潜艇故障诊断与自适应容错控制一体化设计

发布时间：2017-10-22 12:16

  本文关键词：潜艇故障诊断与自适应容错控制一体化设计

  更多相关文章： 潜艇垂直面 近水面 H_∞鲁棒控制 故障诊断与容错控制

【摘要】：潜艇作为现代海军力量的重要组成部分,在近代海战中扮演着重要角色。其隐蔽性好、威力大、战术机动性强,受到了世界各国海军的重视。随着潜艇的科技含量越来越高,潜艇的运行情况与任务计划也变得更加复杂,对潜艇的安全性提出了新的挑战。当潜艇在近海面运行时,由于海浪、水草等因素,与潜伏状态相比运行环境更为严峻。潜艇艏艉升降舵故障是主要的潜艇安全故障之一。如果不采取合适的控制方法,潜艇很容易被海浪吸出水面,以致露背暴露行踪。 在现有的舰艇作战系统中,由于实时性、可靠性等特殊要求,通常采用基于硬件实现的冗余备份技术。但是硬件冗余备份成本高、体积大、质量重,在潜艇的很多地方都无法实施,对于一些不可预知的故障,特别是执行器故障,往往也无能为力。但是如果不采取硬件冗余备份,当潜艇出现故障时仍采用固有的控制器将是一个很危险的事情。集成故障诊断的自适应容错控制方法恰好能弥补硬件容错控制设计的缺点。 文章选取在近海面运行的潜艇作为研究对象,研究了潜艇执行器出现故障时的容错控制问题。首先,考虑了在近水面航行时波浪对潜艇的干扰,对潜艇的六自由度运动模型进行简化,得到了潜艇近海面运行时垂直面的线性状态空间模型；然后,根据H∞状态反馈理论设计了潜艇H∞状态反馈控制器；最后,根据潜艇艏艉舵故障时的垂直面运动线性故障模型,设计了一个未知输入的状态观测器,将潜艇的外界干扰与执行器故障解耦,得到仅包含艏艉舵故障参数故障的观测器方程,设计了带射影限制的自适应故障参数跟踪律诊断故障参数,并利用得到的故障参数求解线性矩阵不等式,并设计自适应H∞状态反馈容错控制器。通过与H∞状态反馈设计相比,集成故障诊断与容错控制一体化对潜艇执行器故障时的容错性能更好,并且潜艇深度和纵倾角的控制作用也更加良好。
【关键词】：潜艇垂直面 近水面 H_∞鲁棒控制 故障诊断与容错控制
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U672;U674.76
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• Contents9-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 潜艇操纵性的研究13-14
• 1.2.2 故障诊断与容错控制设计方法14-18
• 1.2.2.1 容错控制设计方法14-16
• 1.2.2.2 故障检测与诊断方法16-17
• 1.2.2.3 故障诊断与容错控制一体化设计方法17-18
• 1.3 论文的主要内容和结构安排18-20
• 第二章 潜艇操纵性与垂直面运动模型20-33
• 2.1 潜艇操纵性的简介20
• 2.2 潜艇近水面运动的研究20-22
• 2.3 潜艇操纵运动的坐标定义22-28
• 2.4 海水波浪力建模28-31
• 2.5 潜艇近水面运动模型31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 潜艇垂直面深度的H_∞鲁棒控制33-49
• 3.1 潜艇H_∞鲁棒控制33
• 3.2 H_∞控制鲁棒控制发展33-35
• 3.3 H_∞鲁棒控制理论35-37
• 3.4 H_∞标准问题37-38
• 3.5 H_∞状态反馈控制器设计38-40
• 3.6 潜艇H_∞控制器设计40-41
• 3.7 仿真与验证41-48
• 3.8 总结48-49
• 第四章 故障诊断与自适应H_∞状态反馈容错控制一体化设计49-69
• 4.1 引言49
• 4.2 故障模型与分类49-51
• 4.3 潜艇执行器故障模型51-52
• 4.4 故障观测器设计52-54
• 4.5 设计带影射限制的自适应跟踪律54-58
• 4.6 集成故障参数的H_∞自适应状态反馈控制器设计58-60
• 4.7 设计和仿真60-68
• 4.8 结语68-69
• 第五章 结论与展望69-70
• 参考文献70-74
• 作者在攻读硕士期间发表的论文74-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 崔维成,刘水庚,顾继红,刘志宇,廖又明;国外潜艇设计和性能研究的一些新动态[J];船舶力学;2000年02期

2 程相勤;曲镜圆;严浙平;边信黔;;水下无人潜航器航向H_∞鲁棒容错控制器设计(英文)[J];Journal of Marine Science and Application;2010年01期

3 冯俊梅,连琏,葛彤;潜艇操纵控制方法的现状与发展[J];海洋工程;2005年01期

4 董安山;;浅谈潜艇在未来海战中的作用[J];海洋世界;1996年12期

5 王正国,许汉珍;潜艇垂直面运动的解耦控制[J];华中理工大学学报;2000年10期

6 罗凯,李俊,许汉珍;潜艇垂直面运动的非线性滑动控制[J];华中理工大学学报;1999年05期

7 王京齐,施生达;潜艇的空间运动及其安全性[J];舰船科学技术;2001年05期

8 刘常波;张洪星;田炳丽;丁风雷;;卡尔曼滤波在潜艇垂直面运动控制器设计中的应用[J];舰船科学技术;2009年04期

9 俞科云;戴余良;施生达;;潜艇水下悬停运动控制仿真研究[J];中国舰船研究;2010年02期

10 张萍,王桂增,周东华;动态系统的故障诊断方法[J];控制理论与应用;2000年02期

，

本文编号：1078326