[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

说明书

本发明涉及一种基于扑翼非对称相位差与振幅的航向控制方法，通过姿态传感器获取当前航向信息，计算出偏航值；根据当前航行器航向偏差大小，利用模糊PD控制，在航行器滑翔航向偏差大时，将模糊PD控制算法得到的参数作为CPG相位差变量，再由CPG控制器输出扑翼控制信号，具体表现为非对称的扑翼相位差进行定航；航向偏差小时，如下潜上浮转换阶段，模糊PD控制算法得到的参数作为CPG振幅变量，再由CPG控制器输出扑翼控制信号，为非对称的扑翼振幅进行定航。

技术领域

本发明属于仿蝠鲼航行器航向控制的方法，涉及一种基于扑翼非对称相位差与振幅的航向控制方法，具体来说涉及的是一种利用扑翼机构产生的非对称相位差与振幅协同作用进行仿蝠鲼航行器航向控制的方法。

背景技术

仿蝠鲼水下航行器在水下滑翔机原理基础上，结合滑翔机的滑翔推进和仿海洋生物蝠鲼的柔性推进，实现滑扑一体化，具有长航程和高机动的特性，可以实现广域粗维度、定点细维度的水下观测，更适应于各种复杂海域。

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。为了解决水下航行器执行任务时的偏航问题，传统的水下航行器多是依靠螺旋桨推进，推进速度快，但航行姿态难以灵活改变。且已有多种针对水下航行器航向控制的方法，如模糊控制算法、PID控制算法等，大多数是基于航行器建立的运动学和动力学模型进行控制算法设计。

仿蝠鲼航行器推进方式与传统的航行器不同，且至今没有比较准确的模型，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，还未有用扑翼机构产生的非对称相位差与振幅协同作用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非对称相位差与振幅的航向控制方法，该方法的特点是：针对滑扑一体的仿蝠鲼航行器，将定航任务根据航向偏差的大小分为两种工况进行控制方案设计，结合模糊PID控制算法和CPG神经网络控制对扑翼系统进行调节，进而完成定航游动的任务。因由扑翼非对称相位差产生的转弯速度较大且灵敏性高，故适用于航行器航向偏差大的时候；由扑翼非对称幅值产生的转弯速度较小且稳定性性高，故适用于航行器航向偏差小的时候。

为实现上述任务，本发明采用的技术方案是通过姿态传感器获取当前航向信息，计算出偏航值；根据当前航行器航向偏差大小，利用模糊PD控制，在航行器滑翔航向偏差大时，将模糊PD控制算法得到的参数作为CPG相位差变量，再由CPG控制器输出扑翼控制信号，具体表现为非对称的扑翼相位差进行定航；航向偏差小时，如下潜上浮转换阶段，模糊PD控制算法得到的参数作为CPG振幅变量，再由CPG控制器输出扑翼控制信号，具体表现为非对称的扑翼振幅进行定航。

本发明通过调节扑翼的非对称相位差与振幅实现仿蝠鲼水下航行器控制的基本原理是：

以仿蝠鲼航行器游动过程为例来进行分析说明，当航向偏差大时，通过两侧扑翼非对称动相位差的扑动，可以实现仿蝠鲼水下航行器的姿态调整。其实现方式主要是利用两侧扑翼不同的期望相位差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，扑翼扑动相位差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相位差较小的或无相位差的一侧，以达控制航向的效果。

航向偏差小时，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。其实现方式主要是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。

技术方案