專利名稱：深潛救生艇多模態(tài)rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種深潛救生艇控制裝置。特別是一種多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校 正控制裝置。本發(fā)明也涉及一種深潛救生艇控制方法。
背景技術(shù)：
目前船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)多采用PID控制算法，使船舶或深潛救生艇動(dòng)態(tài)的保持在 某一期望位置。雖然PID控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)工況具有良好的控制性能，但是PID控制 有很多的局限性，主要體現(xiàn)在環(huán)境發(fā)生變化偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，控制效果將變差甚至不穩(wěn)定。 而深潛救生艇在與失事潛艇的對(duì)接過(guò)程當(dāng)中海洋環(huán)境是比較復(fù)雜的，常常存在很多的干擾 因素和不確定因素。這樣在某一海洋環(huán)境下有最優(yōu)控制效果的PID參數(shù)在其它情況下可能 就無(wú)法達(dá)到期望的控制效果，甚至無(wú)法完成任務(wù)。另外由于海洋環(huán)境是不斷變化的，這就使 深潛救生艇的水動(dòng)力系數(shù)發(fā)生了變化，而傳統(tǒng)PID控制的參數(shù)是固定的，海洋環(huán)境變化之 后PID的控制參數(shù)必需做相應(yīng)的調(diào)整，顯然采用固定參數(shù)的PID控制很難順利的完成深潛 救生艇的動(dòng)力定位過(guò)程。 經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN1776555A，名稱基于模糊自適應(yīng)算法的船 舶動(dòng)力定位控制方法，它適用于水面船。該方法描述了一種基于模糊自適應(yīng)算法的船舶動(dòng) 力定位控制方法，該系統(tǒng)通過(guò)控制過(guò)程中的信息來(lái)調(diào)整模糊控制的規(guī)則以達(dá)到最佳，從而 達(dá)到自適應(yīng)的目的，該方法在控制時(shí)存在系統(tǒng)靜差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在海洋環(huán)境發(fā)生變化時(shí)也能滿足控制精度要求，從而 順利的完成深潛救生艇與失事潛艇的對(duì)接的深潛救生艇多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制 裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于深潛救生艇多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制裝置 的控制方法。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的深潛救生艇多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制裝置包括一臺(tái)電羅經(jīng)、三臺(tái) 高頻短基線聲納、一個(gè)DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、控制計(jì)算機(jī)、兩臺(tái)垂直槽道推進(jìn)器、兩臺(tái)水平槽 道推進(jìn)器、兩臺(tái)主推進(jìn)器，三臺(tái)高頻短基線聲納與DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接，控制計(jì)算機(jī)中 嵌裝有推力分配邏輯、濾波器和多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制算法，電羅經(jīng)與控制計(jì)算 機(jī)通過(guò)串口相連接，控制計(jì)算機(jī)通過(guò)其數(shù)模轉(zhuǎn)換卡分別與兩臺(tái)垂直槽道推進(jìn)器、兩臺(tái)水平 槽道推進(jìn)器、兩臺(tái)主推進(jìn)器相連，DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與控制計(jì)算機(jī)通過(guò)串口相連接。其中多 模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制算法由多模態(tài)PID控制器和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，多模態(tài)PID 控制器可以根據(jù)海流的大小自動(dòng)選擇一個(gè)合適的工作模態(tài)，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)辨識(shí)深潛救 生艇的動(dòng)態(tài)模型所得到的Jacobian信息來(lái)微調(diào)多模態(tài)PID控制器的參數(shù)。
本發(fā)明的深潛救生艇多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制裝置還可以包括
1、所述的把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換卡是-10VDC +10VDC的12位D/A卡。 2、所述的DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為基于TMS320VC33PGA芯片的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含數(shù)個(gè) 串口和一個(gè)以太網(wǎng)口。 基于本發(fā)明的深潛救生艇多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制裝置的控制方法為
