ROV故障诊断主元分析装置，本发明专利技术涉及无人潜水器状态监控技术领域，公开了一种ROV故障诊断主元分析方法与装置，包括传感器系统、嵌入式控制器、光端机及水面监控系统；所述传感器系统中的各类传感器与嵌入式控制器的信号输入端通过信号传输线连接，嵌入式控制器通过光纤与光端机的信号输入端连接，光端机的输出端与水面监控系统连接。本发明专利技术填补了直接服务于无人潜水器可靠性控制技术的研究的空白，研究出了一种有缆遥控潜水器ROV(Remotely-operated Vehicle)故障诊断主元分析方法与装置，在这一领域实现了创新。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人潜水器状态监控
，特别涉及一种ROV故障诊断主元分析方法与装置。
技术介绍
海洋是人类发展的四大战略空间(陆、海、空、天)中继陆地之后的第2大空间，是生物资源、能源、水资源和金属资源的战略性开发基地，是最有发展潜力的空间，对我国经济与社会发展产生着直接、巨大的支撑作用。作为人类探索和开发海洋的助手，无人潜水器UUV(Unmanned Underwater Vehicle)将在这一领域发挥重要作用。公开号为CN1709766的专利，介绍了一种浮力和推进器双驱动方式远程无人潜水器，用于海洋水下工程
该专利技术包括：机器人主体，一对主翼，一对推进器和垂直尾翼，机器人主体的外部是整流用的透水壳，主翼和垂直尾翼具有低流体阻力翼型，主翼设置于透水壳后部，对称分布于透水壳左右两侧，垂直尾翼设置于透水壳尾部，在透水壳的垂直对称面内。推进器设置在主翼的外侧。该专利技术具有推进器驱动和浮力驱动两种驱动方式，在浮力驱动模式下依靠浮力和重心的调节产生推力和控制运动方向，具有高的续航能力，在推进器驱动模式下依靠推进器产生推力，依靠左右推进器的推力差和重心调节控制运动方向，具有高机动能力。美国专利号为US5995992的专利公开了一种用于海洋科学测量与搜索的6英尺长，直径为13英寸的无人潜水器。介绍了它的计算机系统，I/O口，水下浮力，回收框架，电池动力，高速串口，实时数据采集及其控制系统的设计。以上专利技术专利均是有关无人潜水器装置的设计，但由于海洋深处工作环境的复杂性，不可预测性，无人潜水器一旦出现故障，不仅机器人无法完成水下作业任务，而且机器人本身也难以回收，损失巨大。因此其可靠性技术研究与设计十分关键。而直接服务于无人潜水器可靠性控制技术的研究几乎还是空白，无人潜水器ROV的故障检测与隔离技术的研究未见任何专利公开。综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要一种缆控无人潜水器ROV故障自动诊断装置和方法，以解决以上提到的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种ROV故障诊断主元分析方法与装置。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：ROV故障诊断主元分析装置，其特征在于，包括传感器系统、嵌入式控制器、光端机及水面监控系统；所述传感器系统包括：深度传感器，设置于无人潜水器上，用于测量无人潜水器在水中的深度，并将测得的深度数据转变为深度电压信号；速度传感器，用于测量无人潜水器的航行速度，并将测得的航行速度数据转变为速度电压信号；姿态传感器，用于测量无人潜水器的水下姿态，并将测得的方向数据转变为姿态电压信号；声纳传感器，用于测量无人潜水器前视环境，并将测得的图像数据转变为电压信号；光学成像传感器，用于测量无人潜水器周围环境，并将测得的图像数据转变为电压信号；电池监控传感器，用于测量无人潜水器电池组状态，并将电池组状态数据转变为电压信号；推进器监控传感器，用于测量无人潜水器推进器转速，并将推进器转速数据转变为电压信号；所述嵌入式控制器安装于无人潜水器上，嵌入式控制器的信号输入端与上述传感器的信号输出端连接，用于接收上述传感器发送过来的深度电压信号、速度电压信号、姿态电压信号、声纳电压信号、光学电压信号