一种水下机器人大潜深下潜中推进器及主动故障诊断方法技术

本发明专利技术属于水下机器人领域，具体涉及一种水下机器人大潜深下潜中推进器及主动故障诊断方法。该推进器由主体部分，下潜压载，上浮压载，控制计算机，惯导系统，深度计，水平方向上的左推进器，右推进器，提供垂直方向推力的前推进器和后推进器构成，本发明专利技术所述的主动故障诊断方法，可在水下机器人大潜深下潜过程中，尽早发现推进器存在的故障，及时回收维修，减少已经下潜至深海，而在执行作业任务过程中再发现故障，所造成的人力、物力损失；该方法，在下潜过程中，可及时发现垂向推进器存在的故障，减小水下机器人因推进器故障坐落海底的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种水下机器人大潜深下潜中推进器及主动故障诊断方法
本专利技术属于水下机器人领域，具体涉及一种水下机器人大潜深下潜中推进器及主动故障诊断方法。
技术介绍
大潜深水下机器人，例如全海深AUV、ARV和HOV组成的深渊科考装备体系是当今海洋科技发展最高水平的标志，该体系将带动我国深海装备相关技术与深渊科学研究达到世界先进水平。但由于大潜深水下机器人常常在未知的水域活动，周围的环境复杂多变，推进器很有可能受到损伤，出现故障。若故障未被及时检测，会影响水下作业任务的完成，而在垂向推进器出现故障的时候，存在水下机器人坐落海底的风险，甚至该风险将导致水下机器人无法回收，为研究带来巨大损失。现有的故障诊断技术多为在任务作业过程中进行诊断，例如专利号CN201610169230.X，名称为基于改进灰色预测GM(1,1)模型自主水下航行器传感器故障诊断方法，便是在作业任务中通过收集传感器信息，利用灰色预测模型诊断传感器故障。但该方法的诊断依赖于作业任务中的传感器信息，若推进器在大潜深作业之前已经存在故障，在任务中才被发现，将导致任务的中断，回收水下机器人进行故障修复后才可以再次投入使用，这其中会造成人力、物力的损失。专利号CN201510766653.5，名称为一种基于改进神经网络的智能水下机器人推进器故障诊断方法，在发现横向速度和艏向角的残差超过阈值的时候，执行主动故障诊断，在首尾垂推施加同样大小的正向推力，通过艏向角残差判断故障。但这种方法仅依靠艏向角残差判断是否故障，很难直观看出推进器的受损情况。因此，研究水下机器人的主动故障诊断能力，对于提高航行器本身的智能性，减小作业任务中的损失不可或缺。然而，前文所述的主动故障诊断方法都是在水下机器人在执行任务过程中，通过艏向角等状态的反馈检测故障。若已经下潜至海底，在作业任务中才发现推进器的故障，无法完成作业任务，需要将水下机器人进行回收维护，再重新布放，而由于大潜深水下机器人的下潜上浮过程时间漫长，这个过程耗费大量的人力、物力，甚至水下机器人存在丢失的风险。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种水下机器人大潜深下潜中推进器。一种水下机器人大潜深下潜中推进器，该推进器由主体部分1，下潜压载2，上浮压载3，控制计算机4，惯导系统5，深度计6，水平方向上的左推进器7，右推进器8，提供垂直方向推力的前推进器9和后推进器10构成，主体部分1是一个圆边的类长方体，前推进器9安装于主体部分1其中一面的中部，后推进器10安装于主体部分1与前推进器9相对一面的外侧中部，左推进器7安装于主体部分1的中部，控制计算机4安装在主体部分1的非前推进器9与后推进器10所在面的其中一面的内侧中部，下潜压载2与上浮压载3合并安装于主体部分1与控制计算机4相对一面的外侧中部，惯导系统5安装在下潜压载2与上浮压载3所在面的内侧中点位置，深度计6安装于惯导系统5旁边靠近后推进器10的一侧。本专利技术目的还在于提供一种针对水下机器人在大潜深下潜过程中由于推进器故障所带来的风险，减少由于潜在推进器故障带来的损失的水下机器人大潜深下潜中推进器主动故障诊断方法。