模拟和控制器设计用于带有控制的鱼类机器人.
Sandhyarani Gumpina1, Seungyeon Lee2, Jeong-Hwan Kim2
1Department of Aerospace Information Engineering, Konkuk University, Seoul 05029, Republic of Korea.
Biomimetics (Basel, Switzerland)
|June 26, 2024
概括
这项研究使用 MATLAB Simulink 开发了一个鱼类机器人模拟,为控制设计创建线性模型. 为线性模型设计的控制器有效地管理了不同速度的非线性鱼机器人.
科学领域:
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 控制系统工程 控制系统工程
- 流体动力学 流体动力学
背景情况:
- 为鱼类机器人等自主水下车辆 (AUV) 开发有效的控制策略对于海洋勘探和研究至关重要.
- 由于水力动力学力量和相互作用,鱼机器人呈现复杂的非线性动力学,使得传统的控制设计具有挑战性.
研究的目的:
- 在 MATLAB Simulink 中设计和验证一个非线性模拟块,用于一个鱼类机器人.
- 为控制器设计,开发不同冲浪速度的鱼机器人的线性化模型.
- 根据线性化模型设计和分析比例,积分和导数 (PID) 控制器,并评估它们在非线性系统上的性能.
主要方法:
- 创建了一个六度自由度的非线性模拟模型,结合了水力动力学力和效应.
- 通过将伪随机的二进制信号输入应用于非线性模型,在0.2,0.4和0.6m/s的名义激增速度下,使用识别工具获得线性化模型.
- 使用线性化模型设计了两度自由度PID控制器,并分析了它们的稳定边际和带宽.
主要成果:
- 为线性化模型设计的PID控制器在应用到非线性鱼类机器人模拟时表现出强大的性能.
- 对0.4m/s名义冲浪速度的控制器的分析显示,冲浪,斜率和曲率的增益和相位边缘是有利的.
- 该研究证实,为0.4m/s的线性模型设计的单个控制器可以有效地控制不同冲速度的非线性系统,并且超出最小的超速和稳定状态错误.
结论:
- 线性近似模型对于设计非线性鱼类机器人系统的控制器是有效的.
- 基于线性化模型设计的控制器在非线性系统上实现时表现出良好的稳定性和性能.
- 开发的模拟和控制策略为在各种操作条件下控制鱼类机器人提供了可行的方法.


