一种流体驱动串并联仿生鱼的变阻抗控制方法技术

本发明专利技术提供一种流体驱动串并联仿生鱼的变阻抗控制方法，解决了由于水环境动力学引起的非粘性比例阻尼模态解耦问题。步骤如下：1、构造模态解耦矩阵T，2、进行模态坐标变换，3、施加模态空间变阻抗控制律，4、调节各阶模态控制器比例增益矩阵Kp及阻抗增益系数Kf。利用流体驱动并联机构的特点，在模态空间内构造了一种调节模态阻尼的阻抗控制方法，能够有效的消除水环境引起的过阻尼特性，激发仿生鱼的模态谐振，最终实现仿生鱼利用模态共振进行摆动推进的游动机理。本发明专利技术不仅物理意义清晰，而且控制方法简单有效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水下仿生机器鱼及并联机构领域，具体是一种流体驱动串并联仿生鱼的变阻抗控制方法。
技术介绍
鱼类经过亿万年的进化，其游动效率之高是人类制造的水下航行器所无法比拟的。目前生物力学的研究已经表明，鱼类在游动过程中能够调节自身阻抗特性以实现鱼体的模态谐振，从而利用谐振能量进行游动。因此，从鱼类利用谐振能量实现摆动推进的游动机理出发研制具有高游动效率的仿生鱼已成为仿生鱼领域的一个研究热点。如专利号为ZL201210152122.2的专利提出了一种变刚度仿生摆动推进装置，采用多个并联机构串联的形式构成串并联仿生鱼，利用冗余并联机构的变刚度技术以期实现游动过程中的模态谐振。然而，水环境动力学引起的过阻尼特性严重抑制模态谐振峰，因此，研究并联机构的变阻抗控制技术是提高仿生鱼游动效率的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种流体驱动串并联仿生鱼的变阻抗控制方法，是一种能够消除水环境阻尼影响的流体驱动串并联仿生鱼变阻抗控制方法。本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种流体驱动串并联仿生鱼的变阻抗控制方法，步骤如下：步骤1：构造模态解耦矩阵T(1.1):求解二阶特征值问题(Mactλ2+Bactλ+Kact)v＝0，获得2n个特征值λi。其中，Mact,Bact,Kact分别为铰点空间质量阵、阻尼阵及刚度阵。求解方法可采用公知的matlab软件提供的polyeig函数。(1.2):对特征值进行排序。将特征值分为两组：2c个复共轭特征值及2r＝2(n-c)个实特征值。其中：2c个复共轭特征值的排列方式为2r个实特征值的排列方式为{λc+1＜…＜λn＜λn+c+1＜…＜λ2n

【技术保护点】
一种流体驱动串并联仿生鱼的变阻抗控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：构造模态解耦矩阵T(1.1):求解二阶特征值问题(Mactλ2+Bactλ+Kact)v＝0，获得2n个特征值λi，其中，Mact,Bact,Kact分别为铰点空间质量阵、阻尼阵及刚度阵，(1.2):对特征值进行排序；将特征值分为两组：2c个复共轭特征值及2r＝2(n‑c)个实特征值，其中：2c个复共轭特征值的排列方式为2r个实特征值的排列方式为{λc+1＜…＜λn＜λn+c+1＜…＜λ2n}，(1.3):特征向量归一化，求解方程：获得λj所对应的归一化特征向量vj，j＝1,2,…,n，d:构造解耦矩阵，其中：V＝[v1|…|vn]，Λ＝diag[λ1,…,λn],步骤2：进行模态坐标变换，具体方法为：(2.1):根据支腿压差信号PL构造状态变量ck为支腿刚度系数，Ap为支腿活塞有效作用面积，(2.2):构造模态空间状态变量Pd,步骤3：施加模态空间变阻抗控制律：其中：i为伺服阀电流输出信号；e为支腿位移偏差信号；Kp为比例增益阵，Kf为阻抗调节增益矩阵，T1=(VΛ‾-V‾Λ)(Λ‾-Λ)-1,T2=(V‾Λ‾-VΛ)(Λ‾-Λ)-1,]]>步骤4：调节各阶模态控制器比例增益矩阵Kp及阻抗增益系数Kf，具体方法为：其中，ξ为各阶模态控制器设定阻抗阵，ξ＝diag(ξi)；其中kq为伺服阀流量系数。...

【技术特征摘要】
1.一种流体驱动串并联仿生鱼的变阻抗控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：构造模态解耦矩阵T(1.1):求解二阶特征值问题(Mactλ2+Bactλ+Kact)v＝0，获得2n个特征值λi，其中，Mact,Bact,Kact分别为铰...

【专利技术属性】
技术研发人员：田体先，姜洪洲，赵慧，蒋林，朱建阳，付婷，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42