Origin-pro移动机器人的故障检测及其容错控制(4)
尽管进行了改进和升级，6月“勇气”号的右前轮驱动马达还是出现了机械故障，导致右前轮性能下降，“勇气”号开始出现衰老的迹象。据悉，在“勇气”号和“机遇”号探测计划的实施过程中，美国宇航局投入的经费和评估测试远超出了原先的预算，总共耗资约8.2亿美元，仍然出了各种故障，时有报导称：“勇气”号和“机遇”号发生故障，今后还不知会有什么不可预知的各种突发情况。由此可见，移动机器人系统复杂，其工作环境难以预测，故障难以避免。因此移动机器人故障诊断与容错控制技术的研究具有重要意义。
1.3 故障诊断及容错控制简介
1.3.1 故障基本概念
故障(Fault)，通常指设备在规定条件下，不能完成其规定功能的一种状态。这种状态往往是由不正确的技术条件、运算逻辑错误、环境变化、零部件损坏、操作错误等引起，故障会引起部分或全局系统失效。故障的发生会影响过程的文修费用、安全性和有效性。因此，及早地发现故障，在故障发生前进行预测，显得非常重要。
1.3.2 故障诊断简介
故障诊断技术是一门综合性技术。它以现代控制理论、计算机、工程、可靠性理论、数理统计、模糊理论、信号处理模式识别、人工智能等作为理论依据，以现代测试仪器和计算机为技术手段，结合各种诊断方法(系统、设备、机器、工艺过程等)的逐步形成的规律。它与鲁棒控制、容错控制、自适应控制以及智能控制等有着密切的关系。[6]
周东华[7]等人定义了动态系统故障检测与诊断技术的一些概念与名词，作为本文使用这些基本概念的约定：
表1-3 故障与故障诊断的基本概念
概念 定义
故障 即fault，指系统至少一个特性或参数出现较大偏差，超出了可接受的范围。此时系统的性能明显低于其正常水平，已难以完成其预期的功能。
残差 即residual，它是故障指示器，由测量值与模型计算值的差得到。
症状 即symptom，是由故障引起的系统可观测的特性与其正常的特性相比所出现的异常变化。在基于解析模型和信号处理的诊断方法中，他们通常由传感器测量信号反映;在基于知识的故障诊断方法中，操作人员通过观察(如设备振动情况、声音信息等)用语言描述的故障现象也是重要的症状信息。
故障
检测 即fault detection，指确定系统是否发生了故障。
故障
分离 即fault isolation，指在故障检测之后，确定故障的种类、故障发生的部位。
故障
辨识 即fault identification，在故障分离之后，确定故障的大小以及故障发生的时间。
故障
诊断 即fault diagnosis，广义上它通常作为故障检测、分离和辨识的统称;狭义上，它特指故障分离与故障辨识。
故障
检测
与诊断 即fault detection and diagnosis (FDD):故障检测与故障诊断之和。
误报 即false alarm，指系统没有发生故障而报警。“误报率”是衡量故障诊断系统性能基本指标之一。
漏报 即missing alarm，指系统发生了故障而没有报警。“漏报率”是衡量故障诊断系统性能基本指标之一。
诊断
模型 即diagnostic model，是一组静态或动态关系，它把特定的输入变量—“症状”与特定的输出量—“故障”联系了起来。诊断模型可以有许多不同的表示方法，以与不同的故障诊断方法相对应。例如，解析模型是一种人们熟悉的诊断模型、而神经网络、模糊逻辑系统等以其特有的方式存储、表示诊断模型。