Hình dạng và phân bố của các hàm liên thuộc của các biến ngôn ngữ đầu vào, đầu ra theo phương pháp dẫn mờ thông thường là cố định, trong phần này, ta sẽ tối ưu bộ điều k[r]
(1)XÂY DỰNG LUẬT DẪN MỜ TỐI ƯU TRÊN CƠ SỞ LUẬT DẪN TIẾP CẬN TỶ LỆ VÀ THUẬT TOÁN DI TRUYỀN
Nguyễn Minh Hồng1, Nguyễn Thành Tân2, Lương Việt Hoa3, Trần Quý1
Tóm tắt: Bài báo giới thiệu phương pháp xây dựng luật dẫn mờ tối ưu cho Tên lửa sở luật dẫn tiếp cận tỷ lệ sử dụng thuật toán di truyền (GA) Đây cách tiếp cận hiệu thay kết hợp với phương pháp xây dựng truyền thống dựa kinh nghiệm, kiến thức người thiết kế Các kết mô chứng tỏ ưu điểm bật phương pháp dẫn đề xuất
Từ khóa: Luật dẫn, Tên lửa, Thuật toán di truyền, Điều khiển mờ
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Các luật dẫn Tên lửa kinh điển, đặc biệt luật dẫn tiếp cận tỉ lệ (PN) được áp dụng thành công thực tế Tuy nhiên điều kiện chiến tranh đại, luật dẫn kinh điển bắt đầu bộc lộ hạn chế Do việc nghiên cứu, phát triển xây dựng luật dẫn Tên lửa quan tâm Hai hướng tiếp cận để cải thiện xây dựng luật dẫn [10]:
- Ứng dụng lý thuyết điều khiển đại - Ứng dụng trí tuệ nhân tạo
Trong ứng dụng trí tuệ nhân tạo, ba công cụ sử dụng phổ biến mạng neural, logic mờ thuật toán di truyền Logic mờ nghiên cứu ứng dụng xây dựng luật dẫn tên lửa rộng rãi Các luật dẫn dựa logic mờ phần lớn xây dựng dựa kinh nghiệm người thiết kế [8, 9] Thực tế cho thấy, phương pháp tổng hợp luật dẫn mờ thường gặp phải hai khó khăn là:
- Các luật dẫn mờ thường tổng hợp theo kinh nghiệm quan điểm riêng người thiết kế Do cơng việc thiết kế thường mang nặng tính “thử sai” tính kinh nghiệm chủ quan
- Các hệ thống điều khiển Tên lửa thường phức tạp, người thiết kế nhiều thời gian mà kết đạt không tối ưu
Xuất phát từ lý trên, báo đề xuất phương pháp xây dựng luật dẫn mờ tối ưu Đó sử dụng thuật toán di truyền (GA) để điều chỉnh điều khiển mờ Khi kết hợp với thuật toán di truyền [1, 2, 3], điều khiển mờ [4, 5, 6]có khả thích nghi, khả thay đổi tham số hiệu điều khiển tốt
(2)mờ (FLC) Phần trình bày kết mô phỏng, so sánh phương pháp dẫn xây dựng với phương pháp dẫn PN phương pháp dẫn mờ thông thường Cuối phần kết luận
2 THIẾT KẾ LUẬT DẪN MỜ TỐI ƯU
Bài báo xét toán dẫn Tên lửa mặt phẳng thẳng đứng với mơ hình tuyến tính hóa Điều khơng làm giảm tính tổng quát khảo sát, đánh giá chất lượng hệ thống dẫn [7] Bài báo sử dụng GA để tổng hợp luật dẫn mờ tối ưu, đồng thời chất lượng hệ thống so sánh với chất lượng hệ thống sử dụng luật dẫn tiếp cận tỉ lệ luật dẫn mờ thông thường [9]
2.1 Luật dẫn tiếp cận tỉ lệ
Đây luật dẫn sử dụng phổ biến hệ thống tên lửa tự dẫn Về chất để dẫn theo phương pháp dẫn tiệm cận tỷ lệ cần tạo lệnh tỉ lệ với gia tốc vng góc với đường ngắm mục tiêu-tên lửa tức thời
Luật dẫn tiếp cận tỉ lệ mô tả biểu thức xác định gia tốc pháp tuyến địi hỏi [7]:
