基于模糊定性仿真的AUV推進(jìn)器與傳感器故障診斷方法研究.pdf

1、隨著陸地上不可再生資源的日益減少,海洋在人類(lèi)生存發(fā)展中的地位愈加突出,海洋開(kāi)發(fā)需要先進(jìn)技術(shù)和裝備。水下機(jī)器人是目前唯一能夠在深海環(huán)境中工作的裝備,隨著海洋開(kāi)發(fā)進(jìn)程的加快,對(duì)水下機(jī)器人技術(shù)提出了更高和更迫切的要求。自主式水下機(jī)器人(AUV:Autonomous Underwater Vehicle)無(wú)人無(wú)纜自主完成水下探測(cè)與作業(yè)任務(wù),安全性和可靠性是AUV研究和應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題。作為在復(fù)雜海洋環(huán)境中工作的載體,狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷是保證AU

2、V安全性的基礎(chǔ)和核心技術(shù)。AUV故障診斷理論的研究對(duì)提高其安全性具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文以開(kāi)架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)“海貍”號(hào)為研究對(duì)象,針對(duì)海洋環(huán)境中外部干擾下的AUV系統(tǒng)故障診斷問(wèn)題,根據(jù)模糊定性仿真理論,針對(duì)傳統(tǒng)模糊定性仿真方法中模糊定性狀態(tài)序列的形式無(wú)法表現(xiàn)出系統(tǒng)同一模式的共性特征的問(wèn)題,提出了采用模糊定性狀態(tài)轉(zhuǎn)換序列形式的模糊定性模型表示方法;為了區(qū)分AUV不同運(yùn)行模式,提出了對(duì)傳統(tǒng)模糊定性狀態(tài)轉(zhuǎn)換

3、規(guī)則的轉(zhuǎn)換類(lèi)型進(jìn)行細(xì)化分類(lèi)標(biāo)定的方法。將AUV動(dòng)力學(xué)模型、歷史過(guò)程數(shù)據(jù)中各變量變化趨勢(shì)關(guān)系轉(zhuǎn)換為各變量之間的模糊關(guān)系,通過(guò)模糊關(guān)系過(guò)濾結(jié)合時(shí)序過(guò)濾進(jìn)行模糊定性推理,得到AUV各正常運(yùn)行模式以及各故障模式下的模糊定性模型。
　　 在AUV模糊定性模型的基礎(chǔ)上,建立了基于決策樹(shù)的AUV故障診斷體系,給出了其基本要素的確定方法。根據(jù)不同模式模糊定性模型輸出預(yù)測(cè)狀態(tài)之間的差異值以及變量隸屬度信息,構(gòu)造訓(xùn)練樣本,建立分層決策樹(shù)進(jìn)行模式分類(lèi)

4、以及故障程度識(shí)別。針對(duì)AUV在線(xiàn)診斷工作量大以及難以實(shí)現(xiàn)故障程度判別的問(wèn)題,提出了基于分層決策樹(shù)的故障類(lèi)型判定以及故障程度識(shí)別方法。
　　 在本文所提出的故障類(lèi)型判定以及故障程度識(shí)別方法的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了“海貍”號(hào)水下機(jī)器人推進(jìn)器、傳感器典型故障的在線(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了基于模糊定性模型的AUV故障診斷方法的可行性。通過(guò)定性化處理之后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),與所建立模型中的各正常模式以及各故障模式的模糊定性狀態(tài)序列的比較,對(duì)機(jī)器人的模糊定性模