DOI 10.17586/0021-3454-2024-67-1-70-79
УДК 681.51
АЛГОРИТМ ОБНАРУЖЕНИЯ СБОЕВ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА БЕЗЭКИПАЖНОМ НАДВОДНОМ СУДНЕ
Университет ИТМО, факультет систем управления и робототехники ;
Маргун А. А.
Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация; Институт проблем машиностроения РАН, Санкт-Петербург, 199178, Российская Федерация; доцент; научный сотрудник
Ссылка для цитирования : Галкина Д. А., Маргун А. А. Алгоритм обнаружения сбоев инерциальной навигационной системы на безэкипажном надводном судне // Изв. вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67, № 1.
С. 70—79. DOI: 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.
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
Благодарность: работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 23-79-10071; https://rscf.ru/project/23-79-10071/.
Список литературы:
Благодарность: работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 23-79-10071; https://rscf.ru/project/23-79-10071/.
Список литературы:
- Анучин О. Н., Емельянцев Г. И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. СПб: Электроприбор, 2003. 390 с.
- 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.
- Литвиненко Ю. А. Оптимизация алгоритмов инерциальной навигационной системы морских объектов: Автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб: 2005.
- Kusic G. L. State Estimation and Fast Fault Detection For Ship Electrical Systems // IEEE Electric Ship Technologies Symp. 2007. P. 209—214.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Лукомcкий Ю. А., Пeшехонов В. Г., Схорoходов Д. А. Навигaция и упрaвление движeнием судoв. CПб: Элмoр, 2002. 360 с.
- 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.
- 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.
- Do K. D., Pan J. Control of Ships and Underwater Vehicles. London: Springer, 2009. 418 p.
- Семенов-Тян-Шанский В. В., Благовещенский С. Н., Холодилин А. Н. Качка корабля. Л.: Судостроение, 1969.
- Крылов А. Н. Избранные труды. Л.: Изд-во АН СССР, 1958. 804 с.
- Abkowitz M. A. Lectures on ship hydrodynamics steering and manoeuvrability // Techn. Rep. Hy-5; Hydro and Aerodynamics Laboratory, Lyngby, Denmark. 1964.
- 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.
- 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.
- Ellis G. Observers in Control Systems: A Practical Guide. Elsevier Science, 2002. P. 259.
- Chen J., Patton R. J. Robust model-based fault diagnosis for dynamic systems. Boston, MA: Kluwer Acad. Publ., 1999. 354 p.