CN105022269B - 仿生机器鱼关节的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种仿生机器鱼关节的控制方法及装置，包括：获取仿生机器鱼关节当前的第一角度与预设的第二角度之间的差值；根据关节电机当前输出的功率和所述仿生机器鱼关节当前的第一角度，利用模糊控制器，对PID控制器当前的比例系数进行调整，获得调整后的比例系数，所述关节电机用于驱动所述仿生机器鱼关节；根据所述调整后的比例系数，对差值进行PID控制，获得标准转矩；控制所述关节电机对所述仿生机器鱼关节进行驱动，以使所述仿生机器鱼关节的转矩为所述标准转矩，并再次执行获取差值的步骤。通过本发明提供的方案，能够提高机器鱼的推进效率。

Description

仿生机器鱼关节的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及机器鱼控制领域，尤其涉及一种仿生机器鱼关节的控制方法及装置。

背景技术

目前，仿生机器鱼的关节由电机进行驱动，进一步的，通常采用比例-积分-微分(Proportion-Integration-Differentiation，简称PID)控制方法对电机进行控制，当采用位置跟随的PID控制算法控制电机时，PID控制器中的比例系数K_P与关节的刚度成正比例线性关系。

机器鱼的推进效率是机器鱼所获得的水动力推进机器鱼所做的功与驱动机器鱼关节所消耗的功的比例，具体计算公式如下：

其中η表示推进效率，表示水动力的平均推进力，U表示机器鱼的平均游动速度，M_i表示第i关节的转矩，ω_i表示第i关节的角速度。相关技术中，仿生机器鱼关节的控制方案多采用固定刚度的控制方法，即上述公式中的转矩等参数均采用预先设定的固定值，无法准确模拟生物鱼，降低了仿生机器鱼的推进效率。

发明内容

本发明提供一种仿生机器鱼关节的控制方法及装置，用于提高仿生机器鱼的推进效率。

本发明的第一个方面是提供一种仿生机器鱼关节的控制方法，包括：

获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error；

根据关节电机当前输出的功率P_m和所述仿生机器鱼关节当前的第一角度θ，利用模糊控制器，对比例-积分-微分PID控制器当前的比例系数进行调整，获得调整后的比例系数，所述关节电机用于驱动所述仿生机器鱼关节；

根据所述调整后的比例系数，对所述差值error进行PID控制，获得标准转矩；

控制所述关节电机对所述仿生机器鱼关节进行驱动，以使所述仿生机器鱼关节的转矩为所述标准转矩，并再次执行所述获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error的步骤。

本发明的另一个方面是提供一种仿生机器鱼关节的控制装置，包括：

获取模块，用于获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error；

模糊控制模块，用于根据关节电机当前输出的功率P_m和所述仿生机器鱼关节当前的第一角度θ，利用模糊控制器，对比例-积分-微分PID控制器当前的比例系数进行调整，获得调整后的比例系数，所述关节电机用于驱动所述仿生机器鱼关节；

PID控制模块，用于根据所述调整后的比例系数，对所述差值error进行PID控制，获得标准转矩；

处理模块，用于控制所述关节电机对所述仿生机器鱼关节进行驱动，以使所述仿生机器鱼关节的转矩为所述标准转矩，并指示所述获取模块再次执行所述获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error的步骤。

本发明提供的仿生机器鱼关节的控制方法及装置，根据仿生机器鱼的关节角度和用于驱动机器鱼关键的关节电机的输出功率，通过模糊控制的方法，对PID控制器的比例控制系数进行动态调整，从而实现对机器鱼进行变刚度控制，提高机器鱼的推进效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种仿生机器鱼关节的控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一提供的另一种仿生机器鱼关节的控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例一提供的另一种仿生机器鱼关节的控制方法的流程框图；

