[发明专利]一种无缆深潜器航迹跟踪控制系统故障检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无缆深潜器航迹跟踪控制系统，属于无缆深潜器航迹跟踪控制及故障检测技术领域。同时本发明公开了其故障检测方法。 

背景技术

深潜器是具有水下观察和作业能力的活动深潜水装置，主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务。与有缆深潜器相比，无缆深潜器具有更强的机动能力，更便于执行反水雷、沿海地区潜艇跟踪以及情报、监视和侦察任务等。无缆深潜器航迹跟踪控制是指通过操舵仪，使得无缆深潜器的航迹跟踪设定轨迹。无缆深潜器在巡航过程中不可避免地会受到洋流等的影响；各种信号通过无线网络在水中传输时容易受到无线电或其他信号的干扰，且信号在水中传输时会有较大幅度的衰减或漂移。因此，如何实现无缆深潜器航迹的精确跟踪控制，提高无缆深潜器巡航的安全性及工作效率是一个十分有价值的问题。 

在对无缆深潜器的航迹进行控制的过程中，航迹、航向偏差以及舵角反馈信息传输至舵角控制器，而舵角控制器与操舵仪发出的信号经控制信号接收装置最终传输至舵机，舵机通过舵杆控制舵实现航向调整，并最终使得实际航迹较好地跟踪设定航迹。在航迹跟踪控制过程中，如果航迹控制器、舵角控制器、控制信号接收装置出现阶跃型、斜坡型故障，或者舵机出现卡死型故障，则不能实现无缆深潜器航向的精确控制，从而影响到航迹跟踪控制的效果。因此，当无缆深潜器航迹跟踪控制系统出现故障时，如何及时检测故障的发生并采取措施消除故障是有重要意义的。 

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种无缆深潜器航迹跟踪控制系统故障检测装置和方法，实现对无缆深潜器航迹跟踪控制过程精确、快捷的故障检测。 

本发明通过如下技术手段加以实现：一种无缆深潜器航迹跟踪控制系统故障检测装置，系统由GPS接收天线、GPS接收装置、电罗经、舵角反馈装置、航迹控制器、舵角控制器、航迹跟踪参考模型、控制信号接收装置、操舵仪、舵机、舵、故障检测滤波器、参考残差模型、残差信号分析装置、故障报警装置组成。 

航迹跟踪参考模型生成设定航迹；GPS接收装置接收GPS输出的无缆深潜器实际航迹 信息，并计算设定航迹与实际航迹之间的偏差；电罗经自动、连续地提供无缆深潜器的航向信号，计算设定航向与实际航向之间的偏差，且航迹偏差与航向偏差传到航迹控制器；航迹控制器根据无缆深潜器的航迹、航向偏差，无缆深潜器航迹状态以及航迹跟踪参考模型状态生成控制输入，并将相应的控制输入传到舵角控制器；舵角反馈装置检测并反馈舵角信号，航迹控制器所生成的控制输入、航迹偏差、航向偏差、舵角反馈信号传输至舵角控制器，舵角控制器发送控制输入至控制信号接收装置；舵机通过舵杆与舵连接，操舵仪通过Profibus现场总线将控制输入传输至控制信号接收装置。控制信号接收装置既可以接收舵角控制器的信号，又可以接收操舵仪的控制信号，并根据收到的信号控制转舵。参考残差模型用于设计故障检测滤波器；故障检测滤波器生成残差信号；故障报警装置安装在操舵仪上；残差信号分析装置计算并比较残差评价函数与给定阈值的大小。 

所述的航迹跟踪参考模型为 

x~k+1=Jx~k+tk]]>

y~k=Hx~k,]]>

其中 t_k分别为航迹跟踪参考模型状态、航迹跟踪参考模型输出及航迹跟踪参考模型输入，J、H为具有与 相匹配维数的实数矩阵，k为自然数或零； 

设置航迹状态方程为