、电池状态电压信号、推进器状态电压信号；所述嵌入式控制器内部设有用于驱动传感器信号传输任务的通信模块；所述光端机设置有一对，分别安装在水面母船和无人潜水器上，两个光端机之间通过光纤连接，通过RS-485串口通信实现数据传输；位于无人潜水器上的光端机的信号输入端与嵌入式控制器的信号输出端连接，水面母船上的光端机的信号输出端与水面监控系统连接，保证水下传感器信息传输到水面监控系统；所述水面监控系统安装在水面母船上，水面监控系统的内部设有传感器信号传输任务的通信模块、利用传感器历史数据进行训练并对无人潜水器进行故障检测隔离的主元分析PCA模块、实现无人潜水器系统故障检测的传感器信号平方预期误差SPE计算模块、完成无人潜水器系统故障隔离的传感器信号平方预期误差SPEi计算模块。在本专利技术的一个实施例中，所述嵌入式控制器包括信号放大滤波模块、A/D转换器、多路开关模块、串行通信接口及微处理器，所述多路开关模块的输入端与深度传感器、速度传感器、姿态传感器、声纳传感器、光学成像传感器、电池监控传感器、推进监控传感器的输出端连接，所述多路开关模块的输出端与信号放大滤波模块电路的输入端连接，A/D转换器信号输入端与信号放大滤波模块电路的输出端连接，所述微处理器与A/D转换器信号输出端连接，并与串行通信接口连接。在本专利技术的一个实施例中，所述水面监控器包括故障数据显示模块、DSP硬件电路接口模块、串行通信口、供电电源和控制开关；所述供电电源用于给整个装置供电，DSP硬件电路接口模块的输入端通过串行通信接口与无人潜水器信号预处理器连接，DSP硬件电路接口模块的输出端连接故障数据显示模块。在本专利技术的一个实施例中，所述DSP硬件电路接口模块包括DSP系统电源电路、时钟与复位电路、液晶显示接口电路；所述DSP硬件电路接口模块的芯片为数字信号处理器。在本专利技术的一个实施例中，所述液晶显示接口电路连接有一液晶显示器，所述液晶显示器为能显示字母、数字符号、中文字型及图形，且具有绘图及文字画面混合显示功能的显示器。在本专利技术的一个实施例中，所述DSP硬件电路接口模块的输出端与故障数据显示模块连接，液晶显示器显示传感器平方预期误差SPEi和具体的故障传感器标识。ROV故障诊断主元分析方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)传感器系统输出深度电压信号、速度电压信号、姿态电压信号、声纳电压信号、光学电压信号、电池状态电压信号、推进器状态电压信号并接入嵌入式控制器；2)嵌入式控制器对电压信号进行放大、滤波预处理及A/D转换，通过光端机的485串行接口送入无人潜水器水面监控系；3)水面监控系统对来自嵌入式控制器的不同时间系列的传感器电压信号进行主元分析处理，重构各个个传感器下一时刻的信号大小，与该时刻传感器实测信号相减再利用差值平方求和，得到无人潜水器传感器系统的平方预期误差SPE，对不同时刻传感器系统做相似处理，得到在各个时刻的无人潜水器传感器系统的平方预期误差SPE大小分布，利用平方预期误差SPE跳变数值，来判定无人潜水器系统是否发生故障；4)如检测到部件发生故障，对所有故障信息在液晶LCD上显示。在本专利技术的一个实施例中，所述无人潜水器系统是否发生故障的判定方法为：分别利用某个传感器i的重构值代替下一时刻该传感器的实测信号，其它两传感器仍用实测信号，将各传感器下一时刻的实测信号与重构预测信号相减，差值平方求和得到无人潜水器对该传感器i的平方预期误差SPEi，当SPEi存在跳变时，则对应部件i正常，当SPEi不存在跳变时，则对应部件i故障。本专利技术的有益效果在于：1.用主元分析PCA对无人潜水器状态信号进行处理，利用状态信号的历史数据对PCA进行训练，利用训练后的PCA模型进行未来时刻无人潜水器信号重构预测；计算无人潜水器系统的平方预期误差SPE，寻找无人潜水器系统的平方预期误差SPE分布与其故障状态间存在 映射关系；2.分别用无人潜水器某个部件i的状态重构值代替下一时刻该部件的实测信号，其它部件仍用实测信号，将各部件下一时刻的实测本文档来自技高网...
