[发明专利]基于迭代自适应观测器的无人舰艇故障估计方法

说明书

本发明涉及一种基于迭代自适应观测器的无人舰艇故障估计方法，属于无人舰艇控制技术领域；包括通过坐标变换将同时含有舵机失效、传感器故障的无人水面艇模型分解为两个子系统，其中子系统1只含有舵机故障，子系统2只含有传感器故障；针对子系统1，设计自适应故障观测器估计舵机效率因子；针对子系统2，设计迭代自适应故障观测器估计传感器故障；建立子系统1与子系统2的误差方程，判断误差系统的稳定性。本发明可实现对无人艇系统故障情况的准确估计，并给出故障发生的时间、发展的过程以及故障的严重程度等信息，便于操作中心对于无人艇安全性的监控；本发明还可对无人艇的舵机失效情况与传感器故障同时进行估计，减低了容错设计的成本。

技术领域

本发明涉及一种基于迭代自适应观测器的无人舰艇故障估计方法，属于无人舰艇控制技术领域。

背景技术

无人舰艇作为一种工作在复杂海洋环境下的自主运动平台，由于其具备操作无人化、智能化等特点，且不会产生人员伤亡问题，因此能够长期在高危海域执行任务。同时，无人舰艇结构小而灵活、隐蔽性很强，通过装载不同任务需求的多元化装备，可以在领海巡航、情报侦搜、海洋资源勘探等领域发挥重要的作用。

另一方面，由于海洋环境较为复杂，气候条件恶劣，无人水面舰艇在长期执行科考与勘探任务时，舵机、传感器等各类器件不可避免地会发生故障，这不仅会引起无人艇系统性能的下降，甚至会损坏船体上搭载的高精度探测设备。因此，通过故障估计技术实时地对无人艇故障的幅值、频率进行直观的展示，并对无人艇的健康状况进行有效监测，对于提高无人艇系统的安全性与可靠性有着重要的意义。

无人舰艇的故障诊断与容错设计问题一直以来是控制领域的研究热点。然而，现有方法目前主要存在以下两个问题：首先，已有的水面艇故障诊断方法往往通过故障滤波器产生的残差评价函数对是否有故障进行定性判断，但并不能够提供故障的准确定量信息，如故障幅值、形状等，使得操作中心无法判断出无人艇系统故障发生的时间、发展的过程以及故障的严重程度，这对于后续故障的补偿以及容错策略的设计带来一定的困难。其次，目前无人艇故障诊断方法往往假设舰艇上仅存在舵机故障，或仅针对传感器故障进行诊断。而实际运行过程中发生故障的部件并不确定，因此无人艇上往往需要设计多个诊断模块，增加了容错设计的成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有无人艇故障诊断技术无法提供故障的定量信息且需要多组模块对舰艇进行故障监测的问题而提供一种基于迭代自适应观测器的无人舰艇故障估计方法。

一种基于迭代自适应观测器的无人舰艇故障估计方法，具体包括以下步骤：

步骤1：通过坐标变换将同时含有舵机失效、传感器故障的无人水面艇模型分解为两个子系统，其中子系统1只含有舵机故障，子系统2只含有传感器故障；

步骤1.1：建立带有舵机失效与传感器故障的无人水面艇数学模型：