[发明专利]一种基于模糊控制算法的六螺旋桨可下潜式航行器

权利要求书

1.一种基于模糊控制算法的六螺旋桨可下潜式航行器，其特征在于：

具有一个整体呈对称H形状的外壳（5），航行器包括右侧姿态调节单元（6）、左侧姿态调节单元（7）、右侧推进单元（8）、左侧推进单元（9）、运动控制单元；

所述右侧姿态调节单元（6）的前后分别设有右前螺旋桨（1）、右后螺旋桨（2），所述右侧姿态调节单元（6）的内部设有包括电调、无刷直流电机，为螺旋桨提供动力；

所述左侧姿态调节单元（7）的前后分别设有左前螺旋桨（4）、左后螺旋桨（3），所述左侧姿态调节单元（7）的内部设有包括电调、无刷直流电机，为螺旋桨提供动力；

所述的右侧推进单元（8）、左侧推进单元（9）分别设有螺旋桨；

所述运动控制单元包括微处理器、惯性导航模块、压力调节模块、储水舱；所述微处理器控制压力调节模块改变储水舱内的水量以实现航行器的上浮下潜；所述运动控制单元进行导航和姿态控制。

2.根据权利要求1所述的可下潜式航行器，其特征在于：

所述惯性导航模块与微处理器相连，采集航行器的运动姿态参数，所述的运动姿态参数包括：航向角、俯仰角、横滚角，三维角速度及角加速度。

3.根据权利要求2所述的可下潜式航行器，其特征在于：

所述的运动控制单元通过多变量模糊控制算法进行姿态控制，

所述多变量模糊控制算法具体流程为：

Step 1确定输入输出量

将航行器的运动姿态偏差E=[GYR_X GYR_Y GYR_Z ]作为输入量；

其中：

GYR_X表示航行器绕X轴旋转时的角速度；

GYR_Y表示航行器绕Y轴旋转时的角速度；

GYR_Z表示航行器绕Z轴旋转时的角速度；

航行器的无刷直流电机的转速U=[OUT_1 OUT_2 OUT_3 OUT_4 OUT_8 OUT_9]；

其中：

OUT_1表示航行器右前螺旋桨（1）的转速；

OUT_2表示航行器右后螺旋桨（2）的转速；

OUT_3表示航行器左后螺旋桨（3）的转速；

OUT_4表示航行器左前螺旋桨（4）的转速；

OUT_8表示右侧推进单元（8）的螺旋桨的转速；

OUT_9表示左侧推进单元 （9）的螺旋桨的转速；

Step 2选择输入输出模糊集

选取航行器姿态角偏差和角速度偏差作为输入，u为模糊推理部分的输出，语言变量分别为E、U；设定其论域为E：[-0.1，0.1]； U: [-10, 10]；

U：[-10，10]，选取“负大（-L）”、“负中（-M)”、“负小（-S）”、”零(ZE)”、“正小（+S）”、“正中（+M）“、“正大（+L）”描述系统变量，得到系统子集为{-L,-M,-S,ZE,+S,+M,+L}；

Step 3 定义输入输出隶属度函数

变量隶属函数选取为：左边梯形隶属函数，中间三角形隶属函数，右边梯形隶属函数的组合形式；确定隶属函数的模糊子集后，利用Matlab工具得到输入参数航行器的运动姿态E的隶属函数和输出参数航行器的无刷直流电机的转速U的隶属函数；

Step 4 建立模糊控制规则

对于GYR_X，

若当前姿态角偏差大于0时，则左侧电机转速大于右侧电机转速，偏差越大，左右两侧电机转速差值越大；

若当前姿态角偏差小于0时，则左侧电机转速小于右侧电机转速，偏差越大，左右两侧电机转速差越大；

若当前姿态角偏差等于于0时，则两侧电机转速保持统一数值；

当输入为GYR_Y或GYR_Z 时同理处理；

若E负大，则U负大；

若E负中，则U负中；

若E负小，则U负小；

若E为0，则U为0；

若E正小，则U正小；

若E正中，则U正中；

若E正大，则U正大；

Step 5 模糊决策

最终将需要获得的控制量U即为模糊控制器的输出，U可由偏差矩阵E和模糊关系矩阵R合成的得到；

Step 6 控制量反模糊化

通过加权平均法将控制量U进行反模糊化。