本发明涉及水下航行器控制，具体涉及一种基于模糊s面的仿蝠鲼航行器速度控制。
背景技术：
1、仿蝠鲼航行器是一种新型仿生水下航行器，和传统的水下航行器不同，它是通过两侧的胸鳍扑动来产生推进速度，具有高推进效率、高机动性、高生物亲和性和高隐蔽性等优势。速度控制是仿蝠鲼水下航行器的基本运动控制，也是实现复杂控制任务的基础。
2、目前用于水下航行器控制的方法包括pid控制、滑模控制、s面控制等方法。然而，这些方法通常需要通过试凑法来获得控制参数，获得的控制参数只是当前情况下的最优解，存在参数不稳定和难以适应环境变化的问题。而经典s面控制方法具有形式简单、可靠性强、工程适用性强等特点，且经典s面控制方法是一种适用于欠驱动无模型水下航行器运动控制的方法。因此，可以考虑使其具有参数自适应能力，应用于仿蝠鲼航行器的速度控制中。
3、对于仿蝠鲼航行器而言，其游动速度与频率、胸鳍振幅和相位差等因素密切相关。然而，当进行航向调整时，振幅或相位差的变化也会对实际游动速度产生影响。此外，仿蝠鲼航行器在游动过程中还会受到一些未知环境因素的干扰，例如在水池中游动时造成的回波干扰等。因此，需要设计一种控制参数具有自整定能力，还能够补偿未知环境因素对仿蝠鲼航行器速度的造成的影响的速度控制方法。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是：
2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种基于非对称模糊s面控制的仿蝠鲼航行器速度控制方法。
3、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
4、一种基于非对称模糊s面控制的仿蝠鲼航行器速度控制方法，其特征在于，包括：
5、仿蝠鲼航行器通过自身搭载的姿态传感器，实时采集仿蝠鲼航行器的速度信息，得到仿蝠鲼航行器的当前速度；
6、计算仿蝠鲼航行器的当前速度与期望速度的速度误差以及速度误差变化率；
7、将仿蝠鲼航行器当前速度误差和误差变化率输入到模糊控制器中，模糊控制器输出s面控制器的控制参数k1和k2的变化量和根据变化量和分别对模糊s面控制器的控制参数k1和k2进行在线修正；
8、基于s面控制器的归一化输出u、前馈频率fe、基准频率f0设计仿蝠鲼航行器的速度控制器。
9、本发明进一步的技术方案：所述速度误差的计算公式：
10、e＝u-ud
11、其中，e为速度误差，ud为期望速度，ud为仿蝠鲼航行器的当前速度。
12、本发明进一步的技术方案：所述速度误差变化率的计算公式：
13、
14、其中，t为仿蝠鲼航行器的姿态传感器信息更新时间。
15、本发明进一步的技术方案：所述将仿蝠鲼航行器当前速度误差和误差变化率输入到模糊控制器中，模糊控制器输出s面控制器的控制参数k1和k2的变化量和具体为：
16、将所述速度误差和速度误差变化率做模糊化处理；
17、将模糊化的速度误差和速度误差变化率给予模糊规则表中进行查表，根据模糊规则表得出值。
18、本发明进一步的技术方案：所述将模糊化的速度误差和速度误差变化率给予模糊规则表中进行查表，具体为：
19、以模糊化的速度误差作为为横坐标，模糊化的速度误差变化率作为纵坐标，进行表格查询。
20、本发明进一步的技术方案：所述根据变化量和分别对模糊s面控制器的控制参数k1和k2进行在线修正；具体为：
21、
22、其中：k1、k2为在线调整后的经典s面控制器的控制参数，和为模糊控制器的输出值，和为经典s面控制器控制参数的调整基准值。
23、本发明进一步的技术方案：所述基于s面控制器的归一化输出u、前馈频率fe、基准频率f0设计仿蝠鲼航行器的速度控制器，具体为：
24、
25、其中，u为s面控制器的归一化输出值；fe为前馈控制的输出值；fa为频率变化的范围，用于将s面控制器的输出值映射到频率的真实变化区间，f0为基准频率,f为控制输出频率。
26、本发明进一步的技术方案：所述前馈控制的输出值fe由计算得到；其中，a和b分别表示拟合曲线的截距和斜率，f为仿蝠鲼航行器的频率，为速度的拟合值。
