基于迭代自适应观测器的无人舰艇故障估计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于迭代自适应观测器的无人舰艇故障估计方法，属于无人舰艇控制技术领域；包括通过坐标变换将同时含有舵机失效、传感器故障的无人水面艇模型分解为两个子系统，其中子系统1只含有舵机故障，子系统2只含有传感器故障；针对子系统1，设计自适应故障观测器估计舵机效率因子；针对子系统2，设计迭代自适应故障观测器估计传感器故障；建立子系统1与子系统2的误差方程，判断误差系统的稳定性。本发明专利技术可实现对无人艇系统故障情况的准确估计，并给出故障发生的时间、发展的过程以及故障的严重程度等信息，便于操作中心对于无人艇安全性的监控；本发明专利技术还可对无人艇的舵机失效情况与传感器故障同时进行估计，减低了容错设计的成本。

Fault estimation method of unmanned warship based on iterative adaptive observer

【技术实现步骤摘要】
基于迭代自适应观测器的无人舰艇故障估计方法
本专利技术涉及一种基于迭代自适应观测器的无人舰艇故障估计方法，属于无人舰艇控制

技术介绍
无人舰艇作为一种工作在复杂海洋环境下的自主运动平台，由于其具备操作无人化、智能化等特点，且不会产生人员伤亡问题，因此能够长期在高危海域执行任务。同时，无人舰艇结构小而灵活、隐蔽性很强，通过装载不同任务需求的多元化装备，可以在领海巡航、情报侦搜、海洋资源勘探等领域发挥重要的作用。另一方面，由于海洋环境较为复杂，气候条件恶劣，无人水面舰艇在长期执行科考与勘探任务时，舵机、传感器等各类器件不可避免地会发生故障，这不仅会引起无人艇系统性能的下降，甚至会损坏船体上搭载的高精度探测设备。因此，通过故障估计技术实时地对无人艇故障的幅值、频率进行直观的展示，并对无人艇的健康状况进行有效监测，对于提高无人艇系统的安全性与可靠性有着重要的意义。无人舰艇的故障诊断与容错设计问题一直以来是控制领域的研究热点。然而，现有方法目前主要存在以下两个问题：首先，已有的水面艇故障诊断方法往往通过故障滤波器产生的残差评价函本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于迭代自适应观测器的无人舰艇故障估计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/n步骤1：通过坐标变换将同时含有舵机失效、传感器故障的无人水面艇模型分解为两个子系统，其中子系统1只含有舵机故障，子系统2只含有传感器故障；/n步骤1.1：建立带有舵机失效与传感器故障的无人水面艇数学模型：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于迭代自适应观测器的无人舰艇故障估计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：通过坐标变换将同时含有舵机失效、传感器故障的无人水面艇模型分解为两个子系统，其中子系统1只含有舵机故障，子系统2只含有传感器故障；
步骤1.1：建立带有舵机失效与传感器故障的无人水面艇数学模型：



yo(t)＝Coxo(t)+Dosfs(t)
其中，状态向量xo(t)＝[v(t)r(t)ψ(t)p(t)φ(t)]T，干扰向量d(t)＝[wψwφ]T，控制输入u(t)＝δ(t)，ρ(t)是未知的执行器效率因子，yo(t)∈Rp是量测输出信号，fs(t)＝[fs1,fs2,...,fsq]T∈Rq是传感器故障向量；变量v(t)，ψ(t)，φ(t)，r(t)和p(t)分别表示舵产生的无人艇横移速度，航向角，横摇角，平摆速度和横摇速度；δ(t)表示舵角；wφ(t)和wψ(t)表示海浪引起的横摇角和航向角的扰动；Tv和Tr是时间常数；Kvr，Kdv，Kdv，Kdr，Kdp，Kvp是已知的增益；wn和ζ分别表示无阻尼固有频率和阻尼比，系统矩阵表示为：









Co＝I5
其他模型参数：干扰与故障需满足：Dos∈R5×q为传感器故障系数矩阵，满足于q≤5；
舵机的效率因子ρ(t)满足于0＜ρ(t)≤ρu≤1；干扰d(t)满足于||d(t)||≤d*；传感器故障fsv(t)满足于|fsv(t)|≤suv，v＝1,2,...,q；d*，suv，sdv为未知的正数；
步骤1.2：对于原始系统1，求取可逆阵M∈R5×5和N∈R5×5，满足：






其中，A1∈R3×3，G1∈R3×1，G2∈R3×2，C1∈R3×3是可逆的，D∈R2×q；
步骤1.3：引入线性变换x(t)＝Mxo(t)，y(t)＝Nyo(t)，x1(t)∈R3，y1(t)∈R3，得到只含有舵机故障与传感器故障的两个子系统：






步骤1.4：对传感器故障公式进行增...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈力恒，付沙沙，陈杨，李倩，李丽雅，赵玉新，刘厂，奔粤阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23