[发明专利]基于双参数自适应故障辨识的无人艇可重构容错控制方法

说明书

本发明提供了一种基于双参数自适应故障辨识的无人艇可重构容错控制方法，包括：进行无人艇输入方程的执行器幅值和速率故障的双参数二阶动态输入建模；基于二阶动态输入建模进行无人艇双参数自适应故障辨识；以及基于无人艇双参数二阶动态输入建模和自适应故障辨识，进行无人艇基于有限时间滑模控制的双参数自适应可重构容错控制。

技术领域

本发明涉及智能无人系统技术领域，细分为无人艇的控制和安全容错技术领域，特别涉及一种基于双参数自适应故障辨识的无人艇可重构容错控制方法。

背景技术

近年来，随着陆地燃料资源的枯竭，占据地球面积约71％的海洋战略地位随之不断提高。为充分勘探和开采海洋资源，海洋装备技术的发展不可或缺。以无人艇(包括水下航行体、水下机器人、水面无人船等)为代表的海洋智能装备是现阶段海上作业的主要载体。

无人艇的工作范围经常处于环境复杂多变的水域，经常会带给无人艇不可预知的影响。随着无人艇作业能力的提升，其复杂性随之提高，其安全保障也得到深入关注。无人艇应尽早发现可能存在的故障，并采取适当、合理的容错手段，以降低无人艇潜在的风险，而实现其自主故障诊断和容错控制是无人艇安全航行和作业的核心。

面向无人艇执行器故障建模问题，现有技术往往专注于解决一个单一故障建模问题，例如考虑单一的无人艇执行器的卡死、失灵故障，部分失效故障，现有常规无人艇执行器故障一般是多分类建模形式，尚未在统一框架下深入研究各故障约束复合作用建模下对无人艇稳定性、动态性、可重构性的影响，从而导致针对不同类型执行器故障有不同的故障建模分类方法，技术面分散而不统一，迁移性较差；面向无人艇可重构容错控制问题，现有技术往往割裂故障辨识和容错控制的有机联系，只倾向于独立故障辨识和独立容错控制。具体地说，关注解决故障辨识问题的方法仅实现故障的检测、定位和隔离而不考虑无人艇故障发生后的有效处理故障，关注解决容错控制问题的方法大多采用被动容错实现无人艇对执行器故障或外界扰动的强制鲁棒性，而不利用故障辨识中获取的故障参数信息，从而导致信息样本缺失、容错效果一般的后果。面向故障无人艇的动态收敛性问题，现有容错控制技术往往专注于保障故障无人艇的系统状态、跟踪性能的动态收敛性，而对收敛时间指标无约束，忽略实际应用中对执行动态任务有特定时间限制的无人艇的有限时间收敛性。总的来说，现有的无人艇执行器故障研究通常采用建模、辨识和容错算法完成，但目前的建模、辨识和容错算法不合理，导致仿真验证和实艇测试难度大、通用性差、仿真效果与实际情况相似度较低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双参数自适应故障辨识的无人艇可重构容错控制方法，以解决现有的无人艇执行器故障在建模、辨识和容错算法完成方面仿真验证和实艇测试难度大、通用性差、仿真效果与实际情况相似度较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于双参数自适应故障辨识的无人艇可重构容错控制方法，包括：

进行无人艇输入方程的执行器幅值和速率故障的双参数二阶动态输入建模；

基于二阶动态输入建模进行无人艇双参数自适应故障辨识；以及

基于无人艇双参数二阶动态输入建模和自适应故障辨识，进行基于有限时间滑模控制的双参数自适应可重构容错控制。

可选的，在所述的基于双参数自适应故障辨识的无人艇可重构容错控制方法中，进行无人艇输入方程的执行器幅值和速率故障的双参数二阶动态输入建模包括：

将无人艇实际控制输入信号的一阶输入方程转换为执行器幅值和速率的二阶动态方程；

进行双参数建模，使得无人艇执行器的卡死或失灵故障模式、部分失效故障模式与无故障模式统一形成双参数模型。

可选的，在所述的基于双参数自适应故障辨识的无人艇可重构容错控制方法中，基于二阶动态输入建模进行无人艇双参数自适应故障辨识包括：

基于未知参数补偿器的观测器建立对无人艇二阶动态输入的有效估计；