《系统故障诊断技术》课程教学大纲

《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SystemFaultDiagnosisTechnology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)Thiscoursefocusesonthebasicconcepts,commonmethodsandfrontierprogressofsystemfaultdiagnosistechnology.Inthelearningprocessofthiscourse,studentswillunderstandthepositionandfunctionoffaultdiagnosistechnologyinthefieldofindustrialprocesscontrol,andbefamiliarwiththeprinciplesofthreetypesoffaultdiagnosismethods,includinganalyticalmodelsbasedmethods,databasedmethods,andknowledgebasedmethods.Thiscourseaimstowidenthestudents’frontierknowledgeincontrolsciencefield,improvethestudents’abilityinliteraturesearchingandtheoryanalysis,andcultivatestudents'innovativeconsciousnessandscientificresearchquality.(Correspondinggraduationrequirements: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OBE毕业要求指标点任务自选1M1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方案。是3.23.23M3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M1////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M12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M12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M12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M12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M1,M2,M3////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M1,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M1,M2,M31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M1,M2,M32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法本章重点：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M1,M2,M3////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M1,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M1,M2,M34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M1,M2,M34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M1,M2,M3////154.14.1引言基于知识的故障诊断原理，研究现状M1,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M1,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。20%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1M1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—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。2M1大作业30%根据大作业完成情况打分。A—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。3M1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—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—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。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7M3大作业40%根据大作业完成情况打分。A—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。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|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|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|过程工业故障诊断,吴斌,于春梅