[发明专利]一种自主式水下机器人控制系统输入电流故障检测方法

说明书

本发明公开了一种自主式水下机器人控制系统输入电流故障检测方法，包括以下步骤：采用量子Bang‑Bang技术对采集到的AUV控制系统的信号进行干扰和故障解耦，使干扰信号和故障信号独立演化；对采集到的AUV控制系统的信号进行模态分解，将原始数据分解为相应的固有模态；采用SHFC窗口定位法对分解后的低频模态进行输入电流故障检测；得到AUV控制系统故障特征。本发明能够解决故障和干扰同时存在的难题，能够有效的提取出系统真实的故障特征，便于后期进行故障检测和辨识，确保AUV能够安全地运行。

技术领域

本发明涉及水下机器人故障诊断，特别是一种自主式水下机器人控制系统输入电流故障检测方法。

背景技术

自主式水下航行器(AUV：Autonomous Underwater Vehicle)是目前海洋工程领域技术发展的热点，在海洋资源勘探、海底工程作业、科研考察等诸多方面发挥着越来越广泛的作用。AUV最大的特点是深水作业能力强，可以无人无缆的工作在复杂的深海环境中，那么AUV的安全性则是其完成过任务的首要前提，因此针对AUV的故障诊断技术是确保其安全稳定运行的关键技术之一。

在故障诊断领域中，故障特征的提取也是其重要的研究内容之一。由于AUV的工作环境的特殊性，AUV的整体性能会受到深海洋流等外部随机干扰的影响，导致其输入电流故障检测与其他领域的输入电流故障检测问题相比，具有较高的难度。而目前对于AUV的输入电流故障检测大部分都在研究AUV推进器的输入电流故障检测，而忽略了对AUV控制系统的输入电流故障检测。本专利认为AUV的集成控制系统作为AUV的控制中枢，其需要进行故障诊断的需求度不亚于对推进器的故障诊断。

对于AUV的输入电流故障检测目前主要有小波分解方法、修正贝叶斯方法和分形维数方法等。小波方法对于AUV系统产生的高频噪声分析速度较慢，修正贝叶斯方法在控制系统故障分类的效果不理想，分形维数方法对于故障信号的时间窗的选取有较高要求。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种自主式水下机器人控制系统输入电流故障检测方法，从而快速高效的解耦提取出控制系统故障和干扰特征，便于后期进行故障检测和辨识，确保AUV安全稳定的运行。

技术方案：本发明所述的一种自主式水下机器人控制系统输入电流故障检测方法，包括以下步骤：

(1)采用量子Bang-Bang技术对采集到的AUV控制系统的信号进行干扰和故障解耦，使干扰信号和故障信号独立演化。量子Bang-Bang技术的使用，通过干扰信号的正负来判断Bang-Bang切换面的正负，从而决定控制量的数值；而后依据所得出的数值对状态变量进行高频脉冲注入，进而快速抑制干扰，使其分别独立演化后进行解耦建量子态观测模型，利用该模型进行特征提取。

(2)通过量子计算，采用|0〉和|1〉表示微观粒子的两种基本状态；

(3)对采集到的AUV控制系统的信号进行模态分解，将原始数据分解为相应的固有模态；

(4)采用SHFC窗口定位法对分解后的低频模态(即第四模态以及之后的模态)进行输入电流故障检测；

(5)根据步骤(3)和步骤(4)，得到AUV控制系统故障特征。

所述步骤(1)具体为：

(1.1)采用量子Bang-Bang技术对采集到的AUV控制系统的信号进行干扰和故障特征解耦，建立多个带有故障和干扰的系统模型，合成量子态模型，根据故障和干扰发生的概率构建量子旋转态。

(1.2)量子Bang-Bang控制的关键取决于开关面，通过采集到的原始数据中的干扰信号的正负来判断量子Bang-Bang开关面的正负。随后，注入幅值等同于Bang-Bang控制的函数值的高频脉冲信号。以此高频脉冲序列来抵消干扰信号，从而能够快速抑制外部干扰所带来的影响。