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UUV航渡过程中容错控制方法的研究
| 论文题名： | UUV航渡过程中容错控制方法的研究 |
| 关键词： | 水下无人航行器;容错控制;数据融合;Walcott-Zak观测器 |
| 摘要： | 水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)是一种小型水下载体，能够自主完成任务。UUV目前被广泛的应用在军事和民用等领域，能够完成侦察，测量，救援等任务。随着科学技术的不断发展，以及陆地资源的匮乏，人类加大了对海洋中丰富资源探索的力度。UUV在其中发挥了越来越重要的作用，其运行时的可靠性也越来越重要。本文为保证UUV在航渡过程中的安全性，对UUV传感器和执行器故障的容错控制方法进行了深入的研究，研究内容包括以下几个方面： 首先，建立了固定坐标系与运动坐标系，给出了坐标系之间的转换的关系，根据所研究UUV特点建立了UUV推进器和舵的数学模型，并对UUV进行了受力分析。并在此基础上建立了UUV水平面运动方程，并通过MATLAB对模型进行了验证。 其次，针对 UUV传感器和执行器容错控制问题对控制器进行了设计。本文设计了专家S面控制器，该控制器在传统S面控制器的基础上加入了积分项消除固定干扰力，并在此基础上设计了S面控制器参数的自适应调整规则，实现在线调节S面控制器的参数，使控制器具有更好的自适应性。同时设计了滑模控制器。以纵向速度和艏向角控制为例进行了控制效果的对比。 再次，针对UUV传感器故障主要从两方面进行了研究：UUV无备用传感器但存在与故障传感器相近的传感器；UUV无备用传感器，也无具有与故障传感器相似功能的传感器。针对两种情况采用了不同的研究方法。针对第一种故障情况，本文采用自适应加权数据融合算法，并通过推导得到了权值的最优解。将相似功能传感器的数据转换之后进行融合，并用融合值来代替故障传感器的输出，从而实现容错控制。针对第二种故障情况，引入了-Zak观测器Walcott，并与非线性的UUV运动模型相结合，设计了具有鲁棒性的虚拟传感器，完成了对故障传感器的容错控制。并通过MATLAB仿真验证了两种容错控制方法的有效性。 最后，针对执行器故障问题，采用了第3章设计的专家S面控制器。给出了推进器和舵的故障模型。针对推进器的故障，设计了容错控制策略，并以 UUV直航运动为例进行了仿真验证。仿真结果表明，容错控制策略能很好的对随机出现的故障进行容错控制；针对UUV随机卡舵故障，设计了容错控制策略。并以UUV航渡过程为例进行了仿真验证。仿真结果表明，当随机故障出现后，容错控制系统介入，UUV能很好的纠正当前的偏差，继续完成巡航任务。 |
| 作者： | 毕英明 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 严浙平;李来春 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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