本文關(guān)鍵詞：潛艇故障診斷與自適應(yīng)容錯控制一體化設(shè)計

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【摘要】：潛艇作為現(xiàn)代海軍力量的重要組成部分,在近代海戰(zhàn)中扮演著重要角色。其隱蔽性好、威力大、戰(zhàn)術(shù)機動性強,受到了世界各國海軍的重視。隨著潛艇的科技含量越來越高,潛艇的運行情況與任務(wù)計劃也變得更加復(fù)雜,對潛艇的安全性提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)潛艇在近海面運行時,由于海浪、水草等因素,與潛伏狀態(tài)相比運行環(huán)境更為嚴(yán)峻。潛艇艏艉升降舵故障是主要的潛艇安全故障之一。如果不采取合適的控制方法,潛艇很容易被海浪吸出水面,以致露背暴露行蹤。 在現(xiàn)有的艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)中,由于實時性、可靠性等特殊要求,通常采用基于硬件實現(xiàn)的冗余備份技術(shù)。但是硬件冗余備份成本高、體積大、質(zhì)量重,在潛艇的很多地方都無法實施,對于一些不可預(yù)知的故障,特別是執(zhí)行器故障,往往也無能為力。但是如果不采取硬件冗余備份,當(dāng)潛艇出現(xiàn)故障時仍采用固有的控制器將是一個很危險的事情。集成故障診斷的自適應(yīng)容錯控制方法恰好能彌補硬件容錯控制設(shè)計的缺點。 文章選取在近海面運行的潛艇作為研究對象,研究了潛艇執(zhí)行器出現(xiàn)故障時的容錯控制問題。首先,考慮了在近水面航行時波浪對潛艇的干擾,對潛艇的六自由度運動模型進(jìn)行簡化,得到了潛艇近海面運行時垂直面的線性狀態(tài)空間模型；然后,根據(jù)H∞狀態(tài)反饋理論設(shè)計了潛艇H∞狀態(tài)反饋控制器；最后,根據(jù)潛艇艏艉舵故障時的垂直面運動線性故障模型,設(shè)計了一個未知輸入的狀態(tài)觀測器,將潛艇的外界干擾與執(zhí)行器故障解耦,得到僅包含艏艉舵故障參數(shù)故障的觀測器方程,設(shè)計了帶射影限制的自適應(yīng)故障參數(shù)跟蹤律診斷故障參數(shù),并利用得到的故障參數(shù)求解線性矩陣不等式,并設(shè)計自適應(yīng)H∞狀態(tài)反饋容錯控制器。通過與H∞狀態(tài)反饋設(shè)計相比,集成故障診斷與容錯控制一體化對潛艇執(zhí)行器故障時的容錯性能更好,并且潛艇深度和縱傾角的控制作用也更加良好。
【關(guān)鍵詞】：潛艇垂直面 近水面 H_∞魯棒控制 故障診斷與容錯控制
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U672;U674.76
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• Contents9-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 課題研究背景11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.1 潛艇操縱性的研究13-14
• 1.2.2 故障診斷與容錯控制設(shè)計方法14-18
• 1.2.2.1 容錯控制設(shè)計方法14-16
• 1.2.2.2 故障檢測與診斷方法16-17
• 1.2.2.3 故障診斷與容錯控制一體化設(shè)計方法17-18
• 1.3 論文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排18-20
• 第二章 潛艇操縱性與垂直面運動模型20-33
• 2.1 潛艇操縱性的簡介20
• 2.2 潛艇近水面運動的研究20-22
• 2.3 潛艇操縱運動的坐標(biāo)定義22-28
• 2.4 海水波浪力建模28-31
• 2.5 潛艇近水面運動模型31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第三章 潛艇垂直面深度的H_∞魯棒控制33-49
• 3.1 潛艇H_∞魯棒控制33
• 3.2 H_∞控制魯棒控制發(fā)展33-35
• 3.3 H_∞魯棒控制理論35-37
• 3.4 H_∞標(biāo)準(zhǔn)問題37-38
• 3.5 H_∞狀態(tài)反饋控制器設(shè)計38-40
• 3.6 潛艇H_∞控制器設(shè)計40-41
• 3.7 仿真與驗證41-48
• 3.8 總結(jié)48-49
• 第四章 故障診斷與自適應(yīng)H_∞狀態(tài)反饋容錯控制一體化設(shè)計49-69
• 4.1 引言49
• 4.2 故障模型與分類49-51
• 4.3 潛艇執(zhí)行器故障模型51-52
• 4.4 故障觀測器設(shè)計52-54
• 4.5 設(shè)計帶影射限制的自適應(yīng)跟蹤律54-58
• 4.6 集成故障參數(shù)的H_∞自適應(yīng)狀態(tài)反饋控制器設(shè)計58-60
• 4.7 設(shè)計和仿真60-68
• 4.8 結(jié)語68-69
• 第五章 結(jié)論與展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 作者在攻讀碩士期間發(fā)表的論文74-75
• 致謝75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1078326