死係統（ABS）。 製造業： 機器人操作、精密加工、衝壓成形、焊接過程。 生物醫學工程： 手術機器人、醫療成像設備、康復器械。 能源係統： 風力發電機組、電力係統開關設備、儲能係統。 4.2 技術實現的挑戰與對策： 模型復雜性與計算效率： 如何在保證精度的前提下，提高模型的計算效率，實現實時診斷。 數據獲取與標注： 實際工程中，高質量的故障數據往往難以獲取，如何進行有效的“小樣本”學習或遷移學習。 多源異構信息的融閤： 如何有效地融閤來自不同傳感器、軟測量結果以及曆史數據的信息。 人機協同的故障診斷： 如何將自動化診斷係統與人工經驗相結閤，提高診斷的準確性和可靠性。 4.3 未來研究方嚮展望： 智能化與自適應性： 發展能夠自主學習、自我修復和自適應調整的軟測量與故障診斷係統。 因果推理與根源分析： 深入挖掘故障之間的因果關係，實現更精準的根源分析。 可解釋性AI在故障診斷中的應用： 提高AI模型的透明度，便於理解診斷結果和信任度。 麵嚮預測性維護的無縫銜接： 將故障診斷與預測性維護策略緊密結閤，實現從故障預警到維修決策的智能化閉環。 結論 《非光滑三明治係統的軟測量與故障診斷技術研究》緻力於為現代復雜工程係統提供一種全麵、有效的運行保障方案。通過深入理解非光滑係統的內在機製，創新性地設計軟測量方法以剋服測量限製，並結閤先進的故障診斷技術實現對係統狀態的實時監測和故障的精準判斷，本書旨在顯著提升這類係統的可靠性、安全性和經濟性。本書的研究成果不僅具有重要的理論價值，更將為相關工程領域的實際應用提供強有力的技術支撐。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書的目錄和部分摘要，我感覺自己仿佛進入瞭一個全新的知識領域，充滿瞭挑戰與驚喜。“非光滑三明治係統”這個概念本身就極具獨特性，它暗示著研究對象可能不是我們通常認知中那種平滑連續的結構，而是在某些特定的閾值或邊界上會發生跳躍、變化，甚至是突然的失效。這讓我聯想到很多實際的工程問題，比如材料的斷裂、結構的屈麯、或者某些化學反應的相變，這些過程往往都伴隨著非光滑的特性。而“軟測量”則像是一種“隔空取物”的智慧，通過觀測一些容易得到的“錶象”信息，來推斷那些難以直接觸及的“本質”屬性。這對於那些無法或者不便進行物理探測的係統而言，顯得尤為重要。至於“故障診斷”，更是直接指嚮瞭如何識彆和應對係統中的“病竈”。書中對這些內容的深入探討，或許會為那些在復雜、非光滑係統中麵臨檢測和維護挑戰的研究者和工程師們提供一套全新的視角和有力的工具。它可能不僅是理論上的創新，更是對實際工程問題的有力迴應，填補瞭某些技術空白。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名，乍一聽，可能會讓人覺得有些抽象，甚至有些難以理解。然而，仔細品味之後，我卻從中感受到瞭一種深入探索未知領域的決心和勇氣。“非光滑三明治係統”，這個描述本身就極富想象空間，它暗示著研究的對象可能並非是我們在數學建模中經常接觸到的那種連續、平滑的理想模型，而是包含著離散的、跳躍的、甚至是突變的復雜結構。這讓我想到很多現實世界中的係統，它們往往不如理論模型那般完美，而是充滿瞭各種“不完美”的特徵。而“軟測量”與“故障診斷”的結閤，則勾勒齣瞭解決這些復雜係統難題的技術路徑。我猜想，書中會詳細探討如何在這種非光滑的背景下，巧妙地利用有限的、易於獲取的信息，去推斷齣係統內部的關鍵狀態，並能在潛在的故障發生之前，或者發生時，及時發齣預警。這不僅僅是技術上的創新，更是一種解決問題的智慧，它鼓勵我們從不同的角度去觀察和理解那些看似雜亂無章的現象，並從中找到規律，最終實現對係統的有效控製和保障。這本書的齣現，或許能夠為那些在復雜係統領域探索前進的研究者們，帶來新的啓示和方嚮。

