Nhận dạng hệ số lực nâng theo góc tấn công của thiết bị bay bằng mạng nơron hồi quy phi tuyến

Bài báo đề xuất việc sử dụng mạng nơron hồi quy phi tuyến để có thể xác định hệ số lực nâng theo góc tấn công của thiết bị bay khi giá trị góc tấn công là lớn. Nội dung bài báo bao gồm việc xây dựng mô hình mô phỏng một kênh điều khiển thiết bị bay theo các hệ phương trình và bộ dữ liệu giả thiết ban đầu, tiến hành xây dựng mạng và luyện mạng để xác định hệ số này. Bài báo đã đề xuất và đưa ra các kết quả ban đầu khả quan khi sử dụng mạng hồi quy phi tuyến để nhận dạng các hàm số phụ thuộc phi tuyến trong thiết kế và điều khiển thiết bị bay.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhận dạng hệ số lực nâng theo góc tấn công của thiết bị bay bằng mạng nơron hồi quy phi tuyến Nghiên cứu khoa học công nghệ NHẬN DẠNG HỆ SỐ LỰC NÂNG THEO GÓC TẤN CÔNG CỦA THIẾT BỊ BAY BẰNG MẠNG NƠRON HỒI QUY PHI TUYẾN Trương Đăng Khoa1*, Nguyễn Đức Thành2* Tóm tắt: Bài báo đề xuất việc sử dụng mạng nơron hồi quy phi tuyến để có thể xác định hệ số lực nâng theo góc tấn công của thiết bị bay khi giá trị góc tấn công là lớn. Nội dung bài báo bao gồm việc xây dựng mô hình mô phỏng một kênh điều khiển thiết bị bay theo các hệ phương trình và bộ dữ liệu giả thiết ban đầu, tiến hành xây dựng mạng và luyện mạng để xác định hệ số này. Bài báo đã đề xuất và đưa ra các kết quả ban đầu khả quan khi sử dụng mạng hồi quy phi tuyến để nhận dạng các hàm số phụ thuộc phi tuyến trong thiết kế và điều khiển thiết bị bay. Từ khóa: Thiết bị bay, Nhận dạng, Hệ thống phi tuyến, Mạng nơron. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thiết kế sơ bộ cũng như mô phỏng thử nghiệm, để đánh giá chất lượng các thuật toán điều khiển thiết bị bay, cần xác định các hệ số khí động trong các điều kiện và thời gian bay. Các tài liệu nghiên cứu về thiết bị bay chứng tỏ các hệ số này là phi tuyến và phụ thuộc nhiều tham số (độ cao, tốc độ bay, hình dạng, đặc trưng khí động của thân vỏ, cánh, sơ đồ bố trí khí động…). Trong tính toán, để đơn giản, thường đưa quan hệ này về tuyến tính hoặc tuyến tính từng đoạn [1, 2]. Để xác định các hệ số khí động, một trong các công cụ mô phỏng, tính toán được sử dụng rộng rãi là mạng nơron. Các vấn đề mà bài toán đề cập trong các tài liệu [4, 5, 6, 7]. Tài liệu [4] sử dụng các cấu trúc mạng nơron xác định các tham số khí động của thiết bị bay cũng như tham số các cơ cấu điều khiển và động cơ. Tài liệu [5] nhận dạng mô hình toán học chuyển động dọc trục của thiết bị bay khi có tác động của tạp âm và sự dịch chuyển tham số của các cảm biến. Tài liệu [7], trên cơ sở nhận dạng tham số trong chế độ trượt, đã mô phỏng điều khiển thiết bị tác động lái của thiết bị bay khi tính đến sự biến đổi lớn các tham số điều khiển và đối tượng điều khiển. Một ưu điểm nổi bật của mạng nơron là khả năng xấp xỉ hóa các dạng hàm phi tuyến [6]. Các mạng nơron hiện nay được ứng dụng rất nhiều trong các bài toán nhận dạng, đặc biệt là nhận dạng các hàm phi tuyến. 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG THAM SỐ PHI TUYẾN DẠNG HỒI QUY Hệ động học phi tuyến có đầu vào u và đầu ra y có thể xác định bởi mô hình: (1) Trong đó: ym(k) - Đầu ra mô hình; φ(k) - Vectơ hồi qui; - Vectơ tham số cần nhận dạng. Đối với mô hình NARX (Nonlinear AutoRegressive with exogenous inputs), vectơ hồi quy φ(k) là tập hợp các giá trị đầu vào và đầu ra giữ chậm của mô hình: φ(k)= (u(k-1), u(k-2),…, u(k-nu), y(k-1), y(k-2),…, y(k-ny)) (2) Sơ đồ khối mô hình NARX thể hiện trên hình 1. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 46, 12 - 2016 19  Tên lửa & Thiết bị bay Hình 1. Cấu trúc mô hình NARX. Sự sai lệch giữa đầu ra hệ thống thực và đầu ra của mô hình sẽ đóng vai trò là tín hiệu hiệu chỉnh, thay đổi các tham số của mô hình sao cho sai lệch này đạt tới giá trị nhỏ nhất. 3. NHẬN DẠNG ĐẠO HÀM HỆ SỐ LỰC NÂNG THEO GÓC TẤN CÔNG KÊNH ĐỘ CAO CỦA THIẾT BỊ BAY Chuyển động của tên lửa theo kênh độ cao được thể hiện qua hình 2. Trên hình 2, ký hiệu: α- Góc tấn công; θ - Góc nghiêng quỹ đạo; V- Tốc độ thiết bị bay; G- Trọng lực thiết bị bay; Y- Lực nâng; P- Lực đẩy động cơ; 0xy- Hệ tọa độ tốc độ; Ox1- Trục dọc thiết bị bay; Oxg- Trục Ox trong hệ tọa độ đất. Hình 2. Vị trí tên lửa trong mặt phẳng đứng. 3.1. Nhận dạng tham số Xác định giá trị các hệ số lực nâng của thiết bị bay bao gồm hệ số và hệ số Hình chiếu của vectơ quá tải lên trục 0y trong hệ tọa độ tốc độ được xác định: (3) Giá trị lực nâng khí động: Y= Cy.q.S (4) Chuyển từ hệ tọa độ tốc độ chuyển sang hệ tọa độ liên kết: (5) Từ (5), nhận được giá trị quá tải theo kênh độ cao trong hệ tọa độ liên kết: (6) Thay (3, 4) vào (6) và biểu diễn qua hệ số Cy , nhận được: 20 T. Đ. Khoa, N. Đ. Thành, “Nhận dạng hệ số lực nâng… mạng nơron hồi quy phi tuyến.” Nghiên cứu khoa học công nghệ (7) Trong quá trình thử nghiệm hoặc bằng cách mô phỏng, xác định được các tham số α(t), nx(t), ny(t) đưa vào công thức (7) thì có thể xác định được hệ số lực nâng = f(t). Khi giá trị α nhỏ, hệ số lực nâng là một hàm phụ thuộc tuyến tính vào α và [2]: (8) Từ (7) và (8) tính được giá trị , qua đó xác định được thành phần : (9) Bằng cách xây dựng mô hình kênh đứng thiết bị bay, xác định được mối q ...