大尺度无人潜艇的应急控制技术研究
发布时间：2021-07-28 13:14
随着水下自主航行器的高速发展,其航行时间越来越长,任务要求越来越复杂,航行风险越来越高。为了保证自航模高效、可靠地完成复杂的航行任务,如何在出现子系统故障和危险时提高自航模的航行稳定性和生命力逐渐成为重要的研究的领域。赋予自航模故障诊断、高效决策和可靠应急动作的功能可大大提高其生命力。本文着眼于大尺度无人潜艇的应急控制技术的研究和验证。大尺度无人潜艇已超出AUV的尺寸范围,更加接近于潜艇的尺度。相比于大尺度AUV,其具备更大的惯性和更快的航行速度,无人艇航行状态的改变会因此产生时延,对控制效果提出更高的要求。相比于潜艇,全自主的模式带来更多独特的挑战,比如实时性要求,大负荷情况下高效决策要求。为此,本文设计了一套智能、高效的应急控制方法。首先,本文针对无人潜艇的航行特性进行分析,评估航行风险,并提出解决方案。基于分析,本文设计了一种分布式实时监控框架,对于大规模系统具有可靠的监测能力;在诊断、推理方面,对艇载系统的故障完成故障树建模和分析,然后提出一种含权故障树匹配推理机制,可对大量故障快速分级;在决策机制方面设计了一套专家系统,融入有限状态机,提升其实时处理大量、持续变化的输入事件的...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高压吹除系统物理模型
图 2- 1 “正常-异常-应急”概念图本文基于实艇操纵特性和上述概念的划分，将应急控制分为 3 个模块，分别、诊断、决策模块、应急越控模块、应急上浮模块，如图 2-2 所示。监测、诊断、决策模块完成故障数据和信号的采集，并决策出当前无人潜艇危险状态，如果处于危险状态，则输出当前的应急状态等级。如果当前无人“无危险”状态，激活应急越控模块，持续监测全艇状态，并对异常部位重无人潜艇处于“带病工作”的状态。此设置增强了无人潜艇的容错能力，满艇工程要求，可尽可能完成每一次的航行任务，节省成本。如果当前无人潜艇处于某一级的应急状态，激活应急上浮模块，该模块根据的等级，规划应急上浮动作的指令，下达给各艇载执行系统。在应急上浮过程块实时监控上浮运动过程，保证上浮的快速性和稳定性。监测、诊断、决策模块应急越控模块无危险
图 2- 1 “正常-异常-应急”概念图本文基于实艇操纵特性和上述概念的划分，将应急控制分为 3 个模块，分别为监测、诊断、决策模块、应急越控模块、应急上浮模块，如图 2-2 所示。监测、诊断、决策模块完成故障数据和信号的采集，并决策出当前无人潜艇是否处于危险状态，如果处于危险状态，则输出当前的应急状态等级。如果当前无人潜艇处于“无危险”状态，激活应急越控模块，持续监测全艇状态，并对异常部位重点注，无人潜艇处于“带病工作”的状态。此设置增强了无人潜艇的容错能力，满足无人潜艇工程要求，可尽可能完成每一次的航行任务，节省成本。如果当前无人潜艇处于某一级的应急状态，激活应急上浮模块，该模块根据应激状态的等级，规划应急上浮动作的指令，下达给各艇载执行系统。在应急上浮过程中该模块实时监控上浮运动过程，保证上浮的快速性和稳定性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于K均值和支持向量机的燃料电池在线自适应故障诊断[J]. 周苏,胡哲,文泽军. 同济大学学报(自然科学版). 2019(02)
[2]基于VMD及模糊相关分类器的滚动轴承故障诊断[J]. 刘婷婷,张迪,王雪梅,葛明涛. 机械设计与制造. 2019(02)
[3]基于小波包变换-主元分析-神经网络算法的多电平逆变器故障诊断[J]. 宋保业,徐继伟,许琳. 山东科技大学学报(自然科学版). 2019(01)
[4]典型ROV/AUV在深海科学考察中的丢失过程及原因[J]. 张同伟,秦升杰,唐嘉陵,王向鑫. 船舶工程. 2018(06)
[5]AUV主动应急自救机制与策略[J]. 陈柱,徐国华,王冠学,刘炎,翟云峰,郑煜. 中国舰船研究. 2018(06)
[6]超深抛载检测装置的设计[J]. 唐娟,石生龙. 机械工程师. 2016(05)
[7]主要海洋环境因素对水下航行器航行影响分析[J]. 王奎民. 智能系统学报. 2015(02)
[8]潜艇高压气吹除主压载水舱系统实验研究[J]. 刘辉,浦金云,李其修,吴向君. 哈尔滨工程大学学报. 2013(01)
[9]海洋环境对水下航行安全影响的综合评估[J]. 莫军,田亚龙. 舰船科学技术. 2012(10)
[10]基于粗糙集理论的油泵车故障诊断专家系统的知识获取[J]. 刘丽,朱张青,李文利. 数字技术与应用. 2012(03)
博士论文
[1]AUV协同定位中的故障诊断与容错控制研究[D]. 史宏洋.哈尔滨工程大学 2015
