Использование нейросетевых подходов в адаптивных системах управления летательными аппаратами
Диссертация
С целью улучшения характеристик существующих систем управления JIA в настоящее время во многих странах мира наметится тенденция модернизации автопилотов для находящихся на вооружении и серийно выпускаемых ЛА, что позволяет уменьшить военный бюджет государства и сократить сроки создания современного оружия. Использование принципов адаптации даёт возможность наиболее просто решить проблемы… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Адаптивные системы управления летательными аппаратами. И
- 1. 1. Решение проблемы адаптации
- 1. 2. Принципы построения адаптивных систем
- 1. 2. 1. Пассивная адаптация
- 1. 2. 2. Активная адаптация
- 1. 3. Выбор подхода к активной адаптации
- 1. 4. Выводы
- Глава 2. Современные подходы к формированию систем управления полётом летательных аппаратов
- 2. 1. Введение
- 2. 2. Методы проектирования систем управления
- 2. 2. 1. Классические методы
- 2. 2. 2. Нейросетевые методы
- 2. 3. Выводы
- Глава 3. Методы адаптивного управления
- 3. 1. Введение
- 3. 2. Постановка Задачи синтеза адаптивных систем управления
- 3. 3. Методы синтеза адаптивных систем
- 3. 3. 1. Синтез адаптивных систем методом функции Ляпунова
- 3. 3. 2. Алгоритмы скоростного градиента
- 3. 4. 2. АСГ в системах с эталонной моделью
- 3. 4. Адаптивное управление
- 3. 4. 1. Постановка задачи управления неопределенными объектами
- 3. 4. 2. Управления по выходной переменной
- 3. 5. Нейронные сети в системах управления
- 3. 5. 1. Архитектура нейронной сети
- 3. 5. 2. Идентификация на основе нейронных сетей
- 3. 5. 3. Системы управления на основе МНС
- 3. 6. Выводы
- 4. 1. Введение
- 4. 2. Предлагаемая структура системы управления ЛА
- 4. 3. Модель J1A
- 4. 3. 1. Продольная статическая устойчивость
- 4. 3. 2. Линеаризация динамики ЛА
- 4. 3. 3. Базовая система
- 4. 4. Идентификация параметров ЛА
- 4. 5. Необходимость адаптивной эталонной модели системы
- 4. 5. 1. Определение параметров АЭМ системы
- 4. 6. Расчёт сигнальной коррекции
- 4. 6. 1. Динамика ошибки
- 4. 6. 2. Нейронная сеть (НС2)
- 4. 7. Выводы
- 5. 1. Введение
- 5. 2. Поблочное исследование
- 5. 2. 1. Исследование работы нейроидентификатора
- 5. 2. 2. Исследование блока сигнальной коррекции
- 5. 2. 3. Исследование адаптивной эталонной модели
- 5. 2. 4. Блок логики и вычисления
- 5. 3. Исследование всей адаптивной системы управления
- 5. 4. Выводы
Список литературы
- Astrom J.K., Wittenmark В. Adaptive control London: Addison-Wesley Publishing Company, I989.-526p.
- Соколов Н.И., Рутковский В. Ю., Судзиловский Н. Б. Адаптивные системы автоматического управления летательными аппаратами.-М.: Машиностроение, 1988.-208с.
- Narendra K.S., Monopoli R.V. Applications of adaptive control. New York: Academic Press, 1980.-554p.
- Sharma A/., Calise A. J. Neural network augmentation of existing linear controllers // Proceedings of the AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.- Montreal (Canada), 2001.- 9p.
- Теряев Е.Д., Шамриков Б. М. Цифровые системы и поэтапное адаптивное управление. -М.: Наука, 1999.- 330с.
- Voronov A. A., Rutkovsky V.YU. State-of-the-art and prospects of adaptive systems // Automatica.- 1984 .- Vol. 20, № 5.- P.547 557.
- Automated procedure gain scheduled flight control law design / M. Oosterom, G. Scharm, R. Babuska et al. // American Institute of Aeronautics and Astronautics.-2000.- 2000−4253.- lip.
- Nichols R.A., Reichert R.T., Rugh W.J. Gain scheduling for H-Infinity controllers: A flight control example // IEEE Trans, on control systems technology. -1993.-Vol.l,№ 2. -P.69−79.
- Тарасов A.3., Фирсова EM. Адаптивное децентрализованное управления маневренными самолётами на больших углах атаки // Изв. РАН. ТиСУ.1997.-№ 6.- С.87−97.
