仿生機(jī)器魚隊(duì)形控制的仿真研究.pdf

1、隨著陸地資源的逐漸減少，蘊(yùn)含著巨大開發(fā)價(jià)值的海洋資源就越來越備受關(guān)注。水下機(jī)器人技術(shù)在這種大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，其中關(guān)于水下仿生機(jī)器魚的研究成為了國內(nèi)外眾多科研學(xué)者研究的焦點(diǎn)。當(dāng)前研究的重點(diǎn)大多放在水下機(jī)器魚的硬件結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型上，對(duì)協(xié)作控制方面的探究還不夠深入。隊(duì)形控制的研究作為系統(tǒng)協(xié)作的基礎(chǔ)，具有深遠(yuǎn)的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
　　本篇論文是以水下仿生機(jī)器魚為研究對(duì)象，對(duì)仿生機(jī)器魚系統(tǒng)的隊(duì)形控制問題展開研究。在研究隊(duì)形的形成、隊(duì)形的

2、保持和避障的過程中，分別提出了切實(shí)可行的控制方法。將所提出的策略應(yīng)用到水下仿生機(jī)器魚上，并在Matlab環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，證明了所提出算法的可使用性和穩(wěn)定性。
　　針對(duì)仿生機(jī)器魚系統(tǒng)中隊(duì)形的形成和隊(duì)形的保持兩個(gè)問題，依據(jù)集中式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。在研究隊(duì)形的形成時(shí)，選用分配隊(duì)形點(diǎn)法并對(duì)此方法進(jìn)行了改進(jìn)，以確保系統(tǒng)中機(jī)器魚在遇到目標(biāo)位置被占時(shí)能自行變更目標(biāo)位置，同時(shí)也確保系統(tǒng)中機(jī)器魚走過的平均路程能夠最小。在研究隊(duì)形的保持時(shí)，基于

3、模糊控制算法設(shè)計(jì)了反饋控制器，并將其引入到常規(guī)Leader-Follower算法中，使得Leader和Follower之間缺乏信息反饋的問題得到了解決。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出方法具有良好的控制效果且具有較強(qiáng)的可操作性。
　　針對(duì)隊(duì)形控制中避障的問題，提出了基于蟻群算法尋找最優(yōu)避障路徑的策略。在確定目標(biāo)點(diǎn)的信息強(qiáng)度，仿生機(jī)器魚狀態(tài)轉(zhuǎn)換的規(guī)則，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)避障函數(shù)調(diào)整的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)隊(duì)形的整體避障。在全局環(huán)境已知的情形下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