[发明专利]一种基于扑翼幅值的仿蝠鲼航行器航向控制方法

说明书

本发明涉及一种基于扑翼幅值的仿蝠鲼航行器航向控制方法，针对仿蝠鲼航行器，通过姿态传感器获取当前航向信息，计算出偏航值；设计航向模糊控制器，构建仿蝠鲼航行器航向的模糊闭环控制系统，以便于通过建立控制闭环来实现期望航向的定量控制；模糊控制算法得到的参数作为CPG振幅变量，由CPG控制器输出扑翼控制信号，通过建立CPG相位振荡器模型，对经CPG神经网络控制的扑翼系统进行调节，实现仿蝠鲼航行器的航向控制，进而完成定航游动的任务。

技术领域

本发明属于水下航行器的航向控制方法，涉及一种基于扑翼幅值的仿蝠鲼航行器航向控制方法。

背景技术

无人潜航器作为一种智能的水下载体平台，在资源勘探、敌情侦察等军民用作业任务中具有广泛应用，如水文信息采集、水下及水面目标监测等。研究人员从水生生物尤其是蝠鲼等鱼类的机体上获取灵感，开发出了基于仿生推进原理的仿蝠鲼水下航行器。

随着海洋探索的深入，对水下航行器的要求越来越高，要求对其进行更精准的航向控制。由于水下环境复杂，存在着不同强度、速度水流等干扰，易影响航行器不能按照设定航向行进。传统潜航器多采用螺旋桨推进方式，虽然能获得较大推力和较高速度，但存在效率低、能耗高、噪声大、航行姿态难以灵活改变等诸多问题。而为了解决水下航行器在水中运动偏航的问题，传统的采用螺旋桨推进的航行器一般是通过改变舵角来实现航向控制，但是仿蝠鲼航行器与传统的航行器在驱动模式上存在很大的差别，故采用传统的方法实现其精确航向控制十分困难，需要设计一种新的航向控制的方法。而在公开的文献中，还未有通过扑翼状态的改变来实现仿蝠鲼航行器航向控制的例子。

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幅值的仿蝠鲼航行器航向控制方法，实现仿蝠鲼航行器在狭小空间的良好操作性能和游动的稳定性。

通过调节扑翼的非对称振幅实现仿蝠鲼水下航行器控制的基本原理是：当仿蝠鲼航行器航行的时候，利用两侧扑翼不同的期望振幅产生不同的前向推进力，即左侧扑翼推进力Fl不等于右侧扑翼推进力Fr，从而产生前向推进合力和转弯力矩，扑翼扑动振幅更大的一侧获得较大推进力，从而航行器将会转向扑翼扑动振幅较小的或无扑动的一侧，以达控制航向的效果。由此通过两侧扑翼非对称动振幅的扑动，可以实现仿蝠鲼水下航行器的姿态调整。

技术方案

一种仿蝠鲼航行器CPG控制的拓扑网络结构，其特征在于包括6个驱动舵机和6个CPG单元；6个驱动舵机分别对应6根胸鳍鳍条，左侧胸鳍自前向后依次连接为第一舵机1、第二舵机2和第三舵机3，右侧胸鳍舵机自前向后依次连接为第四舵机4、第五舵机5和第二舵机6；每个舵机由一个相位振荡器模型控制构成一个单元，舵机间的相互联系通过耦合项实现，通过胸鳍中间单元2和5建立左右侧胸鳍之间的联系。

一种对所述拓扑网络结构采用基于扑翼幅值的仿蝠鲼航行器航向控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：由姿态传感器获取当前航向角δ，与设定航向δ_d之差作为航向模糊控制器的偏差e输入，偏差的微分作为航向角变化率ec输入；

其中，航向角偏差：

e＝δ-δ_d

航向角变化率：

δ_t表示上一时刻的航向角，Δt为上一时刻到当前时刻的时间差；

步骤2、参数模糊化：将航向偏差e和航向偏差率ec映射到模糊子集中，构建航向模糊控制查询表：根据偏差e和航向角变化率ec，查询航向模糊控制查询表，得到经模糊控制处理得到的控制参数