РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДВИЖИТЕЛЕЙ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ

  • А. В. Зуев Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук
  • А. Н. Жирабок Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук
Ключевые слова: Движитель ПА, дефект, переменные параметры, диагностирование, идентификация, скользящий наблюдатель

Аннотация

Целью исследования является повышение эффективности эксплуатации подводных аппаратов (ПА) за счет использования систем функционального диагностирования их движителей, обеспечивающих обнаружение, локализацию и идентификацию возникающих незначительных дефектов. Для решения этой задачи в статье предложен новый метод, содержащий два основных этапа. На первом этапе осуществляется построение банка диагностических наблюдателей для обнаружения и локализации возникающих дефектов. При этом каждый наблюдатель строится по специальной процедуре таким образом, что-бы быть чувствительным к различному набору возможных дефектов. На втором этапе синтезируются дополнительные наблюдатели, работающие в скользящем режиме, для точной оценки величин дефектов. При этом, в отличие от существующих решений, пред-лагается использовать редуцированную (имеющую меньшую размерность) модель исход-ной системы при построении указанных наблюдателей. Это дает возможность умень-шить сложность получаемых наблюдателей по сравнению с известными работами, где строятся наблюдатели полного порядка. Результаты проведенных исследований показали работоспособность и высокое качество всех синтезированных наблюдателей. Во всех рас-смотренных случаях удалось своевременно обнаружить факт появления типовых дефек-тов, а также обеспечить идентификацию их величин. На основе рассмотренного метода построения систем диагностирования движителей могут быть созданы высоконадежные системы управления ПА.

Литература

1. Mironovskiy L.A. Funktsional'noe diagnostirovanie dinamicheskikh system [Functional diag-nosis of dynamic systems]. Moscow – Saint Petersburg: MGU-GRIF, 1998.
2. Shumskiy A.E., Zhirabok A.N. Metody i algoritmy diagnostirovaniya i otkazoustoychivogo upravleniya dinamicheskimi sistemami [Methods and algorithms of diagnosis and fault toler-ant control of dynamic systems]. Vladivostok: DVGTU, 2009.
3. Simani S., Fantuzzi C., Patton R. Model-based Fault Diagnosis in Dynamic Systems Using Identification. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2002.
4. Blanke M., Kinnaert M, Lunze J., Staroswiecki M. Diagnosis and Fault-Tolerant Control. – Berlin: Springer-Verlag, 2006.
5. Filaretov V.F., Zhirabok A.N., Zuev A., Protcenko A. The development of the faults accommo-dation system for actuators of multilink manipulators, Proc. of the 23rd DAAAM International Symposium on Intelligent Manufacturing and Automation, 2012, pp. 575-578.
6. Chirikjian G.S. Robotic Self-replication, Self-diagnosis, and Self-repair: Probabilistic Consid-erations, Distributed Autonomous Robotic Systems, 2009, No. 8, pp. 273-281.
7. Inzartsev A.V., Gribova V.V., Kleshchev A.S. Intellektual'naya sistema dlya formirovaniya adekvatnogo povedeniya avtonomnogo podvodnogo robota v avariynykh situatsiyakh [Intelligent system for form-ing the adequate behavior of autonomous underwater robot in emergency situations], Podvodnye issledovaniya i robototekhnika [Underwater research and robotics], 2015, No. 2 (20), pp. 4-11.
8. Zhang M., Wu J., Wang Y. Simultaneous Faults Detection and location of Thrusters and Sen-sors for Autonomous Underwater Vehicle, Proc. of the Fourth International Conference on In-telligent Computation Technology and Automation, 2011, pp. 504-507.
9. Zhu D., Sun B. Information fusion fault diagnosis method for unmanned underwater vehicle thrusters, IET Electrical Systems in Transportation, 2013, Vol. 3, No. 4, pp. 102-111.
10. Wang J. Fault Diagnosis of Underwater Vehicle with FNN, Proc. of the 10th World Congress on Intelligent Control and Automation, 2012, pp. 2931-2934.
11. Zhao B., Skjetne R., Blanke M., Dukan F. Particle Filter for Fault Diagnosis and Robust Navi-gation of Underwater Robot, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2014, Vol. 22, No. 6, pp. 2399-2407.
12. Wang J., Wu G., Wan L., Sun Y., Jiang D. Recurrent Neural Network Applied to Fault Diagno-sis of Underwater Robots, Proc. of the IEEE International Conference on Intelligent Compu-ting and Intelligent Systems, 2009, pp. 593-598.
13. Wang J.-G. Fault Diagnosis of Underwater Vehicle with Neural Network, Proc. of the 24th Chinese Control and Decision Conference (CCDC), 2012, pp. 1613-1617.
14. Sarkar N, Podder T.K., Antonelli G. Fault-Accommodating Thruster Force Allocation of an AUV Considering Thruster Redundancy and Saturation, IEEE Transactions on Robotics and Automation, 2002, Vol. 18, No. 2, pp. 223-233.
15. Utkin V.I. Skol'zyashchie rezhimy i ikh primenenie v sistemakh s peremennoy strukturoy [Sliding modes and their application in systems with variable structure]. Moscow: Nauka, 1974.
16. Edwards C., Spurgeon S., Patton R. Sliding Mode Observers for Fault Detection and Isolation, Automatica, 2000, Vol. 36, pp. 541-553.
17. He J., Zhang C. Fault Reconstruction Based on Sliding Mode Observer for Nonlinear Systems, Mathematical Problems in Engineering, 2012, Vol. 2012, pp. 1-22.
18. Alwi H., Edwards C. Fault Tolerant Control Using Sliding Modes with On-line Control Allo-cation, Automatica, 2008, Vol. 44, pp. 1859-1866.
19. Zhirabok A.N., Zuev A.V., Shumskiy A.E. Metody diagnostirovaniya lineynykh sistem na osnove skol'zyashchikh nablyudateley [Methods for diagnosing linear systems based on slid-ing observers], Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya [zvestiya RAS. Theory and con-trol systems], 2019, No. 6, pp. 73-89.
20. Zhirabok A.N., Zuev A.V., Shumskiy A.E. Diagnostirovanie lineynykh dinamicheskikh sistem: podkhod na osnove skol'zyashchikh nablyudateley [Diagnostics of linear dynamic systems: an approach based on sliding observers], Avtomatika i telemekhanika [Automatics and telemechanics], 2020, No. 2, pp. 18-35.
21. Zhirabok A.N., Zuev A.V., Shumskiy A.E. Identifikatsiya defektov v datchikakh tekhnicheskikh sistem s ispol'zovaniem skol'zyashchikh nablyudateley [Identification of defects in sensors of technical systems using sliding observers], Izmeritel'naya tekhnika [Measurement technology], 2019, No. 10, pp. 21-28.
Опубликован
2020-07-10
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ II. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