【万能逼近】基于自适应模糊控制技术的万能逼近原理以及自适应二阶滤波器对AUV五个自由度的外界不规则干扰进行估计和补偿simulink仿真
1.软件版本
matlab2017b
2.本算法理论知识
自适应二阶滤波器,大概的原理如下所示:
在原来的基础上,对wn参数进行自适应更新
即,更新wn参数,wn的更新由滤波器的误差,通过PID将误差进行平滑处理,然后平滑处理后的数据进行累加,得到wn的更新分量。
自适应模糊控制技术中的万能逼近原理:
这里对干扰进行估计和补偿,目的是消除五个自由度上的干扰,而这自由度的输出本质是控制输出,这里采用PID控制器原理,通过自适应模糊PID控制的方式,抑制干扰, 起到补偿的作用。
大概的结构可以设计成如下结构:
通过该结构,可以起到干扰抑制的功能。
控制规则的基本形式为:
建立模糊控制规则表的基本原则是:当误差大或较大时,选取控制量以尽快消除误差为主;而当误差较小时,选取控制量要注意防止超调,以系统的稳定性为主要出发点。
根据这个规则,模糊规则表如下所示:
表1 模糊控制规则表
E |
EC |
KP |
KI |
KD |
|
01 |
NB |
NB |
PB |
NB |
PS |
02 |
NB |
NM |
PB |
NB |
NS |
03 |
NB |
NS |
PM |
NM |
NB |
04 |
NB |
ZO |
PM |
NM |
NB |
05 |
NB |
PS |
PS |
NS |
NB |
06 |
NB |
PM |
ZO |
ZO |
NM |
07 |
NB |
PB |
ZO |
ZO |
PS |
08 |
NM |
NB |
PB |
NB |
PS |
09 |
NM |
NM |
PB |
NB |
NS |
10 |
NM |
NS |
PM |
NM |
NB |
11 |
NM |
ZO |
PS |
NS |
NM |
12 |
NM |
PS |
PS |
NS |
NM |
13 |
NM |
PM |
ZO |
ZO |
NS |
14 |
NM |
PB |
NS |
ZO |
ZO |
15 |
NS |
NB |
PM |
NB |
ZO |
16 |
NS |
NM |
PM |
NM |
NS |
17 |
NS |
NS |
PM |
NS |
NM |
18 |
NS |
ZO |
PS |
NS |
NM |
19 |
NS |
PS |
ZO |
ZO |
NS |
20 |
NS |
PM |
NS |
PS |
NS |
21 |
NS |
PB |
NS |
PS |
ZO |
22 |
ZO |
NB |
PM |
NM |
ZO |
23 |
ZO |
NM |
PM |
NM |
NS |
24 |
ZO |
NS |
PS |
NS |
NS |
25 |
ZO |
ZO |
ZO |
ZO |
NS |
26 |
ZO |
PS |
NS |
PS |
NS |
27 |
ZO |
PM |
NM |
PM |
NS |
28 |
ZO |
PB |
NM |
PM |
ZO |
29 |
PS |
NB |
PS |
NM |
ZO |
30 |
PS |
NM |
PS |
NS |
ZO |
31 |
PS |
NS |
ZO |
ZO |
ZO |
32 |
PS |
ZO |
NS |
PS |
ZO |
33 |
PS |
PS |
NS |
PS |
ZO |
34 |
PS |
PM |
NM |
PM |
ZO |
35 |
PS |
PB |
NM |
PB |
ZO |
36 |
PM |
NB |
PS |
ZO |
PB |
37 |
PM |
NM |
ZO |
ZO |
NS |
38 |
PM |
NS |
NS |
PS |
PS |
39 |
PM |
ZO |
NM |
PM |
PS |
40 |
PM |
PS |
NM |
PM |
PS |
41 |
PM |
PM |
NM |
PB |
PS |
42 |
PM |
PB |
NB |
PB |
PB |
43 |
PB |
NB |
ZO |
ZO |
PB |
44 |
PB |
NM |
ZO |
ZO |
PM |
45 |
PB |
NS |
NM |
PS |
PM |
46 |
PB |
ZO |
NM |
PM |
PM |
47 |
PB |
PS |
NM |
PM |
PS |
48 |
PB |
PM |
NB |
PB |
PS |
49 |
PB |
PB |
NB |
PB |
PB |
隶属函数
使用高斯函数来描述控制活动时的模糊过程是合理的,所以本文所采用的高斯模隶属函数的表达式如下所示:
自适应模糊技术
这里,采用基于神经网络的自适应模糊控制技术,大致的原理如下所示:
在模糊神经网络中,首先定义学习目标函数:
对于每个训练数据集合从输入节点开始,使用前向传播的方法计算网络中所有节点的激活程度,然后从输出节点开始,使用反向传播的方法计算所有隐节点的。
这里所使用的学习规则是:
(2)
通过规则提取后,那么第三层和第四层剩下的第i个输出值与第j条规则间的连接强度的修正如下:
根据上述原理,构建如下的自适应模糊控制器结构:
3.仿真结论
4.参考文献
[1]陈子印. 欠驱动无人水下航行器三维路径跟踪反步控制方法研究[D]. 哈尔滨工程大学, 2013.A08-76
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