基于主元分析的水下機器人故障診斷方法研究.pdf

1、作為水下機器人安全性的關鍵技術，故障診斷技術具有重要的理論研究和實際應用價值。本文通過對國內外水下機器人故障診斷方法與技術的分析研究，將主元分析法引入到水下機器人的故障診斷中，旨在研究基于主元分析的水下機器人故障診斷方法的可行性和有效性?；谥髟治龅乃聶C器人故障診斷方法不需要系統(tǒng)的精確數(shù)學模型，只是從數(shù)據(jù)中提煉統(tǒng)計信息，建立正常工況下水下機器人的主元模型，通過檢驗新的數(shù)據(jù)相對于主元模型的背離程度來發(fā)現(xiàn)異常和故障。 本文首先基

2、于常規(guī)的主元分析方法進行了水下機器人故障診斷方面的研究，仿真實驗的結果表明了基于主元分析的故障診斷方法在水下機器人故障診斷中的可行性。然后針對水下機器人的特性和常規(guī)PCA方法的不足，在如下方面作了深入的研究： 提出了一種基于平均特征值的累計方差貢獻率法來選取主元的方法，并以相關系數(shù)為基礎設計了分塊PCA算法，通過挖掘變量之間的相關性，對所有的監(jiān)測變量進行分組，將每組變量的主元個數(shù)控制在3個以內。 由于非線性迭代部分最小二

3、乘算法求解主元計算繁瑣，不利于在水下機器人上應用，提出了主元求解的工程簡化算法，利用數(shù)據(jù)的相關系數(shù)矩陣求解主元載荷矩陣。 針對T2統(tǒng)計量可能出現(xiàn)“誤報”的情況給出了改進算法，將與主元得分密切相關的變量分離出來組成一個新的殘差統(tǒng)計量，并把它和T2統(tǒng)計量相配合使用進行故障檢測和診斷。海試數(shù)據(jù)的仿真實驗驗證了該方法的有效性。 針對水下機器人傳感器的幾種典型故障，詳細推導了故障條件下Q統(tǒng)計量和T2統(tǒng)計量的統(tǒng)計特性的變化，作為故障