控制理论与应用

作者：吴云凯,胡大海,朱志宇,曾庆军

单位：江苏科技大学,江苏科技大学,江苏科技大学,江苏科技大学

关键词：自主式水下机器人; 执行机构; 扩张状态; 动态滑模面; 故障检测与估计

基金：国家自然科学基金项目(62173164, 62203192), 江苏省自然科学基金项目(BK20201451), 中国–北马其顿科技合作委员会第6届例会人员交流项目 (6–3)资助.

作为自主式水下机器人（AUV）的重要组成部分，执行机构的可靠性对系统的安全运行具有重要意义。本文以AUV 六自由度模型为基础，提出了一种基于自适应阈值与扩张状态滑模观测器相结合的故障检测与估计机制。首先，将模型中除去控制输入的部分扩张成新的系统状态，得到估计值和实际值之间的残差；其次，针对执行机构的未知扰动，设计了一种改进的自适应阈值以监测残差的变化，进一步降低了误诊率与漏诊率；随后，在扩张状态的结构基础上设计滑模观测器，将观测器的增益求解转化为线性矩阵不等式（LMI）约束优化问题；最后，通过动态滑模面的设计实现了抖振的抑制并论证了该动态滑模面的收敛性，同时引入等效控制输出误差注入原理，实现了AUV 执行机构的故障重构。仿真结果表明，本文所提方法对AUV 执行机构的故障具有较好的检测灵敏度和估计精度。

来源：2023年第7期

《控制理论与应用》期刊编辑部

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