图4A为本发明实施例一中模糊控制器的输入变量P_m的隶属函数曲线；

图4B为本发明实施例一中模糊控制器的输入变量θ的隶属函数曲线；

图4C为本发明实施例一中模糊控制器的输出变量ΔK_P的隶属函数曲线；

图5为本发明实施例二提供的一种仿生机器鱼关节的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本发明实施例一提供的一种仿生机器鱼关节的控制方法的流程示意图，如图1所示，该控制方法包括：

101、获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error。

102、根据关节电机当前输出的功率P_m和所述仿生机器鱼关节当前的第一角度θ，利用模糊控制器，对PID控制器当前的比例系数进行调整，获得调整后的比例系数，所述关节电机用于驱动所述仿生机器鱼关节；

103、根据所述调整后的比例系数，对所述差值error进行PID控制，获得标准转矩；

104、控制所述关节电机对所述仿生机器鱼关节进行驱动，以使所述仿生机器鱼关节的转矩为所述标准转矩，并再次执行所述获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error的步骤。

其中，所述第一角度可以通过设置在仿生机器鱼关节的传感器采集获得。具体的，所述关节电机具体可以为直流电机；θ为仿生机器鱼关节实际到达的角度；error表示当前仿生机器鱼关节的角度与预设的第二角度θ^*之间的误差，例如，error＝θ^*-θ。预设的第二角度θ^*的值可以根据实际需要确定，本实施例不对其进行限制。

实际应用中，初始时先利用直流电机搭建机器鱼关节平台，具体的，利用PID控制器，对仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error进行PID控制，获得相应的转矩M，控制所述关节电机驱动该仿生机器鱼关节，并使该仿生机器鱼关节的转矩达到PID控制获得的转矩M，从而实现对机器鱼关节的位置跟随；后续的，利用模糊控制器，对关节电机当前输出的功率P_m和所述仿生机器鱼关节当前的第一角度θ进行模糊控制，获得调整后的比例系数K_P’，根据所述调整后的比例系数K_P’，对所述差值error进行比例-积分-微分PID控制，获得标准转矩M；控制关节电机继续对仿生机器鱼关节进行驱动，并使所述仿生机器鱼关节的转矩达到所述标准转矩；之后重复执行上述步骤，从而对有PID控制器的比例系数进行动态调整的同时，对仿生机器鱼关节进行动态控制，提高推进效率。

具体的，如图2所示，图2为本发明实施例一提供的另一种仿生机器鱼关节的控制方法的流程示意图，图1所示实施方式的基础上，102具体可以包括：

201、利用预先建立的模糊控制器，对所述功率P_m和所述第一角度θ进行模糊控制处理，获得调整比例系数ΔK_P；

202、将所述调整比例系数ΔK_P和当前PID控制的比例系数K_P进行叠加处理，获得调整后的比例系数K_P’。

其中，K_P表示当前PID控制器中比例控制器的比例系数，需要说明的是，本方案中采用到反馈和循环计算，举例来说，在第一时刻下，对第一时刻下PID控制器的比例系数K_P调整后，获得第一时刻下调整后的比例系数K_P’，相应的，在第一时刻后的下一时刻的模糊控制计算中，第一时刻调整后获得的比例系数K_P’，在第一时刻后的下一时刻下，则作为该时刻下当前的比例系数K_P。

为了更好地理解本方案，图3为本发明实施例一提供的另一种仿生机器鱼关节的控制方法的流程框图，如图3所示，初始时，利用PID控制器，对仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error进行PID控制，获得相应的转矩M，控制所述关节电机驱动该仿生机器鱼关节，并使该仿生机器鱼关节的转矩达到PID控制获得的转矩M；后续的，利用模糊控制器，对关节电机当前输出的功率P_m和所述仿生机器鱼关节当前的第一角度θ进行模糊控制，获得调整比例系数ΔK_P；将所述调整比例系数ΔK_P和当前PID控制的比例系数K_P进行叠加，获得调整后的比例系数K_P’；根据调整后的比例系数K_P’，对所述差值error进行比例-积分-微分PID控制，获得标准转矩M；控制关节电机继续对仿生机器鱼关节进行驱动，并使所述仿生机器鱼关节的转矩达到所述标准转矩；之后重复执行上述步骤，即再次对比例系数进行调整，获得相应的标准转矩，并控制电机驱动机器鱼关节。从而对有PID控制器的比例系数进行动态调整的同时，对仿生机器鱼关节进行动态控制，提高推进效率。