[2]潜艇应急上浮操纵运动分析与控制技术研究[D]. 戴余良.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]全海深水下机器人多模式抛载技术研究[D]. 鲍林.哈尔滨工程大学 2018
[2]基于状态和参数估计的重载列车ECP系统故障诊断[D]. 覃育富.中南大学 2014
[3]基于神经网络的非线性系统传感器故障诊断研究[D]. 王霞.西北工业大学 2002
本文编号：3307981
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高压吹除系统物理模型
图 2- 1 “正常-异常-应急”概念图本文基于实艇操纵特性和上述概念的划分，将应急控制分为 3 个模块，分别、诊断、决策模块、应急越控模块、应急上浮模块，如图 2-2 所示。监测、诊断、决策模块完成故障数据和信号的采集，并决策出当前无人潜艇危险状态，如果处于危险状态，则输出当前的应急状态等级。如果当前无人“无危险”状态，激活应急越控模块，持续监测全艇状态，并对异常部位重无人潜艇处于“带病工作”的状态。此设置增强了无人潜艇的容错能力，满艇工程要求，可尽可能完成每一次的航行任务，节省成本。如果当前无人潜艇处于某一级的应急状态，激活应急上浮模块，该模块根据的等级，规划应急上浮动作的指令，下达给各艇载执行系统。在应急上浮过程块实时监控上浮运动过程，保证上浮的快速性和稳定性。监测、诊断、决策模块应急越控模块无危险
图 2- 1 “正常-异常-应急”概念图本文基于实艇操纵特性和上述概念的划分，将应急控制分为 3 个模块，分别为监测、诊断、决策模块、应急越控模块、应急上浮模块，如图 2-2 所示。监测、诊断、决策模块完成故障数据和信号的采集，并决策出当前无人潜艇是否处于危险状态，如果处于危险状态，则输出当前的应急状态等级。如果当前无人潜艇处于“无危险”状态，激活应急越控模块，持续监测全艇状态，并对异常部位重点注，无人潜艇处于“带病工作”的状态。此设置增强了无人潜艇的容错能力，满足无人潜艇工程要求，可尽可能完成每一次的航行任务，节省成本。如果当前无人潜艇处于某一级的应急状态，激活应急上浮模块，该模块根据应激状态的等级，规划应急上浮动作的指令，下达给各艇载执行系统。在应急上浮过程中该模块实时监控上浮运动过程，保证上浮的快速性和稳定性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于K均值和支持向量机的燃料电池在线自适应故障诊断[J]. 周苏,胡哲,文泽军. 同济大学学报(自然科学版). 2019(02)
[2]基于VMD及模糊相关分类器的滚动轴承故障诊断[J]. 刘婷婷,张迪,王雪梅,葛明涛. 机械设计与制造. 2019(02)
[3]基于小波包变换-主元分析-神经网络算法的多电平逆变器故障诊断[J]. 宋保业,徐继伟,许琳. 山东科技大学学报(自然科学版). 2019(01)
[4]典型ROV/AUV在深海科学考察中的丢失过程及原因[J]. 张同伟,秦升杰,唐嘉陵,王向鑫. 船舶工程. 2018(06)
[5]AUV主动应急自救机制与策略[J]. 陈柱,徐国华,王冠学,刘炎,翟云峰,郑煜. 中国舰船研究. 2018(06)
[6]超深抛载检测装置的设计[J]. 唐娟,石生龙. 机械工程师. 2016(05)
[7]主要海洋环境因素对水下航行器航行影响分析[J]. 王奎民. 智能系统学报. 2015(02)
[8]潜艇高压气吹除主压载水舱系统实验研究[J]. 刘辉,浦金云,李其修,吴向君. 哈尔滨工程大学学报. 2013(01)
[9]海洋环境对水下航行安全影响的综合评估[J]. 莫军,田亚龙. 舰船科学技术. 2012(10)
[10]基于粗糙集理论的油泵车故障诊断专家系统的知识获取[J]. 刘丽,朱张青,李文利. 数字技术与应用. 2012(03)
博士论文
[1]AUV协同定位中的故障诊断与容错控制研究[D]. 史宏洋.哈尔滨工程大学 2015
[2]潜艇应急上浮操纵运动分析与控制技术研究[D]. 戴余良.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]全海深水下机器人多模式抛载技术研究[D]. 鲍林.哈尔滨工程大学 2018
[2]基于状态和参数估计的重载列车ECP系统故障诊断[D]. 覃育富.中南大学 2014
[3]基于神经网络的非线性系统传感器故障诊断研究[D]. 王霞.西北工业大学 2002
本文编号：3307981
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