[发明专利]一种机器鱼运动的控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种机器鱼运动的控制方法及系统。该方法包括：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；根据所述代价函数，采用遗传算法，确定所述运动参数的最优值；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。本发明提供的机器鱼运动的控制方法及系统将机器鱼运动所产生的运动能耗与机器鱼的控制相结合，能够在满足机器鱼既定任务的同时，降低机器鱼的运动能量的消耗。

技术领域

本发明涉及机器鱼领域，特别是涉及一种机器鱼运动的控制方法及系统。

背景技术

现有技术中，机器鱼所采用的运动控制器通常使用PID，模糊控制等常用的控制方法和控制器，这类控制器尽管能完成机器鱼的既定任务，但没有考虑机器鱼是电池供电，其能量有限，限制了机器鱼完成既定的任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器鱼运动的控制方法及系统，将机器鱼运动所产生的运动能耗与机器鱼的控制相结合，能够在满足机器鱼既定任务的同时，降低机器鱼的运动能量的消耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种机器鱼运动的控制方法，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；

根据所述代价函数，采用遗传算法，确定所述运动参数的最优值；

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。

可选的，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。

可选的，所述根据所述代价函数，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。

可选的，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；