针对机器鱼的非一致轨迹长度差分进化迭代学习控制方法技术

本发明专利技术提供了针对机器鱼的非一致轨迹长度差分进化迭代学习控制方法，通过引入差分进化算法，使得非一致轨迹长度迭代学习控制方法中的控制增益更加优化，比传统迭代学习控制方法收敛的速度更快；传统的迭代学习控制方法对于试验中缺失的控制信息无法进行补偿，在此引入开闭环控制之后，试验中原始缺失的控制信息会被之前的运行周期的信息补偿，能够快速跟踪到期望轨迹并收敛。在一些实际应用中该算法可应用于需要快速完成轨迹跟踪任务的场合，减少了系统运行的时间，提高了工程效率以及避免能源消耗，极大的节约了工程成本。极大的节约了工程成本。极大的节约了工程成本。

【技术实现步骤摘要】
针对机器鱼的非一致轨迹长度差分进化迭代学习控制方法


[0001]本专利技术属于运动力学领域，特别涉及针对机器鱼的非一致轨迹长度差分进化迭代学习控制方法。

技术介绍

[0002]海洋机器人，也叫水下机器人和遥控无人机，主要目的是帮助人类探索海洋区域。自1960年以来，海洋机器人一直是人们探索海洋的重要工具。海洋机器人可以完成水质监测、生物研究和海洋测量等任务；常见的传统海洋机器人有非自主海洋机器人和自主海洋机器人，它们正在向海洋勘探、科学研究和商业应用领域扩展。在所有水下机器人中，鱼形机器人(即机器鱼)，具有高效、噪声小的特点。尽管机器鱼在推进机制、执行和机械结构方面取得了一些成功，但这些成功还不足以在无结构的环境中自由作业。其中的挑战之一是如何控制机器鱼。
[0003]到目前为止，关于机器鱼运动控制的研究主要集中在两个方面：1)机器鱼的运动轨迹；2)机器鱼的运动是否符合预期。前者探索机器鱼驱动器的协调运动，而后者则专注于控制鱼的整个身体的运动。从控制理论的角度，其游动动作可分为基于运动法和基于仿生法。基于运动的方法旨在通过旋转关节连接的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.针对机器鱼的非一致轨迹长度差分进化迭代学习控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过对期望速度曲线进行采样，得到期望速度序列；2)通过将控制输入推力作用到机器鱼中，得到实际速度曲线，再对其采样得到实际速度序列；3)通过机器鱼的期望速度序列与实际速度序列形成误差序列；4)通过误差序列、差分进化算法优化控制增益的方法得到优化的控制增益和当前的控制输入推力序列；5)将当前的控制输入推力序列作为迭代学习控制的控制输入推力序列作用于机器鱼，得到机器鱼的实际速度序列；6)通过机器鱼的实际速度序列和期望速度序列形成误差序列；7)将误差序列、当前的控制输入推力序列以及优化的控制增益带入控制律(7)中，得到下一次的控制输入推力序列；8)重复执行步骤5
‑
7，直至误差指标小于容许范围时停止迭代学习控制。2.根据权利要求1所述针对机器鱼的非一致轨迹长度差分进化迭代学习控制方法，其特征在于，对机器鱼进行建模，包括以下步骤：将机器鱼模型建模为离散系统，机器鱼模型如下：其中，k∈{0,1,2,...}表示迭代次数，t∈[0,T
k
]表示时间，M
f
机器鱼的质量，M
f
＝0.4kg；ξ是水阻力系数，ξ＝165.7056kg/m；V
k
(t)表示机器鱼在第k次迭代t时刻的摆动速度，F
k
(t)表示在第k次迭代t时刻机器鱼尾部运动产生的控制输入推力；令采样间隔T
s
＝0.1s，对机器鱼的摆动速度V
k
(t)进行采样得到摆动速度的采样序列V
k
(n
·
T
s
)，对控制输入推力F
k
(t)进行采样得到控制输入推力的抽样序列F
k
(n
·
T
s
)；令摆动速度抽样序列V
k
(n
·
T
s
)为系统状态x
k
(n)，控制输入推力抽样序列F
k
(n
·
T
s
)为系统的控制输入u
k
(n)，利用导数的定义有：将(1)式机器鱼模型可建模如下离散动态系统：其中A
f
＝
‑
ξ
·
T
s
/M
f
,B
f
＝T
s
/M
f
,T
s
＝0.1s,M
f
＝0.4kg；令(2)式中包含系统状态非线性部分得到如下离散非线性动态系统的一般形式：
其中B(n)＝B
f
,C(n)＝1,T
s
＝0.1s,M
f
＝0.4kg，k∈{0,1,2,...}表示迭代次数，表示离散时间点数，x
k
(n)∈R,u
k
(n)∈R和y
k
(n)∈R分别表示系统状态、控制输入和系统输出；B(n)∈R和C(n)∈R分别为系统的输入系数和输出系数，f(
·
)∈R为系统的状态函数；对于y
d
(n)＝C(n)x
d
(n)表示期望输出，其中x
d
(n)为相应的期望状态；e
k
(n)＝y
d
(n)
‑
y
k
(n)表示第k次迭代时系统的跟踪误差序列。3.根据权利要求1所述的针对机器鱼的非一致轨迹长度差分进化迭代学习控制方法，其特征在于，所述控制律(7)，是针对所述离散非线性动态系统的一般形式：其中B(n)＝B
f
,C(n)＝1,T
s
＝0.1s,M
f
＝0.4kg，k∈{0,1,2,...}表示迭代次数，表示离散时间点数，x
k
(n)∈R,u
k
(n)∈R和y
k
(n)∈R分别表示系统状态、控制输入和系统输出；B(n)∈R和C(n)∈R分别为系统的输入系数和输出系数，f(<...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦蕴珊，雷猛涛，尚文利，许清媛，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：