Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин

Разработана структурная схема системы наведения и стабилизации вооружения с нейросетевым регулятором. В модели учтены внешние возмущения, действующих на вооружение, моменты сухого трения на валу двигателя и рабочего механизма, а так же наличие люфта между зубьями ведущей и ведомой шестерни. Для учет...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Електротехніка і електромеханіка
Дата:	2008
Автори:	Кузнецов, Б.И., Василец, Т.Е., Варфоломеев, А.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2008
Теми:	Електричні машини та апарати
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143020
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин / Б.И. Кузнецов, Т.Е. Василец, А.А. Варфоломеев // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 2. — С. 31-34. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143020
record_format	dspace
spelling	Кузнецов, Б.И. Василец, Т.Е. Варфоломеев, А.А. 2018-10-22T16:58:33Z 2018-10-22T16:58:33Z 2008 Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин / Б.И. Кузнецов, Т.Е. Василец, А.А. Варфоломеев // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 2. — С. 31-34. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143020 681.5.01.23 Разработана структурная схема системы наведения и стабилизации вооружения с нейросетевым регулятором. В модели учтены внешние возмущения, действующих на вооружение, моменты сухого трения на валу двигателя и рабочего механизма, а так же наличие люфта между зубьями ведущей и ведомой шестерни. Для учета упругости элементов кинематического устройства сопряжения, механическая часть представлена в виде двухмассовой системы. Проведено моделирование нейросетевой системы на ЭВМ и выполнен анализ динамически характеристик системы. Розроблена структурна схема системи наведення і стабілізації озброєння з нейромережевим регулятором. У моделі враховані зовнішні обурення, що діють на озброєння, моменти сухого тертя на валу двигуна і робочого механізму, а також наявність люфта між зубами провідної і відомої шестерні. Для урахування пружності елементів кінематичного пристрою сполучення, механічна частина представлена у вигляді двохмасової системи. Проведено моделювання нейромережевої системи на ЕОМ і виконаний аналіз динамічно характеристик системи. A schematic diagram of an armament guidance and stabilizing system with a neurocontroller is developed. The model takes into account external disturbances acting on the armament, moments of dry friction on the engine and operating mechanism shaft, as well as clearance between the master and the driven gear teeth. Considering the cinematic adapter unit elasticity, the mechanic part is implemented as a two-mass system. Computer simulation of the neuro-system and the system dynamic characteristics analysis are performed. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин Development of a neuro-system of guidance and stabilizing for light-armored machines armament Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин
spellingShingle	Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин Кузнецов, Б.И. Василец, Т.Е. Варфоломеев, А.А. Електричні машини та апарати
title_short	Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин
title_full	Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин
title_fullStr	Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин
title_full_unstemmed	Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин
title_sort	разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин
author	Кузнецов, Б.И. Василец, Т.Е. Варфоломеев, А.А.
author_facet	Кузнецов, Б.И. Василец, Т.Е. Варфоломеев, А.А.
topic	Електричні машини та апарати
topic_facet	Електричні машини та апарати
publishDate	2008
language	Russian
container_title	Електротехніка і електромеханіка
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
format	Article
title_alt	Development of a neuro-system of guidance and stabilizing for light-armored machines armament
description	Разработана структурная схема системы наведения и стабилизации вооружения с нейросетевым регулятором. В модели учтены внешние возмущения, действующих на вооружение, моменты сухого трения на валу двигателя и рабочего механизма, а так же наличие люфта между зубьями ведущей и ведомой шестерни. Для учета упругости элементов кинематического устройства сопряжения, механическая часть представлена в виде двухмассовой системы. Проведено моделирование нейросетевой системы на ЭВМ и выполнен анализ динамически характеристик системы. Розроблена структурна схема системи наведення і стабілізації озброєння з нейромережевим регулятором. У моделі враховані зовнішні обурення, що діють на озброєння, моменти сухого тертя на валу двигуна і робочого механізму, а також наявність люфта між зубами провідної і відомої шестерні. Для урахування пружності елементів кінематичного пристрою сполучення, механічна частина представлена у вигляді двохмасової системи. Проведено моделювання нейромережевої системи на ЕОМ і виконаний аналіз динамічно характеристик системи. A schematic diagram of an armament guidance and stabilizing system with a neurocontroller is developed. The model takes into account external disturbances acting on the armament, moments of dry friction on the engine and operating mechanism shaft, as well as clearance between the master and the driven gear teeth. Considering the cinematic adapter unit elasticity, the mechanic part is implemented as a two-mass system. Computer simulation of the neuro-system and the system dynamic characteristics analysis are performed.
