基于CPG和模糊控制的机器鱼定向游动精确控制方法

和岩辉, 胡 桥,2,3, 王朝晖,2,3, 余 雷 , 陈振汉, 李怡昕

基于CPG和模糊控制的机器鱼定向游动精确控制方法

和岩辉1, 胡 桥1,2,3, 王朝晖1,2,3, 余 雷1, 陈振汉1, 李怡昕1

(1. 西安交通大学 机械工程学院, 陕西 西安, 710049; 2. 西安交通大学 机械制造系统工程国家重点试验室, 陕西 西安, 710049; 3. 西安交通大学 陕西省智能机器人重点试验室, 陕西 西安, 710049)

机器鱼在水下执行探测等作业任务时, 其游动方向的精准性会受到波浪、漩涡等因素的影响, 致使其无法完成相应任务。为解决机器鱼游动方向的精准性问题, 文中基于中枢模式发生器(CPG)理论结合模糊控制器提出了一种可以实现仿鲹科机器鱼定向游动的精确控制方法。首先利用Hopf振荡器构建基于极限环的机器鱼CPG模型, 在机器鱼游动前期, 采用小摆幅高频率的CPG控制信号以获得较大推进力, 后期则采取大摆幅低频率的CPG信号实现稳定游动; 然后, 根据姿态传感器获取机器鱼的航姿角度信息, 利用模糊控制器实时修正机器鱼与目标方向的偏差。通过机器鱼的定向游动及抗干扰试验, 验证了该方法的可行性和有效性, 表明其在机器鱼进行复杂环境下精准方向游动中具有广阔的应用前景。

机器鱼; 中枢模式发生器; 模糊控制; 定向游动; 精确控制

0 引言

可执行多种水下任务的仿生机器鱼在海洋开发与探索中具有不可估量的应用价值, 随着成本的降低和技术的成熟, 将会有更广阔的应用前景[1-4]。机器鱼在水下的工作环境复杂难测, 波浪、旋涡等都会影响其游动方向的精准性。……