[发明专利]利用角速度反馈的模糊控制算法控制机器鱼C形转弯的方法

摘要

本发明公开了一种利用角速度反馈的模糊控制算法控制机器鱼C形转弯的方法，在传统C形控制算法上进行改进，采用了具有角速度反馈的模糊控制算法，优化了机器鱼的C形转弯。与传统算法相比，将游动时的角速度作为模糊逻辑控制器的反馈，能够使机器鱼在C形转弯过程中速度变化更加平稳，通过控制器实时调整关节转弯角度，使得转弯姿态更加流畅，并减小速度惯性对机器鱼关节转弯角度的影响。最后结合实验验证该算法的可行性及实用性。

主权项

1.利用角速度反馈的模糊控制算法控制机器鱼C形转弯的方法，其特征在于：包括：步骤一，以现有仿生机器鱼C‑形转弯的姿态曲线簇为基础进行分析，得到C‑形转弯的过程可以分为两个阶段：收缩阶段和释放阶段；在收缩阶段鱼体快速的向一边弯曲，周围流体产生一个推动鱼体转动的转动力矩，从而使鱼能够进行快速的转向，收缩的速度越快C‑形转弯的角度越大；在释放阶段鱼体从前至后缓慢的舒展躯体，减小对流体的扰动和能量的消耗，当躯体完全伸直后完成转弯的过程；步骤二，以机器鱼躯体的对称中心为对象，简化机器鱼C‑形转弯物理模型，设机器鱼在任意时刻尾部运动关节弯曲形成的圆弧的曲率半径为R_c(t)，圆心坐标为(x_c,y_c)，得C‑形转弯的运动学方程如下式所示：其中：l_h为机器鱼头部刚性段长度；m是仿生机器鱼的实际转动中心的横坐标；a是机器鱼体干上某点到鼻尖的总弧长；l为机器鱼整体的体长；步骤三，将步骤二中的C‑形转弯的运动学方程离散成随时间变化的N个尾部运动姿态，据此方程绘制出仿生机器鱼巡游时某时刻的尾部运动姿态曲线；步骤四，假设机器鱼有三个关节，步骤三中每个时刻的姿态曲线为三个刚性关节拟合而成，通过数值逼近得出各个关节C‑形转弯运动控制方程：其中：j＝1...3；a_j为每个关节的摆动幅值；为第j个关节在转弯时收缩阶段的用时；T₁^j为第j个关节在转弯时释放阶段的用时；步骤五，以机器鱼第三关节转动的角度与期望转动角度误差e和误差变化率Δe，作为模糊控制器的两个输入，机器鱼第三关节的角速度控制量u作为模糊控制器的输出，设计模糊控制器；将模糊控制器的输入输出论域控制在[‑1,1]，通过输入输出的比例因子来实现变换。