[发明专利]一种自主水下航行器舵面故障诊断方法

摘要

本发明涉及一种自主水下航行器舵面故障诊断方法，根据控制输入计算加性故障描述因子的估计值，然后根据加性故障描述因子的正负性在已设定的表中查询舵面故障变形的方向；基于控制执行机构的输入输出关系的耦合变化规律，实现了舵面的故障定位与辨识，深入到执行机构的元部件层面，对执行机构的故障定位与辨识更加具体，以使得进行具体的容错控制设计。

主权项

1.一种自主水下航行器舵面故障诊断方法，其特征在于步骤如下：步骤1：建立自主水下航行器运动控制系统的非线性动力学模型：其中，ν为速度向量，η为位置/姿态向量，M为惯性矩阵，C(ν)为科式力与向心力矩阵，D(ν)为阻尼矩阵，g(η)为重力在浮心处产生的力和力矩，J(η)为坐标系旋转矩阵；此外τ为模型控制输入，表达式为：τ＝Bu其中，B为控制矩阵，u为执行机构控制输入；步骤2：对步骤1中的非动力学模型进行简化得：f_N(ν,η)＝‑M^‑1(C(ν)ν+D(ν)ν+g(η))步骤3：根据故障描述形式的定义，模型控制输入τ的加性故障描述形式为：τ＝τ^*+f⁺τ^*为期望的模型控制输入，f⁺为加性故障描述因子；步骤4：将步骤2代入步骤3中，得到加性故障描述因子估计：f⁺＝x⁺‑r⁺(v)其中x⁺为观测器变量，r⁺(υ)为中间状态，且满足其中K⁺为正定对角阵；步骤5：在模型控制输入τ＝[Y,Z,K,M,N]^T下，根据步骤4计算加性故障描述因子的估计值其中Y与Z分别为Y轴与Z轴作用于水下航行器的方向力，K、M与N分别为相对于X轴，Y轴与Z轴作用于水下航行器的力矩，为相应力与力矩对应的加性故障描述因子；根据加性故障描述因子的正负性在表1中查询舵面故障变形的方向；不同舵面形变的加性故障描述因子的正负性如表1所示：表1舵面形变故障受流体作用产生加性故障描述因子的正负性