- Фрадков А.Л. Адаптивное управление в сложных системах (беспоисковые методы). -М.: Наука, 1990.- 296с.
- Тертычный-Даури В. Ю. Адаптивная механика. М.: Наука. Физматлит, 1998.- 480с.
- Медведев B.C. Адаптивные системы автоматического управления.-М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1994, — Часть 1.- 51с.
- Солодовников В.В., Бирюков В. Ф. Методы идентификации объектов управления. М.: Изд-МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1986.- 55с.
- Demirci U., Kerestecioglu F. Indirect adaptive control of missiles // Technical Report.- Bogazici University.- Istanbul (Turkey), 1998.- 6p.
- Wellstead P. E., Zarrop M. B. Self-tuning systems 'control and signal processing.- John Willy & Sons, 1991.- 629p.
- Elliott J.R. NASA’s advanced control law program for the F-8 digital fly-by-wire aircraft//IEEE Trans, on Automatic Control.- 1977.-Vol. 22, № 5.-P. 753 757.
- Alag G., Kaufman H. An implementable digital adaptive flight controller designed using stabilized single-stage algorithms // IEEE Trans, on Automatic Control.- 1977.- Vol. 22, № 5.- P.780−788.
- Stein G., Hartmann G.L., Hendrick R.C. Adaptive control laws for F-8 Flight test // IEEE Trans, on Automatic Control.- 1977.- Vol. 22, № 5.- P.758−767.
- Hartmann U., Krebs V. Command and stability systems for aircraft: A new digital adaptive approach//Automatica.- 1980.-Vol. 16.- P. 135−146.
- Kamen E. W. Adaptive control applied to missile autopilot // Proceedings of the American Control Conference.- Atlanta (Georgia), 1988.- P.555−560.
- Sang-Yong Lee, Ju-ll Lee, In-Joong Ha. Nonlinear autopilot for high maneuverability of bank-to-turn missiles // IEEE Trans, on aerospace and electronic systems.- 2001.- Vol. 37, № 4.- P.1236−1252.
- Michael В., McFarland M.B., Calise A.J. Multilyer neural networks and adaptive nonlinear control of agile anti-air missiles // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.- New Orleans (LA), 1997.- Paper No. 97−3540.-P.10.
- Rysdyk R.T., Calise A J. Nonlinear adaptive flight control using neural networks.- 1998. Режим доступа: http:// controIs.ae.gatech.edu/papers.
- McFarland M.B., Calise A.J. Neural-adaptive nonlinear autopilot design for an agile-anti-air missile // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.-San Diego (California), 1996.- P.21−28.
- Sharma M., Calise A.J., Corban J.E. An adaptive autopilot design for guidedmunitions // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.-Boston (MA), 1998.- Юр.
- McFarland M.B., Calise A.J. Neural networks for stable adaptive control of air-to-air missiles // Proc. AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.- U.P., 1995.- Vol. 2.- P. 1280−1285.
- Sharma M., Calise A.J. Application of an adaptive autopilot design to a family of guided munitions // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.-Denver (CO.), 2000.- 9p.
- Ferrari S., Stenge R.F. Classical / neural synthisis of nonlinear control systems // Proceedings of the AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.-Denver (CO), 2000.- lip.
- Lyshevski S.E. NASA’s advanced control law program for the F-8 digital fly-by-wirc aircraft // IEEE Trans, on Aerospace and Electronic Systems.- 1998.-Vol. 34, № 1.- P.257−263.
- Devaud E., Harcaut J-Philippe, Siguerdidjane H. Three-axes missile autopilot design: From linear to nonlinear control strategies // Journal of Guidance, Control and Dynamics.- 2001.-Vol. 24, № 1.- P.64−71.
- McFarland M. В., Calise A. J. Robust adaptive control of uncertain systems using neural network // American Control Conference.- Albuquerque (New Mexico), 1997.-5p.
- Крутъко П. Д. Управление продольным движением летательных аппаратов. Синтез алгоритмов методом обратных задач динамики // Изв. РАН. ТиСУ.- 1997.- № 6.- С. 62−79.
- Sheperd C.L., Valavani L Autopilot design for bank-to-turn missiles using
- G/LTR methodology // Proceedings of the American Control Conference.-U.P., 1988.- P.579−586.
