13、WAM - V双体船执行器容错控制方案解析

WAM - V双体船执行器容错控制方案解析

在海洋航行中，无人水面舰艇（USV）的执行器可能会出现各种故障，这对舰艇完成任务构成了挑战。本文将详细介绍一种针对16英尺WAM - V双体船的容错控制方案，并通过模拟不同故障场景来验证其有效性。

1. 执行器故障情况分析

在WAM - V双体船的运行中，执行器可能会出现多种故障，下面对常见的几种故障情况进行分析：
- S方位推进器故障 ：当0 ≤ ws ≤ 0.25时，S方位推进器关闭，不提供推力。此时控制分配问题变为：
[
\begin{cases}
X_P = T_p \cos(\varphi_p) \
Y_P = T_p \sin(\varphi_p) \
N_P = T_p ( y_{thr} \cos(\varphi_p) - x_{thr} \sin(\varphi_p))
\end{cases}
]
系统变为欠驱动系统，一般情况下该方程无可行解，最小二乘解的性能也不可接受。因此，将控制分为两个阶段，并通过滞后阈值（(\psi_{inf})和(\psi_{sup})，(\psi_{inf} < \psi_{sup})）进行切换：
- 当(\vert\psi_d - \psi\vert \geq \psi_{sup})时，航向误差较大，优先调整WAM - V的方向以实现视线引导。此时尝试分配纵荡力(X_{P,d})和偏航力矩(N_{P,d})，忽略横荡力(Y_{P,d})，方程简化为：
[
\begin{bmatrix}
X_P \
N_P
\end{b