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龙图腾网获悉东北大学申请的专利一种基于TNL型区间观测器的无人船故障检测方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118502482B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-31发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202410572490.6，技术领域涉及：G05D1/86；该发明授权一种基于TNL型区间观测器的无人船故障检测方法是由李志慧;杨光红设计研发完成，并于2024-05-10向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于TNL型区间观测器的无人船故障检测方法在说明书摘要公布了：本发明提供一种基于TNL型区间观测器的无人船故障检测方法，涉及船舶安全领域。首先，选取合适的坐标系，考虑到海浪对无人船的影响，构建受扰下无人船的非对称运动的状态空间模型。然后，设计一个带有辅助矩阵的TNL型区间观测器，此区间观测器放松了非负性限制且具有更高的自由度。此外，利用H∞技术优化估计性能，实现误差最小化。在此基础上，对测量输出进行区间估计，并结合输出构建故障检测方案。相较于传统方法，本发明的故障检测方案具有更小的阈值区间，对系统故障更为敏感，能有效解决无人船在复杂环境中的故障检测问题，具有广泛的实用和研究价值。

本发明授权一种基于TNL型区间观测器的无人船故障检测方法在权利要求书中公布了：1.一种基于TNL型区间观测器的无人船故障检测方法，其特征在于，包含以下： 建立合适的坐标系，考虑到海浪对无人船的干扰，建模受扰下无人船的非对称运动的动力学行为，进而得到简化的状态空间模型； 根据所述的无人船非对称运动的状态空间模型，构建一个带有辅助矩阵的TNL型区间观测器； 根据所述的TNL型区间观测器，构建估计误差系统，并利用H∞技术设计区间观测器参数矩阵来改进估计性能，使得误差最小化； 根据改进估计精度的区间观测器产生的对状态的区间估计，对测量输出进行区间估计，并结合测量输出构建故障检测方案； 建立合适的坐标系，考虑到海浪对无人船的干扰，建模受扰下无人船的非对称运动的动力学行为具体为 建立以无人船重心为原点，以船头指向船尾的方向为横轴X轴正方向，以原点指向船右舷为纵轴Y轴正方向，竖直指向下为Z轴法向轴正方向的坐标系；把牛顿定律写在上述坐标系中，可得无人船左右舷在横轴方向上有分量的非对称运动的基本方程为 其中，，，和fo为船在Y轴方向上的有效质量，力，航向角和横摇角，和表示相对于Z轴和X轴的转动惯量，No和Ko表示相对与Z和X轴的力矩； 对所述的非对称运动的基本方程，采用泰勒展开和拉普拉斯变换，得无人船非对称运动的传递函数为 其中，vs，ψs，φs，δs，wψt和wφs为vt，ψt，φt，δs，wψs和wφs的拉普拉斯变换，vt为横荡速度，ψt为航向角，φt为横摇角和δt为方向舵偏角，wψt和wφt分别为由海浪产生的对航向角和方向舵偏角的干扰，ζ和ωn为阻尼系数和无阻尼自然频率，Tr和Tv为给定的时间常数，Kvr，Kdr，Kdv，Kvp和Kdp为给定增益； 基于上述无人船非对称运动的传递函数，将其中的方向舵偏角视为已知控制输入，即控制输入ut＝δt，可得无人船非对称运动得状态空间模型为 其中， 状态xt＝[vtrtφtptψt]T，rt为偏航速度，pt为横摇角速度，wt＝[wψtwφt]T，yt为测量输出，C为已知适维矩阵； 针对无人船非对称运动的状态空间模型，构建一个带有辅助矩阵的TNL型区间观测器具体为 利用满足T+NC＝I的矩阵T和N，将状态空间模型中的状态方程写为 引入辅助矩向量将状态方程进一步改写为 合理的假定海浪带来的干扰和初始状态虽未知但具已知的界，基于改写后的状态表达式，构建带有辅助矩阵的TNL型区间观测器为 其中，为上下估计中间变量，L为区间观测器增益矩阵，和为放松区间观测器非负性限制的上下辅助矩阵，和为为干扰的上下界，和为状态的上区间估计和下区间估计，TE+是TE中每一元素取和0比较大的一个值所得的矩阵，TE-＝TE+-TE； 针对上述的TNL型区间观测器，上估计误差和下估计误差的动态特征为的动态特征为 联合紧凑上下估计误差得误差此误差动态系统为 其中， ； 利用H∞技术改进估计性能同时使得误差最小化的区间观测器参数矩阵通过求解如下优化问题所得 其中，，e1＝[I5；0]，P限制为对角正定矩阵，对任意矩阵G，sym{G}表示矩阵G及其转置矩阵之和，G≥0表示矩阵G的任意元素均大于等于0，G＜0表示G为负定矩阵，*表示对称矩阵中省略的对称项，I和0表示适维的单位阵和零矩阵；针对向量α，diag{α}表示以α中的元为对角元的对角矩阵，γ为优化性能指标，LP，SP为待求解的矩阵； 则，区间观测器各参数矩阵求解为 增益矩阵L＝P-1LP 辅助矩阵 其他参数矩阵 且区间观测器误差满足性能 ||et||≤γ||ζt||； 根据改进估计精度的区间观测器产生的对状态的区间估计，对测量输出进行区间估计，并结合测量输出构建故障检测方案具体为 当系统中无故障发生时，满足优化问题中约束条件的区间观测器增益矩阵保证了区间观测器的非负性和稳定性，即上下区间估计满足 且，＜∞ 基于上述状态的代数关系，由输出方程y＝Cxt，对测量输出进行区间估计 其中为测量输出的上区间估计，为测量输出的下区间估计，且满足 基于上述测量输出的代数关系，设计故障检测方案 若或，则判定系统无故障发生； 若-＜0且-＞0则系统发出警报提示故障发生。

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