- Reichert R.T. Dynamic scheduling of modern-robust-control autopilot designsfor missiles // IEEE Control System Magazine.- 1992.-Vol. 12, № 5.- P.35−42.
- Garrard W.L., Jorgan J.M. Design of nonlinear automatic flight control systems // Automatical 1977.-Vol. 13.- P.497−505.
- Методы Робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления / Под ред. Н. Д. Егупова.- М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002.- 744с.
- Nelson Е. В. First flight test demonstration of neural network software. Режимдоступа:1Шр: // www.afrl.af.mil.
- Menon P.К., Iragavarapu V.R. and Sweriduk G. Software tools for nonlinear missile autopilot design // Optimal Synthesis Paper.- 1999.- 9p.
- Beatrice E. High incedence research model design challenge presentation document: The nonlinear dynamics inversion and linear quadratic approach //GARTEUR Paper.- 1997.-TP-088−30.- 12p.
- Hunt K.J., Sbarbaro D. and Gawthrop P.J. Neural networks for control systems A Survey //Automatica.- 1992.- Vol. 28, № 6, — P. 1083−1 111.
- Терехов B.A., Ефимов Д. В., Тюкин И. В. Нейросетевые системы управления. М.: ИПРЖР, 2002.- 480с.
- Rysdyk R.T., Calise A J. Nonlinear adaptive control of tiltrotor aircraft using neural networks // AIAA/SAE Wold Aviation Congress.- Anaheim (California), 1997.- 8p.
- Menon P.K., Yousefpor M. Design of nonlinear autopilots for high angle of attack missiles // Optimal Synthesis Paper.- 1996.- 18p.
- DongKyoung C., YoungChoi J. New parametric affine modeling and control for skid-to-turn missiles // IEEE Trans, on Control Systems Technology. -2001.-Vol. 9, № 2.- P.335−347.
- Lane S. II, Stengel R.F. Flight control using non-linear inverse dynamics
- Automatica.- 1988.-Vol. 24, № 4.- P.471- 483.
- Calise A.J. Neural network-based adaptive control for nonlinear flight regimes // Technical Report.- School of Aerospace Engineering.- Atlanta: Georgia Institute of Technology, 2001−2002.- 50p.
- Кореньков В. Модули планирования и коррекции для авиационных бомбовых средств поражения // Военный Парад.- 2002.- № 6 (54).- С.48−49.
- Bodenseewerk Geraetctechnik GmbH (BGT). Missile systems and subsystems, surveillance and warning systems and air combat training systems. Режим доступа: http: // www. airforce-technology.com /contractors/weapons/bod/index, html # bod 4.17.07.2001.
- Kaneshige J., Bull J., Totah J.J. General neural flight control and autopilot system // AIAA Paper.- 2000.- 2000−4281-. 1 lp.
- Pei Y., Prasad J., Calise A.J., CorbanJ.E. Adaptive nonlinear controller synthesis and flight test evaluation on an unmanned helicopter // IEEE International Conference on Control Applications.- U.P., 1999.- 6p.
- Омату С., Халид M., Юсоф Р. Нейроуправление и его приложения. М.:1. ИПРЖР, 2000.- 272с.
- Chun-Liang Lin, Huai-Wen Su Intelligent control theory in guidance and control, system design: An overview // Proc. Natl. Sci. Counc. ROC (A).- 2000.-Vol. 24, № 1.- P. 15−30.
- Haouni M., Saad M., Akhrif O. Flight control system design for commercial aircraft using neural networks // IFAC Paper.- 2002.- 6p.
- McDowell DM, Irwin G.W., McConnell G. Hybrid neural adaptive control forbank-to-turn missiles H IEEE Trans, on Control Systems Technology. 1997.-Vol. 5, № 3. p.297−308.
- Мирошник И.В., Никифоров В. О., Фрадков A.JI. Нелинейное и адаптивноеуправление сложными динамическими системами.-СПб.: Наука, 2000.-549с.
- Ogata К. Modern control engineering. New Jersey: Prentice Hall, 1990.-963p.
- Методы классической и современой теории автоматического управления / Под ред. Н. Д. Егупова.- М.: Изд-МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000.- Т.З.-748с.
- Медведев B.C., Потёмкин В. Г. Нейронные сети (MATLAB 6).-М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2002, — 496с.
- Нейронные сети: обучение, организация и применение / Общая ред. А. И.
- Галушкина. М.: ИПРЖР, 2001.- 256с.
