一种基于模糊自适应水下滑翔机故障诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种基于模糊自适应水下滑翔机故障诊断方法，涉及水下滑翔机故障检测领域

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊自适应水下滑翔机故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及水下滑翔机故障检测领域，更具体地，涉及一种基于模糊自适应水下滑翔机故障诊断方法
。

技术介绍

[0002]水下滑翔机作为众多高科技海洋产品的一种，强大的海洋探测能力使其受到了相关领域专家的青睐，在各个国家海洋军事事业发展中的作用日益凸显
。
作为长时间在复杂海洋环境中执行任务的水下航行器，微小故障的发生都可能会影响水下滑翔机的航行性能，严重情况下甚至会使滑翔机失控，从而造成极大的经济损失
。
对水下滑翔机故障诊断的研究能够实现故障问题的预防和在线处理，提高航行可靠性，可以有效降低潜在的经济损失
。
[0003]学者们在故障诊断领域进行了大量的研究，提出了许多方法进行故障检测与识别
。
通过硬件冗余
、
分析冗余以及基于信号等方法被广泛应用
。
但是故障冗余方法会占用设备更多的空间使得重量增加，对于有重要要求的设备并不适用；分析冗余方法主要通过计算实际状态输出和估计状态输出的残差是否超过设定阈值来判断故障是否发生，但是在实际工业环境中，残差信号会受到干扰信号的影响，导致故障识别不准确；基于信号的方法抛开了系统的输入输出模型，采用实际测量信号进行故障诊断，但是过于依靠专家的先验知识，导致缺乏客观的判断
。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提供一种基于模糊自适应水下滑翔机故障诊断方法
。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种基于模糊自适应水下滑翔机故障诊断方法，其特征在于，包括：
[0008]建立水下滑翔机纵向状态空间方程；
[0009]建立故障数学模型，根据故障数学模型建立水下滑翔机运动过程中的实际控制作用力与指令控制作用力模型；将其代入水下滑翔机纵向状态空间方程中，得到质心调节机构控制俯仰角的非线性系统；
[0010]根据质心调节机构控制俯仰角的非线性系统设计故障检测观测器，将状态变量与状态变量在故障检测观测器中的估计值的差作为状态估计误差，通过状态估计误差的阈值来判断是否存在故障；
[0011]设计故障诊断估计器，对故障的大小进行识别
。
[0012]本专利技术进一步的技术方案：所述水下滑翔机运动过程中的实际控制作用力与指令控制作用力模型为：
[0013]u
＝
(1
‑
l)u
c
+
Δ
u
[0014]其中，
u
c
为实际控制作用力，
u
为指令控制作用力，
Δ
u
为加性故障作用力，
l∈[0,1]表示执行器的有效性损失量
。
[0015]本专利技术进一步的技术方案：所述质心调节机构控制俯仰角的非线性系统为：
[0016][0017]x
＝
ω
z
[0018][0019][0020][0021][0022][0023]其中，
f
＝
‑
Blu
c
+B
Δ
u
定义为故障的综合影响；
d
为未知干扰；
m
为滑翔机的总重量，
λ
26
,
λ
66
为附加质量；
ω
z
为俯仰角速度；
ρ
为水的密度；
v
为水下滑翔机速度；
S
为最大横截面面积；
L
为水下滑翔机的长度；为无量纲化角速度的旋转系数；
J
zz
为转动惯量；
m
p
为滑块质量；
G
＝
mg
为滑翔机的重力；
x
p
为滑块位移量；
y
c
为重心在载体坐标系中的坐标；
v
y
为纵平面中垂直速度；
v
x
为纵平面中的水平速度
。
[0024]本专利技术进一步的技术方案：所述故障检测观测器为：
[0025][0026]其中，是状态变量
x
在故障检测观测器中的估计值，
L
d
∈R1×1为正的增益矩阵
。
[0027]本专利技术进一步的技术方案：其特征在于，所述阈值为：
[0028][0029]其中，
λ
min
[
·
]表示矩阵的最小特征值；
L
d
为观测器增益矩阵；
l
g
为李普希茨常数；系统离散后的干扰
。
[0030]本专利技术进一步的技术方案：其特征在于，所述故障诊断估计器为：
[0031][0032]其中，为
f
的动态估计值误差，表示故障影响的导数，为
x
的估计值误差，矩阵
K、L
e
是需要设计的估计器参数
。
[0033]一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法
。
[0034]一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被
执行时用于实现上述的方法
。
[0035]本专利技术的有益效果在于：
[0036]本专利技术提供的一种基于模糊自适应水下滑翔机故障诊断方法，通过设计故障检测观测器和故障诊断估计器实现对执行机构故障的在线诊断与估计，提高了残差信号的精度，减少相位滞后，可以观测出扰动信号，及时检测出故障的发生并采取措施
。
与现有技术相比，具备以下的技术优点：
[0037]1、
不需要占用设备额外的空间，对于有重要要求的设备非常适用；
[0038]2、
本专利技术提出的故障观测器是将状态变量
x
与状态变量在故障检测观测器中的估计值的差作为状态估计误差，通过状态估计误差的阈值来判断故障是否存在，减少了现有方法中残差信号受到干扰信号的影响程度
。
[0039]3、
本专利技术提出的方法通过系统中的状态变量作为判断依据，不依靠专家的先验知识，能够得到客观的判断
。
附图说明
[0040]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件
。
[0041]图1本专利技术整体框架
。
[0042]图2俯仰角控制图
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于模糊自适应水下滑翔机故障诊断方法，其特征在于，包括：建立水下滑翔机纵向状态空间方程；建立故障数学模型，根据故障数学模型建立水下滑翔机运动过程中的实际控制作用力与指令控制作用力模型；将其代入水下滑翔机纵向状态空间方程中，得到质心调节机构控制俯仰角的非线性系统；根据质心调节机构控制俯仰角的非线性系统设计故障检测观测器，将状态变量与状态变量在故障检测观测器中的估计值的差作为状态估计误差，通过状态估计误差的阈值来判断是否存在故障；设计故障诊断估计器，对故障的大小进行识别
。2.
根据权利要求1所述一种基于模糊自适应水下滑翔机故障诊断方法，其特征在于，所述水下滑翔机运动过程中的实际控制作用力与指令控制作用力模型为：
u
＝
(1
‑
l)u
c
+
Δ
u
其中，
u
c
为实际控制作用力，
u
为指令控制作用力，
Δ
u
为加性故障作用力，
l∈[0,1]
表示执行器的有效性损失量
。3.
根据权利要求2所述一种基于模糊自适应水下滑翔机故障诊断方法，其特征在于，所述质心调节机构控制俯仰角的非线性系统为：
x
＝
ω
ccccc
其中，
f
＝
‑
Blu
c
+B
Δ
u
定义为故障的综合影响；
d
为未知干扰；
m
为滑翔机的总重量，
λ
26
,
λ
66
为附加质量；
w
z
为俯仰角速度；
ρ
为水的密度；
v
为水下滑翔机速度；
S
为最大横截面面积；
L
为水下滑翔机的长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈依民，潘光，王亚周，高剑，张福斌，彭星光，李乐，王佳润，井安言，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：