Thiết kế bộ điều khiển bám đuổi thích nghi mạng nơ ron – mờ cho hệ thống trực thăng 2 DOF

Trong bài báo này, một hệ thống điều khiển được đề xuất cho mô hình động không biết chính xác hoặc không biết cho trực thăng hai bậc tự do (DoF) để đạt được bám đuổi vị trí chính xác cao dựa trên mạng Nơ ron - Mờ. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế bộ điều khiển bám đuổi thích nghi mạng nơ ron – mờ cho hệ thống trực thăng 2 DOF 8 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐUỔI THÍCH NGHI MẠNG NƠ RON – MỜ CHO HỆ THỐNG TRỰC THĂNG 2 DOF DESIGN OF ADAPTIVE TRACKING CONTROLLER FUZZY–NEURAL NETWORK FOR 2 - DOF HELICOPTER SYSTEM Nguyễn Minh Tâm1, Đồng Văn Hướng2 1,2 Đại Học GTVT TP.HCM Tóm tắt: Trong bài báo này, một hệ thống điều khiển được đề xuất cho mô hình động không biết chính xác hoặc không biết cho trực thăng hai bậc tự do (DoF) để đạt được bám đuổi vị trí chính xác cao dựa trên mạng Nơ ron - Mờ. Trong hệ thống điều khiển đề xuất, một mạng Nơ ron - Mờ 4 lớp (NFN) được thiết kế để bắt chước hệ thống điều khiển lý tưởng và bộ bù trơn được thiết kế để bù sai số giữa bộ điều khiển lý tưởng với bộ điều khiển mạng nơ ron - mờ. Thuật toán điều chỉnh các tham số của bộ điều khiển được tìm thấy dựa trên lý thuyết ổn đinh Lyapunov, do đó ổn định của hệ thống có thể được đảm bảo. Cuối cùng, kết quả mô phỏng đối với trực thăng 2 DoF được cung cấp để kiểm chứng hiệu quả của phương pháp điều khiển ANFNC được đề xuất. Từ khóa: Trực thăng 2DoF, mạng Nơ ron - Mờ, hệ thống MIMO, hệ thống phi tuyến. Abstract: In this paper, a control system is proposed for the uncertain dynamic model or un - model for the 2 DoF helicopter to achieve the high-precision position tracking based on neural - fuzzy - network. In proposed control system, a four - layer neural fuzzy network (NFN) is designed to mimic an ideal controller and the smooth compensate controller is designed to compensate for the approximation error between the ideal controller and the neural fuzzy network controller. The tuning algorithms of the controller are derived in the Lyapunov stability theory. So, the stability of the system can be guaranteed. Finally, numerical simulations results of the 2 DoF helicopter are provided to verify the effectiveness and robustness of the proposed ANFNC control methodology. Keywords: 2 DoF helicopter, Neural - Fuzzy Network, MIMO system, nonlinear system. 1. Giới thiệu Gần đây, nhiều kết quả nghiên cứu đã Máy bay trực thăng đã trở nên rất phổ thực hiện thành công bằng áp dụng mạng Nơ biến không những cho việc vận chuyển ron - Mờ (Neural – Fuzzy Network: NFN). khoảng cách ngắn bởi vì nó có khả năng hạ Trong đó, Hệ thống mạng Nơ ron – Mờ kết cánh và cất cánh ở các khu vực nhỏ mà còn hợp được khả năng suy luận mờ vào việc xử được áp dụng cho một loạt các dịch vụ, bao lý thông tin không chắc chắn [6] (suy luận gồm cả cứu hộ trên biển, chữa cháy, điều quy luật If - Then giống như con người và dễ khiển giao thông [1]. Động lực học của trực dàng kết hợp với kiến thức chuyên gia) và thăng là hệ thống phi tuyến cao, không ổn khả năng học của mạng [7] (có khả năng học định và rất khó để mô hình hóa [2]. Vì vậy, và tối ưu hóa) vào lĩnh vực điều khiển để đối việc nhận dạng và điều khiển trực thăng sử phó với hệ thống phi tuyến và mô hình động dụng các kỹ thuật điều khiển dựa trên mô lực học không chắc chắn. hình là vấn đề vô cùng thách thức. Bài báo này được tổ chức như sau: Mục Mạng NNs (Neural Networks: NNs) là 2 mô tả hệ thống, mục 3 đề xuất hệ thống một bộ xấp xỉ có vai trò quan trọng trong điều khiển ANFNC (Adaptive Neural - thực tế, thường được sử dụng để mô hình hóa Fuzzy Network Controller: ANFNC) cho hệ thống phi tuyến với độ chính xác tùy ý hệ thống trực thăng 2 DoF sử dụng mạng Nơ thông qua việc học và khả năng thích nghi ron – Mờ bốn lớp. Kết quả mô phỏng được của mạng. Tuy nhiên, tốc độ học của NNs đưa ra để kiểm chứng hiệu quả của bộ điều quá chậm, do tất cả các trọng lượng được cập khiển ANFNC đề xuất được trình bày ở mục nhật trong mỗi chu kỳ học. Vì vậy, hiệu quả 4. Kết luận được rút ra ở mục 5. của NNs nhiều lớp bị giới hạn trong các vấn 2. Mô tả hệ thống đề yều cầu học trực tuyến.  9 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016 Trực thăng 2 - DoF bao gồm một trực tưởng có thể được thiết kế dựa trên phương thăng gắn trên một nền cố định với hai cánh pháp phản hồi tuyến tính hóa [9] như sau: quạt được điều khiển bởi động cơ DC. Cánh u   g 1  xd  f  K T e  . (5) quạt phía trước điều khiển độ cao xung quanh trục Z “Pitch” đại diện bởi góc  và Trong đó K  [ K1 K2 ]T là ma trận hằng cánh quạt phía sau điều khiển hướng xung số xác định dương. quanh trục Y “Yaw” đại diện bởi góc  . Thế bộ điều khiển lý tưởng (5) vào Làm như vậy có thể xem như là cấu trúc trực phương trình (1) ta có phương trình sai số. thăng 2 DoF tự do như miêu tả ở hình 1. e  KT e  0 (6) Cuối cùng, mô hình động lực học của hệ Ở phương trình (7), nếu K được chọn thống trực thăng 2 DoF có thể được thiết lập lựa để tất cả nghiệm của đa thức sử dụng phương pháp Euler Lagrange theo P( )  I   K1  K2 tương ứng theo đa [8] có dạng như sau: t ...