具体的，模糊控制是基于模糊集合论、模糊语言的变量模糊以及逻辑推理来实现控制的。通过模糊控制可以对日常生活中的推理和判断进行模仿和控制，它可以用一种特定的语言来表示我们平时总结出的经验和想法，建立一种新型的输入输出的控制模型，并可以被计算机识别和处理。普通的控制模型中一定会有传递函数或者状态方程等，用来描述输入输出之间的关系。但是有些控制模型的传递函数无法确定，而模糊控制恰恰能避开这些，模糊控制只需分析某个控制方法可能出现的结果，并用一系列的模糊条件语句来总结出控制的规则，从而可以搭建一个模糊语言变量的模型，然后再使用一些模糊推理的方法，就可以得出符合要求的输出的值，也就是说，模糊控制是利用语言变量来实现控制功能的。

本实施方式中，利用模糊控制器，对机器鱼的关节输出角度与关节电机输出的功率进行模糊控制，输出关节刚度的改变值为作为调整比例系数ΔK_P，对当前的比例系数进行调整，使模糊控制的输入输出量具备易观测的优点。

进一步的，为了提高模糊控制的准确性，需要对模糊控制中各变量的隶属函数进行设定。相应的，在图2所示实施方式的基础上，201具体可以包括：

将功率P_m作为所述模糊控制器的第一输入变量，所述第一输入变量的隶属函数包括第一N函数和第一Z函数，其中，所述第一N函数的类型为trimf，参数为[Pmin，Pmin，Pmin/2]；所述第一Z函数的类型为trmf，参数为[Pmin，Pmin/2，0]，其中，Pmin为所述关节电机的最小功率值；

将第一角度θ作为所述模糊控制器的第二输入变量，所述第二输入变量的隶属函数包括第二N函数、第二Z函数和P函数，其中，所述第二N函数的类型为trimf，参数为[-θ_f，-θ_f，0]；所述第二Z函数的类型为trimf，参数为[-θ_f，0，θ_f]；所述P函数的的类型为trimf，参数为[0，θ_f，θ_f]，其中，θ_f为所述仿生机器鱼关节角度的幅值；

将调整比例系数ΔK_P作为所述模糊控制器的输出变量，所述输出变量的隶属函数包括第三Z函数、PS函数和PB函数，其中，第三Z函数的类型为trimf，参数为[0，0.5*K_P，0.8*K_P]；PS函数的类型为trimf，参数为[0.25*K_P，0.75*K_P，K_P]；PB函数的的类型为smf，参数为[0.625*K_P，K_P]；

根据当前的功率P_m和第一角度θ的隶属函数、以及所述模糊控制器的模糊控制表，获得所述调整比例系数ΔK_P。

具体的，图4A为本发明实施例一中模糊控制器的输入变量P_m的隶属函数曲线，图4B为本发明实施例一中模糊控制器的输入变量θ的隶属函数曲线，图4C为本发明实施例一中模糊控制器的输出变量ΔK_P的隶属函数曲线。其中，关节电机的最小功率值Pmin是指功率绝对值最大时关节电机的负功率。

在上述各隶属函数中，P函数表示正方向的偏差(Positive)，N函数表示负方向的偏差(Negative)，PS函数表示正方向小的偏差(Positive Small)，PB函数表示正方向大的偏差(Positive Big)，Z函数表示近似等于零的偏差(Zero)。

