基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构

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1、第49卷第6期上海交通大学学报VoI_49NO．62015年6月JOuRNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYJUr1．2O15文章编号：1006—2467(2015)06—0837—05DOI：10．16183／j．cnki．jsjtu．2015．06．017基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构褚振忠，朱大奇，张铭钧(1．上海海事大学信息工程学院，上海201306；2．哈尔滨工程大学机电工程学院，哈尔滨150001)摘要：研究了基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构方法．针对传统滑模观

2、测器中状态估计误差渐进收敛而影响推进器故障重构时效性的问题，利用终端滑模所具有的有限时间收敛特性，构建终端滑模观测器以保证所有的状态估计误差在有限时间内收敛，并利用等效输出误差注入方法重构推进器故障值．通过仿真对所提方法进行有效性验证．关键词：水下机器人；终端滑模观测器；推进器；故障重构中图分类号：TP277文献标志码：ATerminalSlidingModeObserverBasedFaultReconstructionforUnderwaterVehicleThrusterCHUZhen—zhong，ZHUDa—qi．Z

3、HANGMing～jun。(1．CollegeofInformationEngineering，ShanghaiMaritimeUniversity，Shanghai201306，China；2．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：Afaultreconstructionmethodbasedonterminalslidingmodeobserverwasprop

4、osedinthispa—per．Inthetraditionalslidingmodeobserver，theestimatederrorofunmeasuredstateisasymptoticconver—gence，whichaffectsthetimelinessofthrusterfaultreconstruction．Inresponsetotheaboveproblem，thepropertyoffinitetimeconvergenceofterminalslidingmodewasusedtobuilda

5、terminalslidingmodeob—servertoensurethatallofthestateestimationerrorsconvergeinafinitetime．Thenthethrusterfaultwasreconstructedbyusingtheequivalentoutputerrorinfectionmethod．Finally，theproposedmethodwasvalidatedbysimulation．Keywords：underwatervehiele；terminalslidin

6、gmodeobserver；thruster；faultreconstruction水下机器人工作在高压、能见度差的海洋环境器人的安全运行具有重要意义．在水下机器人推中，推进器作为水下机器人的主要动力装置，一旦发进器故障诊断研究中，基于状态估计的方法得到了生故障，不仅无法完成水下作业任务，有时水下机器广泛的应用，该方法利用水下机器人运动模型和可人本身也无法回收，造成巨大的损失．故障诊断作为观测输入输出量构造残差信号来反映系统期望行为水下机器人研究的基础和关键技术，对保障水下机与实际运行模式间的不一致，然后通过对残差信号收稿日

7、期：2014-12一i5基金项目：国家自然科学基金资助项目(51279098)，上海市自然科学基金资助项目(I5ZR1419700，14JC14o28oo)作者简介：褚振忠(1986一)，男，江苏省苏州市人，博士，讲师，目前主要从事水下机器人故障诊断与运动控制研究．电话(Te1．)：021-38282892；E—mail：chu—zhenzhong@163．COFf1．838上海交通大学学报第49卷的分析进行故障诊断L2]．常用的状态估计方法包括向心力与科氏力；D('，)为水动力阻力与升力矩阵；卡尔曼滤波器]、滑模观测器_4

8、等．其中，滑模观测g(tI)为恢复力与力矩向量；J(t1)为转换矩阵；表示器利用其所具有的鲁棒性克服系统模型的不确定性推进器推力；B为推进器分布矩阵．或非线性，并通过引入等效输出误差注入方法获取式(1)所给出的是一个通用的水下机器人系统故障信息，达到重构故障的目的[5]．文献[6]中研究运