【技术保护点】
ROV故障诊断主元分析装置，其特征在于，包括传感器系统、嵌入式控制器、光端机及水面监控系统；所述传感器系统设置于无人潜水器上，包括：深度传感器，用于测量无人潜水器在水中的深度，并将测得的深度数据转变为深度电压信号；速度传感器，用于测量无人潜水器的航行速度，并将测得的航行速度数据转变为速度电压信号；姿态传感器，用于测量无人潜水器的水下姿态，并将测得的方向数据转变为姿态电压信号；声纳传感器，用于测量无人潜水器前视环境，并将测得的图像数据转变为电压信号；光学成像传感器，用于测量无人潜水器周围环境，并将测得的图像数据转变为电压信号；电池监控传感器，用于测量无人潜水器电池组状态，并将电池组状态数据转变为电压信号；推进器监控传感器，用于测量无人潜水器推进器转速，并将推进器转速数据转变为电压信号；所述嵌入式控制器安装于无人潜水器上，嵌入式控制器的信号输入端与上述传感器的信号输出端连接，用于接收上述传感器发送过来的深度电压信号、速度电压信号、姿态电压信号、声纳电压信号、光学电压信号、电池状态电压信号、推进器状态电压信号；所述嵌入式控制器内部设有用于驱动传感器信号传输任务的通信模块；所述光端机设置有一对，分别安装在水面母船和无人潜水器上，两个光端机之间通过光纤连接，通过RS‑485串口通信实现数据传输；位于无人潜水器上的光端机的信号输入端与嵌入式控制器的信号输出端连接，水面母船上的光端机的信号输出端与水面监控系统连接，保证水下传感器信息传输到水面监控系统；所述水面监控系统安装在水面母船上，水面监控系统的内部设有传感器信号传输任务的通信模块、利用传感器历史数据进行训练并对无人潜水器进行故障检测隔离的主元分析PCA模块、实现无人潜水器系统故障检测的传感器信号平方预期误差SPE计算模块、完成无人潜水器系统故障隔离的传感器信号平方预期误差SPEi计算模块。...
【技术特征摘要】
1.ROV故障诊断主元分析装置，其特征在于，包括传感器系统、嵌入式控制器、光端机及水面监控系统；所述传感器系统设置于无人潜水器上，包括：深度传感器，用于测量无人潜水器在水中的深度，并将测得的深度数据转变为深度电压信号；速度传感器，用于测量无人潜水器的航行速度，并将测得的航行速度数据转变为速度电压信号；姿态传感器，用于测量无人潜水器的水下姿态，并将测得的方向数据转变为姿态电压信号；声纳传感器，用于测量无人潜水器前视环境，并将测得的图像数据转变为电压信号；光学成像传感器，用于测量无人潜水器周围环境，并将测得的图像数据转变为电压信号；电池监控传感器，用于测量无人潜水器电池组状态，并将电池组状态数据转变为电压信号；推进器监控传感器，用于测量无人潜水器推进器转速，并将推进器转速数据转变为电压信号；所述嵌入式控制器安装于无人潜水器上，嵌入式控制器的信号输入端与上述传感器的信号输出端连接，用于接收上述传感器发送过来的深度电压信号、速度电压信号、姿态电压信号、声纳电压信号、光学电压信号、电池状态电压信号、推进器状态电压信号；所述嵌入式控制器内部设有用于驱动传感器信号传输任务的通信模块；所述光端机设置有一对，分别安装在水面母船和无人潜水器上，两个光端机之间通过光纤连接，通过RS-485串口通信实现数据传输；位于无人潜水器上的光端机的信号输入端与嵌入式控制器的信号输出端连接，水面母船上的光端机的信号输出端与水面监控系统连接，保证水下传感器信息传输到水面监控系统；所述水面监控系统安装在水面母船上，水面监控系统的内部设有传感器信号传输任务的通信模块、利用传感器历史数据进行训练并对无人潜水器进行故障检测隔离的主元分析PCA模块、实现无人潜水器系统故障检测的传感器信号平方预期误差SPE计算模块、完成无人潜水器系统故障隔离的传感器信号平方预期误差SPEi计算模块。2.根据权利要求1所述的ROV故障诊断主元分析装置，其特征在于，所述嵌入式控制器包括信号放大滤波模块、A/D转换器、多路开关模块、串行通信接口及微处理器，所述多路开关模块的输入端与深度传感器、速度传感器、姿态传感器、声纳传感器、光学成像传感器、电池监控传感器、推进监控传感器的输出端连接，所述多路开关模块的输出端与信号放大滤波模块电路的输入端连接，A/D转换器信号输入端与信号放大滤波模块电路的输出端连接，所述微处理器与A/D转换器信号输出端连接，并与串行通信接口连接。3.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱大奇，
申请(专利权)人：常熟海量声学设备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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