[发明专利]一种波浪滑翔器故障监测与鲁棒控制方法

说明书

本发明公开了一种波浪滑翔器故障监测与鲁棒控制方法，属于波浪滑翔器控制领域，包含如下步骤：波浪滑翔器主控计算机在每个控制节拍读取一次各设备发送来的数据，并存储；主控计算机对n个控制节拍的数据进行分析，判别是否发生故障；主控计算机进行综合分析，判断波浪滑翔器系缆是否发生断裂；主控计算机针对波浪滑翔器的故障情况，根据鲁棒控制方法，对波浪滑翔器进行运动控制；利用无线电模块，将波浪滑翔器运行状态信息按通信协议反馈至母船，进入下一设备故障检测周期。本发明能够对波浪滑翔器所搭载的传感器等设备的工作状态进行故障检测，并能判断波浪滑翔器系缆是否发生断裂，利用鲁棒控制方法，提升了波浪滑翔器在设备故障时的生存能力。

技术领域

本发明属于波浪滑翔器控制领域，尤其涉及一种波浪滑翔器故障监测与鲁棒控制方法。

背景技术

波浪滑翔器是近年来新兴的一种海洋观测设备。它依靠特殊的浮体与潜体机构实现将海洋中的波浪能转化为自身航行的推进力，无需螺旋桨等传统推进器即可完成长航时、大航程的海洋观测任务。波浪滑翔器的浮体上搭载有太阳能板，利用太阳能来为自身各种设备与传感器提供电力。相比于传统的海洋观测平台，它具有运行成本低廉、续航能力强、不产生环境污染、恶劣海况下生命力强等众多优点。因此，波浪滑翔器是一种具有广泛应用前景的海洋观测平台。

由于波浪滑翔器多用于执行长航时、大航程的海洋观测任务，海洋环境复杂多变，未知影响因素多，这就对波浪滑翔器控制器的鲁棒性提出了较高的要求。当波浪滑翔器上的一个或多个设备出现故障时，如传感器传输有效数据过低、野值过多、舵机损坏、系缆断裂等，便要求主控计算机能够及时自主发现故障并采取相应的鲁棒控制措施，使波浪滑翔器的生存能力得到提高。当某些设备出现故障，使波浪滑翔器不能继续完成作业任务时，要求波浪滑翔器能够保持在原位等待母船救援。除此之外，波浪滑翔器由于受能源限制，所搭载的控制系统功耗低，运算能力相对较弱，因此要求故障检测与鲁棒控制方法在尽可能减少系统运算开销的情况下满足实际使用需求。

传统的野值判别方法，如基于残差特性的野值辨别方法，通过使用莱特准则，再通过对残差变化率的分析来识别数据中的野值，但该方法仅适合静止观测数据的处理，由于波浪滑翔器时刻处于运动状态，其设备反馈数据不符合正态分布，故该方法便不再适合波浪滑翔器设备反馈数据的野值辨别。

莫宏伟等人提出的公开号为CN103245373A的专利，一种水下机器人传感器故障诊断方法，采用实数编码，利用欧氏距离计算和判断传感器危险状态。考虑了传感器输出信息保持不变、在某时刻突然发生跳变、在时间轴上振荡三种故障情况。考虑的设备故障情况相对较少，不能更有针对性地判别处理故障。

韩婵等人提出的申请号为201510633491.8的专利，一种基于多模型参数估计的舵机故障检测与诊断方法，针对四种典型舵机故障类型，建立相应的单参数故障模型，并将自适应与观测器结合建立参数估计器，通过多模型切换机制给出最准确的故障信息，但该方法过于复杂，稳定性较差。

论文《The intelligent control system for an unmanned wave glider》中针对海洋环境扰动尤其是海流作用下波浪滑翔器路径跟踪存在的稳态误差问题，提出了一种提出了一种改进S面航向控制器，以解决大扰动下弱机动载体的航向控制问题。但对故障的判断不够全面。

发明内容

本发明的目的在于公开能够提高波浪滑翔器生存能力与容错率的一种波浪滑翔器故障监测与鲁棒控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种波浪滑翔器故障监测与鲁棒控制方法，包含如下步骤：

步骤(1)：波浪滑翔器主控计算机在每个控制节拍读取一次各设备发送来的数据，并将单个控制节拍用于波浪滑翔器的鲁棒控制，将n个控制节拍的数据存储下来用于波浪滑翔器故障监测：