水下机器人故障诊断与容错控制技术

第1章 水下机器人概述

1.1 水下机器人的相关概念

1.2 水下机器人研究概况

1.2.1 缆控水下机器人（ROV）研究概况

1.2.2 自治水下机器人（AUV）研究概况

1.2.3 国内水下机器人研究概况

1.3 水下机器人的组成

1.3.1 水下机器人的硬件系统

1.3.2 水下机器人的导航与通信系统

1.3.3 水下机器人的控制系统

1.4 水下机器人技术研究展望

1.4.1 水下机器人的可靠性技术

1.4.2 水下机器人的能源动力技术

1.4.3 水下机器人的水下目标探测与识别技术

1.4.4 水下机器人的导航定位与水下通信技术

1.4.5 自治水下机器人的水下路径规划与安全避障技术

1.4.6 水下机器人的运动控制技术

1.4.7 水下机器人的其他技术

参考文献

第2章 水下机器人控制技术

2.1 水下机器人的运动学基础

2.1.1 坐标系及坐标变换

2.1.2 水下机器人空间运动数学模型

2.2 水下机器人的动力学基础

2.2.1 水动力和力矩

2.2.2 推进器的推力和推力矩

2.2.3 浮力、重力和浮力矩、重力矩

2.2.4 外部扰动力

2.2.5 水下机器人空间动力学运动方程

2.3 水下机器人的推进器布置

2.3.1 推进器的数量与布置要求

2.3.2 几种常见推进器的布置及推力计算

2.4 水下机器人的基本控制回路

2.4.1 自动定深回路和自动定高回路

2.4.2 自动定向控制回路

2.4.3 航行速度与定位控制回路

2.5 水下机器人的闭环控制算法

2.5.1 数字PID控制算法

2.5.2 自适应控制算法

2.5.3 滑模控制算法

2.5.4 模糊控制及神经网络控制算法

参考文献

第3章 故障诊断与容错控制技术

3.1 故障诊断与容错控制的目的与意义

3.2 故障诊断方法

3.2.1 故障诊断方法分类

3.2.2 基于知识的故障诊断方法

3.3 容错控制技术

3.3.1 容错控制的基本概念

3.3.2 容错控制的方法

3.4 水下机器人故障诊断与容错控制

3.4.1 水下机器人故障诊断方法

3.4.2 水下机器人容错控制技术

3.4.3 水下机器人故障诊断与容错控制技术展望

参考文献

第4章 水下机器人传感器故障诊断

4.1 水下机器人的主要传感器及其故障

4.1.1 导航与定位系统传感器

4.1.2 姿态与位置传感器

4.1.3 附属装置传感器

4.2 有限脉冲响应滤波器故障检测算法

4.2.1 水下机器人的有限脉冲响应滤波器模型

4.2.2 水下机器人的传感器故障检测算法

4.3 OUTIANDl000水下机器人实验系统

4.3.1 OUTLANDl000传感器与推进器

4.3.2 OUTIANDl000通信系统与水面支持系统

4.4 基于FIR的传感器故障诊断算法与水池实验

4.4.1 OUTIAND1000方向传感器（罗经）故障设定及实验

4.4.2 OUTIAND1000方向传感器故障检测及实验分析

4.4.3 传感器时变性故障诊断的实验及结果

参考文献

第5章 水下机器人传感器故障容错控制

5.1 基于FIR的阈值故障检测与容错控制

5.1.1 OLITIANDl000状态阈值故障检测与容错控制设计

5.1.2 0UTLAND1000阈值故障检测与FIR替换容错实验结果分析

5.2 基于FIR信噪比的故障检测与神经网络信号逆推容错控制

5.2.1 OIJTI.ANDl000FIR信噪比故障检测与容错控制设计

5.2.2 OUTLANDl000FIR信噪比故障检测与容错实验结果分析

5.3 传感器时变故障的神经网络信号逆推容错控制

参考文献

第6章 水下机器人推进器故障诊断与容错控制

6.1 神经网络故障辨识模型

6.1.1 SOM自组织特征映射神经网络

6.1.2 BP神经网络

6.1.3 CMAC神经网络

6.2 水下机器人推进器故障在线辨识信息融合算法

6.2.1 OUTIANDl000推进器布置

6.2.2 OUTIANDl000推进器故障诊断信息融合模型

6.3 推进器故障在线辨识实验结果分析

6.3.1 神经网络在线辨识实时性分析

6.3.2 神经网络在线辨识准确性分析

6.4 推进器拥堵故障的容错控制及水池实验

6.4.1 单参数容错

6.4.2 双参数控制容错

6.4.3 容错控制实验结果分析

参考文献

第7章 水下机器人故障诊断与容错控制仿真

7.1 FALCON推进器的配置

7.1.1 推进器推力分配

7.1.2 推进器故障与优先权矩阵

7.2 推进器故障诊断与容错控制模型

7.3 推进器单故障诊断与容错控制仿真

7.3.1 仿真算例

7.3.2 推进器故障与容错控制结果分析

7.4 推进器多故障诊断与容错控制仿真

7.4.1 URIS水下机器人推进器配置与控制方程

7.4.2 双故障仿真算例

7.5 基于遗传算法的推进器故障的容错控制律重构仿真研究

7.5.1 推进器控制律伪逆重构算法

7.5.2 控制矩阵重构的遗传算法优化

7.5.3 控制律重构结果分析比较

参考文献

第8章 水下机器人故障诊断与容错装置开发

8.1 基于DSP的水下机器人故障诊断与容错控制器

8.1.1 DSP硬件电路设计

8.1.2 DSP故障检测控制仪软件

8.1.3 DSP故障检测控制仪研制中的难点

8.2 基于单片机的水下机器人故障诊断与容错控制器

8.2.1 系统硬件电路设计

8.2.2 系统软件设计

参考文献

《水下机器人故障诊断与容错控制技术》在综述近年来水下机器人故障诊断与容错控制技术研究进展的基础上，重点阐述水下机器人传感器系统故障诊断与容错控制、水下机器人推进器系统故障诊断与容错控制理论及其仿真研究和应用开发。最后以实际水下机器人为研究对象，以深水实验池为平台，研究传感器故障诊断与容错控制、推进器故障辨识与容错控制水池实验和诊断系统，逐个阐述其诊断原理，分析实验数据，力图给出一个系统实用化的水下机器人故障诊断与容错控制方法。