《系统故障诊断技术》课程教学大纲.docx
系统故障诊断技术教学大纲一、课程基本信息课程名称系统故障诊断技术System Fault Diagnosis Technology课程编码CTL122321020开课院部控制科学与工程学院课程团队智能系统教学团队学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时32适用专业自动化授课语言中文先修课程概率论与数理统计、自动控制原理、现代控制理论课程简介（限选）本课程重点介绍系统故障诊断技术的基本概念、常用方法以及领域前沿进展。在本课程的学习过程中，学生将了解故障诊断技术在工 业过程控制领域的地位和作用，熟悉三类故障诊断方法的原理，包括基于解析模型的方法、基于数据驱动的方法、基于知识的方法，理解 实际工业过程故障诊断系统的设计思路。通过本课程的学习，进一步拓宽本科生的控制领域学科前沿知识，提高学生的文献查阅和理论分 析能力，培养学生的创新意识和科研素质。（对应毕业要求：2.3、3.2、5. 4）This course focuses on the basic concepts, common methods and frontier progress of system fault diagnosis technology. In the learning process of this course, students will understand the position and function of fault diagnosis technology in the field of industrial process control, and be familiar with the principles of three types of fault diagnosis methods, including analytical models based methods, data based methods, and knowledge based methods. This course aims to widen the students' frontier knowledge in control science field, improve the students' ability in literature searching and theory analysis, and cultivate students, innovative consciousness and scientific research quality. (Corresponding graduation requirements: 2.3, 3.2, 5.4)负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标0BE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 ：熟悉典型故障诊断方法的原理，能够了解不同方法的优缺点，并能正确对典型的故障诊断模 型进行推理分析。是2. 32.32M2目标2 ：针对给定的工业过程或装置，能够利用所学的理论知识进行系统分析，设计合理的故障诊断是3.23.2方案。3M3目标3 ：针对所研究的故障诊断方案，采用Matlab等仿真软件进行仿真实验研究，验证技术可行 性。是5.45.4三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内 学时教学方式课外 学时课外环节1第1章第1章系统故障 诊断技术概述本章重点：故障诊断的基本概念、故障诊断系统的基本结构； 本章难点：故障诊断系统的基本结构Ml/21. 11.1研究背景与体 系结构分析故障诊断学科的发展史、研究背景、以及故障诊断系统体 系结构Ml2讲授2自学31.21.2研究现状和发 展展望讨论当前的故障诊断方法，以及故障诊断技术的发展趋势Ml2讲授2自学41.31.3故障诊断基本 概念介绍故障的类型、诊断流程以及评价指标Ml2讲授2作业/自学51.41. 4故障诊断测试 对象讨论常用的故障诊断算法测试对象Ml2讲授2作业/自学6第2章第2章基于解析 模型的故障诊断方 法本章重点：基于解析模型的故障诊断原理、观测器的设计本章 难点：观测器设计3/72. 12. 1引言介绍解析模型方法的基本原理，讨论不同解析模型方法的差异 和联系Ml, M21讲授1自学82.22. 2观测器方法的 基本原理全阶状态观测器、降阶观测器的数学原理31讲授/讨论1作业/自学92.32. 3基于观测器的 故障诊断基于观测器的残差生成框架、残差评价和阈值生成方法，故障 检测与故障分离方案32讲授/讨论2作业/自学10第3章第3章基于数据 驱动的故障诊断方本章重点：数据驱动的故障诊断原理、主元分析方法、Fisher 判别分析；本章难点：主元分析方法3/法113. 13.1引言数据驱动方法的基本原理，数据驱动方法的故障诊断流程，研 究现状Ml, M21讲授1自学123.23. 2基于主元分析 的故障诊断方法主元分析的基本原理，监控统计量的构建，贡献图分析，故障 诊断流程34讲授/讨论4大作业133.33. 3 基于 Fisher 判别分析的故障诊 断方法Fisher判别分析的基本原理，故障判别函数的构建，与主元分 析法的比较34讲授/讨论4大作业14第4章第4章基于知识 的故障诊断方法本章重点：基于知识的故障诊断原理、神经网络原理、符号定 向图原理；本章难点：符号定向图原理Ml, M2, M3/154. 14. 1引言基于知识的故障诊断原理，研究现状Ml, M21讲授1自学164.24.2因果分析法符号定向图原理，症状树的原理M1,M2,M32讲授/讨论2作业/自学174.34. 