基于键合图理论的控制系统故障诊断的研究

论文摘要

现代工业过程对系统安全性和可靠性的需求日益提高,故障诊断技术逐渐成为控制领域中的一个重要研究方向,其发展和应用已越来越受到人们的重视。而由于众多控制系统的复杂性、非线性、耦合性等特点,给系统建模方法及故障诊断方法提出了更高的要求,本文主要进行了建立键合图模型以及利用键合图模型进行故障诊断的研究。首先,本文综述了控制系统故障诊断技术的研究背景和发展现状,分析了现有各类故障诊断方法的基本思想和特点;针对传统基于解析冗余关系和基于故障树诊断方法的局限性,提出应用基于键合图模型的故障诊断方法。其次,系统地阐述了功率键合图理论,键合图模型是以能量守恒定律为基础,描述系统功率的传输、转化、储存、耗散的图形。其优点是可以用统一的方式处理多种能量形式并存的系统,直观地揭示组成系统各元件间的相互作用及能量转换关系,已成为一种十分有效的多领域动态建模和分析方法。再次,详细讨论了利用键合图模型进行故障诊断的两种方法,即基于键合图模型建立解析冗余关系的方法和基于键合图模型建立故障树的诊断方法。并以双容水箱液位控制系统为对象,仿真验证这两种方法的正确性。研究结果表明,基于键合图模型的这两种故障诊断方法,能够有效地弥补传统方法的不足,可以便捷合理地应用于控制系统的故障诊断。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和发展现状
• 1.2 控制系统故障的划分
• 1.3 故障诊断方法
• 1.3.1 故障诊断方法的分类及特点
• 1.3.2 基于解析冗余关系的故障诊断方法
• 1.3.3 基于故障树的故障诊断方法
• 1.4 论文的主要内容
• 第二章 功率键合图理论
• 2.1 键合图定义及特点
• 2.2 键合图常用术语
• 2.3 键合图基本元件
• 2.4 键合图的因果关系
• 2.4.1 因果关系的概念
• 2.4.2 键合图元件的因果关系
• 2.4.3 标注因果关系
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于键合图模型解析冗余关系的故障诊断方法
• 3.1 引言
• 3.2 诊断键合图
• 3.3 解析冗余关系
• 3.4 故障特征矩阵
• 3.5 故障诊断算例
• 3.5.1 系统简介
• 3.5.2 双容水箱系统键合图模型的建立
• 3.5.3 系统诊断键合图模型
• 3.5.4 系统解析冗余关系的建立
• 3.5.5 系统故障矩阵的建立
• 3.5.6 双容水箱系统的故障诊断
• 3.6 本章小结
• 第四章 利用键合图模型建立故障树的故障诊断方法
• 4.1 引言
• 4.2 因果分析
• 4.3 时间因果图（TCG）
• 4.4 基于键合图模型的故障树
• 4.5 双容水箱系统时间因果图的建立
• 4.6 双容水箱系统故障树的建立
• 4.7 故障诊断
• 4.7.1 模型仿真
• 4.7.2 诊断结论
• 4.8 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士学位期间发表的论文目录