[发明专利]水下机器人推进器信息融合故障诊断方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及水下机器人故障诊断方法及装置，特别涉及一种水下机器人推 进器信息融合故障诊断方法及装置。

背景技术

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，水下机器人特别是无人水下机器人UUV(Unmanned Underwater Vehicle)将在这一领域发挥重要作用。

中国专利公开号为CN1709766的发明专利公开了一种浮力和推进器双驱动 方式远程自治水下机器人，用于海洋水下工程技术领域；它包括：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。

上述发明专利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，具有较高的续航能力，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，具有较高机动能力。

专利号为US5995992的美国专利公开了一种用于一种海洋科学测量与搜索 的6英尺长，直径为13英寸的自治水下机器人，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。

但是，上述这些专利均是关于无人水下机器人装置的设计，但是由于海洋 深处工作环境的复杂性，不可预测性，水下机器人一旦出现故障，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，其可靠性技 术研究与设计显得十分关键，而关于水下机器人可靠性的故障诊断技术的研究 几乎还是空白。

因此，特别需要一种用于水下机器人可靠性故障诊断的设备，以弥补水下 机器人推进器系统故障诊断的空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种水下机器人推进器信息融合故 障诊断方法及装置，以弥补水下机器人推进器诊断领域的空白。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样的：

本发明所采用的技术方案，其核心是通过测试反应水下机器人推进器转速 大小的电压和电流信号，利用小脑模型关节控制器(CMAC：Cerebellar Model Articulation Controllers)神经网络对电压、电流信息进行有效的融合，在线辨识 推进器的实际故障大小，再利用伪逆重构控制策略，产生容错控制矩阵，实现 水下机器人在线自适应容错控制。

作为本发明第一方面的一种水下机器人推进器信息融合故障诊断方法，其 特征在于，它包括如下步骤：

(1)通过转速传感器采集水下机器人推进器转速大小的电压和电流信号；

(2)将步骤(1)中采集的水下机器人推进器转速大小的电压和电流信号 送至信号采集与预处理装置中；

(3)将信号采集与预处理装置将获得的测试转速数据的电压和电流信号通 过串行通讯输送至故障识别装置；

(4)故障识别装置根据诊断的故障拥堵大小s，计算水下机器人推进器的 优先权矩阵W，然后采用伪逆重构方法产生容错控制矩阵，实现推进器故障情 形下的水下机器人容错控制。

在所述步骤(3)中，针对几种典型故障模式，故障识别装置对来自信号采 集与预处理装置的水下机器人推进器转速大小的电压和电流信号进行CMAC (Cerebellar Model Articulation Controllers)神经网络样本训练处理的故障样本训 练，得到故障辨识器CMAC，并判定水下机器人推进器是否发生故障。

进一步，对于任一水下机器人推进器的故障状况，先将现场测试得到的推 进器转速电压和电流信号与正常转速状况下的电压和电流信号相比较，检测故 障是否发生，并将现场测试的推进器转速电压和电流信号输入训练后的CMAC 故障辨识器，计算拥堵故障大小s，实现对水下机器人推进器的故障诊断。

作为本发明第二方面的一种水下机器人推进器信息融合故障诊断装置，其 特征在于，它包括：