(1)三臺(tái)高頻短基線聲納采集救生艇與失事艇的相對(duì)位置值，通過(guò)相應(yīng)接口將數(shù) 據(jù)傳遞給DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過(guò)解算，計(jì)算出救生艇相對(duì)于失事艇的北向位置、東向位置 和高度值，通過(guò)串口發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)； (2)電羅經(jīng)采集救生艇的艏向角，通過(guò)串口將艏向角值發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)；
(3)濾波器濾除北向位置、東向位置、高度值和艏向角數(shù)值中的高頻噪聲，確定深 潛救生艇的位置和航向； (4)多模態(tài)PID控制算法根據(jù)海流調(diào)整各個(gè)PID控制器的權(quán)系數(shù)，進(jìn)而確定其工作 模態(tài)，通過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)深潛救生艇的動(dòng)態(tài)模型所得到的Jacobian信息來(lái)微調(diào)多模態(tài) PID控制器的參數(shù)，這樣確定一個(gè)多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制器，通過(guò)該控制器計(jì)算出 所需要的控制量； (5)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)深潛救生艇的輸入和輸出利用最小二乘法和梯度下降法調(diào) 整自身的參數(shù)，使其逼近深潛救生艇的動(dòng)態(tài)特性并得到Jacobian信息，通過(guò)Jacobian信息 來(lái)調(diào)整多模態(tài)PID控制器的參數(shù)，輸出控制指令； (6)通過(guò)推力分配邏輯將控制指令轉(zhuǎn)換為實(shí)際推力器需要的推力指令，并將推力 指令發(fā)送給數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換卡，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換卡將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，從而控制推力器產(chǎn) 生推力，使深潛救生艇向期望的位置運(yùn)動(dòng)。 本發(fā)明的原理為本發(fā)明的多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制算法是動(dòng)力定位系統(tǒng) 的核心，該算法是將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與多模態(tài)PID控制器相結(jié)合，根據(jù)海流來(lái)確定控制器的工 作模態(tài)，然后通過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)深潛救生艇的動(dòng)態(tài)模型，用所得到的Jacobian信息，對(duì) 多模態(tài)PID控制器的參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，構(gòu)成一個(gè)多模態(tài)自校正控制器。 本發(fā)明的多模態(tài)PID控制器為由多個(gè)PID控制相結(jié)合的控制器，其中每個(gè)PID控 制是在特定海流下的最優(yōu)或者次優(yōu)控制策略，將這些PID控制參數(shù)以加權(quán)求和的方式構(gòu)成 多模態(tài)PID控制器的控制參數(shù)。該控制器可以根據(jù)海流的不同調(diào)整各個(gè)PID控制參數(shù)的權(quán) 重，從而使與當(dāng)前海流匹配度高的PID控制器的控制參數(shù)發(fā)揮較大的作用，而匹配度低的 PID控制參數(shù)發(fā)揮較小的作用。以比例環(huán)節(jié)為例來(lái)說(shuō)明，圖2為本發(fā)明所設(shè)計(jì)的多模態(tài)PID 控制器各個(gè)PID控制的比例系數(shù)的權(quán)重函數(shù)圖，該圖反映了從A到E五個(gè)PID控制的比例 系數(shù)在不同海流時(shí)所占的權(quán)重，如A為海流為0時(shí)可以取得最佳控制效果的PID控制的比 例系數(shù)的權(quán)重與海流的關(guān)系曲線，B為海流為0. 5節(jié)時(shí)可以取得最佳控制效果的PID控制 的比例系數(shù)的權(quán)重與海流的關(guān)系曲線，以此類推。于是，可以根據(jù)實(shí)際海流的大小利用上述 加權(quán)和的方式獲得一個(gè)比較理想的比例系數(shù)。 仍然以比例系數(shù)為例，由上述獲得的多模態(tài)PID控制器的參數(shù)可用下式表達(dá)
kp = " ikp一 " 2kp2+ " 3kp3+. + " nkpn 這里，kpl為積分分離式PID控制器的比例系數(shù)，它是針對(duì)特定大小海流的最優(yōu)或 次優(yōu)控制器的比例系數(shù)，"n= "n。/("1Q+"2。+...+"n。)為第n個(gè)PID控制的比例系數(shù)的
4權(quán)重系數(shù)，它是多個(gè)權(quán)重歸一化的結(jié)果。<formula>formula see original document page 5</formula>為為第n個(gè)PID控制的權(quán)
重與當(dāng)前海流的函數(shù)關(guān)系。X為當(dāng)前海流的大小，Xn。為高斯函數(shù)的中心，表示第n個(gè)PID控 制獲得最優(yōu)或次優(yōu)效果時(shí)所對(duì)應(yīng)的海流大小。 這里RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于逼近深潛救生艇的動(dòng)態(tài)模型，對(duì)于基寬和中心矢量的調(diào) 整，本發(fā)明使用梯度下降的學(xué)習(xí)方法，因此定義辨識(shí)的性能指標(biāo)函數(shù)為<formula>formula see original document page 5</formula> 式中n為學(xué)習(xí)效率，a為動(dòng)量因子。
對(duì)于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值調(diào)整，本發(fā)明使用最小二乘遞推的學(xué)習(xí)方法，定義的目
