現(xiàn)代控制系統(tǒng)尤其是計算機控制系統(tǒng)正朝著大規(guī)模、復(fù)雜化的方向發(fā)展，這類系統(tǒng)一旦發(fā)生故障而又得不到及時處理，就可能造成人員和財產(chǎn)的巨大損失。因此對故障的處理是必要而急迫的。處理故障有兩種基本策略，第一種策略就是采用上節(jié)介紹的硬件冗余技術(shù)，把故障的影響掩蓋起來，以提高系統(tǒng)的可靠性和平均無故障間隔時間，但隨著故障的增多，最后故障的影響總是不能全部掩蓋起來。另一種策略就是發(fā)現(xiàn)故障后，及時查找在何處、發(fā)生了什么故障——即進行故障診斷，并進行處理。故障診斷技術(shù)的出現(xiàn)，為提高復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性開辟了一條新的途徑。下面將故障診斷技術(shù)有關(guān)內(nèi)容做以簡要介紹。
1.
故障類型、故障診斷的任務(wù)及研究內(nèi)容
⑴ 故障類型
實際系統(tǒng)可能發(fā)生的故障是多種多樣的，可以從下面幾個方面對故障進行分類。
①
從故障發(fā)生的部位看，分為傳感器故障、執(zhí)行器故障和受控對象故障；
② 根據(jù)故障性質(zhì)，分為突變故障和緩變故障；
③
從建模角度出發(fā)，可分為乘性故障和加性故障；
④從故障間的相互關(guān)系，分為單故障和多故障、獨立故障和局部故障。
⑵
故障診斷的任務(wù)
故障診斷的任務(wù)是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)中的全部或部分的參量就表現(xiàn)出與正常狀態(tài)不同的特性，這種差異就包含著豐富的故障信息，對系統(tǒng)故障的特征進行描述，并利用它去檢測和隔離系統(tǒng)的故障。
⑶
故障診斷的內(nèi)容
從故障診斷的任務(wù)即可知故障診斷主要包括以下幾個方面的內(nèi)容。
①
故障的特征提取
通過測量用定量和定性的信息處理技術(shù)獲取反映系統(tǒng)故障的特征描述。
②
故障的分離與估計
根據(jù)獲得的故障特征確定系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障以及故障的程度。
③
故障的評價和決策
根據(jù)故障分離與估計的結(jié)論對故障的危害及嚴(yán)重程度作出評價，近而決策出是否停止任務(wù)的進程以及是否需要維修更換故障元部件。
2.
故障診斷方法
故障診斷的方法可以分為基于硬件余度法、解析模型的方法、基于信號處理的方法和基于知識的方法三大類。
硬件余度法采用兩套或多套同類型的傳感器提供余度信息。通常采用三個傳感器輸出同一物理量,當(dāng)其中的一個傳感器輸出物理量與其他兩個相差較大時,則認(rèn)為傳感器發(fā)生故障。當(dāng)要求能檢測和識別兩個同時發(fā)生故障的同類傳感器時,必須采用四余度,以此類推更多的硬件余度。
基于解析模型的方法是最早發(fā)展起來的，此方法需要建立被診斷對象的較為精確的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)難以建立診斷對象的解析數(shù)學(xué)模型時，目前常使用基于信號處理的方法，因為這種方法回避了抽取對象數(shù)學(xué)模型的難點，而直接利用信號模型，如相關(guān)函數(shù)、高階統(tǒng)計量、頻譜和自回歸滑動平均過程，以及現(xiàn)在熱門的小波分析技術(shù)。這種方法對于線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)都是適用的。但是，避開對象數(shù)學(xué)模型，是這種方法的優(yōu)點，也是它的缺點。
基于知識的方法和基于信號處理的方法類似，也不需要系統(tǒng)的定量的數(shù)學(xué)模型，但它克服了后者的缺點，引入了診斷對象的許多信息，特別是可以充分的利用專家診斷知識等，所以是一種很有前途的方法，尤其是在非線性系統(tǒng)領(lǐng)域。基于知識的方法還可以分為基于癥狀的方法和基于定性模型的方法。基于癥狀的方法包括專家系統(tǒng)方法、模糊推理方法、模式識別方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等智能方法；基于定性模型的方法包括定性觀測器、定性仿真和知識觀測器等。