3神经网络方法人工神经网络的基本原理，故障诊断流程Ml, M2, M32讲授/讨论2作业/自学18第5章第5章领域前沿 讨论与案例分析本章重点：工业系统故障诊断系统最新进展，工业系统应用案 例分析；本章难点：故障系统应用案例分析M2, M3/195. 15.1本领域前沿技 术讨论引导学生开展学科前沿调研，熟悉本领域的最新故障诊断方法M2, M33讲授/讨论3作业/自学205.25. 2故障诊断应用 案例分析针对典型故障诊断案例，进行仿真分析，并开展课堂讨论与分 析M2, M33讲授/讨论3作业/自学四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1课堂表现 与平时作 业1 .学生完成课堂作业，参加课堂测试、讨论。2 .根据作业完成准确性、认真程度、独立性以及讨论参与程度，进行评分。20%2大作业1.本课程要求利用Matlab等现代仿真工具建立研究对象的模型，结合对象特性设计相应的故障诊断方法，并对仿真结20%果进行分析讨论。2.根据模型建立情况、仿真结果、讨论详细程度评分。3结课报告1 .教师给定选题范围，学生在该范围内自主选题，按照学术论文要求提交一篇课程报告，内容包括故障诊断技术现状 分析、方法原理介绍、仿真结果和讨论。2 .根据报告规范程度、内容丰富程度、技术分析深入程度进行评分。60%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml课堂表现 与平时作 业40%根据作业完成情况及课堂参与讨论情况打分，A一作业认真，答案准确率高，课堂积极参与讨论。B-作业比 较认真，答案准确率较高，课堂参与讨论比较积极。C-作业不太认真，答案准确率尚可，课堂讨论参与比 较积极。D-作业不认真，答案准确率很低，课堂讨论参与不积极。2Ml大作业30%根据大作业完成情况打分。A一对象模型正确，故障诊断算法选择合理，仿真结果讨论非常充分。B-对象模 型基本正确，故障诊断算法选择比较合理，仿真结果讨论比较充分。c-对象模型基本正确，故障诊断算法 选择比较合理，仿真结果讨论不充分。D-对象模型不止确，故障诊断算法选择不合理，仿真结果讨论不充 分。3Ml结课报告30%根据课程报告的规范性、丰富性、技术性进行评分。A-研究现状综述全面，论文规范，内容非常丰富，技 术分析非常深入。B-研究现状综述比较全面，论文基本规范，内容比较丰富，技术分析不够深入。C-研究 现状综述比较全面，论文基本规范，内容不够丰富，技术分析不够深入。D-研究现状综述不全面，论文不 规范，内容不够丰富，技术分析不够深入4M2课堂表现 与平时作 业20%根据作业完成情况及课堂参与讨论情况打分，A一作业认真，答案准确率高，课堂积极参与讨论。B-作业比 较认真，答案准确率较高，课堂参与讨论比较积极。C-作业不太认真，答案准确率尚可，课堂讨论参与比 较积极。D-作业不认真，答案准确率很低，课堂讨论参与不积极。5M2大作业50%根据大作业完成情况打分。A一对象模型正确，故障诊断算法选择合理，仿真结果讨论非常充分。B-对象模 型基本正确，故障诊断算法选择比较合理，仿真结果讨论比较充分。C-对象模型基本正确，故障诊断算法 选择比较合理，仿真结果讨论不充分。D-对象模型不正确，故障诊断算法选择不合理，仿真结果讨论不充 分。6M2结课报告30%根据课程报告的规范性、丰富性、技术性进行评分。A-研究现状综述全面，论文规范，内容非常丰富，技术分析非常深入。B-研究现状综述比较全面，论文基本规范，内容比较丰富，技术分析不够深入。C-研究 现状综述比较全面，论文基本规范，内容不够丰富，技术分析不够深入。1）-研究现状综述不全面，论文不 规范，内容不够丰富，技术分析不够深入7M3大作业40%根据大作业完成情况打分。A一对象模型正确，故障诊断算法选择合理，仿真结果讨论非常充分。B-对象模 型基本正确，故障诊断算法选择比较合理，仿真结果讨论比较充分。C-对象模型基本正确，故障诊断算法 选择比较合理，仿真结果讨论不充分。D-对象模型不止确，故障诊断算法选择不合理，仿真结果讨论不充 分。8M3结课报告60%根据课程报告的规范性、丰富性、技术性进行评分。A-研究现状综述全面，论文规范，内容非常丰富，技 术分析非常深入。B-研究现状综述比较全面，论文基本规范，内容比较丰富，技术分析不够深入。C-研究 现状综述比较全面，论文基本规范，内容不够丰富，技术分析不够深入。D-研究现状综述不全面，论文不 规范，内容不够丰富，技术分析不够深入。评分等级说明：A, B, C, D, E = 90-100, 80-89, 70-79, 60-69, 0-59; A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; A, B, C=90-100, 75-89, 60-74, 0-59; M, N = 80-100, 0-79六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1工业系统的故障检测与诊断，蒋浩天（L.H. Chiang）,机械工业出版社，2003, ISBN:711112575. （*主教材）2图书1现代故障诊断与容错控制，周东华，叶银忠，清华大学出版社，2000, ISBN:9787302039075. （*主教材）3图书1过程工业故障诊断，吴斌，于春梅，科学出版社，2012, ISBN:9787030325853.4图书1基于模型的故障诊断技术，Steven X. Ding,电子工业出版社，2017, ISBN:9787121300455.图书 |Faull Diagnosis Systems: An Introduction from Fault Detection to Fault Tolerance, R. Isermann., Springer, 2006,5ISBN:9783540303688.