本实施方式中，利用隶属函数能有效区分模糊控制中，不同的输入变量与输出变量所属的类型，从而更加精确地实现模糊控制。

进一步具体的，在模糊控制中，为了获得模糊控制的输出变量，还需要建立相应的模糊控制表，以提高机器鱼关节的推进效率。相应的，在前述实施方式的基础上，所述根据当前的功率P_m和第一角度θ的隶属函数、以及模糊控制表，获得所述调整比例系数ΔK_P，具体可以包括：

若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述P函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数；

若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二N函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数；

若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二Z函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PB函数；

若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述P函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述第三Z函数；

若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二N函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述第三Z函数；

若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二Z函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数。

为了更直观地理解本实施方式的方案，基于上述实施方式，图5本发明实施例一中模糊控制表的示意图，如表1所示，根据功率P_m和第一角度θ的隶属函数，可以确定ΔK_P的隶属函数。

表1

本实施方式中，利用模糊控制表对机器鱼进行变刚度控制，能改善机器鱼的推进效率。

具体的，获得调整后的比例系数后，根据所述调整后的比例系数，对差值error进行比例-积分-微分PID控制。相应的，在前述任一实施方式的基础上，103具体可以包括：

根据调整后的比例系数，对所述差值error进行比例控制，获得第一输出信号；

对所述差值error进行积分控制，获得第二输出信号；

对所述差值error进行微分控制，获得第三输出信号；

对所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三输出信号进行叠加处理，获得所述标准转矩。

具体的，将模糊控制器施加在PID控制器上，将模糊控制器与PID控制器结合，提高仿生机器鱼的推动效率。其中，PID控制算法较成熟且易调节，相对于机器鱼模型的刚度为固定值，要得到刚度变化规律与输入参数之间的完整函数表达式比较困难，而模糊控制器的控制方法不需要精确的函数表达式，故采用模糊控制器来控制机器鱼关节刚度的改变，有效提高推进效率。

本实施例提供的仿生机器鱼关节的控制方法，根据仿生机器鱼的关节角度和用于驱动机器鱼关键的关节电机的输出功率，通过模糊控制的方法，对PID控制器的比例控制系数进行动态调整，从而实现对机器鱼进行变刚度控制，提高机器鱼的推进效率。

图5为本发明实施例二提供的一种仿生机器鱼关节的控制装置的结构示意图，如图5所示，该装置包括：

获取模块51，用于获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error；

模糊控制模块52，用于根据关节电机当前输出的功率P_m和所述仿生机器鱼关节当前的第一角度θ，利用模糊控制器，对比例-积分-微分PID控制器当前的比例系数进行调整，获得调整后的比例系数，所述关节电机用于驱动所述仿生机器鱼关节；

PID控制模块53，用于根据所述调整后的比例系数，对所述差值error进行PID控制，获得标准转矩；

处理模块54，用于控制所述关节电机对所述仿生机器鱼关节进行驱动，以使所述仿生机器鱼关节的转矩为所述标准转矩，并指示获取模块51再次执行所述获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error的步骤。

实际应用中，初始时先利用直流电机搭建机器鱼关节平台，具体的，PID控制模块53利用PID控制器，对获取模块51获得的仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error进行PID控制，获得相应的转矩M，处理模块54控制关节电机驱动该仿生机器鱼关节，并使该仿生机器鱼关节的转矩达到PID控制获得的转矩M，从而实现对机器鱼关节的位置跟随；后续的，模糊控制模块52利用模糊控制器，对关节电机当前输出的功率P_m和所述仿生机器鱼关节当前的第一角度θ进行模糊控制，获得调整后的比例系数K_P’，PID控制模块53根据所述调整后的比例系数K_P’，对获取模块51当前获得的差值error再次进行PID控制，获得标准转矩M；处理模块54再次控制关节电机继续对仿生机器鱼关节进行驱动，并使所述仿生机器鱼关节的转矩达到所述标准转矩；之后重复执行上述步骤，从而对有PID控制器的比例系数进行动态调整的同时，对仿生机器鱼关节进行动态控制，提高推进效率。