issn	2074-272X
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143020
citation_txt	Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин / Б.И. Кузнецов, Т.Е. Василец, А.А. Варфоломеев // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 2. — С. 31-34. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT kuznecovbi razrabotkaneirosetevoisistemynavedeniâistabilizaciivooruženiâlegkobronirovannyhmašin AT vasilecte razrabotkaneirosetevoisistemynavedeniâistabilizaciivooruženiâlegkobronirovannyhmašin AT varfolomeevaa razrabotkaneirosetevoisistemynavedeniâistabilizaciivooruženiâlegkobronirovannyhmašin AT kuznecovbi developmentofaneurosystemofguidanceandstabilizingforlightarmoredmachinesarmament AT vasilecte developmentofaneurosystemofguidanceandstabilizingforlightarmoredmachinesarmament AT varfolomeevaa developmentofaneurosystemofguidanceandstabilizingforlightarmoredmachinesarmament
first_indexed	2025-11-26T00:11:47Z
last_indexed	2025-11-26T00:11:47Z
_version_	1850596193882603520
fulltext	Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №2 31 УДК 681.5.01.23 РАЗРАБОТКА НЕЙРОСЕТЕВОЙ СИСТЕМЫ НАВЕДЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ВООРУЖЕНИЯ ЛЕГКОБРОНИРОВАННЫХ МАШИН Кузнецов Б.И., д.т.н., проф., Василец Т.Е., к.т.н., доц., Варфоломеев А.А. Украинская инженерно – педагогическая академия Украина, 61003, Харьков, ул. Университетская, 16, УИПА, кафедра СУТПиО тел. (057) 733-79-59 Розроблена структурна схема системи наведення і стабілізації озброєння з нейромережевим регулятором. У моделі враховані зовнішні обурення, що діють на озброєння, моменти сухого тертя на валу двигуна і робочого механізму, а також наявність люфта між зубами провідної і відомої шестерні. Для урахування пружності елементів кінематич- ного пристрою сполучення, механічна частина представлена у вигляді двохмасової системи. Проведено моделювання нейромережевої системи на ЕОМ і виконаний аналіз динамічно характеристик системи. Разработана структурная схема системы наведения и стабилизации вооружения с нейросетевым регулятором. В модели учтены внешние возмущения, действующих на вооружение, моменты сухого трения на валу двигателя и ра- бочего механизма, а так же наличие люфта между зубьями ведущей и ведомой шестерни. Для учета упругости эле- ментов кинематического устройства сопряжения, механическая часть представлена в виде двухмассовой системы. Проведено моделирование нейросетевой системы на ЭВМ и выполнен анализ динамически характеристик системы. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ В настоящее время проводится повсеместная мо- дернизация боевой техники, в частности боевых ма- шин пехоты (БТР) и боевых колесных машин (БМП). Эти машины отечественного производства имеют высокие тактико-технические характеристики и могут успешно конкурировать с зарубежной военной техни- кой. При модернизации легкобронированных колес- ных машин в целях повышения эффективности веде- ния огня основное внимание уделяется вооружению и системе управления огнем. Совершенствование воо- ружения и систем управления огнем является одной из наиболее важных задач в области повышения так- тико-технических характеристик боевых машин пехо- ты и боевых колесных машин. Наиболее эффектив- ным направлением при модернизации системы управ- ления огнем является улучшение системы стабилиза- ции основного и вспомогательного вооружения. АНАЛИЗ ПОСЛЕДНИХ ДОСТИЖЕНИЙ И ПУБЛИКАЦИЙ Повышающиеся требования к тактико- техническим характеристикам и качеству систем управления заставляют искать новые пути совершен- ствования автоматических систем. В результате ин- тенсивных исследований, проводимых в последние десятилетии, широкое