基于质心与浮力系统的仿蝠鲼水下航行器定深控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于质心与浮力系统的仿蝠鲼水下航行器定深控制方法，针对模型不确定性强的胸鳍推进仿生水下航行器，采用分段将定深任务分为迅速下潜/上浮、预备定深与启动定深的三个阶段，结合模糊控制器对PID系数实施在线修正，实现对质心结构与浮力系统的调节，完成对航行器水下扑游深度的调节，达到航行器定深游动的目的。定深过程中水下航行器的胸鳍机构由舵机驱动且始终保持扑动状态，舵机输出定常的幅值与相位差以产生沿载体坐标系X轴的推力。本发明专利技术控制精度高，可以广泛应用于胸鳍推进仿生水下机器人技术领域。

【技术实现步骤摘要】
基于质心与浮力系统的仿蝠鲼水下航行器定深控制方法
本专利技术属于水下航行器运动控制领域，涉及一种基于质心与浮力系统的仿蝠鲼水下航行器定深控制方法，是一种胸鳍推进模式的仿蝠鲼水下航行器游动定深控制方法。
技术介绍
胸鳍推进仿生水下航行器是一种新型仿生水下航行器，具有良好的机动性和稳定性，可以实现优秀的原位观测、适应复杂海域，同时还具有良好的生物亲和性，可用于珊瑚海星灾害监测、海洋牧场鱼情监测、海洋馆科技交互等领域，并且有利于弥补现阶段军用无人水下航行器隐身能力不足、续航力有限、高效率推进与高机动推进无法兼顾的缺陷。胸鳍推进仿生水下航行器的模型十分复杂，至今没有关于胸鳍摆动式推进鱼类的比较准确的模型，故实现其运动学及动力学精确控制十分困难。目前，针对本类型航行器常用的定深控制方法有模糊控制算法、PID控制算法等，但模糊控制算法的信息简单处理将导致系统控制精度降低、动态性能变差；PID控制算法中参数为定值，不随系统变化，不具有自整定特性。在公开的文献中，少有提及胸鳍仿生水下航行器定深控制的具体方法，如专利：一种鱼形仿生水下机器人及其控制方法[本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于质心与浮力系统的仿蝠鲼水下航行器定深控制方法，其特征在于步骤如下：/n步骤1、计算深度偏差及深度偏差变化率：通过深度传感器获得水下航行器的当前深度为y，向下为正；任务设定的参考深度为y

【技术特征摘要】
1.一种基于质心与浮力系统的仿蝠鲼水下航行器定深控制方法，其特征在于步骤如下：
步骤1、计算深度偏差及深度偏差变化率：通过深度传感器获得水下航行器的当前深度为y，向下为正；任务设定的参考深度为yd，则深度偏差Δy为：
Δy＝y-yd
对深度偏差求导，得到深度偏差变化率v为：



其中t为水下航行器的深度传感器信息更新周期；
步骤2、执行分段策略：
以深度偏差作为输入将定深任务分为以下三个工况：
(1)迅速下潜/上浮：当Δy≥a时，即当前深度远离目标深度，水下航行器处于迅速下潜/上浮阶段，采用表1与表3组合而成的大模糊PID比例系数整定范围；
(2)启动定深：当a≥Δy≥b时，当前深度靠近目标深度，水下航行器处于预备定深阶段，采用表2与表3组合而成的模糊PID比例系数范围整定范围；
(3)保持定深：当Δy≤c时，当前深度近似等于目标深度，无需进行调节；
其中a,b,c分别为深度大误差、深度小误差和深度误差允许值，依据任务要求设置；
所述步骤(1)和步骤(2)中的整定范围取决于基于模糊控制器修正PID控制器参数，即模糊控制器同时以深度偏差与深度偏差变化率作为输入，利用模糊控制器修正PID控制器参数；
其中：深度偏差与深度偏差变化率的离散论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，其模糊语言值同样为{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}＝{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；
以Δy作为横坐标E的值、v作为纵坐标Ec的值进行表格查询，整正后的PID参数为：



其中：kp为原始比例系数，ki为原始积分系数，kd为原始微分系数；Δkp为模糊控制器查表得到的比例系数整定调整量，Δki为模糊控制器查表得到的积分系数整定调整量，Δkd为模糊控制器查表得到的微分系数整定调整量；kpF为经过模糊控制器查表得到的比例系数整定调整量Δkp与原始比例系数kp相加后的比例系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢钰，曹勇，潘光，曹永辉，马淑敏，张代利，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61