發(fā)布時間：2020-07-24 08:02

【摘要】：隨著海洋開發(fā)戰(zhàn)略的推進(jìn),作為水下裝備關(guān)鍵載體的水下機(jī)器人的重要性得到了廣泛的認(rèn)可。而其在復(fù)雜工況下的作業(yè)穩(wěn)定性是人們所關(guān)心的問題,如何及時檢測出水下機(jī)器人作業(yè)時的故障是行業(yè)內(nèi)研究的重點(diǎn),而推進(jìn)系統(tǒng)作為水下機(jī)器人作業(yè)最基本的運(yùn)動性能保障,對它的故障診斷研究更是重中之重。水下機(jī)器人長期處于多自由度、高壓、多種未知復(fù)雜工況的水下環(huán)境,噪聲來源復(fù)雜、作業(yè)環(huán)境多樣化且不穩(wěn)定、故障形式多樣化、艙容和功率限制大(硬件冗余較少或基本沒有)、傳感器性能及種類也不盡相同。由于水下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取較難,特別是對水下作業(yè)故障數(shù)據(jù)的模擬,存在一定的風(fēng)險,因此對相關(guān)問題的研究存在一定的難點(diǎn)和較大的意義。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的水下機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)故障診斷方法,自主搭建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),并使用LabVIEW模擬、采集37種故障以及正常狀態(tài)數(shù)據(jù),然后在MATLAB中簡單預(yù)處理數(shù)據(jù),接著利用TensorFlow框架訓(xùn)練故障診斷模型并保存,并使用集成學(xué)習(xí)提升模型性能,最后將模型導(dǎo)入LabVIEW中,進(jìn)行在線故障診斷研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與傳統(tǒng)方法對比,本方法可以在模型中同時實(shí)現(xiàn)特征提取、特征降維和故障診斷,提高了診斷效率。實(shí)驗(yàn)得到模型的平均訓(xùn)練集精度為97.85%、平均調(diào)試集精度為94.72%、平均測試集精度為96.68%、集成學(xué)習(xí)測試集精度為98.52%,具有更高的診斷精度。本文提出的實(shí)驗(yàn)方法和流程可以用于當(dāng)前水下機(jī)電系統(tǒng)以及其他同類型領(lǐng)域的故障診斷模型離線訓(xùn)練與故障在線診斷,可以實(shí)現(xiàn)較好的人機(jī)交互作業(yè),較高的診斷效率和精度。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P715
【圖文】：

＾邋１逡逑圖１．１邋“霍蘭－６”號潛艇逡逑二十世紀(jì)７０年代，由于能源危機(jī)，海洋石油資源的發(fā)開和利用得到了廣泛逡逑的關(guān)注，水下機(jī)器人開始向大深度、小尺度、無人化發(fā)展，水下機(jī)器人開始由軍逡逑事化走向商業(yè)化。經(jīng)過４０多年的發(fā)展，現(xiàn)有的水下機(jī)器人種類有很多種，按照逡逑作業(yè)方式以及功能可以將水下機(jī)器人ＵＵＶ（ｕｎｍａｎｎｅｄ邋ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ邋ｖｅｈｉｃｌｅ，邋ＵＵＶ）分逡逑為以下幾類：載人潛水器（ｈｕｍａｎ邋ｏｃｃｕｐｉｅｄ邋ｖｅｈｉｃｌｅ，邋ＨＯＶ）、不帶纜的自主水下機(jī)器逡逑人（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ邋ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ邋ｖｅｈｉｃｌｅ，邋ＡＵＶ）、帶纜的遙控水下機(jī)器人（ｒｅｍｏｔｅｌｙ逡逑ｏｐｅｒａｔｅｄ邋ｖｅｈｉｃｌｅ，邋ＲＯＶ）［３］。此外，由于功能或者應(yīng)用場景特殊，以水下滑翔機(jī)逡逑（ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ邋ｇｌｉｄｅｒ）為代表的一系列水下機(jī)器人從上述三大類別中分化出來并自逡逑成一派。ＲＯＶ所帶的纜線為臍帶纜

ｏｐｅｒａｔｅｄ邋ｖｅｈｉｃｌｅ，邋ＲＯＶ）［３］。此外，由于功能或者應(yīng)用場景特殊，以水下滑翔機(jī)逡逑（ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ邋ｇｌｉｄｅｒ）為代表的一系列水下機(jī)器人從上述三大類別中分化出來并自逡逑成一派。ＲＯＶ所帶的纜線為臍帶纜，多為動力纜、信號纜混合纜線，圖１．２為典逡逑型的ＲＯＶ設(shè)備，主要為水下機(jī)器人提供電力支持同時作為上位機(jī)和下位機(jī)的通逡逑訊通道，用于控制指令、傳感器數(shù)據(jù)等的傳輸。逡逑ａ．邋了逡逑？邐置逡逑圖１．２“海馬號’’ＲＯＶ逡逑２逡逑

不帶纜的自主水下機(jī)器人ＡＵＶ的出現(xiàn)，很好的解決了邋ＲＯＶ的困擾，相逡逑比之下，它具有作業(yè)半徑大、作業(yè)深度大、機(jī)動性好、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)，同時，逡逑沒有臍帶纜的約束，ＡＵＶ更加便攜，釋放了大量的考察船主甲板空間。圖１．３為逡逑我國自主研發(fā)的“潛龍二號’’ＡＵＶ，進(jìn)一步推進(jìn)了我國深海海底多金屬硫化物調(diào)逡逑查和勘探領(lǐng)域的發(fā)展。但是，此類水下機(jī)器人對其自主作業(yè)的能力要求很高，由逡逑于無法和上位機(jī)建立實(shí)施溝通，在復(fù)雜工況、大深度未知水域等條件下的自主決逡逑策能力較差，不能很好的適應(yīng)高要求的工作。同時，ＡＵＶ或者水下滑翔機(jī)，需逡逑要隔一段時間浮出水面，和銥衛(wèi)星、ＧＰＳ等建立聯(lián)系，上傳、下載作業(yè)數(shù)據(jù)并矯逡逑正偏航，對作業(yè)連續(xù)性、數(shù)據(jù)更新時效性等有一定影響。逡逑因此，近１０年來，多家單位開始提出一種新型水下機(jī)器人ＡＲＶ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ逡逑Ｒｅｍｏｔｅｌｙ邋Ｖｅｈｉｃｌｅ）

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2768549