применение получили методы адаптивного и робастного регулирования. Однако проблема синтеза адаптивных систем регулирования для неизвестных, нелинейных и переменных во вре- мени объектов, как с теоретической, так и с практиче- ской точки зрения не решена окончательно. Область применения методов робастного регулирования огра- ничивается, главным образом, линейными системами и некоторыми специальными классами нелинейных систем. Следовательно, несмотря на имеющийся про- гресс, необходимо признать, что универсального и идеального регулятора пока не существует. В последнее время весьма многообещающей аль- тернативой классическим методам построения систем управления нелинейными объектами являются искус- ственные нейронные сети (ИНС) [1-4]. Наиболее за- мечательным свойством ИНС является их способ- ность к обучению, что позволяет получить более про- стые решения для сложных задач управления. Кроме того, наличие в структуре искусственных нейронных сетей нейронов с нелинейными функциями актива- ции, позволяет использовать их для решения задач управления нелинейными объектами, в то время как традиционные методы не обеспечивают решения по- добных задач. Целью работы является синтез нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения лег- кобронированных маши при движении машин по пе- ресеченной местности, имеющей высокие динамиче- ские характеристики. ИЗЛОЖЕНИЕ МАТЕРИАЛА ИССЛЕДОВАНИЯ, ПОЛУЧЕННЫХ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ Стабилизаторы вооружения (СВ) являются сложными многоконтурными системами, которые должны обеспечивать требуемые показатели качества, такие как точность стабилизации, неплавность наве- дения, требуемый диапазон регулирования скорости и др. При решении задачи синтеза алгоритмов управле- ния, обеспечивающих требуемые показатели качест- ва, необходимо располагать уравнениями основных элементов стабилизатора вооружения и, прежде всего, уравнениями его исполнительных и измерительных устройств. Исполнительное устройство стабилизатора воо- ружения состоит из усилителя (преобразователя) мощности УМ, приводного двигателя (ПД) и кинема- тического устройства сопряжения (КУС). Реальная кинематическая схема системы наведения и стабили- зации содержит упругие элементы (элементы конеч- ной жесткости). Наличие упругих элементов услож- няет расчетную схему механической части системы, превращая её в многомассовую. Исследования пока- зали, что с достаточной для практических расчётов точностью механическая часть системы может быть представлена в виде двухмассовой системы. Тогда 32 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №2 процессы в исполнительном устройстве описываются следующей системой уравнений: ( ) ( ) ( ).1 ; ;1 ; ;1 ; стму м м му тд у д д д фяд дфяяд я я упрумд MMM pJ fM M N M M pJ cIM cpILU R I SkU −−⋅ ⋅ =ω ϕΔ= ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −−⋅ ⋅ =ω ⋅= ω−−= ⋅= В уравнениях приняты следующие обозначения: Sупр - величина входного воздействия; kум - коэффи- циент передачи усилителя мощности УМ; Uд - на- пряжение, поступающее на якорную обмотку ПД; Rя - сопротивление якорной обмотки ПД; Lя - индуктив- ность якорной обмотки ПД; p - оператор дифферен- цирования; сΦ = kдΦ; kд - конструктивный коэффици- ент ПД; Φ - магнитный поток ПД; Mу - момент упру- гости КУС; ;1 м д м ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ω− ω ⋅=ϕΔ Np ( ) ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ σ<ϕΔ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ σ+ϕΔ⋅ σ<ϕΔ<σ σ>ϕΔ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ σ−ϕΔ⋅ =ϕΔ 2 1 2 1 2 1 2 1-при,0 2 1 2 1 мм м мм м c c f Jд - момент инерции ротора ПД; N - передаточное число