潛艇故障診斷與自適應容錯控制一體化設計.pdf

1、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計劃也變得更加復雜，對潛艇的安全性提出了新的挑戰(zhàn)。當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)

2、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。但是硬件冗余備份成本高、體積大、質量重，在潛艇的很多地方都無法實施，對于一些不可預知的故障，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容錯控制方法恰好能彌補硬件容錯控制設計的缺點。
　　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

3、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，設計了帶射影限制的自適應故障參數(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