[發明專利]一種聯合橫滾機構與撲翼非對稱相位差的航向控制方法有效
| 申請號： | 202110635057.9 | 申請日： | 2021-06-08 |
| 公開（公告）號： | CN113342013B | 公開（公告）日： | 2022-08-05 |
| 發明（設計）人： | 曹勇;馬淑敏;謝鈺;張代利;郝藝偉 | 申請（專利權）人： | 西北工業大學 |
| 主分類號： | G05D1/06 | 分類號： | G05D1/06 |
| 代理公司： | 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290 | 代理人： | 王鮮凱 |
| 地址： | 710072 *** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 聯合 機構 撲翼非 對稱 相位差 航向 控制 方法 | ||
1.一種聯合橫滾機構與撲翼非對稱相位差的航向控制方法，其特征在于：航行器左側包含2個舵機，分別命名為第一舵機(1)和第二舵機(2)，右側命名為第三舵機(3)和第四舵機(4)；每個舵機由一個轉換公式的輸出控制，一個舵機為一個單元；航向控制步驟如下：
步驟1：通過姿態傳感器獲取水下航行器當前航向角任務設定的目標航向角為則偏航角e(t)：
步驟2：對偏航角求導，得到航向角偏差變化率ec(t)：
其中,t為時間；
步驟3：將求得的偏航角和航向偏差變化率模糊化處理，其模糊化的語言變量用負大即NB、負中即NM、負小即NS、零即ZO、正小即PS、正中即PM、正大即PB表述，模糊集合為：
ec＝{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，
e＝{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，
步驟4：將模糊化后的偏航角和航向偏差變化率給到模糊規則表中進行查表，以ec值作為縱坐標，e值作為橫坐標進行表格查詢，對原有PID參數進行自整定，根據模糊規則表得出Δkp、Δki和kd值，整正后的PID參數為：
其中kp為原始比例系數，ki為原始積分系數，kd為原始微分系數；Δkp為模糊控制器查表得到的比例系數整定調整量，Δki為模糊控制器查表得到的積分系數整定調整量，Δkd為模糊控制器查表得到的微分系數整定調整量；kpF為經過模糊控制器查表得到的比例系數整定調整量Δkp與原始比例系數kp相加后的比例系數，kiF為經過模糊控制器查表得到的積分系數整定調整量Δki與原始積分系數ki相加后的積分系數，kdF為經過模糊控制器查表得到的微分系數整定調整量Δkd與原始微分系數kd相加后的微分系數；
模糊規則表1：
kp模糊控制系數修正表
模糊規則表2：
ki/kd模糊控制系數修正表
步驟5：以模糊控制器整定后PID控制器計算出的航向控制量yaw(t)為：
離散化得：
式中yaw(n)為第n周期控制器的控制輸出；T為離散的時間間隔；
步驟6：根據航行器從姿態傳感器獲取的縱向速度v為判斷條件，將定航任務分為以下兩種情況：
a)當va時，水下航行器處于迅速下潛/上浮階段，采用橫滾機構控制航向,依據控制量計算出橫滾機構的橫滾塊偏移的角度的控制量為：
式中：R為橫滾塊偏移的角度，Amax為橫滾塊的最大偏移角度，橫滾塊的偏轉范圍為[-Amax Amax],yaw(n)控制器的控制量輸出，M為控制量轉換系數；
b)當v≤a時，水下航行器處于下潛與上浮轉換階段，采用改變撲翼的非對稱相位差來控制航向；
步驟7：將控制量經相位差計算公式線性轉化為兩側撲翼的相位差變化量輸入到CPG網絡中，同時輸入設置的撲翼的幅值Ri、頻率νi，經CPG網絡迭代計算得到撲翼撲動的角度θi，從而實現用非對稱相位差完成航向控制；相位差計算公式為：
式中：yaw(n)為控制器的控制量輸出，Q為控制量轉換系數，A為直游時期望相位差，為舵機1、2的期望相位差，為舵機2、3的期望相位差，為舵機3、4的期望相位差；
所述CPG網絡由相位方程、振幅方程和輸出方程構成：
θi＝ri(1+cosφi)
各方程分別為相位方程、振幅方程和輸出方程，式中φi表示第i個單元的相位，νi表示固有頻率，ωij表示第j個單元對第i個單元的耦合權重，表示期望相位差；ri表示幅值，ai表示控制幅值收斂速度的正常數，Ri表示期望振幅；θi表示輸出值。
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