標(biāo)函數(shù)為
<formula>formula see original document page 5</formula>
式中L是樣本的長(zhǎng)度。
為使目標(biāo)函數(shù)最小，即RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出ym趨近于深潛救生艇的輸出y，此時(shí) <formula>formula see original document page 5</formula>得到權(quán)值調(diào)整遞推最小二乘算法為<formula>formula see original document page 5</formula> 上式中的13為遺忘因子，y(k)為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)期望輸出，也即深潛救生艇的輸出， ym(k)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際輸出，①為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，是由控制器輸出u和被控對(duì)象輸出y組 成的向量。 當(dāng)深潛救生艇受到擾動(dòng)時(shí)可以通過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)多模態(tài)PID控制器的參數(shù)進(jìn)行 微調(diào)，為了調(diào)整多模態(tài)PID控制器的參數(shù)，需要獲得Jacobian信息。
Jacobian信息為<formula>formula see original document page 5</formula> 根據(jù)Jacobian信息得到多模態(tài)PID參數(shù)的調(diào)整增量為
Mp A) = —77^ = —= W("^2^1 p 汰 S_y 3Aw汰 SAw
p z p
…，、 況0 況。sa" " 、 l ，
說(shuō),， 3Am欲, 5Am M/k) = -/7#=-;7f^f i = ;M"^^3 汰j 3Aw汰^ 5Aw kp(k) = kp(k-l) + Akp(k)
kjk) = ki(k-l) + Aki(k)
kd(k) = kd(k-l) + Akd(k)
式中 Au(k) = kpel+kie2+kde3
el = e(k)-e(k-l)
e2 = e(k)
e3 = e (k) _2e (k_l) +e (k_2)
e (k) = r-y 采用上述方案設(shè)計(jì)的深潛救生艇動(dòng)力定位控制系統(tǒng)能夠很好的實(shí)現(xiàn)深潛救生艇 的四自由度動(dòng)力定位，尤其是在海洋環(huán)境或者深潛救生艇自身特性發(fā)生變化時(shí)，多模態(tài)RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制器可以通過(guò)多模態(tài)PID控制器的模態(tài)選擇和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)來(lái)有 效的控制深潛救生艇完成動(dòng)力定位過(guò)程。


圖1為深潛救生艇動(dòng)力定位系統(tǒng)方框圖； 圖2為多模態(tài)PID控制器權(quán)重函數(shù)圖； 圖3為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖； 圖4為多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖5為深潛救生艇推力器分布圖； 圖6a至圖6d為深潛救生艇動(dòng)力定位半實(shí)物仿真圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述 圖1是控制系統(tǒng)的方框圖，它表明了控制系統(tǒng)的連接關(guān)系與信息的傳遞關(guān)系，三 臺(tái)高頻短基線聲納2、3和4通過(guò)電纜與DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5相連，DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5與 控制計(jì)算機(jī)6通過(guò)串口相連接，濾波器9、推力分配邏輯8和多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控 制算法7嵌入控制計(jì)算機(jī)6中，電羅經(jīng)1與控制計(jì)算機(jī)6通過(guò)串口相連接，控制計(jì)算機(jī)6通 過(guò)其數(shù)模轉(zhuǎn)換卡分別與兩臺(tái)垂直槽道推進(jìn)器10、兩臺(tái)水平槽道推進(jìn)器11、兩臺(tái)主推進(jìn)器12 相連。 圖2是多模態(tài)PID控制器權(quán)系數(shù)函數(shù)圖，它表示了每個(gè)PID控制的權(quán)系數(shù)與海流 的關(guān)系，A表示在海流為OKn的情況下最優(yōu)或次優(yōu)PID控制的權(quán)系數(shù)與海流的函數(shù)關(guān)系，它 說(shuō)明在當(dāng)前海流為OKn時(shí)權(quán)系數(shù)為1其它情況下依規(guī)律遞減。同理，B表示在海流為0. 5Kn的情況下最優(yōu)或次優(yōu)PID控制的權(quán)系數(shù)與海流的函數(shù)關(guān)系。C表示在海流為l.OKn的情況 下最優(yōu)或次優(yōu)PID控制的權(quán)系數(shù)與海流的函數(shù)關(guān)系。D表示在海流為1. 5Kn的情況下最優(yōu) 或次優(yōu)PID控制的權(quán)系數(shù)與海流的函數(shù)關(guān)系。E表示在海流為2. 0Kn的情況下最優(yōu)或次優(yōu) PID控制的權(quán)系數(shù)與海流的函數(shù)關(guān)系。 圖3是RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖，①=[小"小2， . . . ， (tn]T為網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，HT為網(wǎng)絡(luò)的徑向基向量，其中hj為高斯基函數(shù)~ =exp
