[發(fā)明專利]一種基于撲翼幅值的仿蝠鲼航行器航向控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110635064.9
• 申請(qǐng)日: 2021-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN113325858A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹永輝;曹瀛卓;潘光;曹勇;馬淑敏;謝鈺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/06
• 分類號(hào): G05D1/06
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種基于撲翼幅值的仿蝠鲼航行器航向控制方法，針對(duì)仿蝠鲼航行器，通過姿態(tài)傳感器獲取當(dāng)前航向信息，計(jì)算出偏航值；設(shè)計(jì)航向模糊控制器，構(gòu)建仿蝠鲼航行器航向的模糊閉環(huán)控制系統(tǒng)，以便于通過建立控制閉環(huán)來實(shí)現(xiàn)期望航向的定量控制；模糊控制算法得到的參數(shù)作為CPG振幅變量，由CPG控制器輸出撲翼控制信號(hào)，通過建立CPG相位振蕩器模型，對(duì)經(jīng)CPG神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的撲翼系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)仿蝠鲼航行器的航向控制，進(jìn)而完成定航游動(dòng)的任務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下航行器的航向控制方法，涉及一種基于撲翼幅值的仿蝠鲼航行器航向控制方法。

背景技術(shù)

無人潛航器作為一種智能的水下載體平臺(tái)，在資源勘探、敵情偵察等軍民用作業(yè)任務(wù)中具有廣泛應(yīng)用，如水文信息采集、水下及水面目標(biāo)監(jiān)測(cè)等。研究人員從水生生物尤其是蝠鲼等魚類的機(jī)體上獲取靈感，開發(fā)出了基于仿生推進(jìn)原理的仿蝠鲼水下航行器。

隨著海洋探索的深入，對(duì)水下航行器的要求越來越高，要求對(duì)其進(jìn)行更精準(zhǔn)的航向控制。由于水下環(huán)境復(fù)雜，存在著不同強(qiáng)度、速度水流等干擾，易影響航行器不能按照設(shè)定航向行進(jìn)。傳統(tǒng)潛航器多采用螺旋槳推進(jìn)方式，雖然能獲得較大推力和較高速度，但存在效率低、能耗高、噪聲大、航行姿態(tài)難以靈活改變等諸多問題。而為了解決水下航行器在水中運(yùn)動(dòng)偏航的問題，傳統(tǒng)的采用螺旋槳推進(jìn)的航行器一般是通過改變舵角來實(shí)現(xiàn)航向控制，但是仿蝠鲼航行器與傳統(tǒng)的航行器在驅(qū)動(dòng)模式上存在很大的差別，故采用傳統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)其精確航向控制十分困難，需要設(shè)計(jì)一種新的航向控制的方法。而在公開的文獻(xiàn)中，還未有通過撲翼狀態(tài)的改變來實(shí)現(xiàn)仿蝠鲼航行器航向控制的例子。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于撲翼幅值的仿蝠鲼航行器航向控制方法，實(shí)現(xiàn)仿蝠鲼航行器在狹小空間的良好操作性能和游動(dòng)的穩(wěn)定性。

通過調(diào)節(jié)撲翼的非對(duì)稱振幅實(shí)現(xiàn)仿蝠鲼水下航行器控制的基本原理是：當(dāng)仿蝠鲼航行器航行的時(shí)候，利用兩側(cè)撲翼不同的期望振幅產(chǎn)生不同的前向推進(jìn)力，即左側(cè)撲翼推進(jìn)力Fl不等于右側(cè)撲翼推進(jìn)力Fr，從而產(chǎn)生前向推進(jìn)合力和轉(zhuǎn)彎力矩，撲翼?yè)鋭?dòng)振幅更大的一側(cè)獲得較大推進(jìn)力，從而航行器將會(huì)轉(zhuǎn)向撲翼?yè)鋭?dòng)振幅較小的或無撲動(dòng)的一側(cè)，以達(dá)控制航向的效果。由此通過兩側(cè)撲翼非對(duì)稱動(dòng)振幅的撲動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)仿蝠鲼水下航行器的姿態(tài)調(diào)整。

技術(shù)方案

一種仿蝠鲼航行器CPG控制的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于包括6個(gè)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)和6個(gè)CPG單元；6個(gè)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)分別對(duì)應(yīng)6根胸鰭鰭條，左側(cè)胸鰭自前向后依次連接為第一舵機(jī)1、第二舵機(jī)2和第三舵機(jī)3，右側(cè)胸鰭舵機(jī)自前向后依次連接為第四舵機(jī)4、第五舵機(jī)5和第二舵機(jī)6；每個(gè)舵機(jī)由一個(gè)相位振蕩器模型控制構(gòu)成一個(gè)單元，舵機(jī)間的相互聯(lián)系通過耦合項(xiàng)實(shí)現(xiàn)，通過胸鰭中間單元2和5建立左右側(cè)胸鰭之間的聯(lián)系。

一種對(duì)所述拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(tài)傳感器獲取當(dāng)前航向角δ，與設(shè)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(shí)刻的航向角，Δt為上一時(shí)刻到當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間差；

步驟2、參數(shù)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(gòu)建航向模糊控制查詢表：根據(jù)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(jīng)模糊控制處理得到的控制參數(shù)