傳感器失效船舶定位控制重構(gòu)容錯方法研究.pdf

1、動力定位船舶大多從事危險性較高的海洋工程作業(yè)，其對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，將會給控制系統(tǒng)后續(xù)的監(jiān)測、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重要的研究課題。本文在容錯控制理論的基礎(chǔ)上，針對船舶定位過程的傳感器故障，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，針對傳感器的故障類型，利用二叉樹方法將多分類問題轉(zhuǎn)換為多個二分類的問題，簡化了多分類SVM設(shè)計的復(fù)雜性。在數(shù)據(jù)特征提取上，先利用差值法對樣本數(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程的傳感器故障數(shù)據(jù)，在matlab環(huán)境

3、下對采用的SVM傳感器故障診斷方法進(jìn)行了仿真驗證，仿真結(jié)果驗證了方法的有效性。
　　 本文采用的容錯方法為控制重構(gòu)容錯方法，即是一種主動容錯控制方法。重構(gòu)問題的解決方法試圖對控制環(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，降低了設(shè)計的復(fù)雜度。針對船舶控制的特點，本文將魯棒滑模觀測器與虛擬傳感器相結(jié)合，設(shè)計了基于魯棒滑模觀測器的虛擬傳感器，提升了容錯的性能。
　　 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)成了一個完整的容錯控制系統(tǒng)。利用建立的船舶運(yùn)動模型和環(huán)境干擾模型，對船舶定位過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控制仿真，仿真結(jié)果驗證了控制重構(gòu)容錯方法對船舶定位過程的傳感器故障具有一定的容錯能力。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)容錯方法是切實可行的，提升了船舶