[发明专利]基于事件驱动的水面无人艇同步故障检测与控制方法

说明书

基于事件驱动的水面无人艇同步故障检测与控制方法，本发明涉及水面无人艇的故障检测与控制方法。本发明的目的是为了解决现有水面无人艇故障检测和控制方法分开进行，成本高，SFDC模块网络通信带宽占用率大，数据传送消耗能量大，浪费能源的问题。过程为：一、建立水面无人艇系统的状态空间方程；二、设计基于积分型事件驱动的SFDC模块，并建立事件驱动条件下的增广残差系统；三、设计基于积分型事件驱动的SFDC模块的增益矩阵，得到残差信号和控制输入；四、设计积分型事件驱动机制，使增益矩阵成立；五、设计残差评价函数；六、设计残差评价函数阈值，完成水面无人艇故障检测。本发明用于水面无人艇同步故障检测与控制方法。

技术领域

本发明涉及水面无人艇的故障检测与控制方法。

背景技术

水面无人艇由于其体积小、隐蔽性好、成本低、机动性高等特点，在多种领域内得到了广泛的应用，例如环境监测、水文测量、海洋资源勘探、污染物追踪、海岸监测、水面救援等。然而，水面无人艇由于海水侵蚀、极低的工作温度、超长的工作时间等因素，水面无人艇系统不可避免地会发生故障。为了提高水面无人艇的鲁棒性和可靠性，我们需要设计故障检测滤波器用以及时地检测水面无人艇系统可能发生的故障。现有水面无人艇故障检测和控制分开进行，成本高。

通常，SFDC(同步故障检测和控制)模块位于母舰或陆地上，SFDC模块和水面无人艇的数据交互通过无线网络实现。在传统的连续数据传输以及周期型传输机制下，大量不必要的数据包通过通信网络进行传输，网络通信带宽占用率高而且会造成由大量数据传输产生的传送消耗能量大，浪费能源。由于网络通信带宽受限，以及水面无人艇自身能源有限，需要在保证水面无人艇系统性能的前提下减少数据传送，以此来降低网络带宽的占用率以及由数据传送消耗的能量。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有水面无人艇故障检测和控制方法分开进行，导致成本高，SFDC模块网络通信带宽占用率大，以及数据传送消耗能量大的问题，而提出基于事件驱动的水面无人艇同步故障检测与控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

步骤一、建立水面无人艇系统的状态空间方程；

步骤二、基于步骤一建立的水面无人艇系统的状态空间模型，设计基于积分型事件驱动的SFDC模块，并建立事件驱动条件下的增广残差系统；

步骤三、设计基于积分型事件驱动的SFDC模块的增益矩阵，根据SFDC模块的增益矩阵得到残差信号r(t)和控制输入u(t)；

步骤四、设计积分型事件驱动机制，使步骤三获得的SFDC模块的增益矩阵成立；

步骤五、根据步骤三的残差信号r(t)设计残差评价函数；

步骤六、设计残差评价函数阈值，根据残差评价函数完成水面无人艇故障检测。

本发明的有益效果:

本发明水面无人艇在积分型事件驱动条件下的同步故障检测与控制方法，主要包括基于观测器的故障检测滤波器和控制器设计，以及积分型事件驱动机制的设计方法。

本发明建立水面无人艇系统的状态空间方程；基于水面无人艇的状态空间模型，设计基于积分型事件驱动的SFDC模块，并建立事件驱动条件下的增广残差系统；设计基于积分型事件驱动的SFDC模块的增益矩阵，根据SFDC模块的增益矩阵得到残差信号r(t)和控制输入u(t)；基于SFDC模块的增益矩阵设计积分型事件驱动机制；根据残差信号r(t)设计残差评价函数；设计残差评价函数阈值以及相应的故障检测逻辑，根据残差评价函数完成水面无人艇故障检测。