具体的，在图5所示实施方式的基础上，模糊控制模块52具体可以包括：

处理单元，用于利用预先建立的模糊控制器，对所述功率P_m和所述第一角度θ进行模糊控制处理，获得调整比例系数ΔK_P；

第一叠加单元，用于将所述调整比例系数ΔK_P和当前PID控制的比例系数K_P进行叠加处理，获得调整后的比例系数K_P’。

其中，K_P表示当前PID控制器中比例控制器的比例系数，需要说明的是，本方案中采用到反馈和循环计算，举例来说，在第一时刻下，对第一时刻下PID控制器的比例系数K_P调整后，获得第一时刻下调整后的比例系数K_P’，相应的，在第一时刻后的下一时刻的模糊控制计算中，第一时刻调整后获得的比例系数K_P’，在第一时刻后的下一时刻下，则作为该时刻下当前的比例系数K_P。

本实施方式中，利用模糊控制器，对机器鱼的关节输出角度与关节电机输出的功率进行模糊控制，输出关节刚度的改变值为作为调整比例系数ΔK_P，对当前的比例系数进行调整，使模糊控制的输入输出量具备易观测的优点。

进一步的，为了提高模糊控制的准确性，需要对模糊控制中各变量的隶属函数进行设定。相应的，在上一实施方式的基础上，所述处理单元包括：

第一输入变量子单元，用于将功率P_m作为所述模糊控制器的第一输入变量，所述第一输入变量的隶属函数包括第一N函数和第一Z函数，其中，所述第一N函数的类型为trimf，参数为[Pmin，Pmin，Pmin/2]；所述第一Z函数的类型为trmf，参数为[Pmin，Pmin/2，0]；

第二输入变量子单元，用于将第一角度θ作为所述模糊控制器的第二输入变量，所述第二输入变量的隶属函数包括第二N函数、第二Z函数和P函数，其中，所述第二N函数的类型为trimf，参数为[-θ_f，-θ_f，0]；所述第二Z函数的类型为trimf，参数为[-θ_f，0，θ_f]；所述P函数的的类型为trimf，参数为[0，θ_f，θ_f]；

输出变量子单元，用于将调整比例系数ΔK_P作为所述模糊控制器的输出变量，所述输出变量的隶属函数包括第三Z函数、PS函数和PB函数，其中，第三Z函数的类型为trimf，参数为[0，0.5*K_P，0.8*K_P]；PS函数的类型为trimf，参数为[0.25*K_P，0.75*K_P，K_P]；PB函数的的类型为smf，参数为[0.625*K_P，K_P]；

处理子单元，用于根据当前的功率P_m和第一角度θ的隶属函数、以及所述模糊控制器的模糊控制表，获得所述调整比例系数ΔK_P。

其中，关节电机的最小功率值Pmin是指功率绝对值最大时关节电机的负功率。在上述各隶属函数中，P函数表示正方向的偏差(Positive)，N函数表示负方向的偏差(Negative)，PS函数表示正方向小的偏差(Positive Small)，PB函数表示正方向大的偏差(Positive Big)，Z函数表示近似等于零的偏差(Zero)。

本实施方式中，利用隶属函数能有效区分模糊控制中，不同的输入变量与输出变量所属的类型，从而更加精确地实现模糊控制。

进一步具体的，在模糊控制中，为了获得模糊控制的输出变量，还需要建立相应的模糊控制表，以提高机器鱼关节的推进效率。相应的，在前述实施方式的基础上，所述处理子单元，具体用于若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述P函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数；若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二N函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数；若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二Z函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PB函数；若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述P函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述第三Z函数；若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二N函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述第三Z函数；若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二Z函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数。

