移动机器人故障诊断与容错控制的研究

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1、浙江大学电气工程学院博士学位论文移动机器人故障诊断与容错控制的研究姓名：林吉良申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：蒋静坪20090729浙江大学博士学位论文(KFCM)的移动机器人并发故障诊断技术。采用针对单发故障的卡尔曼滤波器对采样信号进行滤波，利用整合先验知识的模糊核聚类方法对滤波残差信号进行模糊分类，利用数据点对各聚类中心的模糊隶属度，诊断机器人是否发生了某一类故障，或者某两类并发故障。在“先锋3"号移动机器人上对12种单故障与并发故障进行了诊断并与FCM方法进行了对比，结果证明了

2、该方法比FCM具有更好的诊断效果。4、研究了移动机器人在SBC、SSC跟随规则的编队方式运行时的故障诊断与容错控制。根据SBC跟随规则和SSC跟随规则，设计了相应的分布式扩展卡尔曼滤波器对信号进行滤波，根据滤波残差进行故障诊断。提出了编队控制时的容错控制策略和避障算法。弥补了Diagle等人算法中机器人出现故障或遭遇障碍物时无法维持编队的缺陷。分析了大量移动机器人在编队控制时可能组成的复杂网络上故障传播模型，提出了基于复杂网络传播模型的目标免疫算法，能降低故障在大规模编队网络中传播的概率。5、以a．网格

3、模型的群集为研究对象，采用几个群集相关性能指标，研究群集中移动机器人出现故障时对群集性能的影响。提出了基于数据通信和数据关联的群集故障诊断和容错控制算法。将故障机器人看成障碍物，提出了运用栅格地图记录信息和和采用各类agent模拟受力关系的方法对复杂形状障碍物的避障算法。不仅克服了Olfati．Saber算法总对凹多边形、长墙状的障碍物无法避障的缺点，而且该算法无需事先知道机器人运行环境的先验知识，具有一定的优越性。关键词：故障诊断、容错控制、移动机器人、支持向量机、模糊核聚类、编队控制、群集Abstr

4、actWiththedevelopmentofcomputertechnology,electronictechnology,controltheory,mechanicalengineeringandtheapplicationsofnewmaterial，newcomponents，mobilerobottechnologychangesquicklyandcontinuously．Mobilerobotsarewidelyusedinindustry,agriculture，military,sp

5、aceexploration,deepseaexploration,medicalcare，rescue，dailylife，etc．Modemapplicationsaremoreandmorecomplicatedandpeopleareinpursuitoflifequality,whichleadtomoreandmorerequirementandcomplicationofmobilerobottechnology．Fromsimpleapplicationtointelligentones

6、，frommanintervenedmodetoautonoumsmode，fromsimpleenvironmenttounknownenvironment，fromsinglerobottomulti—robotsworkcorrespondlyandinformation，thereliabilityofmobilerobotsarerequiredinalltheseapplications．Ifmobilerobotsareoperated谢mfault，thelifetimeofthemwi

7、llbedecreased，aswell嬲theymaybringadverseimpact，sometimesdisasterconsequences．Unfortunately,studiesshowthatmobilerobotsareofteninfaultstateswhentheyareappliedincomplexunknownenvironmentsespeciallyinspace，deepseaanddangerousenvironments，thoughtheyarewellde

8、signedandmanufactured．Sostudiesonfaultdiagnosisandfaulttolerantcontrolofmobilerobotsareextremelyimportantbecausetheyareunreachablefromhumankindortooexpensive．Accordingtothetrendofmobilerobotapplications，thisthesisstudiesfa