26;
(j
1，2，. . . ，m)。網(wǎng)絡(luò)的第j個(gè)結(jié)點(diǎn)的中心矢量為Cj = [Cjl， cj2，. . . ， Cjn]T(j = 1，2， . . . ，m)。 網(wǎng)絡(luò)的基寬向量為B = b2， . . . ， bm]T， bj為結(jié)點(diǎn)j的基寬度參數(shù)，且為大于零的數(shù)。網(wǎng) 絡(luò)的權(quán)向量為W = [Wl， w2， . . . ， Wj， . . . ， wm]T。網(wǎng)絡(luò)的輸出為ym(k) = w^+^h^. +wmhm。
圖4是多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖中r為輸入向量，分別代 表深潛救生艇要定位到的位置和深潛救生艇要保持的艏向。u為多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校 正控制器的輸出，即控制量。y為深潛救生艇的輸出，也即深潛救生艇的實(shí)際位置和艏向。 ym為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出。通過(guò)y與ym的差值來(lái)調(diào)整RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部參數(shù)使其辨識(shí)深 潛救生艇的動(dòng)態(tài)模型并獲得Jacobian信息，利用獲得的Jacobian信息來(lái)對(duì)多模態(tài)PID控 制器參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。 圖5是推力器的位置分布圖，它描述了推力器在深潛救生艇上的具體位置。由于
控制器僅按照偏差解算出控制指令，而沒(méi)有考慮推力器的實(shí)際能力，因此需要推力分配邏
輯將控制指令變換為推力(矩)指令，在進(jìn)行推力邏輯分配時(shí)遵循以下原則 1)、水平槽道推進(jìn)器采用艏向優(yōu)先原則，即優(yōu)先分配轉(zhuǎn)艏力矩，剩余力再滿足橫移
力； 2)、垂直槽道推進(jìn)器的力就等于垂向控制力； 3)、在水平槽道推進(jìn)器無(wú)法滿足轉(zhuǎn)艏力矩的情況下，給主推進(jìn)器分配轉(zhuǎn)艏力矩，剩 余的力分配給縱向力。 本發(fā)明的控位方法為①由三臺(tái)高頻短基線聲納2、3和4采集救生艇與失事艇的 相對(duì)位置值，通過(guò)相應(yīng)接口將數(shù)據(jù)傳遞給DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5，通過(guò)解算，計(jì)算出救生艇相 對(duì)于失事艇的北向位置、東向位置和高度值，通過(guò)串口發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)6 ;②由電羅經(jīng)提 供救生艇的艏向角，通過(guò)串口發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)6 ;③由濾波器9濾除位置、高度和艏向角 數(shù)值中的高頻噪聲，確定深潛救生艇的位置和航向；④經(jīng)濾波后的位置、高度和艏向角數(shù)值 送到多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制算法7中，算出所需的控制力和力矩；⑤推力分配邏輯 8將由控制器算出的控制力和力矩指令按照艏向優(yōu)先保證的原則進(jìn)行分配得到推力(矩) 指令，將推力(矩)指令發(fā)給兩臺(tái)垂直槽道推進(jìn)器10、兩臺(tái)水平槽道推進(jìn)器11和兩臺(tái)主推 進(jìn)器12 ;⑥推進(jìn)器10、 11和12按推力指令產(chǎn)生實(shí)際推力，在推力器的作用下使深潛救生艇 向失事艇移動(dòng)，最終完成深潛救生艇與失事潛艇的對(duì)接。 圖6為深潛救生艇動(dòng)力定位系統(tǒng)半實(shí)物仿真結(jié)果。仿真條件是在1節(jié)海流下整 定傳統(tǒng)PID控制器參數(shù)；組成多模態(tài)PID控制器的5個(gè)PID控制參數(shù)是分別在0Kn、0. 5Kn、 lKn、1. 5Kn和2. OKn流的情況下整定的，在各自海流的條件下能獲得最優(yōu)或次優(yōu)控制效果， 多模態(tài)PID控制器的系數(shù)由圖2中的函數(shù)確定。仿真時(shí)海流方向設(shè)為160度，海流在50秒內(nèi)從1節(jié)增加到2節(jié)，深潛救生艇初始位置為艏向0度，北向位置0米，東向位置0米，深 度25米；期望的位置是艏向-20度，北向位置5米，東向位置-3米，深度30米。仿真曲線 虛線代表的是用傳統(tǒng)PID控制的結(jié)果，實(shí)線代表的是多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制的結(jié) 果，通過(guò)仿真曲線可以看出傳統(tǒng)PID控制在海流發(fā)生變化的情況下控制效果較差，而多模 態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制可以達(dá)到理想的控制效果，有效的抵制了由于海流變化對(duì)深潛 救生艇造成的擾動(dòng)。
權(quán)利要求
