[发明专利]一种基于行为的UUV推进操纵系统异常辨识方法

摘要

本发明涉及一种基于行为的UUV推进操纵系统异常辨识方法。本发明包括观测器对UUV的状态信息包括位置、速度、角度进行实时估计，与从UUV传感器实时得到的状态信息进行比较获得状态信息的残差信息；设置残差上下限阈值和时间窗，剔除误警的残差信号，初步判断UUV行为是否发生异常；从辨识行为库中匹配特定的二维空间辨识行为，判定自身的异常点定位及危险级别；系统根据实时采集到系统状态数据的残差特性对UUV推进操纵系统进行不同异常模式的匹配，实现对推进操纵系统的异常点的准确定位；对异常的危害级别进行判定。本发明根据二维运动空间的特定辨识行为实现对推进操纵异常点的准确定位，以及异常危害级别的判定，这降低了异常辨识的难度，时提高了异常辨识准确性。

主权项

一种基于行为的UUV推进操纵系统异常辨识的方法，其特征在于：(1)观测器对UUV的状态信息包括位置、速度、角度进行实时估计，与从UUV传感器实时得到的状态信息进行比较获得状态信息的残差信息，其中观测器为：x^·1=x^2+Λ1sgn(y-x^1)x^·2=M-1(y)[τ-C(y,x^2)x^2-G(y)]+Λ2sgn(y-x^1)]]>为状态向量x1、x2的估计值，其中x1＝[η1,η2]T∈R6×1、其中x、y、z表示船体坐标系下三轴速度，φ、θ、ψ表示横摇角、纵倾角、偏航角；M为包括附加质量的惯性矩阵，M∈R6×6；C(·)为哥氏力及向心力矩阵，C(·)∈R6×6；G(·)为流体阻力以及由重力和浮力产生的恢复力向量之和；τ为独立控制输入，τ∈R6×1；Λ1为正定常对角增益矩阵，Λ2为正定常反馈增益矩阵；(2)设置残差上下限阈值和时间窗K，剔除误警的残差信号，初步判断UUV行为是否发生异常；(3)从辨识行为库中匹配特定的二维空间辨识行为，判定自身的异常点定位及危险级别；(4)系统根据实时采集到系统状态数据的残差特性对UUV推进操纵系统进行不同异常模式的匹配，实现对推进操纵系统的异常点的准确定位，异常模式fn的取值为左推进器异常、右推进器异常、垂直舵卡右舵、垂直舵卡左舵、水平舵卡上舵、水平舵卡下舵六种异常模型,ri的取值为三轴速度u、v、w、偏航角速度q、纵倾角速度r五个状态项的残差，Mf的第i行第j列取值为0、1、‑1，分别表示“小偏差”、“较大正偏差”、“较大负偏差”，推进操纵系统异常点辨识的规则矩阵如Mf所示，(5)对异常的危害级别进行判定，对UUV推进操纵系统异常进行危害级别di的判定,异常危害级别辨识矩阵Mμd如下：其中ri依次表示大地坐标系中的北向位移、东向位移、深度、偏航角、纵倾角，其中μi,1、μi,2、μi,3分别表示ri隶属于危害级别di正常、小偏差、大偏差的程度；将每一个直接辨识行为的起点作为计时的起点，测得时间T后异常危害级别矩阵，根据异常点的危害特性权重矩阵A＝[a1,a2,…,a6]得到异常危害级别隶属度函数δl：根据δl得到异常点的危害级别。