本实施方式中，利用模糊控制表对机器鱼进行变刚度控制，能改善机器鱼的推进效率。

具体的，获得调整后的比例系数后，根据所述调整后的比例系数，对差值error进行PID控制。相应的，在前述任一实施方式的基础上，PID控制模块53具体可以包括：

比例控制单元，用于根据调整后的比例系数，对所述差值error进行比例控制，获得第一输出信号；

积分控制单元，用于对所述差值error进行积分控制，获得第二输出信号；

微分控制单元，用于对所述差值error进行微分控制，获得第三输出信号；

第二叠加单元，用于对所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三输出信号进行叠加处理，获得所述标准转矩。

具体的，将模糊控制器施加在PID控制器上，将模糊控制器与PID控制器结合，提高仿生机器鱼的推动效率。其中，PID控制算法较成熟且易调节，相对于机器鱼模型的刚度为固定值，要得到刚度变化规律与输入参数之间的完整函数表达式比较困难，而模糊控制器的控制方法不需要精确的函数表达式，故采用模糊控制器来控制机器鱼关节刚度的改变，有效提高推进效率。

本实施例提供的仿生机器鱼关节的控制装置，根据仿生机器鱼的关节角度和用于驱动机器鱼关键的关节电机的输出功率，通过模糊控制的方法，对PID控制器的比例控制系数进行动态调整，从而实现对机器鱼进行变刚度控制，提高机器鱼的推进效率。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种仿生机器鱼关节的控制方法，其特征在于，包括：

获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error；

根据关节电机当前输出的功率P_m和所述仿生机器鱼关节当前的第一角度θ，利用模糊控制器，对比例-积分-微分PID控制器当前的比例系数进行调整，获得调整后的比例系数，所述关节电机用于驱动所述仿生机器鱼关节；

根据所述调整后的比例系数，对所述差值error进行PID控制，获得标准转矩；

控制所述关节电机对所述仿生机器鱼关节进行驱动，以使所述仿生机器鱼关节的转矩为所述标准转矩，并再次执行所述获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据关节电机当前输出的功率P_m和所述仿生机器鱼关节当前的第一角度θ，利用模糊控制器，对PID控制器当前的比例系数进行调整，获得调整后的比例系数，包括：

利用预先建立的模糊控制器，对所述功率P_m和所述第一角度θ进行模糊控制处理，获得调整比例系数ΔK_P；

将所述调整比例系数ΔK_P和当前PID控制的比例系数K_P进行叠加处理，获得调整后的比例系数K_P’。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用预先建立的模糊控制器，对所述功率P_m和所述第一角度θ进行模糊控制处理，获得调整比例系数ΔK_P，包括：

将功率P_m作为所述模糊控制器的第一输入变量，所述第一输入变量的隶属函数包括第一N函数和第一Z函数，其中，所述第一N函数的类型为trimf，参数为[Pmin，Pmin，Pmin/2]；所述第一Z函数的类型为trimf，参数为[Pmin，Pmin/2，0]；其中，Pmin为所述关节电机的最小功率值；

将第一角度θ作为所述模糊控制器的第二输入变量，所述第二输入变量的隶属函数包括第二N函数、第二Z函数和P函数，其中，所述第二N函数的类型为trimf，参数为[-θ_f，-θ_f，0]；所述第二Z函数的类型为trimf，参数为[-θ_f，0，θ_f]；所述P函数的类型为trimf，参数为[0，θ_f，θ_f]；其中，θ_f为所述仿生机器鱼关节角度的幅值；将调整比例系数ΔK_P作为所述模糊控制器的输出变量，所述输出变量的隶属函数包括第三Z函数、PS函数和PB函数，其中，第三Z函数的类型为trimf，参数为[0，0.5*K_P，0.8*K_P]；PS函数的类型为trimf，参数为[0.25*K_P，0.75*K_P，K_P]；PB函数的类型为smf，参数为[0.625*K_P，K_P]；

根据当前的功率P_m和第一角度θ的隶属函数、以及所述模糊控制器的模糊控制表，获得所述调整比例系数ΔK_P。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据当前的功率P_m和第一角度θ的隶属函数、以及所述模糊控制器的模糊控制表，获得所述调整比例系数ΔK_P，包括：

若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述P函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数；

