Chinese Journal of Ship Research, Volume. 19, Issue 1, 29(2024)
Review of gait control and closed-loop motion control methods for bionic robotic fish
Figures & Tables(14)
![[in Chinese]](/Images/icon/loading.gif){kind=icon}
Table 1. Comparison of gait control methods for bionic robotic fish
View tableView in ArticleTable 1. Comparison of gait control methods for bionic robotic fish
步态控制方法 数学模型 系统结构 受控参数 优势 劣势 轨迹逼近 方法 鱼类理想 运动方程 波长、频率等 运动参数 1. 原理简单，易于实现
2. 基于准确的运动学方程，能在宏观上实现与真实鱼类相同的运动方式
1. 离散点间的过渡不平稳，导致关节间产 生了较大的瞬时加速度，限制了推进性能
2. 游动步态的形式种类有限，灵活性差
3. 参数集维度、关节结构等因素限制了连杆的数目，难以很好地拟合理想运动方程
周期信号 生成器 谐波波动 方程 多信号发生器的 串联结构 频率、相位等 谐波参数 1. 模型结构简单，受控参数与运动状态的关系明确，便于编程实现
2. 受控参数调整方便，步态灵活可控
1. 谐波参数的频繁大范围变化会导致运动不够平滑
2. 难以引入反馈项来实现闭环控制
中枢模式 发生器 振荡器 模型 多振荡器的串 并联耦合结构 耦合权重、相位差、偏置因子等振荡器 模型参数 1. 可根据运动控制要求灵活调整串并联耦合关系
2. 模型输入信号维度低
3. 受控参数与输出特性之间关系明确，运动方式灵活可控
4. 便于引入外部反馈，实现闭环控制
5. 参数突变不会影响运动的平滑性
1. 数学模型不具通用性，建立的过程繁琐、困难
2. 基础理论研究不够完善，缺乏成体系理论系统的支撑
Table 2. Comparison of closed-loop motion control methods for bionic robotic fish
View tableView in ArticleTable 2. Comparison of closed-loop motion control methods for bionic robotic fish
闭环控制方法 模型依赖程度 优势 劣势 优化方向 PID 高 结构简单，应用灵活，可靠性高 抗扰动能力差，控制精度不高 与其他算法相结合以实现更好的控制性能 MPC 高 能够有效解决被控对象非线性、时变性、不确定性、动态滞后的问题 运算量大，受硬件算力的限制可能导致实时控制精度达不到理想情况 应用模型降阶、离线预计算等方法降低计算的复杂度，减少运算时间 SMC 低 对于系统参数变化和干扰具有很强的鲁棒性 存在抖振问题，影响系统的控制精度 应用动态滑模、渐进滑模等方法优化抖振问题 FC 低 受被控对象模型扰动的影响小，强扰动下也能保持较高的控制性能 设计方法、设计流程不够系统，不恰当的模糊与解模糊处理会导致系统的动态性能及控制精度降低 与粒子群优化算法、遗传算法等智能优化算法结合，实现对 FC规则的优化 LBC 低 具有很强的数据处理能力，对于解决复杂、高级的控制问题表现出显著的优势 不擅长应对未知的新型扰动，对于高精度的控制任务可能难以胜任 与有模型的控制方法结合，兼顾两者优点
Tools
Get Citation
Copy Citation Text
Wenqian WANG, Penglei MA, Guanghao LI, Chuanxin XU, Bing YAO, Guijie LIU. Review of gait control and closed-loop motion control methods for bionic robotic fish[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2024, 19(1): 29
Paper Information
Category:
Received: Dec. 29, 2022
Accepted: --
Published Online: Mar. 18, 2025
The Author Email:
© Copyright 2018-2021 | Chinese Laser Press.
All Rights Reserved 沪ICP备15018463号-20