基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的船舶橫向運(yùn)動(dòng)故障診斷與容錯(cuò)控制.pdf

1、目前，隨著人們對(duì)海洋裝備的重視，船舶橫向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)有了更加廣泛的應(yīng)用。由于在海面上船舶會(huì)受到各種因素的干擾，使船舶運(yùn)動(dòng)變得比較復(fù)雜，使得人們對(duì)船舶橫向運(yùn)動(dòng)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(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)就是能夠有效的進(jìn)行故障診斷與容錯(cuò)控制?，F(xiàn)在存在許多大型系統(tǒng)都無(wú)法依靠傳統(tǒng)方法建立精確的數(shù)學(xué)模型，但又能時(shí)刻產(chǎn)生大量反映運(yùn)行過(guò)程與運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)?；趯?shí)際限制、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(lái)滿足日

2、益提高的系統(tǒng)可靠性要求成為十分重要的問(wèn)題，其中基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障診斷技術(shù)是一個(gè)重要的方面。
　　本文針對(duì)船舶橫向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)從理論上研究基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障診斷與容錯(cuò)控制方法，該方法主要是利用離線數(shù)據(jù)直接辨識(shí)等價(jià)空間及向量，進(jìn)而構(gòu)建殘差信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶橫向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的異常狀況的故障診斷。并在已辨識(shí)的等價(jià)空間基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法設(shè)計(jì)故障診斷/觀測(cè)器/控制器的聯(lián)合框架，其主要內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)全維狀態(tài)觀測(cè)器，它包含有多個(gè)殘差通道，該通道

3、個(gè)數(shù)與系統(tǒng)輸出維數(shù)是一致的，它能夠?qū)ο到y(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，并能提高系統(tǒng)的故障診斷能力；在該基礎(chǔ)上設(shè)計(jì) Youla參數(shù)控制器，并通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)矩陣實(shí)現(xiàn)對(duì)所設(shè)計(jì)的控制器達(dá)到優(yōu)化的目的，為后續(xù)設(shè)計(jì)故障容錯(cuò)控制框架做好了準(zhǔn)備，其中，在對(duì)參數(shù)矩陣進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)采用的是殘差整定法。該方法是以殘差數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，直接對(duì)二次性能指標(biāo)函數(shù)的梯度值進(jìn)行估計(jì)，運(yùn)用梯度下降法實(shí)現(xiàn)對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)性能的優(yōu)化。
　　最后以所設(shè)計(jì)的控制框架為基礎(chǔ)提出控制重構(gòu)的方法，用以完成基于數(shù)

4、據(jù)驅(qū)動(dòng)的容錯(cuò)控制，該重構(gòu)方法是以殘差數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，又稱為殘差迭代反饋整定法。該方法是對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行若干次的實(shí)驗(yàn)，估算出二次性能指標(biāo)函數(shù)的梯度值，從而實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制。殘差迭代反饋整定法是一種實(shí)驗(yàn)類型的方法，在未知系統(tǒng)的故障信息的情況下，通過(guò)殘差數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此屬于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。針對(duì)船舶橫向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中執(zhí)行器發(fā)生乘性故障，運(yùn)用殘差迭代反饋整定法設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器。運(yùn)用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法設(shè)計(jì)的殘差生成器不僅能夠及時(shí)實(shí)現(xiàn)故障診斷功能，而且能夠