Алгоритм обнаружения сбоев инерциальной навигационной системы на безэкипажном надводном судне
https://doi.org/10.17586/0021-3454-2024-67-1-70-79
Аннотация
Рассматривается решение задачи обнаружения отказов датчиков инерциальной навигационной системы безэкипажного надводного судна. Предложен алгоритм, основанный на наблюдателе состояния полного порядка. Введено условие обнаружения отказов, базирующееся на векторе сигнала рассогласования и пороговом значении. Для выявления вышедшего из строя датчика применяются направленные генераторы сигналов рассогласования. Предлагаемый алгоритм применен к модели судна Номото второго порядка. В качестве исследуемых на отказы датчиков выбраны измерители угловой и линейной скоростей. В процессе синтеза алгоритма обнаружения отказов построены два наблюдателя, каждый из которых чувствителен к отказам отдельного датчика. Приведены результаты компьютерного моделирования в программном пакете MatLab Simulink, подтвердившие эффективность и работоспособность предложенного подхода. Разработанный алгоритм позволяет обнаруживать отказы датчиков инерциальной навигационной системы без задействования дополнительных средств измерения, что способствует сокращению расходов на обслуживание и диагностику, а также уменьшению времени обнаружения неполадок.
Ключевые слова
надводное судно,
безэкипажное судно,
модель Номото,
обнаружение отказов,
диагностирование,
инерциальная навигационная система
При поддержке: Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 23-79-10071; https://rscf.ru/project/23-79-10071/.
Об авторах
Д. А. Галкина
Университет ИТМО
Россия
Россия
Дарья Алексеевна Галкина - аспирант; факультет систем управления и робототехники
Санкт-Петербург
А. А. Маргун
Университет ИТМО ; Институт проблем машиноведения РАН
Россия
Россия
Алексей Анатольевич Маргун - канд. техн. наук; факультет систем управления и робототехники; доцент; ст. научный сотрудник
Санкт-Петербург
Список литературы
1. Анучин О. Н., Емельянцев Г. И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. СПб: Электроприбор, 2003. 390 с.
2. Лян Ц., Литвиненко Ю. А., Степанов О. А. Метод обработки измерений от двух блоков микромеханических гироскопов при решении задачи ориентации // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26, № 2(101). С. 29—42.
3. Литвиненко Ю. А. Оптимизация алгоритмов инерциальной навигационной системы морских объектов: Автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб: 2005.
4. Kusic G. L. State Estimation and Fast Fault Detection For Ship Electrical Systems // IEEE Electric Ship Technologies Symp. 2007. P. 209—214.
5. Wu N. E., Thavamani S., Zhang Y., Blanke M. Sensor fault masking of a ship propulsion system // Control Engineering Practice. 2006. Vol. 14. P. 1337—1345.
6. Samy I., Postlethwaite I., Gu D. W. Survey and application of sensor fault detection and isolation schemes // Control Engineering Practice. 2011. Vol. 19. P. 658—674.
7. Perera L. P. Marine Engine Centered Localized Models for Sensor Fault Detection under Ship Performance Monitoring // IFAC-PapersOnLine. 2016. Vol. 49, N 28. P. 91—96.
8. Babaei M., Shi J., Abdelwahed S. A Survey on Fault Detection, Isolation, and Reconfiguration Methods in Electric Ship Power Systems // IEEE Access. 2018. Vol. 6. P. 9430—9441.
9. Roumeliotis S. I., Sukhatme G., Bekey G. A. Sensor fault detection and identification in a mobile robot // Proc. IEEE/RSJ Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems. 1998. Vol. 3. P. 1383—1388.
10. Khalastchi E., Kalech M., Rokach L. A hybrid approach for fault detection in autonomous physical agents // Proc. of the 2014 Intern. Conf. on Autonomous Agents and Multi-Agent Systems. 2014. P. 941—948.
11. Колесник Н. С., Маргун А. А. Алгоритм детектирования и локализации отказов двигателя постоянного тока // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 3. С. 492—500.
12. Лукомcкий Ю. А., Пeшехонов В. Г., Схорoходов Д. А. Навигaция и упрaвление движeнием судoв. CПб: Элмoр, 2002. 360 с.
13. Nоrrbin N. H. On the dеsign and anаlysis of the zig-zаg test on bаse of quasi linеar frequenсy rеsponse // SSPА Rеp. No. B104-3, 10th ITTС, Lоndon. 1963. Р. 355—374.
14. Tzeng C., Chen J. Fundamental properties of linear ship steering dynamic models // Journal of Marine Science and Technology. 1999. Vol. 7, N 2. P. 79—88.
15. Do K. D., Pan J. Control of Ships and Underwater Vehicles. London: Springer, 2009. 418 p.
16. Семенов-Тян-Шанский В. В., Благовещенский С. Н., Холодилин А. Н. Качка корабля. Л.: Судостроение, 1969.
17. Крылов А. Н. Избранные труды. Л.: Изд-во АН СССР, 1958. 804 с.
18. Abkowitz M. A. Lectures on ship hydrodynamics steering and manoeuvrability // Techn. Rep. Hy-5; Hydro and Aerodynamics Laboratory, Lyngby, Denmark. 1964.
19. Юдин Ю. И., Степахнo А. Г., Гoлолобов А. Н. Испoльзование идeнтифицированных матeматических моделeй cудна для обeспечения безопасноcти судoвождения // Вeстн. Мурманскoго гос. тeхн. ун-та. 2009. Т. 12, № 1. С. 10—12.
20. Нгуен Х. Т., Власов С. М., Скобелева А. В. Математическое моделирование и идентификация параметров модели надводного судна // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 3. С. 418—425. DOI: 10.17586/2226-1494-2021-21-3-418-425.
21. Ellis G. Observers in Control Systems: A Practical Guide. Elsevier Science, 2002. P. 259.
22. Chen J., Patton R. J. Robust model-based fault diagnosis for dynamic systems. Boston, MA: Kluwer Acad. Publ., 1999. 354 p.
Рецензия
Для цитирования:
Галкина Д.А., Маргун А.А. Алгоритм обнаружения сбоев инерциальной навигационной системы на безэкипажном надводном судне. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2024;67(1):70-79. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2024-67-1-70-79
For citation:
Galkina D.A., Margun A.A. Algorithm for detecting failures of an inertial navigation system on an unmanned surface vessel. Journal of Instrument Engineering. 2024;67(1):70-79. (In Russ.) https://doi.org/10.17586/0021-3454-2024-67-1-70-79
Просмотров:
15
Послать статью по эл. почте 