【技术实现步骤摘要】
一种基于CPG的仿生扑翼飞行机器人的编队控制方法
[0001]本专利技术涉及扑翼飞行机器人控制领域，具体为一种基于CPG的仿生扑翼飞行机器人的编队控制方法。
技术介绍
[0002]仿生扑翼飞行机器人是根据自然界中的鸟类或昆虫的飞行机理设计的一类仿生机器人，具有高隐蔽性、高机动性和长续航时间等优点，在国防军事、灾情救援和林场驱鸟等领域具有广泛的应用。随着仿生扑翼飞行机器人的快速发展，仿生扑翼飞行机器人的编队控制逐渐成为国内外研究团队更感兴趣的研究方向。一方面，编队控制研究有助于提高人类对鸟群阵型变换的认识；另一方面，编队控制研究可以使多个仿生扑翼飞行机器人更高效地完成更复杂的任务。
[0003]由于仿生扑翼飞行机器人的飞行控制具有非定常大时变特性，传统的控制方法对它们的控制效果往往不太理想，而仿生扑翼飞行机器人的编队控制与飞行控制具有紧密联系。专利《一种扑翼飞行机器人编队控制方法》(申请号202111065723.6)根据大雁集群编队飞行的尾涡产生机制、节能原理及尾涡衰减机制从能耗的角度确定了扑翼飞行器的编队队形切换方...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于CPG的仿生扑翼飞行机器人的编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，搭建仿生扑翼飞行机器人的CPG控制网络，CPG控制器输入参数由模糊控制器转换，输出信号转换为翅膀扑动和尾翼摆动的控制信号；仿生扑翼飞行机器人的CPG控制网络采用Hopf振荡器，扑翼机器人CPG控制网络数学模型为：式中，i＝1,2,3表示第i个Hopf振荡器，第1个振荡器对应翅膀单元，第2个和第3个振荡器分别对应左尾翼和右尾翼单元；状态变量x
i
和y
i
为第i个振荡器的输出，其中x1，x2和x3分别为翅膀、左尾翼和右尾翼的控制信号；和分别为状态变量xi和yi的倒数；ω
i
为第i个振荡器的固有振荡频率；A
i
>0为第i个振荡器的幅值；α>0为收敛到半径为A
i
的极限环的速度；μ
i
为偏移量；a
ij
和b
ik
分别为每个振荡器之间的耦合系数；对扑翼机器人的翅膀振荡器单元进行改进，引入频率调节因子η改变下扑时间和上扑时间在一个扑动周期内的占比关系，翅膀振荡器频率ω1和调节因子η的关系式为：式中，ω
up
和ω
down
分别为翅膀的上扑频率和下扑频率；λ决定了ω1在ω
up
和ω
down
之间变化的速度；y1为翅膀振荡器的其中一个输出量，改进后的仿生扑翼飞行机器人控制网络为：步骤二，通过CPG控制网络实现仿生扑翼飞行机器人的多模态运动和模态之间的平滑转换；步骤三，设计基于一致性理论的分布式编队控制方法，对仿生扑翼飞行机器人的目标姿态进行估计。步骤四，采用模糊控制器将扑翼机器人的实际位姿和目标位姿的偏差转换为CPG控制网络的输入参数，设计高度和航向角模糊控制器。2.根据权利要求1所述的一种基于CPG的仿生扑翼飞行机器人的编队控制方法，其特征在于，步骤二具体控制如下
所述扑翼机器人飞行时的升力和推力由翅膀扑动产生，姿态调节则通过左右尾翼的差动控制实现；直线飞行时，通过控制左右尾翼的振荡器单元输入参数相同，输出相同波形的信号，使扑翼机器人不产生偏转力；上升或下降时，通过改变翅膀振荡器单元的频率参数ω
up
来调节翅膀的扑动频率，从而改变扑翼机器人的升力，进行飞行高度调节；转弯时，通过改变左右尾翼振荡单元的幅值、频率和相位使左右尾翼摆动产生角度差，从而产生水平方向的加速度，使扑翼机器人偏转。3.根据权利要求1所述的一种基于CPG的仿生扑翼飞行机器人的编队控制方法，其特征在于，步骤三具体控制如下；仿生扑翼飞行机器人的有向通信由图G＝{V,E,C}表示，其中，V＝{ν1,ν2,
…
ν
n
}表示有向图的顶点集；E＝{(ν
i
,ν
j
)}表示有向图的边集，其中，i,j∈n,i≠j；C＝[c
ij
]表示有向图的邻接矩阵，其中，c
ij
为边(ν
i
,ν
j
)的权重，当且仅当第j个扑翼机器人能接收第i个扑翼机器人的状态信息时，c
ij
＝1，否则c
ij
＝0；将第i个扑翼机器人的动力学模型描述为二阶积分器系统：式中，i＝1,2...,n，和分别为第i个扑翼机器人对虚拟领航者的位姿和速度的估计，其中，和分别为估计的三维坐标，和分别为估计的航向角和俯仰角；u
i
为...
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