基于POMDP的AUV軟件自修復(fù)技術(shù)研究.pdf

1、隨著人類對(duì)海洋探索力度日趨加大，作為海洋開發(fā)和研究主要工具—智能水下機(jī)器人(AUV)被廣泛應(yīng)用于深海及各種高危海域作業(yè)中，在這種高復(fù)雜海洋環(huán)境中AUV主要依靠自身配備控制類軟件智能化執(zhí)行作業(yè)，一旦AUV自身軟件出現(xiàn)故障如何確保及時(shí)修復(fù)已成為一項(xiàng)重要研究課題。本文針對(duì)于老化及系統(tǒng)調(diào)度異常引起AUV智能決策類軟件故障問題，構(gòu)建一套基于POMDP(Partially Observable Markov Decision Processe)模型

2、三層微重啟自修復(fù)系統(tǒng)確保能夠智能、及時(shí)和高效性修復(fù)AUV軟件突發(fā)性故障。
　　本文實(shí)現(xiàn)一套針對(duì)于AUV軟件故障問題解決方案，方案中使用三層微重啟作為故障修復(fù)手段，構(gòu)建POMDP自修復(fù)模型用于生成最優(yōu)修復(fù)策略。首先，通過對(duì)AUV智能決策軟件及軟件運(yùn)行平臺(tái)VxWorks系統(tǒng)進(jìn)行故障模式影響分析，設(shè)計(jì)出模塊化的AUV軟件故障修復(fù)體系結(jié)構(gòu)，確保對(duì)軟件故障自動(dòng)修復(fù)。其次，為了解決傳統(tǒng)故障修復(fù)方法修復(fù)代價(jià)高、效率低等問題，本課題采用微重啟技術(shù)

3、構(gòu)建具有低開銷的故障修復(fù)方法，并結(jié)合AUV軟件分層式編寫特點(diǎn)設(shè)計(jì)基于三層微重啟實(shí)現(xiàn)形式，便于修復(fù)動(dòng)作選取靈活性和修復(fù)高效性。再次，在AUV軟件故障修復(fù)策略方面，本課題針對(duì)于AUV軟件故障狀態(tài)部分可感知性構(gòu)建 POMDP自修復(fù)模型使用基于歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)方式生成模型參數(shù)，并將PBVI算法引入到自修復(fù)策略求解中，同時(shí)改進(jìn)PBVI算法將其應(yīng)用于自修復(fù)在線策略求解中，確保自修復(fù)系統(tǒng)能夠針對(duì)于AUV軟件老化及運(yùn)行異常引起的故障問題自動(dòng)決策出最佳修復(fù)方

4、案。最后，考慮當(dāng)環(huán)境變化時(shí)基于歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)到的自修復(fù)模型參數(shù)不能很好擬合真實(shí)故障環(huán)境問題，設(shè)計(jì)在線自修復(fù)模型參數(shù)學(xué)習(xí)算法確保自修復(fù)系統(tǒng)能夠適應(yīng)真實(shí)環(huán)境變化。
　　為了驗(yàn)證自修復(fù)方案整體可行性，本文通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)自修復(fù)策略求解算法進(jìn)行收斂性和實(shí)時(shí)性驗(yàn)證，對(duì)故障修復(fù)自動(dòng)化流程進(jìn)行準(zhǔn)確性驗(yàn)證，對(duì)故障修復(fù)效果進(jìn)行最優(yōu)性和穩(wěn)定性驗(yàn)證，同時(shí)基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析影響自修復(fù)效果主要因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文實(shí)現(xiàn)的AUV自修復(fù)方案對(duì)于軟件老化及系統(tǒng)調(diào)用引