Trong : gia tốc pháp tuyến đòi hỏi hệ số dẫn
vận tốc tiếp cận
tốc độ góc đường ngắm mục tiêu 2.2 Luật dẫn mờ thông thường
Khi thiết kế khối luật dẫn mờ thơng thường [7] ứng với biến ngôn ngữ đầu vào đầu chọn giá trị ngơn ngữ Cụ thể giá trị ngơn ngữ kí hiệu sau:
Bảng 1 Ý nghĩa giá trị ngôn ngữ
Kí hiệu BN MN SN Z SP MP BP
Ý nghĩa
Âm lớn
Âm vừa
Âm
nhỏ Không
Dương nhỏ
Dương vừa
Dương lớn Luật dẫn có hai đầu vào tốc độ đường ngắm mục tiêu đạo hàm tốc độ đường ngắm mục tiêu , đầu gia tốc pháp tuyến đòi hỏi (khoảng giá trị biến ngôn ngữ xác định dựa vào kết mô áp dụng luật dẫn tiếp cận tỉ lệ phương pháp “thử sai”)
(3)Bảng 2. Các quy tắc mờ sử dụng cho luật dẫn mờ
BN MN SN Z SP MP BP
SN BN BN MN Z SP MP MP
Z MN MN MN Z MP MP MP
SP MN MN SN Z MP BP BP
2.3 Tổng hợp luật dẫn mờ tối ưu
Thông thường sử dụng GA để tối ưu FLC, người ta thường có bốn cách tiếp cận sau:
- Điều chỉnh DB với RB xác định trước (1); - Điều chỉnh RB với DB xác định trước (2); - Điều chỉnh đồng thời DB RB (3);
- Điều chỉnh DB RB cách (4)
Do kích thước khơng gian tìm kiếm tăng theo số mũ với kích thước nhiễm sắc thể nên yêu cầu quan trọng áp dụng GA đảm bảo chiều dài nhiễm sắc thể ngắn phải đảm bảo chất lượng kết tìm Điều thực ta đưa thêm số giả thiết vào toán, sử dụng phương pháp mã hóa hợp lý Bài báo sử dụng hướng tiếp cận (1) dựa vào hiểu biết trình điều khiển tên lửa, đưa RB hợp lý, việc đưa DB phù hợp khó Ngồi tiếp cận theo hướng (1) giảm đáng kể chiều dài nhiễm sắc thể Hình mơ tả q trình tối ưu FLC GA
Hình 1 Sơ đồ khối điều chỉnh FLC GA
Khi ta cố định RB bảng Hình dạng phân bố hàm liên thuộc biến ngôn ngữ đầu vào, đầu theo phương pháp dẫn mờ thông thường cố định, phần này, ta tối ưu điều khiển mờ cách điều chỉnh hàm liên thuộc biến đầu vào biến đầu Cùng với giả thiết đối xứng, hình thể tham số dùng để xác định hàm liên thuộc cho biến đầu vào biến đầu
Vào Khâu mờ hóa Hệ suy diễn Khâu giải mờ Ra
Cơ sở liệu (DB) Cơ sở luật (RB) GA
(4)Hình 2 Hàm liên thuộc dạng đối xứng phương pháp mã hóa
Trong hình 2, hàm liên thuộc xác định hai tham số tọa độ điểm gập bên trái bên phải hàm liên thuộc thứ i Gọi tọa độ đỉnh tam giác Khi hai hàm liên thuộc bên trái bên phải ta có: Đối với hàm liên thuộc cịn lại ta có: Thứ tự tham số xác định hình dạng hàm liên thuộc sau:
(1) Như vậy, để biểu diễn hình dạng hàm liên thuộc, ta cần tới 12 tham số Tuy nhiên, với giả thiết đối xứng, ta cần tới tham số để xác định hình dạng hàm liên thuộc Để đảm bảo điều kiện (1), ta sử dụng biến phụ
để xác định tham số sau:
(2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) Trong
(14) Các biểu thức biến đổi
(5)Phương pháp mã hóa biến phụ thể chi tiết hình Các biến nhận giá trị khoảng [0.00, 9.99] với độ xác chữ số phần thập phân Như vậy, với biến phụ cần số nguyên để biểu diễn Ta làm tương tự biến mờ Chú ý, biến mờ có giá trị mờ, có ba hàm liên thuộc Khi đó, với giả thiết đối xứng sử dụng biến phụ Như vậy, tổng cộng ta có 14 biến phụ, biến phụ sử dụng số nguyên Do ta cần tất 42 số ngun để mã hóa hình dạng hàm liên thuộc
