一種基于行為的uuv推進(jìn)操縱系統(tǒng)異常辨識(shí)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于行為的UUV推進(jìn)操縱系統(tǒng)異常辨識(shí)方法。本發(fā)明包括：觀測(cè)器對(duì)UUV的狀態(tài)信息包括位置、速度、角度進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，與從UUV傳感器實(shí)時(shí)得到的狀態(tài)信息進(jìn)行比較獲得狀態(tài)信息的殘差信息；設(shè)置殘差上下限閾值和時(shí)間窗，剔除誤警的殘差信號(hào)，初步判斷UUV行為是否發(fā)生異常；從辨識(shí)行為庫(kù)中匹配特定的二維空間辨識(shí)行為，判定自身的異常點(diǎn)定位及危險(xiǎn)級(jí)別；系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)采集到系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的殘差特性對(duì)UUV推進(jìn)操縱系統(tǒng)進(jìn)行不同異常模式的匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)推進(jìn)操縱系統(tǒng)的異常點(diǎn)的準(zhǔn)確定位；對(duì)異常的危害級(jí)別進(jìn)行判定。本發(fā)明根據(jù)二維運(yùn)動(dòng)空間的特定辨識(shí)行為實(shí)現(xiàn)對(duì)推進(jìn)操縱異常點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，以及異常危害級(jí)別的判定，這降低了異常辨識(shí)的難度，時(shí)提高了異常辨識(shí)準(zhǔn)確性。
【專利說(shuō)明】一種基于行為的UUV推進(jìn)操縱系統(tǒng)異常辨識(shí)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于行為的UUV推進(jìn)操縱系統(tǒng)異常辨識(shí)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著海洋開(kāi)發(fā)的飛速發(fā)展，人們對(duì)uuv作業(yè)的智能作業(yè)水平也提出了更高的要 求，這使得UUV的安全性和可靠性在研究和應(yīng)用中顯得至關(guān)重要。UUV作為一種復(fù)雜的非線 性系統(tǒng)，一旦發(fā)生異常，不但不能完成預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，而且有可能造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因 此，對(duì)UUV系統(tǒng)進(jìn)行早期的異常行辨識(shí)具有重要的實(shí)現(xiàn)意義。在 uuv各種異常中，推進(jìn)操縱 系統(tǒng)的故障率通常較高的，而且推進(jìn)操縱系統(tǒng)的異常有可能引發(fā)不可挽回的后果，所以對(duì) 推進(jìn)操縱系統(tǒng)的異常進(jìn)行辨識(shí)顯得尤為重要。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)UUV推進(jìn)器故障診斷進(jìn)行研究，王玉甲在2008年01期《彈箭與 制導(dǎo)學(xué)報(bào)》的《水下機(jī)器人推進(jìn)器故障融合診斷方法研究》文章中采用模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)結(jié)合的技術(shù)進(jìn)行推進(jìn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，上海海事大學(xué)朱大奇等在2010年01期 《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》的《無(wú)人水下機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制》的文章中針對(duì)UUV執(zhí) 行器和傳感器故障辨識(shí)問(wèn)題構(gòu)造了一種基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障辨識(shí)模型，但是由于需要 大量的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)新故障的辨別能力有限，而本發(fā)明從行為角度出發(fā)，只要UUV的行 為發(fā)生異常，就能發(fā)現(xiàn)故障。還有很多學(xué)者對(duì)推進(jìn)器故障開(kāi)展了研究，王麗榮等在2005年 8月的《哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)》的《滑模觀測(cè)器在水下機(jī)器人推力器故障診斷中的應(yīng)用》文 章中設(shè)計(jì)滑模觀測(cè)器只針對(duì)UUV推進(jìn)器故障進(jìn)行診斷，并通過(guò)模糊規(guī)則判定推進(jìn)器故障的 危害程度，而在實(shí)際應(yīng)用中往往是推進(jìn)器與舵共同作用實(shí)現(xiàn)UUV三維空間空間運(yùn)動(dòng)，所以 有必要對(duì)推進(jìn)器和舵同時(shí)進(jìn)行異常辨識(shí)，而且UUV作為復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，三維空間運(yùn)動(dòng) 下的UUV推進(jìn)系統(tǒng)異常辨識(shí)十分復(fù)雜，本發(fā)明設(shè)計(jì)針對(duì)的是由推進(jìn)器和舵構(gòu)成的推進(jìn)操縱 