摘要：针对传统的滑模观测器在缆控水下机器人(ROV)系统状态估计与故障重构过程中存在渐近收敛、无法及时准确重构故障信号的问题,提出一种基于自适应快速终端滑模观测器(adaptive fast terminal sliding mode observer)的故障检测和控制优化方法。建立带有推进器故障、未知外界干扰和模型参数不确定性等复合干扰的ROV系统故障模型;设计具有自适应特性的快速终端滑模控制器,保证所有的状态估计误差在有限时间内收敛;通过等效输出误差注入法对推进器引起的故障进行估计重构。采用Lyapunov稳定性理论验证控制系统的稳定性,仿真结果表明,所设计的故障检测方法能够快速检测和重构故障,保证ROV系统较高的跟踪精度,并通过实验验证了所提算法的有效性。

摘要：针对无人潜水器(remotely operated vehicle,ROV)的执行器故障问题,提出了一种基于线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)的鲁棒控制补偿修复方法。首先,建立了ROV 4自由度动力学模型,并对艏向模型进行线性化;利用自适应故障估计器对执行器故障大小进行估计,并对控制量进行实时补偿;基于反步法和鲁棒控制技术对其进行控制策略设计;最后,采用Lyapunov相关理论验证了控制系统的稳定性。仿真结果表明,当执行器控制输入效率损失30%时,经过补偿修复后超调量下降13.98%,稳定时间减少50%;当控制输入效率损失40%时,修复后的超调量下降6.65%,稳定时间减少22.86%;实验结果表明,控制方法可在发生故障后40 s内恢复稳定状态,偏航角稳态误差约为±2°。因此,所提出的故障补偿修复策略能够降低对艏向控制的影响程度,保障ROV的稳定控制,并为水下机器人容错控制提供了一种新思路。