一種深潛救生艇多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制裝置包括一臺(tái)電羅經(jīng)(1)、三臺(tái)高頻短基線聲納(2、3、4)、一個(gè)DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)、控制計(jì)算機(jī)(6)、兩臺(tái)垂直槽道推進(jìn)器(10)、兩臺(tái)水平槽道推進(jìn)器(11)、兩臺(tái)主推進(jìn)器(12)，其特征在于三臺(tái)高頻短基線聲納(2、3、4)與DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)相連接，控制計(jì)算機(jī)(6)中嵌裝有推力分配邏輯(8)、濾波器(9)和多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制算法(7)，電羅經(jīng)(1)與控制計(jì)算機(jī)(6)通過(guò)串口相連接，控制計(jì)算機(jī)(6)通過(guò)其數(shù)模轉(zhuǎn)換卡分別與兩臺(tái)垂直槽道推進(jìn)器(10)、兩臺(tái)水平槽道推進(jìn)器(11)、兩臺(tái)主推進(jìn)器(12)相連，DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)與控制計(jì)算機(jī)(6)通過(guò)串口相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的深潛救生艇多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制裝置，其特征在 于所述的把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換卡是-10VDC +10VDC的12位D/A卡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深潛救生艇多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制裝置，其特 征在于所述的DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為基于TMS320VC33PGA芯片的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含數(shù)個(gè)串口 和一個(gè)以太網(wǎng)口。
4. 一種基于本發(fā)明的深潛救生艇多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制裝置的控制方法，其 特征在于(1) 三臺(tái)高頻短基線聲納采集救生艇與失事艇的相對(duì)位置值，通過(guò)相應(yīng)接口將數(shù)據(jù)傳 遞給DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過(guò)解算，計(jì)算出救生艇相對(duì)于失事艇的北向位置、東向位置和高 度值，通過(guò)串口發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)；(2) 電羅經(jīng)采集救生艇的艏向角，通過(guò)串口將艏向角值發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)；(3) 濾波器濾除北向位置、東向位置、高度值和艏向角數(shù)值中的高頻噪聲，確定深潛救 生艇的位置和航向；(4) 多模態(tài)PID控制算法根據(jù)海流調(diào)整各個(gè)PID控制器的權(quán)系數(shù)，進(jìn)而確定其工作模 態(tài)，通過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)深潛救生艇的動(dòng)態(tài)模型所得到的Jacobian信息來(lái)微調(diào)多模態(tài) PID控制器的參數(shù)，這樣確定一個(gè)多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制器，通過(guò)該控制器計(jì)算出 所需要的控制量；(5) RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)深潛救生艇的輸入和輸出利用最小二乘法和梯度下降法調(diào)整自 身的參數(shù)，使其逼近深潛救生艇的動(dòng)態(tài)特性并得到Jacobian信息，通過(guò)Jacobian信息來(lái)調(diào) 整多模態(tài)PID控制器的參數(shù)，輸出控制指令；(6) 通過(guò)推力分配邏輯將控制指令轉(zhuǎn)換為實(shí)際推力器需要的推力指令，并將推力指令 發(fā)送給數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換卡，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換卡將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，從而控制推力器產(chǎn)生推 力，使深潛救生艇向期望的位置運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是深潛救生艇多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制裝置及方法。包括一臺(tái)電羅經(jīng)、三臺(tái)高頻短基線聲納、一個(gè)DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、控制計(jì)算機(jī)、兩臺(tái)垂直槽道推進(jìn)器、兩臺(tái)水平槽道推進(jìn)器、兩臺(tái)主推進(jìn)器，三臺(tái)高頻短基線聲納與DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接，控制計(jì)算機(jī)中嵌裝有推力分配邏輯、濾波器和多模態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自校正控制算法，電羅經(jīng)與控制計(jì)算機(jī)通過(guò)串口相連接，控制計(jì)算機(jī)通過(guò)其數(shù)模轉(zhuǎn)換卡分別與兩臺(tái)垂直槽道推進(jìn)器、兩臺(tái)水平槽道推進(jìn)器、兩臺(tái)主推進(jìn)器相連，DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與控制計(jì)算機(jī)通過(guò)串口相連接。本發(fā)明的控制精度高，能順利完成深潛救生艇與失事潛艇的對(duì)接。
文檔編號(hào)G05B13/02GK101763033SQ20091007343
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者夏國(guó)清, 張書(shū)寧, 李娟 , 王元慧, 邊信黔 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)