Điều khiển phi tuyến phương tiện ngầm bằng mạng nơ ron thích nghi

Phương tiện ngầm (PTN) tự hành và điều khiển từ xa ngày càng trở nên phổ biến trong việc nghiên cứu, thăm dò và thực hiện các nhiệm vụ dưới nước. PTN là 1 đối tượng phi tuyến, hoạt động trong môi trường có nhiễu không rõ ràng. Bài báo phát triển một bộ điều khiển phi tuyến sử dụng mạng nơ ron truyền tiến độc lập để đạt được kết quả bám tiệm cận trong điều kiện có các thành phần không tường minh trong mô hình và nhiễu loạn ngoài.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển phi tuyến phương tiện ngầm bằng mạng nơ ron thích nghiKỹ thuật điều khiển ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN PHƯƠNG TIỆN NGẦM BẰNG MẠNG NƠ RON THÍCH NGHI Phan Hoài Nam1*, Lê Kỳ Biên2, Bùi Thị Thanh Tâm3 Tóm tắt: Phương tiện ngầm (PTN) tự hành và điều khiển từ xa ngày càng trở nên phổ biến trong việc nghiên cứu, thăm dò và thực hiện các nhiệm vụ dưới nước. PTN là 1 đối tượng phi tuyến, hoạt động trong môi trường có nhiễu không rõ ràng. Bài báo phát triển một bộ điều khiển phi tuyến sử dụng mạng nơ ron truyền tiến độc lập để đạt được kết quả bám tiệm cận trong điều kiện có các thành phần không tường minh trong mô hình và nhiễu loạn ngoài.Từ khóa: Mạng Nơ ron. Điều khiển phi tuyến, Phương tiện ngầm. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Việc điều khiển PTN theo 1 quĩ đạo chính xác và bền vững với môi trường làmột trong những bài toán quan trọng và cần thiết trong quá trình thiết kế chế tạoPTN. Một vài kết quả nghiên cứu trước đây dựa trên giả thiết mô hình động họctường minh lấy từ các kết quả kinh nghiệm [2]. Trong khi các bộ điều khiển nàycần phải có được hiệu quả điều khiển tốt nhất, mô hình kinh nghiệm thường khôngchính xác, khó thực hiện, kết quả điều khiển mang lại đối với một mô hình khôngbiết chính xác không cao. Các bộ điều khiển thích nghi [3] đã giải quyết được cácvấn đề không tường minh trong mô hình và bộ điều khiển đã trở nên bền vững hơn.Các kết quả này cơ bản dựa trên giả thiết là các tham số động học không biết cóthể tuyến tính hoá được. Kết quả trong [4] sử dụng phương pháp thích nghi kinhđiển và bộ điều khiển chuyển mạch rời rạc để bù các thành phần phi tuyến đã tuyếntính hoá. Để so sánh với những kết quả điều khiển kiểu thích nghi kinh điển, cácnghiên cứu [5] đã ứng dụng logic mờ và mạng nơ ron làm các phương thức cơ bảnđể xấp xỉ các thành phần động học không tường minh gồm cả các nhiễu loạn bổsung (và không giả định là các thành phần này tuyến tính); tuy nhiên, sự tồn tại củanhiễu bên ngoài và sai số vốn có của hàm xấp xỉ làm cho kết quả bám cuối cùng bịchặn đều. Kết quả trình bày trong [6] sử dụng điều khiển chế độ trượt như 1 côngcụ hỗ trợ để ước lượng sai số trạng thái tĩnh, các bộ điều khiển trượt cho kết quảbền vững tốt, song bộ điều khiển là rời rạc [7]. Công trình [8] các tác giả mớidừng lại nghiên cứu sử dụng bộ điều khiển mờ- thích nghi cho ngõ ra một dạngPTN tự hành. Nội dung của bài báo sẽ phát triển một bộ điều khiển bám liên tụccho một lớp PTN đa biến phi tuyến hoạt động trong môi trường có nhiễu. 2. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA PTN200 P. H.Nam, L.K. Biên, B.T.T.Tâm, “Điều khiển phi tuyến …nơ ron thích nghi.”Nghiên cứu khoa học công nghệ PTN hoạt động trong môi trường nước chịu tác động của nhiều yếu tố môitrường như dòng chảy, gió, sóng biển... nên một số thông số thủy động tính toánmô phỏng không chính xác. Sự tác động qua lại giữa các kênh điều khiển tươngđối lớn ảnh hưởng đến chất lượng và tính ổn định của hệ thống. Việc đo lường đầyđủ các trạng thái rất khó khăn, vì thế xu hướng nghiên cứu thuật toán điều khiểnthích nghi hồi tiếp ngõ ra cho đối tượng ngư lôi đang được phát triển mạnh [8].Gần đây mạng nơron và hệ mờ được sử dụng rộng rãi trong trong các sơ đồ điềukhiển thích nghi và đạt được những kết quả đáng kể. Theo nghiên cứu của Fossen[1], phương trình động học của PTN được mô tả:   J   (1) trong đó,   t    6 là véc tơ tốc độ thẳng và tốc độ góc trong hệ qui chiếu vậtthể,   t    6 làm véc tơ vị trí và tư thế trong hệ qui chiếu trái đất, và J     66là ma trận chuyển Jacobi giữa 2 hệ qui chiếu và được xác định bởi:  J   033   1 J  (2)  033 J 2    với J 1     và J 2     33 33 được xác định bằng:   cos cos sin cos +cos sin sin sin sin +cos cos sin  J1     sin cos cos cos +sin sin sin cos s +sin sin cos     sin cos sin cos cos  Và: 1 sin t cos tg    J 2    0 cos sin  ,    0 sin / cos cos / cos  Các véc tơ mô tả trạng thái của PTN như sau: ...