基于主元分析的水下機(jī)器人故障診斷方法研究.pdf

1、作為水下機(jī)器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)，故障診斷技術(shù)具有重要的理論研究和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外水下機(jī)器人故障診斷方法與技術(shù)的分析研究，將主元分析法引入到水下機(jī)器人的故障診斷中，旨在研究基于主元分析的水下機(jī)器人故障診斷方法的可行性和有效性?；谥髟治龅乃聶C(jī)器人故障診斷方法不需要系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，只是從數(shù)據(jù)中提煉統(tǒng)計(jì)信息，建立正常工況下水下機(jī)器人的主元模型，通過(guò)檢驗(yàn)新的數(shù)據(jù)相對(duì)于主元模型的背離程度來(lái)發(fā)現(xiàn)異常和故障。 本文首先基

2、于常規(guī)的主元分析方法進(jìn)行了水下機(jī)器人故障診斷方面的研究，仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明了基于主元分析的故障診斷方法在水下機(jī)器人故障診斷中的可行性。然后針對(duì)水下機(jī)器人的特性和常規(guī)PCA方法的不足，在如下方面作了深入的研究： 提出了一種基于平均特征值的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率法來(lái)選取主元的方法，并以相關(guān)系數(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了分塊PCA算法，通過(guò)挖掘變量之間的相關(guān)性，對(duì)所有的監(jiān)測(cè)變量進(jìn)行分組，將每組變量的主元個(gè)數(shù)控制在3個(gè)以內(nèi)。 由于非線性迭代部分最小二

3、乘算法求解主元計(jì)算繁瑣，不利于在水下機(jī)器人上應(yīng)用，提出了主元求解的工程簡(jiǎn)化算法，利用數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)矩陣求解主元載荷矩陣。 針對(duì)T2統(tǒng)計(jì)量可能出現(xiàn)“誤報(bào)”的情況給出了改進(jìn)算法，將與主元得分密切相關(guān)的變量分離出來(lái)組成一個(gè)新的殘差統(tǒng)計(jì)量，并把它和T2統(tǒng)計(jì)量相配合使用進(jìn)行故障檢測(cè)和診斷。海試數(shù)據(jù)的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。 針對(duì)水下機(jī)器人傳感器的幾種典型故障，詳細(xì)推導(dǎo)了故障條件下Q統(tǒng)計(jì)量和T2統(tǒng)計(jì)量的統(tǒng)計(jì)特性的變化，作為故障