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原文传递船舶鳍-翼鳍减横摇容错控制系统研究

论文题名：	船舶鳍-翼鳍减横摇容错控制系统研究
关键词：	船舶航行;多Agent故障诊断;专家系统;容错控制;仿真平台
摘要：	在海浪、海风和海流等环境的扰动作用的影响下,船舶在航行的过程中会发生横摇等各种摇荡,而船舶的横摇运动阻尼很小,所以船舶的横摇运动会对船舶的影响较大,影响船舶作业的安全性。减摇鳍目前被认为是一种行之有效的主动式船舶减横摇装置,但由于船舶鳍-翼鳍减横摇控制系统是集机、电、液于一体的复杂装置,当船舶鳍-翼鳍减横摇控制系统发生故障或船体受损导致某些自身参数改变及传感器失灵时,船舶鳍-翼鳍减横摇容错控制系统可以基本维持系统的减横摇性能,保证船舶的运行安全,并尽可能满足船舶的航行性能和操纵性的基本要求。为此,本文分析了船舶鳍-翼鳍减横摇容错控制系统的主要故障特征,设计了基于信息融合与协商的多Agent故障诊断系统,构建了专家容错控制系统解决船舶鳍-翼鳍减横摇容错控制中的复杂问题。本文还针对系统模型的不确定性,提出了基于模型的故障诊断算法及在自适应故障诊断观测器下的容错控制律设计。具体研究内容如下: 　　综述了船舶鳍-翼鳍减横摇容错控制系统的课题背景,对故障诊断以及容错控制技术国内外研究现状做了简要论述,并介绍了论文的整体结构和研究内容。　　建立了船舶鳍-翼鳍减横摇控制系统主要故障工况模型,并分析了船舶鳍-翼鳍减横摇控制系统的故障表征形式及其故障特征,利用AMESim软件对几种主要故障进行了仿真,得到了系统状态在故障工况下的响应特性。　　利用多Agent信息融合模型可有效对信息的变化做出实时、快速反应这一优点,将多Agent信息融合技术和多议题协商策略运用到船舶鳍-翼鳍减横摇控制系统的故障诊断中,提出了故障诊断系统多Agent设计方案,从而提高了故障诊断效率和准确率。同时,为了解决具有多种故障源和故障特征的船舶鳍-翼鳍减横摇容错控制系统问题,利用专家系统的优点,建立了知识库及推理机制,将船舶鳍-翼鳍减横摇容错控制方法与专家系统进行了有机的结合,并将优先级的思想引入到推理机的控制策略中。从而实现不同故障的容错控制,有效地解决船舶鳍-翼鳍减横摇容错控制中的复杂问题。　　针对船舶鳍-翼鳍减横摇容错控制系统模型的不确定性及非线性特性,提出了基于模型的故障诊断算法以及在自适应故障诊断观测器下的容错控制律设计。利用最优解耦原理,设计了基于未知输入的鲁棒故障诊断观测器,实现了干扰解耦。针对一类非线性系统,设计了参数估计的故障诊断观测器,并验证了算法的收敛性。针对传统故障诊断算法对故障估计的不足,利用自适应故障诊断观测器估计了系统故障信息,在估计的故障信息下,设计了状态反馈的容错控制器。　　建立了船舶鳍-翼鳍减横摇专家容错控制系统仿真平台,并针对典型故障进行了仿真。仿真结果表明本文设计的容错控制系统可有效对传感器和执行器故障、多故障情况下的船舶进行减横摇容错控制。
作者：	孙蓉
专业：	控制理论与控制工程
导师：	刘胜
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文