ROV故障诊断主元分析装置的制作方法

文档序号:11827312阅读:来源:国知局

技术特征:

1.ROV故障诊断主元分析装置,其特征在于,包括传感器系统、嵌入式控制器、光端机及水面监控系统;

所述传感器系统设置于无人潜水器上,包括:

深度传感器,用于测量无人潜水器在水中的深度,并将测得的深度数据转变为深度电压信号;速度传感器,用于测量无人潜水器的航行速度,并将测得的航行速度数据转变为速度电压信号;姿态传感器,用于测量无人潜水器的水下姿态,并将测得的方向数据转变为姿态电压信号;声纳传感器,用于测量无人潜水器前视环境,并将测得的图像数据转变为电压信号;光学成像传感器,用于测量无人潜水器周围环境,并将测得的图像数据转变为电压信号;电池监控传感器,用于测量无人潜水器电池组状态,并将电池组状态数据转变为电压信号;推进器监控传感器,用于测量无人潜水器推进器转速,并将推进器转速数据转变为电压信号;

所述嵌入式控制器安装于无人潜水器上,嵌入式控制器的信号输入端与上述传感器的信号输出端连接,用于接收上述传感器发送过来的深度电压信号、速度电压信号、姿态电压信号、声纳电压信号、光学电压信号、电池状态电压信号、推进器状态电压信号;所述嵌入式控制器内部设有用于驱动传感器信号传输任务的通信模块;

所述光端机设置有一对,分别安装在水面母船和无人潜水器上,两个光端机之间通过光纤连接,通过RS-485串口通信实现数据传输;位于无人潜水器上的光端机的信号输入端与嵌入式控制器的信号输出端连接,水面母船上的光端机的信号输出端与水面监控系统连接,保证水下传感器信息传输到水面监控系统;

所述水面监控系统安装在水面母船上,水面监控系统的内部设有传感器信号传输任务的通信模块、利用传感器历史数据进行训练并对无人潜水器进行故障检测隔离的主元分析PCA模块、实现无人潜水器系统故障检测的传感器信号平方预期误差SPE计算模块、完成无人潜水器系统故障隔离的传感器信号平方预期误差SPEi计算模块。

2.根据权利要求1所述的ROV故障诊断主元分析装置,其特征在于,所述嵌入式控制器包括信号放大滤波模块、A/D转换器、多路开关模块、串行通信接口及微处理器,所述多路开关模块的输入端与深度传感器、速度传感器、姿态传感器、声纳传感器、光学成像传感器、电池监控传感器、推进监控传感器的输出端连接,所述多路开关模块的输出端与信号放大滤波模块电路的输入端连接,A/D转换器信号输入端与信号放大滤波模块电路的输出端连接,所述微处理器与A/D转换器信号输出端连接,并与串行通信接口连接。

3.根据权利要求1所述的ROV故障诊断主元分析装置,其特征在于,所述水面监控器包括故障数据显示模块、DSP硬件电路接口模块、串行通信口、供电电源和控制开关;所述供电电源用于给整个装置供电,DSP硬件电路接口模块的输入端通过串行通信接口与无人潜水 器信号预处理器连接,DSP硬件电路接口模块的输出端连接故障数据显示模块。

4.根据权利要求3所述的ROV故障诊断主元分析装置,其特征在于,所述DSP硬件电路接口模块包括DSP系统电源电路、时钟与复位电路、液晶显示接口电路;所述DSP硬件电路接口模块的芯片为数字信号处理器。

5.根据权利要求3所述的ROV故障诊断主元分析装置,其特征在于,所述液晶显示接口电路连接有一液晶显示器,所述液晶显示器为能显示字母、数字符号、中文字型及图形,且具有绘图及文字画面混合显示功能的显示器。

6.根据权利要求3所述的ROV故障诊断主元分析装置,其特征在于,所述DSP硬件电路接口模块的输出端与故障数据显示模块连接,液晶显示器显示传感器平方预期误差SPEi和具体的故障传感器标识。

7.ROV故障诊断主元分析方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:

1)传感器系统输出深度电压信号、速度电压信号、姿态电压信号、声纳电压信号、光学电压信号、电池状态电压信号、推进器状态电压信号并接入嵌入式控制器;

2)嵌入式控制器对电压信号进行放大、滤波预处理及A/D转换,通过光端机的485串行接口送入无人潜水器水面监控系;

3)水面监控系统对来自嵌入式控制器的不同时间系列的传感器电压信号进行主元分析处理,重构各个个传感器下一时刻的信号大小,与该时刻传感器实测信号相减再利用差值平方求和,得到无人潜水器传感器系统的平方预期误差SPE,对不同时刻传感器系统做相似处理,得到在各个时刻的无人潜水器传感器系统的平方预期误差SPE大小分布,利用平方预期误差SPE跳变数值,来判定无人潜水器系统是否发生故障;

4)如检测到部件发生故障,对所有故障信息在液晶LCD上显示。

8.根据权利要求7所述的ROV故障诊断主元分析方法,其特征在于,所述无人潜水器系统是否发生故障的判定方法为:分别利用某个传感器i的重构值代替下一时刻该传感器的实测信号,其它两传感器仍用实测信号,将各传感器下一时刻的实测信号与重构预测信号相减,差值平方求和得到无人潜水器对该传感器i的平方预期误差SPEi,当SPEi存在跳变时,则对应部件i正常,当SPEi不存在跳变时,则对应部件i故障。

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