7. Kết cấu của luận án
3.3.2 Thiết kế bộ điều khiển nơ-ron cho các hệ thống con
[mxG − Nv ̇ Izz − Nr [ ] + [−Nv mxG − Nr ] = [Nuuδ ruref ] δr
r 2
0 0 1
ψ ̇
0 −1 0 ψ 0
Trong đó, uref là vận tốc mong muốn, δr là góc bẻ lái gắn trên thân
AUV.
Điều khiển độ sâu: Là hệ thống con điều khiển chuyển động của AUV theo chiều đứng với các giá trị w, , và z. Phương trình vi phân hệ thống con này được mô tả như sau (2.6):
− − 0 0 ̇ − − 0 0 ̇ ̇ − − 0 0 ̇ − − 0 [ ] = [ ̇ ̇ ] [ ] + 0 0 1 0 ̇ ̇ 0 −1 0 0 0 0 0 1 ̇ [ −1 0 0] 2 2 (3.37) 0 [ ] 0
Trong đó, δs là góc của cánh chỉnh độ sâu gắn ở phần đuôi AUV.
3.3.2 Thiết kế bộ điều khiển nơ-ron cho các hệ thống con
Trong phần này tác giả thiết kế 3 hệ thống điều khiển nơ-ron độc lập cho 3 hệ thống con nói trên. Các biến vào và ra của mỗi BĐK nơ-ron phụ thuộc vào phương trình vi phân mô tả ở (3.34), (3.36) và (3.37).
a. Hệ thống điều khiển hướng
Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống điều khiển hướng AUV
Dựa theo tài liệu [3], ta có thể sử dụng hàm mục tiêu cho bộ điều khiển dưới dạng:
E =1 [( d − )2+2 + r2 ], (3.38)
k
1k 2 1 k 1 Rk 1 k
trong đó, Rk và rk lần lượt là góc bẻ lái và tốc độ đổi hướng phương tiện
ngầm tại thời điểm k , các hằng số 1 , 1 , và 1 tương ứng là hệ số tỷ lệ, hệ số phản hồi góc bẻ lái và hệ số vi phân hướng đi.
Bộ điều khiển nơ-ron được chọn là một mạng nơ-ron nhiều lớp truyền thẳng có một lớp ẩn. Mạng gồm bốn nơ-ron lớp vào, sáu nơ-ron lớp ẩn và một nơ-ron lớp ra tương tự như đã mô tả ở [3]. Trong đó, wij là ký hiệu hàm trọng lượng của nơ-ron lớp ra, wjp là ký hiệu hàm trọng lượng nơ-ron lớp ẩn. Các chỉ số p, i và j tương ứng là số lượng nơ-ron lớp vào, lớp ra và lớp ẩn. Các tín hiệu vào của bộ điều khiển chỉ gồm sai số hướng đi của phương tiện ngầm và các giá trị trễ của sai số này. Ký hiệu kd là hướng đi mong muốn và
k là hướng đi thực tế của phương tiện ngầm, nhiệm vụ của bộ điều khiển là tính toán góc bẻ lái phù hợp để hàm mục tiêu (3.38) đạt cực tiểu bằng luật cập nhật trọng số sau:
w1jp =O1p [ 1j sig(−I1j ) +1 0] =O1p 1j sig(−I1j ) , (3.39)
w1ij = 1 sig(I1j ) ( 1e1k + 1 Rk +1rk ) =1 O1j ( 1e1k +1 Rk +1rk ) . (3.40) Chỉ số 1 biểu thị BĐK nơ-ron thứ nhất dùng cho điều khiển hướng, trong đóe = d − k , và 1k k O1 j = sig(I1 j ) = 1 , (3.41) ) 1+ exp(−I 1 j I1j = (w1jp O1p ) + 1j , (3.42) p =w 1ij w1ij . 1 j (3.43)
b. Hệ thống điều khiển độ sâu
Tương tự [9] ta chọn hàm mục tiêu cho BĐK độ sâu như sau:
E =1[ (zd − z )2 +2 + w2 + 2 ] , (3.44)
2k 2 k
2 k 2 Sk 2 k 2 k
thực;Sk là góc bẻ của bánh lái độ sâu; wk là tốc độ theo phương đứng; và k là góc chúi của phương tiện ngầm (được thêm vào nhằm hạn chế góc chúi trong quá trình thay đổi độ sâu).
Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống điều khiển độ sâu AUV
Luật cập nhật trọng số trong trường hợp này, áp dụng phương pháp biến đổi trong [3], được tính như sau:
w2 jp=O2p [ 2j sig(−I2j ) +2 0] =O2p 2j sig(−I2j ) , (3.45)
w
2ij = 2 sig(I2j ) ( 2e2k + 2 Sk + 2wk +2 k ) .
= 2 O2j ( 2e2k + 2 Sk +2wk + 2 k ). (3.46) Chỉ số 2 biểu thị BĐK nơ-ron thứ hai dùng cho điều khiển độ sâu, trong
đó = − .
2
c. Hệ thống điều khiển tốc độ
Để thực hiện nhiệm vụ điều khiển tốc độ, hàm mục tiêu của bộ điều khiển NNC được chỉnh với các thành phần như sau:
1 2 2 2 2 ], (3.47) = [ ( − ) + 3 + ̇+ 3 3 2 3 3
trong đó 3 , 3 , 3 , và 3 là các hằng số; ukd , uk là giá trị mong muốn và giá trị thực tế của tốc độ phương tiện; là tốc độ vòng quay của máy; uk là thành phần vi phân của tốc độ phương tiện; là tích phân của sai số tốc độ.
Luật cập nhật trọng số trong trường hợp này, áp dụng phương pháp biến đổi trong [3], được tính như sau: ̇ = [ (− )+ ⋅0]= (− ), (3.48) 3 3 3 3 3 3 3 3 ̇ = ⋅ ( )⋅( + 3 + ̇ + 3 3 3 3 3 3 3 = ⋅ ⋅ ( + + ̇+ ). (3.49) 3 3 3 3 3 3 3
Chỉ số 3 biểu thị BĐK nơ-ron thứ ba dùng cho điều khiển tốc độ, trong đóe =ud −uk, và
3k k
Zk (t) = e3k (t)dt (3.50)