[发明专利]一种基于扑翼非对称相位差的航向控制方法

说明书

本发明涉及一种基于扑翼非对称相位差的航向控制方法，当航行器偏航或者有偏航趋势时，由模糊控制机制采集航向改变的误差大小及误差改变速率等信息，将处理后的信息输出为舵机的相位差，然后将相位差输入到CPG网络，最终得到航行器的舵机输出角度，舵机输出后，改变或者加速当前的运动趋势，直至航行器达到预定的航向角方向。

技术领域

本发明属于仿蝠鲼航行器领域，涉及一种基于扑翼非对称相位差的航向控制方法，具体涉及一种基于扑翼非对称相位差的仿蝠鲼航行器定航控制方法。

背景技术

水下无人航行器具有广阔的民用和军事应用前景，如水文信息采集、水下及水面目标监测等，传统的螺旋桨推进的航行器噪声大、机动性差，而仿蝠鲼水下航行器借助其仿生特性通过胸鳍推进实现了更好的机动性和隐蔽性，使之可更好地适应于不同的水下应用场景。

目前，针对柔性扑翼布局机器人的定航问题已经有许多控制方法，但大都只适用于非水下的飞行器等，尚没有已发表的专利提供一种可靠的基于CPG扑翼布局的水下航行器的定航控制方法。文献《一种仿生扑翼飞行器及其控制方法》(王少萍等，北京航空航天大学，申请号CN202011170335.X)中提出了一种基于CPG的扑翼控制方法，提高了飞行的机动性和稳定性。但文中所列飞行器为扑翼布局的仿蝴蝶机器人，难以适用于较大型的扑翼布局的水下航行器。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于扑翼非对称相位差的航向控制方法，解决仿蝠鲼航行器在水下执行扑动定航任务时，因无法接受到上位机发送的定航及相关航姿控制信号等问题。

本发明提供了一种在离线状态下，事先通过将航向信息的各项参数下载到航行器主控板，由模糊控制的原理根据航行器当前航姿信息，以调整扑翼相位差的方式调整航行器的航向来实现仿蝠鲼航行器达到定航目标的一种方法。

为达到上述目的，通过调整扑翼相位差来实现航行器定航的原理如下：

以仿蝠鲼航行器水下定航过程为例来进行分析说明，当航行器偏航或者有偏航趋势时，由模糊控制机制采集航向改变的误差大小及误差改变速率等信息，将处理后的信息输出为舵机的相位差，然后将相位差输入到CPG网络，最终得到航行器的舵机输出角度，舵机输出后，改变或者加速当前的运动趋势，直至航行器达到预定的航向角方向。

技术方案

一种基于扑翼非对称相位差的航向控制方法，其特征在于：航行器左侧包含2个舵机，分别命名为第一舵机1和第二舵机2，右侧命名为第三舵机3和第四舵机4；每个舵机由一个转换公式的输出控制构成一个单元；航向控制步骤如下：

步骤1：通过姿态传感器持续获得水下航行器的当前航向角α，与预设的目标航向角α₀进行比较，得到当前的偏航角e：

e＝α-α₀

步骤2：求偏航角关于时间的导数，得到偏航角的变化率ec：

式中的时间t由航行器的姿态传感器采集信息的周期决定；

步骤3：将得到的偏航角及其变化速率进行模糊处理，模糊化的语言变量为负大即NB、负中即NM、负小即NS、零即Z、正小即PS、正中即PM、正大即PB，模糊集合表示为：

ec＝{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，

e＝{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，

步骤4：根据偏航角e和偏航角的变化率ec，在模糊控制规则表中查找e和ec对应的模糊数a，

将模糊数清晰化，利用经验公式：