本发明涉及水下机器人控制，尤其涉及一种仿生机器鱼的路径跟踪控制方法、系统、装置及介质。
背景技术：
1、仿生机器鱼是通过模仿真实鱼类的推进机理所开发出的一种高性能、生物环境友好型的新型水下机器人，其仿生推进技术克服了传统水下推进方式所普遍存在的推进效率低、机动性差等不足。前期对仿生机器鱼的研究集中于结构设计和游动模态生成，为提高仿生机器鱼的实际作业能力、推动其现实应用，现阶段需要提高其自治能力和智能化程度。路径跟踪作为一系列作业任务的基础，是提高仿生机器鱼自主能力和智能程度的重要部分，对推动机器鱼的现实应用具有重要意义。
2、当前水下仿生机器鱼的路径跟踪问题通常采用将期望路径离散成多个点并对点集的进行逐一跟踪的方式实现，但这种方式往往会导致切换点附近误差较大；此外，也有部分研究采用视线制导方式对期望路径进行连续跟踪，但传统的视线制导方式存在收敛速度慢、侧向跟踪误差和沿途跟踪误差两个方向上的收敛互相制约以及当被控对象位于期望路径上时制导子系统将会导致机器鱼偏离期望路径等缺点。
技术实现思路
1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种仿生机器鱼的路径跟踪控制方法、系统、装置及介质。
2、本发明所采用的技术方案是：
3、一种仿生机器鱼的路径跟踪控制方法，包括以下步骤：
4、建立惯性坐标系下的仿生机器鱼的运动学模型，通过传感器获取仿生机器鱼的运动信息；
5、基于仿生机器鱼的运动信息，通过有限时间收敛侧滑观测器估计侧滑角信息，作为补偿量对自适应视线制导律进行修正，以得到期望偏航角；
6、基于期望偏航角，通过内环pid控制器对仿生机器鱼的尾部摆动偏置值进行更新，以实现对仿生机器鱼的航向跟踪。
7、进一步地，所述运动学模型的表达式为：
8、
9、其中，u为仿生机器鱼的纵荡速度，v为仿生机器鱼的横荡速度，ψ为仿生机器鱼的偏航角，r为仿生机器鱼的艏摇角速度，x,y是仿生机器鱼的坐标。
10、进一步地，所述有限时间侧滑观测器的表达式为：
11、
12、其中，为侧向误差ye的估计值，为仿生机器鱼的侧滑角β的估计值，为有限时间侧滑观测器所估计的侧向误差与实际值的偏差；u为纵荡速度u和横荡速度v的合速度，ψ为仿生机器鱼的偏航角，ψp为仿生机器鱼的路径角，λ为常数项，sig为sig(x)函数，即|x|0.5sign(x)。
13、进一步地，所述侧向误差ye的微分表达式为：
14、
15、由于侧滑角β通常较小，有sinβ≈β和cosβ≈1，故公式(2)为：
16、
17、将公式(1)和公式(3)作差，得观测误差为：
18、
19、其中，xd,yd为仿生机器鱼的期望坐标，为当前路径因子对应的路径切向角，为有限时间侧滑观测器所估计的侧滑角与实际值的偏差。
20、进一步地，所述视线制导律的表达式为：
21、
22、其中，ψd为期望偏航角，ψr为改进后的视线制导律所输出的期望角度，ψp为仿生机器鱼的路径角，ye为侧向误差，δh为前瞻距离，为仿生机器鱼的侧滑角β的估计值；在该制导律控制下，仿生机器鱼的侧向误差将得到控制，即侧向误差将收敛到0。
23、进一步地，所述前瞻距离δh通过时变的前瞻距离计算公式进行计算：
24、
25、其中，δhmax为时变前瞻距离的上限值，δhmin为时变前瞻距离的下限值，而k为正的设计参数，通过调节k来调节前瞻距离对侧向误差的敏感度。
26、进一步地，在所述通过内环pid控制器对仿生机器鱼的尾部摆动偏置值进行更新步骤之前，还包括以下步骤：
27、通过滤波算法对仿生机器鱼的期望偏航角进行平滑处理。
28、本发明所采用的另一技术方案是：
29、一种仿生机器鱼的路径跟踪控制系统，包括：
30、信息采集模块，用于建立惯性坐标系下的仿生机器鱼的运动学模型，通过传感器获取仿生机器鱼的运动信息；
31、估计补偿模块，用于基于仿生机器鱼的运动信息，通过有限时间收敛侧滑观测器估计侧滑角信息，作为补偿量对自适应视线制导律进行修正，以得到期望偏航角；
32、更新控制模块，用于基于期望偏航角，通过内环pid控制器对仿生机器鱼的尾部摆动偏置值进行更新，以实现对仿生机器鱼的航向跟踪。
33、本发明所采用的另一技术方案是：
34、一种仿生机器鱼的路径跟踪控制装置，包括：
35、至少一个处理器；
36、至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
37、当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如上所述方法。
38、本发明所采用的另一技术方案是：
39、一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如上所述方法。
40、本发明的有益效果是：本发明提出一种带有限时间收敛的侧滑角观测的自适应视线制导的方案，实时补偿由于机器鱼实际游动航向角与实时偏航角间的误差导致的侧滑漂移运动，有效地改善跟踪性能。
1.一种仿生机器鱼的路径跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种仿生机器鱼的路径跟踪控制方法，其特征在于，所述运动学模型的表达式为：
3.根据权利要求2所述的一种仿生机器鱼的路径跟踪控制方法，其特征在于，所述有限时间侧滑观测器的表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种仿生机器鱼的路径跟踪控制方法，其特征在于，所述侧向误差ye的微分表达式为：
5.根据权利要求1所述的一种仿生机器鱼的路径跟踪控制方法，其特征在于，所述视线制导律的表达式为：
6.根据权利要求5所述的一种仿生机器鱼的路径跟踪控制方法，其特征在于，所述前瞻距离δh通过时变的前瞻距离计算公式进行计算：
7.根据权利要求1所述的一种仿生机器鱼的路径跟踪控制方法，其特征在于，在所述通过内环pid控制器对仿生机器鱼的尾部摆动偏置值进行更新步骤之前，还包括以下步骤：
8.一种仿生机器鱼的路径跟踪控制系统，其特征在于，包括：
9.一种仿生机器鱼的路径跟踪控制装置，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1-7任一项所述方法。