ROV推进系统故障检测及容错控制研究

遥控水下机器人( ROV )工作在未知的不确定的复杂海洋环境中，其机械部件和控制系统极易出现故障。推进器是ROV的动力装置，对ROV完成水下作业，顺利回收起着至关重要的作用。推进器经常受到水草、异物的干扰而损坏，同时其内部的机械和电子组件也因老化、发热、受力而容易损坏，因此推进系统故障是ROV经常发生的故障之一。故障检测是提高其推进系统可靠性的重要环节，为ROV的容错控制和紧急回收等应急措施提供科学依据。ROV的容错控制对提高ROV的可靠性和机动性有着重要的意义。 针对ROV推进系统的特点，本文研究了ROV推进系统的系统辨识，故障检测和容错控制问题。 本文给出了一种基于控制量输入的ROV模型辨识方法，减小了辨识的工作量。该模型以螺旋桨驱动电机的电压控制量为输入，以各个自由度的运动状态为输出，不需进行螺旋桨推力标定。针对这种辨识方式，本文给出一种ROV系统辨识的非线性模型和简化的线性模型，对于相应的模型设计了辨识方法。通过实验验证了模型和方法的有效性。 针对ROV的故障检测问题，给出基于模型与推进电机电流的故障检测方法，设计了故障检测策略，实现对故障的分离和定位。通过模拟故障实验验证了方法的有效性。 针对ROV推进系统容错控制分配问题，本文提出了基于SVD分解(奇异值分解)与定点分配的混合算法。与传统的方法相比，它回避了求伪逆矩阵的问题，减小了计算量；能够满足推进器饱和约束限制。利用水下实验平台的推进系统模型进行了仿真实验，验证了算法的正确性和有效性。