[发明专利]一种基于扑翼非对称相位差与振幅的航向控制方法

权利要求书

1.一种基于扑翼非对称相位差与振幅的航向控制方法，其特征在于：仿蝠鲼航行器左侧胸鳍包含2个舵机单元，分别命名为第一舵机单元(1)和第二舵机单元(2)，右侧命名为第三舵机单元(3)和第四舵机单元(4)；每个舵机单元由一个转换公式的输出控制构成一个舵机单元；航向控制步骤如下：

步骤1：通过姿态传感器获取水下航行器当前航向角任务设定的目标航向角为则偏航角e：

步骤2：对偏航角求导，得到航向角偏差变化率ec：

其中：t为水下航行器的姿态传感器信息更新时间；

步骤3：将求得的偏航角和航向偏差变化率模糊化处理，其模糊化的语言变量以负大NB、负中NM、负小NS、零Z0、正小PS、正中PM以及正大PB来表述，模糊集合为：

ec＝{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}

e＝{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}

步骤4：将模糊化的偏航角和航向偏差变化率给予模糊规则表中进行查表，即以ec值作为纵坐标，e值作为横坐标进行表格查询，对原有PD数进行自整定，模糊规则表为表1和表2，根据模糊规则表得出Δk_p、k_d值，整正后的PD参数为：

其中：k_p为原始比例系数，k_d为原始微分系数；Δk_p为模糊控制器查表得到的比例系数整定调整量，Δk_d为模糊控制器查表得到的微分系数整定调整量；k_pF为经过模糊控制器查表得到的比例系数整定调整量Δk_p与原始比例系数k_p相加后的比例系数，k_dF为经过模糊控制器查表得到的微分系数整定调整量Δk_d与原始微分系数Δk_d相加后的微分系数；

表1：k_p模糊控制系数修正表

表2：k_d模糊控制系数修正表

步骤5：利用模糊控制器整定后PID控制器计算出的航向控制量为：

离散化得：

步骤6：根据航行器从姿态传感器获取的航向偏差e为判断条件，将定航任务分为以下两种情况：

a)当ea时，采用非对称相位差控制航向,将控制量调节航行器左右扑翼相位差，从而实现偏航姿态，完成定航任务；

b)当e≤a时，采用改变扑翼的非对称振幅来控制航向；

具体是：控制量作为相位差或者振幅变化量输入到CPG神经控制网络中，同时输入设置的扑翼的相位差、振幅、偏置、频率，经CPG神经控制网络迭代计算得到扑翼扑动的角度，从而实现用非对称振幅完成航向控制；

所述CPG神经控制网络模型：

其中，各方程分别为相位方程、振幅方程和输出方程， 式中φ_i表示第i个单元的相位，ν_i表示固有频率，ω_ij表示第j个单元对第i个单元的耦合权重，表示期望相位差；r_i表示幅值，a_i表示控制幅值收敛速度的正常数，R_i表示期望振幅；θ_i表示输出值。

2.根据权利要求1所述基于扑翼非对称相位差与振幅的航向控制方法，其特征在于：所述CPG网络拓扑结构为：左侧第一舵机单元(1)与第二舵机单元(2)联系，右侧第三舵机单元(3)与第四舵机单元(4)联系；通过第二舵机单元(2)和第三舵机单元(3)建立左右侧之间的联系；其中的第j个舵机单元对第i个舵机单元的耦合权重ω_ij只存在ω₁₂、ω₁₃、ω₂₃三种形式，可取值为ω₁₂＝ω₁₃＝4、ω₂₃＝3。