- Chert S" Billings S.A. Neural networks for nonlinear dynamic system modlingand identification // International Journal of control.- 1992.-Vol. 56, № 2.-P.319−346.
- MATLAB 5.3.1 с пакетами расширений / Под ред. В.П. Дьяконова- М.: Нолидж, 2001.-880 с.
- Терехов В.А., Ефимов Д. В., Тюкин И. Ю. Нейросетевые системы управле-ня.- М.: Высшая Школа, 2002.- 183с.
- Ziky A., Mohamed I.E. Neural networks: Architecture, algorithms and applications.- Alepo: Ray publishing & Science, 2000.-503p.-(Syria, in arabic).
- Sha D., Bajic V. B. On-line adaptive learning rate BP algorithm for MLP Andapplication to an identification problem // Technical Report. Center For Engineering Research.- Technikom Natal, Durban (South Africa), 2001.- 12p.
- Narendra K.S., Parthasarathy K. Identification and control of dynamical systems using neural networks // IEEE Trans, on Neural Networks.- 1990.- Vol. 1,№ 1.- P.4−27.
- Wharington J., Blythe P., Herszberg I. The development of neural network techniques for the system identification of aircraft dynamics // Paper. Sir Lawrcnce Wackett Centre for Aerospace Design Technology.- Melbourne, 1994.-6p.
- Комашинский В.И., Смирнов Д. А. Нейронные сети и их применение в системах управления и связи.-М.: Горячая Линия-Телеком, 2002.- 94с.
- Маслов А.П. Конспект по курсу динамика полёта Аэродинамика.-М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1981.- Часть 1.- 65с.
- Топчеев Ю.И., Потемкии В. Г., Иваненко В. Г. Системы стабилизации.-М.:
- Машиностроение, 1974.-248с.
- Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами.-М.: Машиностроение, 1973.-504с.
- Bennani S. MATLAB design exercise on a missile autopilot benchmark problem // Technical Report. Delft University of Technology.- 1999.- 47p.
- Wilson J. R., Paul B. J. Analysis of gain scheduling for the three-loop autopilotstructure // Technical Report. Johns Hopkins University.- Baltimore, 1994.-9p.
- Chwa D.K. Guidance and control for tail-controlled skid-to-turn missiles usingadaptive techniques: Ph.D. Dissertation- School of Electrical Engineering and Computer Science- College of Engineering, — Seoul, 2001.-123p.
- Jin Young Choi, Dongkyoung Chwa, Min-soo Kim Adaptive control for feedback-linearized missiles with uncertainties // IEEE Trans, on aerospace and electronic systems.- 2000. -Vol. 36, № 2.- P.467−481.
- Calise A.J., Bong-Jung Yang, Craig J.I. Augmentation of an existing linear controller with an adaptive element // American Control Conference.- 2002.-№ ACC02-IEEE1331.- 6p.
- Hovakimyan N., Nardi F., Kim N., Calise A. J. Adaptive output feedback control of uncertain systems using single hidden layer neural networks.-2001 .-P.22.- Режим доступа: http: // controls.ae.gatech.edu/papers.
- Calise A. J., Hungu Lee, Kim N. High bandwidth adaptive flight control // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.- Denver (CO.), 2000.-AIAA-2000−4551lip.
- Calise A J., Hovakimyan N., Idan M. Adaptive output feedback control of nonlinear systems using neural networks // Automatica.- 2001.-Vol. 37.- P. 1201 1211.
- Campa G., Sharma M., Calise A.J., Innocent M. Neural network augmentation of linear controllers with application to underwater vehicles // Proceedings of The 2000 American Control Conference.- U.P., 2000.- P.75−79.
- Etkin B. Dynamics of flight: Stability and control.- New York: John Wiley and Sons, 1982.- 370p.
- Hyde R., Hodson J. Autopilot design using Mu analysis and synthesis // Matlab1. Digest.- 2001 June.- 5p.
- Лебедев A.A., Карабанов B.A. Динамика систем управления беспелотными летательными аппаратами / Под ред. А. А. Лебедева.-М.: Машиностоение, 1965.-528С.
- The stochastic control of the F-8C aircraft using a multiple model adaptive control (MMAC) method-Part 1: Equilibrium flight / M. Athans, D. Castanon, Dunn Keh-Ping et al. // IEEE Trans, on Automatic Control.- 1977. -Vol. 22, № 5.- P.768−780.