一种水下机器人大潜深下潜中推进器主动故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1，水下机器人1由吊车从挂载，布放到水中，进行浮态调整；步骤2，对水平面左推进器7和右推进器8进行主动诊断：步骤2.1，控制计算机4向左推进器7下达预定推力预定节拍控制指令；步骤2.2，惯导系统5测量解算艏向角及艏向角变化率，发送给控制计算机4；步骤2.3，控制计算机4中的滤波器估计转艏力矩推力损失，若大于阈值，则发送左推进器7故障标识到母船，转到步骤2.7，否则转到步骤2.4；步骤2.4，控制计算机4向右推进器8下达预定推力预定节拍控制指令；步骤2.5，惯导系统5测量解算艏向角及艏向角变化率，发送给控制计算机4；步骤2.6，控制计算机4中的滤波器估计转艏力矩推力损失，若大于阈值，则发送右推进器8故障标识到母船，转到步骤2.7，否则转到步骤3；步骤2.7，试验人员回收水下机器人1并维护；步骤3，对垂直面内的前推进器9和后推进器10进行主动故障诊断：步骤3.1，控制计算机4同时向前推进器9和后推进器10下达预定推力预定节拍控制指令；步骤3.2，惯导系统5测量解算垂向速度，纵倾角和纵倾角变化率，发送给控制计算机4；步骤3.3，控制计算机4中的滤波器估计纵倾力矩推力损失，若大于阈值，则转到步骤3.4，否则转到步骤4；步骤3.4，试验人员回收水下机器人1并维护。步骤4，控制计算机4设定垂向推进器无故障情况下，下潜压载2的抛离深度；步骤5，水下机器人1在下潜压载2的作用下，无动力下潜；步骤6，控制计算机4根据所述步骤5中深度计的6信息判断是否到达下潜压载2的抛离高度，若到达抛离高度，转到步骤9，否则转到步骤7；步骤7，控制计算机4记录深度计6信息，每下潜500m，重复步骤2，进行水平面推进器主动诊断，若未发现故障，转到步骤8，否则认为在水平推进器存在较大故障的情况下，很难完成预定探索任务，同时抛离下潜压载2以及上浮压载3，上浮到水面进行维护；步骤8，重复步骤3进行垂直面推进器主动诊断，若未发现故障，转到步骤5，否则，继续判断是否是单个垂向推进器发生故障：步骤8.1，控制计算机4向前推进器8下达预定推力预定节拍控制指令；步骤8.2，惯导系统5测量纵倾角和纵倾角变化率，发送给控制计算机4；步骤8.3，控制计算机4中的滤波器估计纵倾力矩推力损失，若与步骤2.6中所估计的纵倾力矩推力损失之间偏差小于阈值，则发送前推进器8故障标识到母船，转到步骤8.4，否则转到步骤8.5；步骤8.4，控制计算机4修改增加下潜压载2的抛离深度；步骤8.5，在前后垂向推进器9和10均存在故障情况下，认为抛离压载的减速过程存在较大风险，容易发生坐落海底危险，控制计算机4发出指令，水下机器人1抛离上浮压载1和下潜压载2，试验人员回收水下机器人1并维护。步骤9，水下机器人1到达预定下潜压载2抛离深度，水下机器人1抛掉下潜抛载2，进入作业面，开始作业任务。本专利技术的和现有技术相比，有益效果在于：1.本专利技术所述的主动故障诊断方法，可在水下机器人大潜深下潜过程中，尽早发现推进器存在的故障，及时回收维修，减少已经下潜至深海，而在执行作业任务过程中再发现故障，所造成的人力、物力损失；2.本专利技术所述的主动故障诊断方法，在下潜过程中，可及时发现垂向推进器存在的故障，减小水下机器人因推进器故障坐落海底的风险。附图说明图1为本专利技术示例水下机器人的基本结构图；图2为本专利技术水下机器人大潜深下潜过程主动诊断流程图；图3为本专利技术主动诊断水平面推进器故障详细流程图；图4为本专利技术主动诊断垂直面推进器故障详细流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行更详细的描述：一种水下机器人在大潜深下潜过程中，每下潜一定深度，便通过预定控制指令，通过状态反馈，主动检测推进器故障的方法。该方法可尽可能减小因故障而重复投放水下机器人所带来的人力、物力损失，同时降低水下机器人坐落海底的风险。本专利技术所述的对推力损失信息进行估计的滤波器，利用了水下机器人的运动模型建立。