1.一种基于故障因子与多观测器的AUV执行机构故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.引入乘性故障描述因子与加性故障描述因子，分别对AUV执行机构中的舵面、舵机与螺旋桨进行故障描述，将故障描述因子引入状态方程，在状态方程中对故障进行建模；

针对AUV执行机构系统的建模与描述，考虑如下形式的非线性系统：式中x,y,u,d分别为状态向量、输出向量、输入向量及干扰向量；g(x)为非线性项；A,B,C,D为常系数矩阵，将AUV执行机构中各个故障引起的变化从上述状态方程中分离开来，并将状态方程改写为含有故障描述因子的形式，可得：其中

其中G(·)为分段故障函数，包括加性故障、乘性故障以及携带这些故障向量的输入变+ ×量；F＝[F F ]＝[F1 F2 … Fn]为故障分布矩阵，其中的故障矩阵分别表征舵面形变故障，螺旋桨推力故障与舵机推力矩故障；

步骤2.利用步骤1中的包含执行机构故障的状态方程，将已建模的故障向量分为两部分，并将其中一部分故障向量与干扰向量合成一个新的干扰向量，另一部分故障向量则保留，作为步骤3的前提条件；

步骤3.利用步骤2中的方案，设计多个扩张状态观测器，将多个扩张状态观测器产生的残差依据设定好的协作规则进行判别，实现AUV执行机构中的舵面、舵机与螺旋桨的故障隔离；

步骤4.当步骤3中隔离出舵面故障时，则考虑舵面的小角度形变故障，设计包含加性故障描述因子的舵面输出公式，根据输出力与力矩的正负性来分析和辨识其形变故障情况；

步骤5.当步骤3中隔离出螺旋桨与方向舵故障时，则设计包含乘性故障描述因子的螺旋桨与舵机的输出公式，通过分析乘性故障描述因子的变化来分析和辨识其故障情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于故障因子与多观测器的AUV执行机构故障诊断方法，其特征在于，步骤1中所述的对AUV执行机构中的舵面、舵机与螺旋桨进行故障描述的两种描述形式分别是：(1)加性描述形式：

* +

u＝u+F  (4)

* +

式中u为AUV执行机构的控制输入，u为期望的输入值；F表征u中的故障向量，+f为加性故障描述因子；

(2)乘性描述形式：

× *

u＝F u  (5)

× ×

式中F 为表征故障幅度的对角阵，定义 当f ≠1时，控制×

输入携带故障信息，此时称f 为乘性故障描述因子。

3.根据权利要求2所述的一种基于故障因子与多观测器的AUV执行机构故障诊断方法，其特征在于，在状态方程中对故障进行建模的具体内容和方法步骤如下：(1)动力推进执行机构故障：

螺旋桨是AUV中直接与流体发生作用产生前向推力的执行机构，引入螺旋桨输出推力与其转速之间的关系式为：T＝KTn|n|+KvnVa  (6)

式中T为推力，n为螺旋桨转速，Va为电机推进速度；与螺旋桨故障有关的变量包括：推力系数KT与电机推进系数Kv；

(2)姿态控制执行机构故障：

AUV的姿态控制系统包括舵面与舵机，舵面故障为边缘的小角度弯曲变形，形变舵面与流体发生作用产生与载体坐标系平行的作用力，其受流体作用所产生的加性故障为：*

式中 到 为各个自由度的加性故障； 与F 分别为故障时与无故障时的流体作用力，在AUV的姿态控制系统中，舵机用于提供舵面偏转的力矩，给定舵机的力矩公式为：M＝DKMn|n|+DKvnVa  (8)式中M为力矩；D为螺旋桨直径；与舵机故障有关的变量包括：力矩系数KM与电机推进系数Kv，* +

针对螺旋桨与舵机的力与力矩公式，引入乘性故障描述因子f 与加性故障描述因子f ，可得：。

4.根据权利要求1所述的一种基于故障因子与多观测器的AUV执行机构故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2的具体内容和方法步骤包括：步骤2.1利用公式(1)，定义 且1＜i＜j＜n，将G中剩下的故障向量组成新的矩阵定义为Fb，并从G中移出，与干扰D组成新的分布矩阵，只包含故障矩阵Fa的分段故障函数G称为G1；

步骤2.2将公式(1)改写为：

其中 与 分别为新的干扰矩阵与向量，

将AUV执行机构故障向量中的一部分故障向量归为新的干扰向量 这样设计的目标就是使观测器生成的残差不受干扰 的影响，而仅受到新的分段故障函数G1的影响，由于新的干扰向量中包含干扰D与部分故障Fb，因此残差就对干扰及携带故障Fb的执行器故障不敏感，而对执行器故障G1敏感，从而设计出与执行器故障种类数目相同的故障隔离观测器。

5.根据权利要求1所述的一种基于故障因子与多观测器的AUV执行机构故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3的具体内容和方法步骤包括：步骤3.1将分段故障函数G1以外的其他系统变量扩张成一个新的状态变量x2，可得：由此，设计扩张状态观测器的形式为：

其中i＝1,2,…,n为第i个故障类型所对应的观测器；z1,i,z2,i分别为状态量x1,i,x2,i的估计，l1,i,l2,i为扩张状态观测器的增益向量；

步骤3.2计算扩张状态观测器的增益，增益通常可以参数化为：2

[l1,i l2,i]＝[β1ω0β2ω0 ]  (13)其中β1,β2是选择的参数，使得特征多项式β2s+β1是Hurwitz，令(n+1) n (n+1)

s +β1s+…+βns+βn+1＝(s+1)   (14)它应该保证特征多项式的根在复平面的左半部分，因此，等式(6)中的参数选择为：2

[l1,i l2,i]＝[2ω0  ω0]  (15)其中ω0为观测器的带宽，在实践中需要不断地改变该带宽以确保ESO能正确地估计状态变量。

6.根据权利要求1所述的一种基于故障因子与多观测器的AUV执行机构故障诊断方法，其特征在于，所述步骤4的具体内容和方法步骤包括：步骤4.1对舵面的故障形变部位进行受力分析，将执行机构中的舵面看作平面矩形ABCD，设舵面角为δX，面积为发生形变故障的部分舵面，形变故障表示为三角形ABC沿直线AB向下转动一个角度，称为形变角δf，在平面上产生的角度为故障平面角re，将故障下的与无故障时的轴向流体作用力相减，获得各轴向的故障作用力，据此，计算出形变舵面ABC受流体作用所产生的故障力与力矩:式中xe为横舵面边缘距z轴的垂直距离；P为流体压强；l为舵面形变部分的长度，步骤4.2对步骤4.1进行进一步地分析，当舵面发生不同类型的形变故障时，所造成的故障作用中存在正负性相反的情况，分析所有舵面在变形情况下所造成故障作用的正负性，如下所示：左横舵面向上变形：

左横舵面向下变形：

右横舵面向上变形：

右横舵面向下变形：

上横舵面向左变形：

上横舵面向右变形：

下横舵面向左变形：

下横舵面向右变形：

通过对四种故障力与力矩的排列组合，得到8种基本的形变故障，考虑同一时刻仅有一块舵面存在故障，而且不同舵面的形变故障输出作用的正负性存在差异，从而，结合故障估计结果实现故障舵面的辨识。