- F-8 DFBW sensor failure identification using analytic redundancy / J.C. Deckert, M.N. Desai, J.J., Deyst et al. // IEEE Trans, on Automatic Control.-1977.-Vol. 22, № 5.- P.795−803.
- Lee Ch.H., Chung M.J. Gain-scheduling state feedback control design technique for flight vechicles // IEEE Trans, on Aerospace and Electronic Systems.-2001.-Vol. 37, № 1.- P. 173−182.
- Jae-Hyuk O., In-Joong H. Missile autopilot design via functional inversion and time-scaled transformation // IEEE Trans, on Aerospace and Electronic Systems. -1997.- Vol. 33, № 1.- P.64−76.
- LeitnerJ., Calise A. J., Nad Prasad J. V. R. Analysis of adaptive neural network for helicopter flight controls // Proceedings of the AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.- Baltimore (MD), 1995.- P.871−879.
- Фирсова E. M. Адаптивная система управления маневренными самолётами на основе разделения движений по крену и рысканию // Изв. РАН. ТиСУ.- 2001.-№ 1.-С. 110−119.
- Menon Р.К., Iragavarapu V.R. Adaptive techniques for multiple actuator blending // Proceedings of the AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference.-Boston (MA), 1998.-P. 1−27.
- Hovakimyan N., Yang B.J., Calise A.J. An adaptive output feeddback controlmethodology for non-minimum phase systems // Conference on Decision and ControlU.P., 2002.- 6p.
- Raisinghani S.C., Ghosh Л.К. Parameter estimation of an aeroelastic aircraft using neural network // Sadhana (India), 2000.-Vol. 25, Part 2.- P. 181−191.
- Noriega J.R., Hong Wang A direct adaptive neural-network control for unknown nonlinear systems and its application // IEEE Trans, on Neural Networks.- 1998.- Vol. 9, № 1. -P. 27−34.
- Qin S.Z., Su H.-T., McAvoy T.J. Comparison of four neural net learning methods for dynamic system identification // IEEE Trans, on Neural Networks.-1992.- Vol. 3,№ 1.- P. 122−130.
- Maghami P.G., Sparks D.W. Design of neural networks for fast convergence and accuracy // Paper. NASA Langley Research Center.- Hampton (VA), 1998.- AIAA-1780.- Юр.
- Maghami P.G., Sparks D.W. Neural networks for rapid design and analysis // Paper. NASA Langley Research Center.- Hampton (VA), 1998.- AIAA-98−1779.- 9p.
- Методы Классической и современой теории автоматического управления1. / Под. Ред. Н. Д. Егупова. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. — 748с.
- Romano J.J., Singh S.N. 1−0 Map inversion, zero dynamics and flight control
- IEEE Trans, on Aerospace and Electronic Systems.- 1990. -Vol. 26, № 6.-P. 1022−1028.
- Chwa D.K., ChoiJ.Y. New parametric affine modeling and control for skid-toturn missiles // Proceedings of the American Control Conference.- Chicago (Illinois), 2000.-P. 1339−1343.
- Hemsch M.J., Nielson J.N. Tactical missile aerodynamics.- New York: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1986.- 786p.
- Проектирование Зенитных Управляемых Ракет / Под ред. И. С. Голубева и В. Г. Светлов.- М.: Изд-во МАИ, 1999.-728с
- Mistry S.I., Shao-Liang Chang, Nair S.S. Indirect control of a class of nonlinear dynamic systems // IEEE Trans, on Neural Networks. 1996.- Vol. 7, № 4.- P. 1015−1023.
- Piche S.W. Steepest descent algorithms for neural network controllers and filters // IEEE Trans, on Neural Networks.- 1994.- Vol. 5, № 2.- P. 198−212.
- Дорф P., Бишоп P. Современные системы управления: Пер. с англ. Б. И. Копылова. М.: Лаборатория Базовых Знаний Юнимедиастайл, 2002.-832с.
- Принципы построения и проектирования самонасраивающихся систем управления / Б. Н. Петров, В.Ю. Р>тковский, И. Н. Крутова и др. М.: Машиностроение, 1972.- 260с.
- Shahian В., Hassul Л/. Control system design using Matlab.- New Jersey: Prentice Hall, 1993.- 503p.
- Дьяконов В. Д93 Simulink 4. Специальный справочник. СПб: Питер, 2002. — 528 с.