系統(tǒng)，在三維空間對(duì)工作狀態(tài)下uuv的行為進(jìn)行監(jiān)控，在異常發(fā)生后，根據(jù)二維運(yùn)動(dòng)空間的 特定辨識(shí)行為實(shí)現(xiàn)對(duì)推進(jìn)操縱異常點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，以及異常危害級(jí)別的判定，這降低了異 常辨識(shí)的難度，時(shí)提高了異常辨識(shí)準(zhǔn)確性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三維運(yùn)動(dòng)空間下UUV行為來(lái)檢測(cè)推進(jìn)操縱系 統(tǒng)是否存在異常，根據(jù)實(shí)時(shí)獲得的UUV位姿速度信息和推進(jìn)操縱系統(tǒng)空間分布特點(diǎn)，匹配 UUV在簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)空間中的異常辨識(shí)行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常點(diǎn)位置的準(zhǔn)確定位，最后評(píng)價(jià)危害級(jí)別 的基于行為的UUV推進(jìn)操縱系統(tǒng)異常辨識(shí)方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] (1)觀測(cè)器對(duì)UUV的狀態(tài)信息包括位置、速度、角度進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，與從UUV傳感器 實(shí)時(shí)得到的狀態(tài)信息進(jìn)行比較獲得狀態(tài)信息的殘差信息，其中觀測(cè)器為：
[0007]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于行為的UUV推進(jìn)操縱系統(tǒng)異常辨識(shí)的方法，其特征在于： (1) 觀測(cè)器對(duì)UUV的狀態(tài)信息包括位置、速度、角度進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，與從UUV傳感器實(shí)時(shí) 得到的狀態(tài)信息進(jìn)行比較獲得狀態(tài)信息的殘差信息，其中觀測(cè)器為：
充、毛為狀態(tài)向量Xi、X2的估計(jì)值，其中Xi = [ η i，η2]τ e R6X1、A =七，
，其中x、y、z表示船體坐標(biāo)系下三軸速度，Φ、θ、z表示橫 搖角、縱傾角、偏航角；Μ為包括附加質(zhì)量的慣性矩陣，Me R6X6;C(·)為哥氏力及向心力矩 陣，C( · ) e R6X6 ;G( ·)為流體阻力以及由重力和浮力產(chǎn)生的恢復(fù)力向量之和；τ為獨(dú)立 控制輸入，τ 為正定常對(duì)角增益矩陣，Λ 2為正定常反饋增益矩陣； (2) 設(shè)置殘差上下限閾值&η、；14"和時(shí)間窗Κ，剔除誤警的殘差信號(hào)，初步判斷UUV 行為是否發(fā)生異常； (3) 從辨識(shí)行為庫(kù)中匹配特定的二維空間辨識(shí)行為，判定自身的異常點(diǎn)定位及危險(xiǎn)級(jí) 別； (4) 系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)采集到系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的殘差特性對(duì)UUV推進(jìn)操縱系統(tǒng)進(jìn)行不同異常 模式的匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)推進(jìn)操縱系統(tǒng)的異常點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，異常模式f n的取值為左推進(jìn)器異 常、右推進(jìn)器異常、垂直舵卡右舵、垂直舵卡左舵、水平舵卡上舵、水平舵卡下舵六種異常模 型，^的取值為三軸速度u、v、w、偏航角速度q、縱傾角速度r五個(gè)狀態(tài)項(xiàng)的殘差，M f的第i 行第j列取值為〇、1、-1，分別表示"小偏差"、"較大正偏差"、"較大負(fù)偏差"，推進(jìn)操縱系統(tǒng) 異常點(diǎn)辨識(shí)的規(guī)則矩陣如M f所示，
(5) 對(duì)異常的危害級(jí)別進(jìn)行判定，對(duì)UUV推進(jìn)操縱系統(tǒng)異常進(jìn)行危害級(jí)別的判定，異常 危害級(jí)別辨識(shí)矩陣Mwd如下：

其中r i依次表示大地坐標(biāo)系中的北向位移、東向位移、深度、偏航角、縱傾角，其中 μ i，1、μ i，2、μ 分別表不殘差ri隸屬于正常、小偏差、大偏差的程度，由于上述狀態(tài)量ri是 時(shí)間的積分量； 將每一個(gè)直接辨識(shí)行為的起點(diǎn)作為計(jì)時(shí)的起點(diǎn)，測(cè)得時(shí)間T后異常危害級(jí)別矩陣，根 據(jù)異常點(diǎn)的危害特性權(quán)重矩陣A= [ai，a2，…，a6]得到異常危害級(jí)別隸屬度函數(shù)δ1:
根據(jù)\得到異常點(diǎn)的危害級(jí)別。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104252575SQ201410381881
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】嚴(yán)浙平, 趙錦陽(yáng), 郝悅, 李本銀 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)