基于數(shù)據(jù)驅動的船舶橫向運動故障診斷與容錯控制.pdf

1、目前，隨著人們對海洋裝備的重視，船舶橫向運動系統(tǒng)有了更加廣泛的應用。由于在海面上船舶會受到各種因素的干擾，使船舶運動變得比較復雜，使得人們對船舶橫向運動系統(tǒng)的可靠性與安全性也有了更高的要求。而保證船舶系統(tǒng)能夠可靠運行的關鍵技術就是能夠有效的進行故障診斷與容錯控制。現(xiàn)在存在許多大型系統(tǒng)都無法依靠傳統(tǒng)方法建立精確的數(shù)學模型，但又能時刻產(chǎn)生大量反映運行過程與運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)?；趯嶋H限制、成本優(yōu)化等因素的考慮，如何充分利用這些大量的數(shù)據(jù)來滿足日

2、益提高的系統(tǒng)可靠性要求成為十分重要的問題，其中基于數(shù)據(jù)驅動的故障診斷技術是一個重要的方面。
　　本文針對船舶橫向運動系統(tǒng)從理論上研究基于數(shù)據(jù)驅動的故障診斷與容錯控制方法，該方法主要是利用離線數(shù)據(jù)直接辨識等價空間及向量，進而構建殘差信號，實現(xiàn)對船舶橫向運動系統(tǒng)的異常狀況的故障診斷。并在已辨識的等價空間基礎上，進一步通過數(shù)據(jù)驅動方法設計故障診斷/觀測器/控制器的聯(lián)合框架，其主要內容包括：設計全維狀態(tài)觀測器，它包含有多個殘差通道，該通道

3、個數(shù)與系統(tǒng)輸出維數(shù)是一致的，它能夠對系統(tǒng)狀態(tài)進行估計，并能提高系統(tǒng)的故障診斷能力；在該基礎上設計 Youla參數(shù)控制器，并通過調節(jié)參數(shù)矩陣實現(xiàn)對所設計的控制器達到優(yōu)化的目的，為后續(xù)設計故障容錯控制框架做好了準備，其中，在對參數(shù)矩陣進行設計時采用的是殘差整定法。該方法是以殘差數(shù)據(jù)為基礎，直接對二次性能指標函數(shù)的梯度值進行估計，運用梯度下降法實現(xiàn)對閉環(huán)系統(tǒng)性能的優(yōu)化。
　　最后以所設計的控制框架為基礎提出控制重構的方法，用以完成基于數(shù)

4、據(jù)驅動的容錯控制，該重構方法是以殘差數(shù)據(jù)為基礎，又稱為殘差迭代反饋整定法。該方法是對閉環(huán)系統(tǒng)進行若干次的實驗，估算出二次性能指標函數(shù)的梯度值，從而實現(xiàn)容錯控制。殘差迭代反饋整定法是一種實驗類型的方法，在未知系統(tǒng)的故障信息的情況下，通過殘差數(shù)據(jù)實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的參數(shù)進行調節(jié)，因此屬于數(shù)據(jù)驅動。針對船舶橫向運動系統(tǒng)中執(zhí)行器發(fā)生乘性故障，運用殘差迭代反饋整定法設計容錯控制器。運用數(shù)據(jù)驅動方法設計的殘差生成器不僅能夠及時實現(xiàn)故障診斷功能，而且能夠