[發明專利]一種基于撲翼幅值的仿蝠鲼航行器航向控制方法

在審

• 申請號: 202110635064.9
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113325858A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 曹永輝;曹瀛卓;潘光;曹勇;馬淑敏;謝鈺
• 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: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種仿蝠鲼航行器CPG控制的拓撲網絡結構，其特征在于包括6個驅動舵機和6個CPG單元；6個驅動舵機分別對應6根胸鰭鰭條，左側胸鰭自前向后依次連接為第一舵機(1)、第二舵機(2)和第三舵機(3)，右側胸鰭舵機自前向后依次連接為第四舵機(4)、第五舵機(5)和第二舵機(6)；每個舵機由一個相位振蕩器模型控制構成一個單元，舵機間的相互聯系通過耦合項實現，通過胸鰭中間單元(2)和(5)建立左右側胸鰭之間的聯系。

2.一種對權利要求1所述拓撲網絡結構采用基于撲翼幅值的仿蝠鲼航行器航向控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：由姿態傳感器獲取當前航向角δ，與設定航向δ_d之差作為航向模糊控制器的偏差e輸入，偏差的微分作為航向角變化率ec輸入；

其中，航向角偏差：

e＝δ-δ_d

航向角變化率：

δ_t表示上一時刻的航向角，Δt為上一時刻到當前時刻的時間差；

步驟2、參數模糊化：將航向偏差e和航向偏差率ec映射到模糊子集中，構建航向模糊控制查詢表：根據偏差e和航向角變化率ec，查詢航向模糊控制查詢表，得到經模糊控制處理得到的控制參數

其中模糊子集為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，子集中的元素分別代表負大，負中，負小，零，正小，正中，正大；

步驟3：初始化各CPG單元的耦合權重和常系數值，設定好的控制參數：包括期望相位差耦合權重w_ij，最大期望振幅R_imax；

CPG相位振蕩器模型：

ν_i為頻率，為期望相位差，w_ij為耦合權重，a_i表示振幅增益，x_i為偏置，u_i為輸出，φ_i表示相位，r_i表示振幅，R_i表示期望振幅，i j表示第幾單元；

步驟4：將經模糊控制處理得到的控制參數R_i作為CPG拓撲網絡的輸入，CPG拓撲網絡輸出第i個舵機的控制輸出u_i；

步驟5：第i個舵機所需轉動的角度θ_i的大小與控制輸出u_i的大小成線性關系：

θ_i＝C_θu_i+θ_i0

其中，C_θ為比例系數；θ_i0為第i個舵機零位的角度。

步驟6：將角度輸入控制器，控制舵機轉動的角度，使仿蝠鲼航行器在航行中兩側撲翼的振幅發生不對稱的變化，產生一個能夠校正航向的偏航力矩，進而使仿蝠鲼航行器的航向角度發生改變，使仿蝠鲼航行器的實際航向角和期望航向角的角度偏差為0，由此實現基于撲翼幅值的仿蝠鲼航行器航向控制。

3.根據權利要求2所述方法，其特征在于：所述CPG相位振蕩器模型中的耦合權重w_ij只存在ω₁₂、ω₂₃、ω₄₅、ω₅₆、ω₂₅、五種形式，取值為ω₁₂＝ω₂₃＝ω₃₄＝ω₄₅＝3、ω₂₅＝2。