(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111613693.8 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 中国科学院沈阳自动化研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区南塔街 114号 (72)发明人 康帅　俞建成　张进　胡峰　 金乾隆　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 代理人 周宇 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑记忆效应的水动力相互作用力预 报方法 (57)摘要 本发明涉及一种考虑记忆效应的水动力相 互作用力预报方法。 本发明所提预报方法主要分 为三步。 第一， 通过考虑流体记忆效应实现对传 统水动力模型的修正。 第二， 基于修正后的水动 力模型， 通过多水下机器人在水中近距离运动时 某一个体所受水动力与该个体独立运动所受水 动力做差的方法来构建水动力相互作用力预报 模型。 第三， 利用参数等价代换方法， 将多水下机 器人的间距作为水动力相互作用力预报模型的 自变量， 以实现水动力相互作用力与间距关系的 连续表示。 本发明具有机理明确清晰、 预报精度 高等特点， 可广泛应用于多水下机器人近距离运 动时的水动力相互作用力预报工作。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114398841 A 2022.04.26 CN 114398841 A 1.一种考虑记 忆效应的水动力相互作用力预报方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 第一， 定义 假设条件， 通过考虑流体记 忆效应实现对传统水动力模型的修 正； 第二， 基于修正后的水动力模型， 通过多水下机器人在水中近距离运动 时某一个体所 受水动力与该个 体独立运动所受水动力做差的方法来构建水动力相互作用力预报模型； 第三， 利用参数等价代换方法， 将多水下机器人的间距作为水动力相互作用力预报模 型的自变量， 以实现水动力相互作用力与间距关系的连续表示。 2.根据权利要求1所述的一种考虑记忆效应的水动力相互作用力预报方法， 其特征在 于， 所述条件包括： 假定水下机器人在深、 广、 静的水中近距离运动， 不考虑除其它个体水下 机器人轮廓之外的流场边界的影响， 同时不考虑 复杂水下现象的影响； 假定包围水下机器 人的水为不可压缩、 无粘、 无旋的理想流体， 并且机器人运动引起周围水的运动符合势 流理 论； 假定水下机器人的惯性较小， 其 急动度的影响不可忽略； 假定水下机器人的操纵运动可 近似分解 为水平面 运动和垂直 面运动， 二者的耦合效应可以忽略。 3.根据权利要求1所述的一种考虑记忆效应的水动力相互作用力预报方法， 其特征在 于， 所述对传统水动力模型 的修正包括： 考虑流体的记忆效应， 引入速度高阶导数， 建立表 达多机器人近距离运动中每 个个体所受水动力的高阶数 学模型： 其中， F(n)为多水下机器人中编号为n的个体机器人所受水动力； V， 分别为第n个 个体机器人的线速度、 线加速度和线急动度； Ω， 分别为第n个个体机器人的角速度、 角加速度和角急动度； …为线速度三阶及以上高阶导数； …为角速度三阶及以上高阶 导数； B(V,Ω)， 分别为粘性类水动力项， 惯性类水动力 项， 记忆效应项。 4.根据权利要求3所述的一种考虑记忆效应的水动力相互作用力预报方法， 其特征在 于， 函数 采用泰勒展开式表示， 选择水下机器人作匀速直 航的平衡 状态为基准 运动， 并作为泰勒展开 点。 5.根据权利要求3所述的一种考虑记忆效应的水动力相互作用力预报方法， 其特征在 于， 所述高阶数学模 型F(n)按阶数逐步展开， 直到其能准确预报多 水下机器人近距离运动时 第n个个体机器人所受水动力时停止； 所述准确预报为计算的单体受到的水动力与单体受 到的水动力的差值收敛于阈值范围内。 6.根据权利要求1所述的一种考虑记忆效应的水动力相互作用力预报方法， 其特征在 于， 所述构建水动力相互作用力预报模 型包括： 对多机器人近距离运动中的第n个个体机器 人所受水动力F(n)与第n个个体水下机器人独立运动时所受水动力F(s)做差， 该差值即为第n 个个体水下机器人与其它近距离运动的水下机器人之间的水动力相互作用力I(n),可表示 为： I(n)＝F(n)‑F(s)  (2) 7.根据权利要求6所述的一种考虑记忆效应的水动力相互作用力预报方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114398841 A 2于， 函数 经泰勒展开后， 为各运动参数与相应系数乘法和 的形式， 其中水下机器人运动参数相应的系 数为水动力系 数， 多水下机器人近距离运动中 的第n个个体水下机器人水动力系数统称为F(n)C， 独立运动的第n个个体水下机器人水动力 系数统称为F(s)C， 将V, …,Ω, …统称为V， 则公式(2)可进一 步表示为： I(n)＝F(n)C·V‑F(s)C·V  (3) 8.根据权利要求7所述的一种考虑记忆效应的水动力相互作用力预报方法， 其特征在 于， 对于多 水下机器人近距离运动工况， 第n个个体水下机器人水动力系数随着水下机器人 间的间距变化而变化， 即F(n)C为无量纲间距R的函数， 由于独立运动的第n个个体水下机器 人水动力系数 F(s)C为定值， 通过 F(s)C和无量纲间距R来表示F(n)C， 即： F(n)C＝F(s)C·h(R)  (4) 9.根据权利要求8所述的一种考虑记忆效应的水动力相互作用力预报方法， 其特征在 于， 将公式(4)带入到公式(3)中即可实现水动力相互作用力与间距关系的连续表示： I(n)＝[h(R)‑1]·F(s)C·V  (5) 10.根据权利要求9所述的一种考虑记忆效应的水动力相互作用力预报方法， 其特征在 于， 所述水动力相互作用力I(n)等效于其它每个个体水下机器人对第n个个体水下机器人相 互作用力的累加 和。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114398841 A 3