[发明专利]一种基于推进器故障的UUV容错控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种容错控制系统，特别涉及到一种基于推进器故障的UUV容错控制系统。

背景技术

无人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle一UUV）在海底这块人类未来极具价值的发展空间中起着至关重要的作用。随着UUV及相关技术的发展，UUV已经被用于执行扫雷、侦察、情报搜集及海洋探测等任务，在未来海战中还可能作为水下武器平台、后勤支持平台等装备使用。

控制系统是无人水下航行器系统中很重要的一环，其稳定性是保障UUV安全运行的前提。容错控制能够使系统在故障情况下，自动补偿故障产生的影响以维护系统的稳定性并尽可能恢复系统故障前的性能。因此，容错控制是系统安全运行的最后一道防线，在UUV技术中有着重要的现实意义。

本发明提供UUV传感器故障情况下的容错控制方法，防止因推进器故障造成控制性能的下降和危险状况的发生，可用于提高UUV在复杂海洋环境下的生存能力和运动性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于推进器故障的UUV容错控制系统，有效提高UUV可靠性。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于推进器故障的UUV容错控制系统，其组成包括：UUV运动模型、水平面运动测算系统、故障模型、强跟踪滤波器、诊断模块。

所述的一种基于推进器故障的UUV容错控制系统，其特征是所述的故障诊断通过设计三组UUV状态下的强跟踪滤波器：左主推故障模型、右主推故障模型以及UUV正常运动模型。这样之后为了得到三组残差值，比较这三组强跟踪滤波器的实际状态值与状态估计值，再对比残差值就可以立即分析得到故障发生在哪个主推。

所述的基于推进器故障的UUV容错控制系统，其特征是所述的容错处理是在一个主推进器故障的情况下，为了保持UUV其他运行参数的正确和UUV的正常运行，就必须停止故障主推进器的工作，用一个主推进器加舵替代的控制实现UUV的正常运行。

具体包括以下几个步骤：

1 建立UUV运动模型；

2 简化和线性化水平面运动方程；

3 建立UUV主推进器故障模型；

4 强跟踪滤波器；

5 故障诊断；

6 容错处理。

附图说明

图1为地磁导航基准图构建流程图；

图2UUV故障诊断结构；

图3UUV故障模型速度残差；

图4UUV故障模型角速度残差；

本发明的技术方案的实质是：对UUV正常情况及每一个推进器故障的清况分别建立强跟踪滤波器，通过分析各个强跟踪滤波器的估计值与实际值的特征残差进行故障诊断并进行容错处理。

该技术方案的优点在于：

对于实际系统参数变动具有较强的的鲁棒性；

对于各种噪声和统计特性的初值敏感性较低；

对突变情况拥有极强的的跟踪能力，而且在稳定状态时，仍保持对缓变状态和突变状态的跟踪能力。

具体实施方式

步骤1：建立UUV运动模型：

考虑UUV三个自由度的情况：

1 轴向运动方程