【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于深海潜器机械臂控制系统，尤其涉及一种深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台。
技术介绍
1、海洋孕育了生命、联通了世界、促进了发展，对人类社会生存和发展具有重要意义。地球上海洋接近90%的面积是深海，深海是地球上资源丰富的区域，有着高压、低温、高湿等极端条件，以及海流、海底地形、水下生物等各种不确定因素。深海潜器机械臂作为探索深海的重要工具之一，可以在深海环境中进行操作和采集工作，其研发能力在一定程度上标志着国家深海资源调查、海洋科学研究的技术水平。
2、但深海潜器机械臂运行过程中会出现安全风险，会造成数据丢失、设备损坏以及任务中断等难以预料的情形。因此，亟需研发深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台，以求提高深海潜器机械臂的可靠性和安全性，为研发人员提供一个快速、安全、经济的测试及监控平台，推动深海工程技术的发展和应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台，有效解决深海潜器机械臂运行时安全系数低的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术解决方案是：一种深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台，包括实验单元及故障仿真模拟单元，所述实验单元包括海水池、人机交互平台以及环绕海水池四周设置的摄像机和录像机，海水池中设有潜器及深海潜器机械臂、多种模拟器和多种传感器，摄像机、录像机、各传感器和各模拟器均与人机交互平台数据连接，用于完成深海环境模拟、深海潜器机械臂结构分析、建立深海潜器机械臂动力学模型及实验操作。
3、所述故障仿真模拟单元包括深海潜器机械臂动力学仿真模块、传感器故障模拟模块、执行器故障模拟模块、控制算法验证模块和故障仿真数据库，用于完成对深海潜器机械臂故障的仿真模拟，并通过在实验单元中进行实验寻找解决方案，或者从故障仿真数据库中获取故障解决方案。
4、当故障仿真模拟单元进行故障仿真时，自动调取故障仿真数据库中的数据，从而提供精准的故障预测及故障解决方案。
5、进一步地，所述故障仿真数据库用于存储实际海试数据、依托实验单元得到的实验数据和依托故障仿真模拟单元得到的仿真数据，故障仿真数据库具有支持多人添加、进行故障预测、故障数据记录及提供故障解决方案的功能。
6、进一步地，所述故障仿真模拟单元用于完成传感器故障模拟、执行器故障模拟和控制算法验证。
7、进一步地，在故障仿真模拟单元中建立深海潜器机械臂仿真模型，根据设定的仿真场景和条件，运行深海潜器机械臂仿真模型，并记录深海潜器机械臂的运动轨迹、力矩和响应数据，然后与实验单元建立的深海潜器机械臂动力学模型相应的数据比较，优化故障仿真模拟单元的仿真效果和评估深海潜器机械臂控制系统的动力学性能指标。
8、进一步地，所述控制算法验证模块提供的验证方法包括以下步骤：s1、建立深海潜器机械臂仿真模型并与控制算法相连接，所述深海潜器机械臂仿真模型能够模拟真实环境中深海潜器机械臂的物理特性和动态行为。
9、s2、设计控制算法：根据深海潜器机械臂的任务需求和性能要求，设计控制算法，所述控制算法是pid控制算法或自适应控制算法或优化控制算法。
10、s3、故障注入：通过注入故障来模拟深海潜器机械臂控制系统的故障情况。
11、s4、优化算法：使用设计的控制算法和故障注入，运行仿真实验，观察深海潜器机械臂在故障注入条件下的行为和性能表现，评估控制算法对故障的鲁棒性和容错能力，根据仿真实验的结果，对控制算法进行优化。
12、s5、验证结果：通过多次仿真实验和优化过程，验证控制算法在故障注入条件下的表现，保证控制算法稳定控制深海潜器机械臂并能更好适应不同故障情况。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：本专利技术首次提出的深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台是以实际深海潜器操作情况获取的数据和实验单元及故障仿真模拟单元获取的实验数据为数据来源。其中故障仿真模拟单元有利于模拟深海潜器机械臂并分析其在深海中可能出现的各种状况，提供解决方案。具有以下优点：（1）提升安全性：本专利技术有助于模拟深海环境下深海潜器机械臂控制系统可能出现的各种故障情况，有助于在安全的环境中评估和改进控制系统的容错能力，从而提升深海作业的安全性。
14、（2）降低成本：实际深海作业的成本极高，而利用本专利技术进行故障模拟和分析能够帮助工程师在更早的阶段发现和解决问题，降低实际作业中因故障导致的成本和时间浪费。
15、（3）降低任务中断和数据丢失风险：深海潜器机械臂采集的数据和样本对于海洋科学研究和资源勘探具有重要的意义，常常用于采集样本、维护设施等重要任务。如果深海潜器机械臂出现故障，将会导致任务无法完成及数据和样本的丢失。
16、（4）技术验证：本专利技术有助于验证深海潜器机械臂控制系统的设计和算法，确保其在极端环境下的可靠性和稳定性，为实际应用提供技术保障。
17、（5）故障预防与维护：本专利技术有助于分析深海潜器机械臂控制系统可能出现的故障原因，提前进行预防性维护，延长设备的使用寿命。还有利于提高操作人员对深海潜器机械臂控制系统的故障处理能力，降低实际作业中的风险。
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1.一种深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台，其特征在于，包括实验单元及故障仿真模拟单元，所述实验单元包括海水池、人机交互平台以及环绕海水池四周设置的摄像机和录像机，海水池中设有潜器及深海潜器机械臂、多种模拟器和多种传感器，摄像机、录像机、各传感器和各模拟器均与人机交互平台数据连接，用于完成深海环境模拟、深海潜器机械臂结构分析、建立深海潜器机械臂动力学模型及实验操作；
2.根据权利要求1所述的一种深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台，其特征在于，所述故障仿真数据库用于存储实际海试数据、依托实验单元得到的实验数据和依托故障仿真模拟单元得到的仿真数据，故障仿真数据库具有支持多人添加、进行故障预测、故障数据记录及提供故障解决方案的功能。
3.根据权利要求2所述的一种深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台，其特征在于，所述故障仿真模拟单元用于完成传感器故障模拟、执行器故障模拟和控制算法验证。
4.根据权利要求3所述的一种深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台，其特征在于，在故障仿真模拟单元中建立深海潜器机械臂仿真模型，根据设定的仿真场景和条件，运行深海潜器机械臂仿
5.根据权利要求1所述的一种深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台，其特征在于，控制算法验证模块提供的验证方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台，其特征在于，包括实验单元及故障仿真模拟单元，所述实验单元包括海水池、人机交互平台以及环绕海水池四周设置的摄像机和录像机，海水池中设有潜器及深海潜器机械臂、多种模拟器和多种传感器，摄像机、录像机、各传感器和各模拟器均与人机交互平台数据连接，用于完成深海环境模拟、深海潜器机械臂结构分析、建立深海潜器机械臂动力学模型及实验操作；
2.根据权利要求1所述的一种深海潜器机械臂控制系统故障仿真平台，其特征在于，所述故障仿真数据库用于存储实际海试数据、依托实验单元得到的实验数据和依托故障仿真模拟单元得到的仿真数据，故障仿真数据库具有支持多人添加、进行故障预测、故障数据记录及提供故障解决方案的功能。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈云赛，李雨情，刘增凯，孙尧，刘子然，张栋，姜清华，李志彤，邢会明，史正国，张祺戈，张辰玮，
申请(专利权)人：青岛哈尔滨工程大学创新发展中心，
类型：发明
国别省市：
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