本专利技术提供了一种水下机器人在大潜深下潜中主动诊断推进器故障的方法，所述的主动诊断方法,即在水下机器人大潜深下潜过程中，每间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下机器人大潜深下潜中推进器，其特征在于：该推进器由主体部分(1)，下潜压载(2)，上浮压载(3)，控制计算机(4)，惯导系统(5)，深度计(6)，水平方向上的左推进器(7)，右推进器(8)，提供垂直方向推力的前推进器(9)和后推进器(10)构成，主体部分(1)是一个圆边的类长方体，前推进器(9)安装于主体部分(1)其中一面的中部，后推进器(10)安装于主体部分(1)与前推进器(9)相对一面的外侧中部，左推进器(7)安装于主体部分(1)的中部，控制计算机(4)安装在主体部分(1)的非前推进器(9)与后推进器(10)所在面的其中一面的内侧中部，下潜压载(2)与上浮压载(3)合并安装于主体部分(1)与控制计算机(4)相对一面的外侧中部，惯导系统(5)安装在下潜压载(2)与上浮压载(3)所在面的内侧中点位置，深度计(6)安装于惯导系统(5)旁边靠近后推进器(10)的一侧。

【技术特征摘要】
1.一种水下机器人大潜深下潜中推进器，其特征在于：该推进器由主体部分(1)，下潜压载(2)，上浮压载(3)，控制计算机(4)，惯导系统(5)，深度计(6)，水平方向上的左推进器(7)，右推进器(8)，提供垂直方向推力的前推进器(9)和后推进器(10)构成，主体部分(1)是一个圆边的类长方体，前推进器(9)安装于主体部分(1)其中一面的中部，后推进器(10)安装于主体部分(1)与前推进器(9)相对一面的外侧中部，左推进器(7)安装于主体部分(1)的中部，控制计算机(4)安装在主体部分(1)的非前推进器(9)与后推进器(10)所在面的其中一面的内侧中部，下潜压载(2)与上浮压载(3)合并安装于主体部分(1)与控制计算机(4)相对一面的外侧中部，惯导系统(5)安装在下潜压载(2)与上浮压载(3)所在面的内侧中点位置，深度计(6)安装于惯导系统(5)旁边靠近后推进器(10)的一侧。2.一种水下机器人大潜深下潜中推进器的主动故障诊断方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：步骤1，水下机器人1由吊车从挂载，布放到水中，进行浮态调整；步骤2，对水平面左推进器(7)和右推进器(8)进行主动诊断：步骤2.1，控制计算机(4)向左推进器(7)下达预定推力预定节拍控制指令；步骤2.2，根据预定推力预定节拍控制指令，惯导系统(5)测量解算艏向角及艏向角变化率，发送给控制计算机(4)；步骤2.3，根据步骤2.2所述的惯导系统(5)测量解算的艏向角及艏向角变化率，控制计算机(4)中的滤波器估计转艏力矩推力损失，若大于阈值，则发送左推进器(7)故障标识到母船，转到步骤2.7，否则转到步骤2.4；步骤2.4，根据步骤2.3的判断，控制计算机(4)向右推进器(8)下达预定推力预定节拍控制指令；步骤2.5，根据步骤2.4所述的预定推力预定节拍控制指令，惯导系统(5)测量解算艏向角及艏向角变化率，发送给控制计算机(4)；步骤2.6，根据步骤2.5所述的惯导系统(5)测量解算的艏向角及艏向角变化率，控制计算机(4)中的滤波器估计转艏力矩推力损失，若大于阈值，则发送右推进器(8)故障标识到母船，转到步骤2.7，否则转到步骤3；步骤2.7，根据步骤2.6的判断，试验人员判断是否回收水下机器人1并维护；步骤3，对垂直面内的前推进器(9)和后推进器(10)进行主动故障诊断：步骤3.1，控制计算机(4)同时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晔，何佳雨，李岳明，姜言清，李彦莹，武皓微，安力，孙叶义，王友康，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23