[发明专利]一种基于区间观测器的自主水下机器人AUV执行器故障检测方法

说明书

本发明提供了一种基于区间观测器的自主水下机器人AUV执行器故障检测方法，所述故障检测方法包括：建立AUV在垂直面的动力学模型；根据动力学模型设计区间观测器；根据区间观测器的数据，进行执行器故障检测。本发明提供的一种基于区间观测器的自主水下机器人AUV执行器故障检测方法能够及时检测出故障，有效保障实际应用需求。

技术领域

本发明属于水下机器人控制领域，具体涉及一种基于区间观测器的自主水下机器人AUV执行器故障检测方法。

背景技术

近年来，世界各国加强了对深海的勘探。自主水下机器人(AUV)是勘探水下资源、开展各种水下技术和工作最有效的设备，因而在军用、民用等各个领域得到广泛的应用，同时在沉船打捞、水下救援的方面发挥着重要作用。

推进机构是AUV的重要组成部分。然而，由于深海环境的复杂性和不确定性，推进机构极易发生故障。当AUV执行机构在运行过程中发生故障时，其安全性和可靠性难以保证，会造成巨大的经济损失。

基于上述情况，为了满足实际应用需求，亟需一种考虑AUV在执行器发生故障时能够及时检测出故障的方法，确保AUV安全运行。

发明内容

针对自主水下机器人AUV执行机构经常出现的故障问题，提出了一种基于区间观测器的水下机器人AUV故障检测方法。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于区间观测器的自主水下机器人AUV执行器故障检测方法，包括以下步骤：

步骤1、建立AUV在垂直面的动力学模型；

步骤2、根据步骤1中的动力学模型设计区间观测器；

步骤3、根据区间观测器的数据，进行执行器故障检测。

进一步的，所述步骤(1)中AUV在垂直面的动力学模型的建立步骤为：

步骤1.1、AUV在垂直面的非线性运动方程为：

其中，m为水下机器人的质量(kg)，θ是水下机器人的纵倾角(rad)，q是水下机器人的纵摇角速度(rad/s)，z是水下机器人的下潜深度(m)，s是水下机器人的下潜速度(m/s)，δ_s是艉舵角(rad)，I_yy是水下机器人的y轴转的动惯量，u是水下机器人的巡航速度(m/s)，W和B₀分别是水下机器人的重力和浮力(N)；Z为外力，Z_uq，Z_us，Z_uu为流体动力学系数；M为外力矩，M_uq，M_us，M_uu为流体动力学系数；

步骤1.2、当步骤1.1中的θ足够小，那么cosθ≈1、sinθ≈θ，那么公式(1)简化为：

其中：

步骤1.3、当AUV匀速巡航，则u是常数，因此矩阵M、B_s和A_s是常数，公式(2)是一个LTI系统；

由于M是一个非奇异矩阵，进一步得到：

其中A＝M^-1A_s，B＝M^-1B_s，w＝M^-1w₁，w是一种外部扰动；