【摘要】 本发明公开了一种船舶航向控制系统故障检测装置及其方法，本发明的船舶航向控制系统故障检测装置通过设置故障检测滤波器、参考残差模型、残差信号分析装置、显示装置及故障报警装置，故障检测滤波器生成残差信号；残差信号分析装置用于计算并比较残差评价函数与给定阈值的大小。基于上述故障检测装置，本发明的故障检测方法，可以在残差评价函数的值大于给定阈值时，显示装置显示残差评价函数曲线，故障报警装置提示故障的发生。本发明实现了对船舶航向控制过程中的故障检测，故障检测快捷有效，可改善船舶巡航的安全性、经济性以及适应不同海况的能力，具有实际应用价值。 【专利类型】发明授权 【申请人】江苏科技大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】212003 江苏省镇江市梦溪路2号 【申请人地区】中国 【申请人城市】镇江市 【申请人区县】京口区 【申请号】CN201210180472.0 【申请日】2012-06-01 【申请年份】2012 【公开公告号】CN102681537B 【公开公告日】2014-06-04 【公开公告年份】2014 【授权公告号】CN102681537B 【授权公告日】2014-06-04 【授权公告年份】2014.0 【IPC分类号】G05B23/02 【发明人】王玉龙; 刘维亭; 车伟伟; 李春华; 杨奕飞; 王天宝; 王恒 【主权项内容】一种船舶航向控制系统故障检测装置，所述航向控制系统包括电罗经和操舵仪，所述电罗经自动、连续地提供船舶航向信息，其特征在于，所述故障检测装置包括故障检测模块，所述故障检测模块包括故障检测滤波器、参考残差模型、残差信号分析装置、显示装置及故障报警装置，所述故障检测滤波器和所述参考残差模型设置在所述操舵仪上，所述参考残差模型用于设计所述故障检测滤波器，所述故障检测滤波器连接所述操舵仪，所述故障检测滤波器接收所述电罗经的船舶航向信息并生成残差信号；所述残差信号分析装置与所述故障检测滤波器和所述操舵仪相连接，所述残差信号分析装置用于计算并比较残差评价函数与给定阈值的大小；所述操舵仪连接所述显示装置及故障报警装置，所述显示装置用于显示残差评价函数曲线，所述故障报警装置提示用户故障的发生，其中，所述航向控制系统还包括舵、舵机、舵角反馈装置、航向控制器和舵角控制器，所述电罗经分别连接所述航向控制器和所述操舵仪，所述电罗经自动、连续地提供船舶的航向信息并计算给定航向与实际航向之间的偏差并传输至所述航向控制器；所述舵角反馈装置检测舵角信号并反馈舵角信号；所述航向控制器连接所述舵角控制器，所述舵机通过舵杆连接所述舵，所述舵角控制器根据航向偏差与舵角反馈信息生成控制输入并传输至所述舵机；所述舵机分别连接所述舵角控制器和所述操舵仪，所述舵机接收舵角控制器的控制信号和操舵仪的控制信号，并根据收到的信号控制转舵，所述故障检测滤波器通过将船舶航向状态、故障检测滤波器状态及参考残差模型状态结合起来，构造扩展状态向量，并在扩展状态向量的基础上构造故障检测闭环系统，在所得到的故障检测闭环系统的基础上，设计得到故障检测滤波器，其中船舶航向状态方程、故障检测滤波器状态方程、参考残差模型分别如公式(1)、(2)、(3)所示：xk+1=Axk+Buk+E1ω k+E2fk---(1)]]>yk＝Cxk, x^k+1=A^x^k+B^[λ kyk+(1-λ k)yk-pk-dk]rk=C^x^k, ---(2)]]>x‾ k+1=AWx‾ k+BWfkf‾ k=CWx‾ k+DWfk---(3)]]>其中，xk, uk, ωk, fk, yk, rk, 分别为船舶航向的状态值、舵机的控制输入、外部扰动、故障、船舶航向的量测输出值、故障检测滤波器状态、残差信号、参考残差模型状态和参考残差模型输出；A, B, E1, E2, C, AW, BW, CW, DW为已知的常数矩阵；为故障检测滤波器的增益；λk的值取1或0，λk＝1对应于无时延、丢包的情况，λk＝0对应于存在时延、丢包的情况；pk，dk分别表示丢包数及时延值，所述残差评价函数为T＝t2-t1+1其中，rk代表残差信号，t1, t2分别为进行故障检测的起始时刻和终止时刻，T为进行故障检测的时间跨度；所述给定阈值为其中，fk代表故障信号，k为循环次数。 【当前权利人】江苏科技大学 【当前专利权人地址】江苏省镇江市梦溪路2号 【专利权人类型】公立 【统一社会信用代码】12320000466007159D 【引证次数】11.0 【自引次数】1.0 【他引次数】10.0 【家族引证次数】11.0 【家族被引证次数】11

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