PDF《水下机器人故障诊断方案》

第12卷第2期 2008年 3月 电机与控制学报ELE CTR IC M ACH INE S AND CONTRO L Vol112 N o12 M ar .

2008 水下机器人故障诊断方案 王建国, 吴恭兴, 赵福龙, 万磊 (哈尔滨工程大学 水下机器人实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001) 摘要: 为了提高水下机器人传感器系统的故障诊断能力, 依据小波变换基本理论和线性平滑原 理, 在分析水下机器人传感器三种故障形式的基础上, 提出了相应的故障诊断方法, 并进行了信号 奇异性分析, 探讨了小波基选择的一般标准.通过对海上试验结果分析表明, 可以通过高层小波变 换来区分噪声信号和突变信号, 很好地解决了定位声纳输出振荡的问题, 验证了所提方法的有效性 与可行性. 关键词: 水下机器人;

故障诊断;

传感器故障;

小波变换;

线性平滑滤波 中图分类号: TP24 文献标识码: A 文章编号 : 1007- 449X( 2008) 02- 0202-

04 Schemes for fault diagnosis of underwater robots WANG Jian -guo, WU Gong -xing , Z HAO Fu-long, WAN Lei ( Lab of Under w ater Robots , H arb in Eng ineeringUn ivers ity , H arbin

150001 , Ch ina) Abstract : Research is undertaken to i mprove the fau lt diagnosis ab ilities of under w ater robots. (URs) sen - sor system. Accord ing to the basic principles ofw avelet transform and linear smooth ing and based on the a - nalysis ofURs. three kinds of sensor failures , correspond ing methods for fault d iagnosisw ere put for w ard . S ignal singularity analysis w as conducted and the general standard of w avelet function selection w as d is - cussed . The noise and jumping signals can be distingu ished by high layerw avelet transfor m and the oscilla - tion prob lem about the position ing sonar output can be dealt w ith based on the analysis of sea trials. re - su lts. The validity and feasib ility of the methods presented can be verified by the sea trials. results. K ey words : under w ater robot (UR );

fault d iagnosis;

sensor fau l;

t w avelet transfor m;

linear smooth ing 收稿日期: 2007- 08-

11 作者简介: 王建国 ( 1983- ), 男, 博士研究生, 研究方向为水下机器人故障诊断;

吴恭兴 ( 1983- ), 男, 博士研究生, 研究方向为水下机器人运动控制;

赵福龙 ( 1982- ), 男, 硕士研究生, 研究方向为水下机器人故障诊断与容错控制;

万磊(1964- ), 男, 硕士, 研究员, 研究方向为水下机器人运动控制与系统集成.

1 引言水下机器人 ( UR )在海洋开发和军事应用方面 有着极为广阔的应用前景, 已经成为完成多种水下 任务的重要工具.UR 能够顺利完成使命的前提是 其传感器的可靠性, 如果传感器在使用过程中发生 了故障, 其输出就不再反映真实值, 这可能导致整个 系统运行瘫痪 [

1 ] .系统中某个传感器发生故障后 能够及时检测并分离出故障是传感器故障检测和诊 断急需解决的课题 [ 2] . 本文在分析水下机器人传感器故障形式的基础 上, 针对传感器可能出现的 3种故障分别给出了相 应的诊断方法.阐述了小波变换的基本理论和线性 平滑原理, 进行了信号奇异性分析, 探讨了小波基选 择的标准, 并完成了海上试验.

2 水下机器人 ( UR)传感器故障形式 本文以水下机器人 UR- X 为研究对象.该UR 的传感器配置如表 1所示.该UR的声视觉传感器 (

6012 成像声纳、3D 成像声纳 )和光视觉传感器 ( TV 摄像机 )有相对独立的故障处理系统, 因此, 对UR - X的传感器自主诊断主要针对非视觉传感器, 即光纤罗经、 多普勒测速仪 ( DVL)、 测高声纳、 定位 声纳、 深度计和 GPS . UR - X的传感器可能出现的故障形式通常有