前言

故障診斷與容錯控制是工業(yè)過程控制中不可分割的重要組成部分。關(guān)于這方面的研究已進(jìn)行了近30年，其中主要研究是針對確定性系統(tǒng)來進(jìn)行的。然而，在實際系統(tǒng)中存在各種各樣的隨機干擾（如傳感器噪聲、隨機擾動或系統(tǒng)參數(shù)的隨機變化），而系統(tǒng)的描述也應(yīng)該以采用各種隨機模型作為故障診斷與容錯控制的出發(fā)點。為了提高實際隨機控制系統(tǒng)的可靠性，長期以來，關(guān)于隨機動態(tài)系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制的研究一直是控制理論和應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一?，F(xiàn)有隨機系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制大都針對服從高斯分布的隨機過程，假設(shè)系統(tǒng)故障、隨機輸入或擾動信號服從高斯分布，然而這一假設(shè)并不完全符合一些實際應(yīng)用過程，而且在許多實際系統(tǒng)中要求控制過程變量的概率密度函數(shù)（Probability Density Function，PDF）的形狀，傳統(tǒng)的基于高斯分布假設(shè)的隨機系統(tǒng)故障診斷與容錯控制方法已經(jīng)無法滿足要求。非高斯隨機系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制是一個長期存在的理論難題。在非高斯隨機分布控制系統(tǒng)的框架下，研究用于造紙工業(yè)控制系統(tǒng)等實際工業(yè)系統(tǒng)中對產(chǎn)品質(zhì)量或間接指標(biāo)分布的形狀進(jìn)行控制的故障診斷與容錯控制技術(shù)，具有重要的理論意義，對復(fù)雜工業(yè)過程的發(fā)展具有良好的應(yīng)用前景。

非高斯隨機分布控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制問題涉及有限變量對正積分約束泛函的控制和優(yōu)化問題，傳統(tǒng)的隨機系統(tǒng)故障診斷與容錯控制工具和模型（方法）難以應(yīng)用。作者及其團(tuán)隊經(jīng)過近10年的努力，對非高斯隨機分布控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制問題進(jìn)行了深入探討，系統(tǒng)地提出了一套工程上實用的非高斯隨機分布控制系統(tǒng)故障診斷與容錯控制理論的研究框架。主要內(nèi)容如下。

（1）目標(biāo)概率密度函數(shù)已知的非高斯隨機分布控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制。

考慮了線性動態(tài)、非線性動態(tài)、奇異動態(tài)系統(tǒng)、時滯因素，對故障診斷與容錯控制進(jìn)行了深入的討論，分別應(yīng)用了自適應(yīng)觀測器、迭代學(xué)習(xí)觀測器、未知輸入觀測器等進(jìn)行故障診斷，基于故障估計信息及其他可測量信息進(jìn)行了容錯控制設(shè)計，使發(fā)生故障后系統(tǒng)輸出的概率密度函數(shù)仍能跟蹤給定的分布或統(tǒng)計信息量，并給出了非高斯非線性隨機分布控制系統(tǒng)的新的基于模糊建模的方法。同時，進(jìn)行了基于模糊建模的非高斯非線性隨機分布控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制研究。

（2）目標(biāo)概率密度函數(shù)未知的非高斯隨機分布控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制。

有時跟蹤目標(biāo)概率密度函數(shù)并不能事先確定，此時容錯控制目標(biāo)就可以轉(zhuǎn)化為使發(fā)生故障后的系統(tǒng)輸出仍具有最小的不確定性。在高斯系統(tǒng)中，最小不確定性可以通過方差來體現(xiàn)；在一般的非高斯系統(tǒng)中，最小的不確定性采用熵來體現(xiàn)。這兩者在高斯系統(tǒng)中具有完全的等價性。對于一般的非高斯隨機系統(tǒng)，最小熵準(zhǔn)則可以作為最小方差準(zhǔn)則的推廣來設(shè)計容錯控制器。本書對離散線性隨機分布控制系統(tǒng)，以及基于模糊建模的非高斯非線性隨機分布控制系統(tǒng)的最小熵容錯控制進(jìn)行了討論。

本書系統(tǒng)總結(jié)了作者近10年來在非高斯隨機分布控制系統(tǒng)故障診斷與容錯控制方面的原創(chuàng)性研究。本書的主要內(nèi)容可分為兩部分：第一部分為目標(biāo)概率密度函數(shù)已知的非高斯隨機分布控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制（第2～8章）；第二部分為目標(biāo)概率密度函數(shù)未知的非高斯隨機分布控制系統(tǒng)的最小熵容錯控制（第9章、第10章）。姚利娜和王宏教授負(fù)責(zé)全書的組織、統(tǒng)籌和審核。

本書在完成過程中，先后得到了國家自然科學(xué)基金（61374128、61104022）和教育部博士點基金（20104101120007）等項目的資助。在此對國家自然科學(xué)基金委員會和教育部博士點基金的支持深表謝意！

由于水平有限，書中的缺點和疏漏在所難免，歡迎廣大讀者批評指正。