若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二N函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数；

若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二Z函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PB函数；

若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述P函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述第三Z函数；

若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二N函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述第三Z函数；

若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二Z函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述调整后的比例系数，对所述差值error进行PID控制，获得标准转矩，包括：

根据调整后的比例系数，对所述差值error进行比例控制，获得第一输出信号；

对所述差值error进行积分控制，获得第二输出信号；

对所述差值error进行微分控制，获得第三输出信号；

对所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三输出信号进行叠加处理，获得所述标准转矩。

6.一种仿生机器鱼关节的控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error；

模糊控制模块，用于根据关节电机当前输出的功率P_m和所述仿生机器鱼关节当前的第一角度θ，利用模糊控制器，对比例-积分-微分PID控制器当前的比例系数进行调整，获得调整后的比例系数，所述关节电机用于驱动所述仿生机器鱼关节；

PID控制模块，用于根据所述调整后的比例系数，对所述差值error进行PID控制，获得标准转矩；

处理模块，用于控制所述关节电机对所述仿生机器鱼关节进行驱动，以使所述仿生机器鱼关节的转矩为所述标准转矩，并指示所述获取模块再次执行所述获取仿生机器鱼关节当前的第一角度θ与预设的第二角度θ^*之间的差值error的步骤。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模糊控制模块包括：

处理单元，用于利用预先建立的模糊控制器，对所述功率P_m和所述第一角度θ进行模糊控制处理，获得调整比例系数ΔK_P；

第一叠加单元，用于将所述调整比例系数ΔK_P和当前PID控制的比例系数K_P进行叠加处理，获得调整后的比例系数K_P’。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理单元包括：

第一输入变量子单元，用于将功率P_m作为所述模糊控制器的第一输入变量，所述第一输入变量的隶属函数包括第一N函数和第一Z函数，其中，所述第一N函数的类型为trimf，参数为[Pmin，Pmin，Pmin/2]；所述第一Z函数的类型为trimf，参数为[Pmin，Pmin/2，0]；其中，Pmin为所述关节电机的最小功率值；

第二输入变量子单元，用于将第一角度θ作为所述模糊控制器的第二输入变量，所述第二输入变量的隶属函数包括第二N函数、第二Z函数和P函数，其中，所述第二N函数的类型为trimf，参数为[-θ_f，-θ_f，0]；所述第二Z函数的类型为trimf，参数为[-θ_f，0，θ_f]；所述P函数的类型为trimf，参数为[0，θ_f，θ_f]；其中，θ_f为所述仿生机器鱼关节角度的幅值；

输出变量子单元，用于将调整比例系数ΔK_P作为所述模糊控制器的输出变量，所述输出变量的隶属函数包括第三Z函数、PS函数和PB函数，其中，第三Z函数的类型为trimf，参数为[0，0.5*K_P，0.8*K_P]；PS函数的类型为trimf，参数为[0.25*K_P，0.75*K_P，K_P]；PB函数的类型为smf，参数为[0.625*K_P，K_P]；

处理子单元，用于根据当前的功率P_m和第一角度θ的隶属函数、以及所述模糊控制器的模糊控制表，获得所述调整比例系数ΔK_P。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述处理子单元，具体用于若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述P函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数；若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二N函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数；若当前的功率P_m隶属所述第一N函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二Z函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PB函数；若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述P函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述第三Z函数；若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二N函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述第三Z函数；若当前的功率P_m隶属所述第一Z函数，且当前的第一角度θ隶属所述第二Z函数，则所述调整比例系数ΔK_P隶属所述PS函数。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述PID控制模块包括：

比例控制单元，用于根据调整后的比例系数，对所述差值error进行比例控制，获得第一输出信号；

积分控制单元，用于对所述差值error进行积分控制，获得第二输出信号；

微分控制单元，用于对所述差值error进行微分控制，获得第三输出信号；

第二叠加单元，用于对所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三输出信号进行叠加处理，获得所述标准转矩。