[发明专利]一种机器鱼运动的控制方法及系统

权利要求书

1.一种机器鱼运动的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

确定代价函数，所述代价函数为机器鱼的运动参数、运动时间与能耗之间的关系函数，所述运动参数包括机器鱼尾鳍的摆动偏转角、摆动幅值、摆动频率；

采用遗传算法，确定所述运动参数的最优值，其中，根据所述代价函数构造所述遗传算法中的适应度函数；

采用S面控制法确定所述机器鱼的偏转方向；

根据所述机器鱼的所述运动参数的最优值以及所述机器鱼的偏转方向，控制所述机器鱼运动；

其中，所述确定代价函数，具体包括：

确定代价函数为Cost＝r₁·E(ω_A,α_A,α₀,t)+r₂·t，其中，，E(ω_A,α_A,α₀,t)为所述机器鱼的能耗代价，t为所述机器鱼的运动时间，r₁为能耗代价的比例系数，r₂为时间代价的比例系数，c₁为速度有效值系数，c₂为推力有效值系数，α₀、α_A、ω_A分别为所述机器鱼尾鳍的摆动偏转角、摆动幅值和摆动频率，C_D为所述机器鱼固有的阻力系数，L为所述机器鱼的尾鳍长度，d为所述机器鱼的尾鳍宽度，S为所述机器鱼尾鳍与水体的接触面积，ρ为水体密度。

2.根据权利要求1所述的机器鱼运动的控制方法，其特征在于，所述采用遗传算法，确定所述运动参数的最优值，具体包括：

获取初始种群，所述初始种群由多个个体构成，各所述个体包括所述机器鱼的摆动偏转角、摆动幅值和摆动频率以及运动时间；

根据所述代价函数构造遗传算法中的适应度函数；

采用所述遗传算法对所述初始种群进行优化，得到所述运动参数的最优值。

3.根据权利要求1所述的机器鱼运动的控制方法，其特征在于，所述采用S面控制法确定所述机器鱼的偏转方向，具体包括：

获取S面控制法的控制函数其中，δ为所述机器鱼姿态角与期望角之间的偏差，k₁为所述偏差的控制参数，k₂为所述偏差在单位时间内的变化率的控制参数，所述姿态角为机器鱼的运动方向与坐标系坐标轴的夹角，所述期望角为目的地与所述坐标系坐标轴的夹角；

根据所述控制函数以及所述机器鱼在运动过程中姿态角与期望角之间的偏差计算S值；

根据确定所述机器鱼在运动过程中的偏转方向，其中，Direction值为0，代表所述机器鱼尾鳍的摆动偏转角为0，所述机器鱼直行，Direction值为-1，代表所述机器鱼尾鳍的摆动偏转角为负，机器鱼右转，Direction值为1，代表所述机器鱼尾鳍的摆动偏转角为正，机器鱼左转。

4.根据权利要求2所述的机器鱼运动的控制方法，其特征在于，所述根据所述代价函数构造遗传算法中的适应度函数，具体包括：

根据所述代价函数构造遗传算法中的适应度函数，所述适应度函数为f＝c_max-Cost，其中，c_max为大于所述代价函数Cost的常数。