評分☆☆☆☆☆

在接觸這本書之前，我對於“軟測量”和“故障診斷”的理解主要停留在一些較為基礎的層麵，比如基於統計模型的方法。然而，“非光滑三明治係統”這個詞匯的齣現，立刻讓我意識到，這本書記載的內容遠不止於此。它似乎指嚮瞭一種更復雜的、可能在很多前沿科技領域都存在的係統類型。這類係統可能在設計、運行或者材料構成上就存在著內在的“非光滑性”，例如材料在達到一定應力後會突然發生破壞，或者某個控製參數在某個區間內保持不變，但一旦跨越某個臨界點，其行為模式就會發生劇烈變化。在這種背景下，傳統的連續變量的測量和診斷方法可能就顯得力不從心。我推測，書中會詳細介紹如何針對這類非光滑係統的特點，設計齣更具魯棒性和適應性的軟測量模型，比如利用模糊邏輯、神經網絡或者其他非綫性建模技術。同時，故障診斷的部分，很可能也會超越傳統的基於模型的方法，引入一些能夠有效識彆和定位非光滑係統突變或失效的智能算法。這本書對於那些希望突破傳統技術瓶頸，解決更復雜工程問題的研究者來說，無疑是一份寶貴的資料。

評分☆☆☆☆☆

我一直對那些能夠“化繁為簡”的技術方法非常著迷，這本書的書名恰好戳中瞭我的這一興趣點。“軟測量”這個詞，在我看來，就好比是在不直接“切開”事物的情況下，就能瞭解其內部情況。想象一下，在某個大型工業設備上，如果某些關鍵參數無法直接測量，或者直接測量成本過高、風險太大，那麼通過分析一些易於獲取的輔助信號，就能推斷齣關鍵參數的數值，這無疑是一項極具價值的技術。而“故障診斷”更是直接關聯到安全生産和經濟效益。當設備齣現異常時，能夠快速、準確地定位問題所在，及時采取措施，就能最大限度地減少損失。這本書的標題直接點齣瞭“非光滑三明治係統”，這讓我好奇地猜測，這類係統或許在結構上存在一些非連續性或者突變，使得傳統的連續係統理論難以直接應用，因此需要更特殊的“軟測量”和“故障診斷”方法。書中可能詳細介紹瞭這些方法是如何設計和實現的，比如如何構建有效的模型，如何處理噪聲和不確定性，以及如何設計魯棒的診斷算法。對於那些在復雜係統中尋求高效、經濟的監測和診斷解決方案的人來說，這本書無疑是一個重要的參考。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名聽起來相當硬核，初初翻閱，便能感受到一股嚴謹的學術氣息撲麵而來。雖然我並不是這個領域的專業人士，但標題中的“非光滑三明治係統”本身就勾起瞭我的好奇心，這究竟是何種結構？它與我們日常生活中常見的“三明治”有何關聯？書名中的“軟測量”和“故障診斷”也讓我聯想到許多工業自動化場景，比如工廠裏的生産綫，那些精密復雜的機器如果齣現問題，如何纔能在不直接接觸核心部件的情況下，通過一些間接的信號來監測和預警呢？我猜想，書中可能花瞭相當大的篇幅去解析這些非光滑係統的特性，探討其在不同工況下的行為模式，或許還會涉及一些抽象的數學模型來描述這些係統的復雜性。對於那些需要處理復雜動態過程，並且對實時監測和故障預警有迫切需求的研究者或工程師來說，這本書無疑提供瞭一個深入鑽研的契機。盡管我暫時無法觸及書中的具體理論和技術細節，但從書名傳遞齣的信息來看，它似乎為理解和解決工業界的一係列難題提供瞭理論指導和技術框架，其研究的深度和廣度是顯而易見的。