傳感器失效船舶定位控制重構(gòu)容錯(cuò)方法研究.pdf

1、動(dòng)力定位船舶大多從事危險(xiǎn)性較高的海洋工程作業(yè)，其對(duì)定位的精確性和控制穩(wěn)定性有著非常高的要求，傳感器作為最重要的獲取信息的裝置，一旦傳感器發(fā)生故障，將會(huì)給控制系統(tǒng)后續(xù)的監(jiān)測(cè)、控制產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此如何在傳感器發(fā)生故障或失效的情況下使動(dòng)力定位船舶能夠達(dá)到或接近預(yù)期的控制目標(biāo)而避免發(fā)生海上事故成為一個(gè)重要的研究課題。本文在容錯(cuò)控制理論的基礎(chǔ)上，針對(duì)船舶定位過(guò)程的傳感器故障，提出了基于數(shù)據(jù)分析的SVM傳感器故障診斷方法及控制重構(gòu)容錯(cuò)控制方法。

2、
　　 用于故障診斷的方法有很多，本文主要利用軟件的方法在無(wú)傳感器硬件冗余的情況下進(jìn)行傳感器的故障診斷。本文采用支持向量機(jī)方法進(jìn)行傳感器的故障診斷，針對(duì)傳感器的故障類型，利用二叉樹(shù)方法將多分類問(wèn)題轉(zhuǎn)換為多個(gè)二分類的問(wèn)題，簡(jiǎn)化了多分類SVM設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。在數(shù)據(jù)特征提取上，先利用差值法對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再在處理后的數(shù)據(jù)中提取特征，這種處理方法強(qiáng)化了數(shù)據(jù)特征，提升了診斷準(zhǔn)確率。本文采用船舶定位過(guò)程的傳感器故障數(shù)據(jù)，在matlab環(huán)境

3、下對(duì)采用的SVM傳感器故障診斷方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果驗(yàn)證了方法的有效性。
　　 本文采用的容錯(cuò)方法為控制重構(gòu)容錯(cuò)方法，即是一種主動(dòng)容錯(cuò)控制方法。重構(gòu)問(wèn)題的解決方法試圖對(duì)控制環(huán)路做最小的改變，使標(biāo)稱控制器在控制環(huán)中保持不變，這種控制策略避免了控制器本身的重新設(shè)計(jì)，降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。針對(duì)船舶控制的特點(diǎn)，本文將魯棒滑模觀測(cè)器與虛擬傳感器相結(jié)合，設(shè)計(jì)了基于魯棒滑模觀測(cè)器的虛擬傳感器，提升了容錯(cuò)的性能。
　　 最后本文將傳

4、感器故障診斷模塊與虛擬傳感器部分相結(jié)合，構(gòu)成了一個(gè)完整的容錯(cuò)控制系統(tǒng)。利用建立的船舶運(yùn)動(dòng)模型和環(huán)境干擾模型，對(duì)船舶定位過(guò)程中的艏向傳感器故障和DGPS故障進(jìn)行了仿真分析，主要包括傳感器無(wú)故障、傳感器發(fā)生沖擊故障、傳感器發(fā)生偏差故障以及傳感器發(fā)生輸出恒定值故障等情況下的容錯(cuò)控制仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制重構(gòu)容錯(cuò)方法對(duì)船舶定位過(guò)程的傳感器故障具有一定的容錯(cuò)能力。綜上，本文提出利用支持向量機(jī)故障診斷方法和控制重構(gòu)容錯(cuò)方法是切實(shí)可行的，提升了船舶