27、本发明进一步的技术方案：所述速度控制器的控制输出频率f输入到驱动胸鳍的执行机构，执行机构作出相应的动作，胸鳍扑动使仿蝠鲼航行器的速度发生改变，运动到期望速度上。
28、一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。
29、本发明的有益效果在于：
30、本发明提供的一种基于非对称模糊s面的仿蝠鲼航行器速度控制方法，首先获取仿蝠鲼航行器当前的速度信息，计算当前速度与期望速度的误差以及误差变化率；将仿蝠鲼航行器当前航向误差和误差变化率输入到模糊控制器中，模糊控制器输出s面控制器的控制参数k1和k2的变化量和利用变化量和分别对模糊s面控制器的控制参数k1和k2进行在线修正，实现仿蝠鲼航行器在复杂环境游动时控制参数的在线整定，从而提升控制系统的控制效果；并考虑未知环境因素对仿蝠鲼航行器速度造成的影响：设计了前馈控制器引入闭环控制进行补偿，通过拟合方程计算得到前馈频率fe，其作为前馈信息对仿蝠鲼航行器施加前馈补偿，提前向系统施加调节量，以抵消预期的输出误差和补偿未知环境因素对仿蝠鲼航行器速度造成的影响，进一步提高仿蝠鲼航行器速度的控制精度。前馈频率fe与归一化输出u、基准频率f0线性组合得到控制输出频率f，从而实现通过控制仿蝠鲼航行器的胸鳍扑动频率，使仿蝠鲼航行器跟踪到期望速度上。
31、1、利用s面控制方法设计速度控制器，控制器结构简单，易于实现且相对于模糊控制的方法对人为经验依赖较少。
32、2、利用模糊控制的方法实现对s面控制器控制参数的在线整定，使控制参数具备自适应能力，提高航行器对不同工况的适应能力，提升控制系统的控制效果。
33、3、利用闭环控制的方法引入前馈补偿通道，根据系统输入信号的变化，提前向系统施加调节量，以抵消预期的输出误差和补偿未知环境因素对仿蝠鲼航行器速度造成的影响，进一步提高仿蝠鲼航行器速度的控制精度。
1.一种基于非对称模糊s面控制的仿蝠鲼航行器速度控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述一种非对称基于模糊s面控制的仿蝠鲼航行器速度控制方法，其特征在于，所述速度误差的计算公式：
3.根据权利要求2所述一种非对称基于模糊s面控制的仿蝠鲼航行器速度控制方法，其特征在于，所述速度误差变化率的计算公式：
4.根据权利要求1所述一种非对称基于模糊s面控制的仿蝠鲼航行器速度控制方法，其特征在于，所述将仿蝠鲼航行器当前速度误差和误差变化率输入到模糊控制器中，模糊控制器输出s面控制器的控制参数k1和k2的变化量和具体为：将所述速度误差和速度误差变化率做模糊化处理；
5.根据权利要求4所述一种非对称基于模糊s面控制的仿蝠鲼航行器速度控制方法，其特征在于，所述将模糊化的速度误差和速度误差变化率给予模糊规则表中进行查表，具体为：
6.根据权利要求4所述一种非对称基于模糊s面控制的仿蝠鲼航行器速度控制方法，其特征在于，所述根据变化量和分别对模糊s面控制器的控制参数k1和k2进行在线修正；具体为：
7.根据权利要求1所述一种非对称基于模糊s面控制的仿蝠鲼航行器速度控制方法，其特征在于，所述基于s面控制器的归一化输出u、前馈频率fe、基准频率f0设计仿蝠鲼航行器的速度控制器，具体为：
8.根据权利要求7所述一种非对称基于模糊s面控制的仿蝠鲼航行器速度控制方法，其特征在于，所述前馈控制的输出值fe由计算得到；其中，a和b分别表示拟合曲线的截距和斜率，f为仿蝠鲼航行器的频率，为速度的拟合值。
9.根据权利要求7所述一种非对称基于模糊s面控制的仿蝠鲼航行器速度控制方法，其特征在于，所述速度控制器的控制输出频率f输入到驱动胸鳍的执行机构，执行机构作出相应的动作，胸鳍扑动使仿蝠鲼航行器的速度发生改变，运动到期望速度上。
10.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1所述的方法。