Các tham số dùng cho thuật toán di truyền sau: - Toán tử lai ghép: điểm, xác suất lai ghép - Toán tử đột biến: điểm, xác suất đột biến - Toán tử chọn lọc: chọn lọc tỷ lệ
- Số hệ: 60
- Bởi luật dẫn, có hai tham số ta quan tâm độ trượt tổng gia tốc pháp tuyến đòi hỏi Ta mong muốn cực tiểu hai đại lượng Do ta chọn hàm thích nghi có dạng: Trong đó:
d: độ trượt (m);
S: tổng gia tốc pháp tuyến đòi hỏi (g);
k: trọng số quy định mức độ ảnh hưởng biến S, ta chọn k = 0,01 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Các giả thiết cho mô phỏng: Mục tiêu động với cường độ , góc sai số dẫn HE = 0, ban đầu tên lửa mục tiêu độ cao h=0 10000 m so với mặt nước biển Vận tốc tên lửa vận tốc mục tiêu thời gian bay Kết mô nhận được:
0 10 20 30 40 50 60
0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
thế hệ
gi
á
tr
ị c
ực
đ
ại
c
đa
h
µm
th
Ýc
h
n
gh
i
(6)-0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.2 0.4 0.6 0.8 lambdaD D e g re e o f m e m b e rs h ip
BN MN SN Z SP MP BP
-0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.2 0.4 0.6 0.8 lambdaD D e g re e o f me m b e rs h ip
BN MN SN Z SP MP BP
a FLCG b FLC
Hình 4 Dạng hàm liên thuộc biến đầu vào
-4 -3 -2 -1
x 10-3 0.2 0.4 0.6 0.8 lambdaDD D e g re e o f m e m b e rs h ip
SN Z SP
-4 -3 -2 -1
x 10-3 0.2 0.4 0.6 0.8 lambdaDD D e g re e o f m e m b e rs h ip
SN Z SP
a FLCG b FLC
Hình 5 Dạng hàm liên thuộc biến đầu vào
-300 -200 -100 100 200 300 0.2 0.4 0.6 0.8 Ac D e g re e o f m e m b e rs h ip
BN MN SN Z SP MP BP
-100 -80 -60 -40 -20 20 40 60 80 100 0.2 0.4 0.6 0.8 Ac D e g re e o f m e m b e rs h ip
BN MN SN Z SP MP BP
a FLCG b FLC
(7)0 10 -2 10 12 14 time (s) ac ( g m/ s 2) PN FLC FLCG
0 10
-2 10 12 14 16 time (s) ap ( g m /s 2) PN FLC FLCG
a. Gia tốc pháp tuyến đòi hỏi. b. Gia tốc pháp tuyến tên lửa.
Hình 7 Gia tốc pháp tuyến địi hỏi gia tốc pháp tuyến
tên lửa ứng với luật dẫn
0 10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 time (s) To ta l A c c e le tio n ( g m /s
2 )
PN FLC FLCG
0 10
-0.01 -0.005 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 Time (s) L O S r a te ( d /s ) PN FLC FLCG
a. Tổng gia tốc pháp tuyến địi hỏi. b. Tốc độ góc đường ngắm.
Hình 8 Tổng gia tốc pháp tuyến địi hỏi tốc độ góc đường ngắm
ứng với luật dẫn
0 10
-0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0.005 0.01 0.015 0.02 time (s) d e riv a ti v e o f L OS r a te ( d /s 2) PN FLC FLCG
0 10
-50 50 100 150 200 250 300 350 400 450 time (s) y (m ) PN FLC FLCG
a. Gia tốc góc đường ngắm b. Khoảng cách tương đối Tên lửa – Mục tiêu.
Hình 9 Gia tốc góc đường ngắm khoảng cách Tên lửa – Mục tiêu