КУС; ωд - скорость вала ПД; Mтд - моменты сухого трения в подшипниках ПД; Mтм - момент тре- ния КУС; Jм - момент инерции нагрузки СВ; Mс - возмущающий момент, обусловленный колебаниями корпуса носителя; ωм - скорость вращения нагрузки СВ; c - коэффициент жёсткости элементов трансмис- сии; σ - величина люфта между зубьями ведущей и ведомой шестерни. На рис. 1 приведена структурная схема исполнительного устройства стабилизатора вооружения, соответствующего вышеприведенным уравнениям. При движении БТР по пересеченной местности возникают колебания корпуса, которые обуславлива- ют возмущающие моменты, действующие на воору- жение. Вопросы идентификации внешних возму- щающих воздействий, вызванных случайными изме- нениями профиля дороги, рассматриваются во многих публикациях. В работе [5] приведены эксперимен- тально полученные на реальных трассах спектраль- ные плотности этих возмущений. Поскольку спек- тральные плотности этих воздействий известны, це- лесообразно формировать случайные изменения воз- мущающего момента Mс(t) от источника случайного сигнала типа белого шума Vбш интенсивностью ν с помощью формирующего фильтра с передаточной функцией колебательного звена ( ) ω+⋅ω⋅ξ⋅+ ω⋅ = pp kpM 2 , где ωв - резонансная частота собственных колебаний; ξ- коэффициент демпфирования; kв - коэффициент усиления формирующего фильтра. Параметры формирующего фильтра выбираются таким образом, чтобы спектральная плотность выход- ного сигнала совпадала с кривой экспериментальной спектральной плотности, полученной на основе ста- тистической обработки реальных трасс. В соответствии с общепринятыми обозначения- ми, представим электрическую часть привода в виде апериодического звена первого порядка с коэффици- ентом усиления 1/Rя и постоянной времени, равной электромагнитной постоянной времени якорной цепи Tэ = Lя / Rя. С учётом вышеизложенного составлена структурная схема исполнительного устройства ста- билизатора вооружения, используемая при синтезе нейросетевой системы управления (рис. 2). ТГ ГД kум Iд сΦ Lяp Iя Sупр ωд pJ д 1 Δϕм pJм 1 сΦ Uтг Mу f(Δϕм) N Mс Mтм ωм ωм Np 1 N 1 Rш − − − −− − я 1 R − Mд Uд Mтд Рис. 1. Структурная схема исполнительного устройства стабилизатора вооружения Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №2 33 ωм ϕΔωм Vбш Np 1 2 вв 2 2 вв 2 ω+⋅ω⋅ξ⋅+ ω⋅ pp k pJм 1 pJд 1 p 1 сΦ сΦ kум Uд Sупр N f(Δωм) 1 1 э я +pT R Mс N 1 ωд − − − Mу − − Mтд Mд Iя Mтм kр kп зϕ& Н ей ро ре гу ля то р зϕ Δϕ −− Рис. 2. Структурная схема нейросетевой системы наведения и стабилизации Высокие динамические требования к системам наведения и стабилизации не возможно выполнить только путём оптимизации линейных систем регули- рования, поэтому используем нейросетевой подход к построению системы. В работе предлагается система подчинённого ре- гулирования с нейронной компенсацией нелинейно- стей исполнительного устройства стабилизатора воо- ружения. Анализ динамики исполнительного устройства стабилизатора вооружения показывает, что нелиней- ности можно компенсировать в контуре регулирова- ния скорости. Регулятор положения может быть ли- нейным. В процессе исследований установлено, что простой П - регулятор положения с предуправлением по скорости реализует высококачественное регулиро- вание. Структурная схема предлагаемой системы ста- билизации вооружения легкобронированной машины приведена на рис. 2. Схема содержит два контура: контур скорости и контур положения. Коэффициент усиления П – регулятора положения обозначен kр, а коэффициент предуправления – kп. Синтез нейросетевой системы управления про- изводился с помощью пакета прикладных программ Neural Network Toolbox системы MATLAB. В указан- ном пакете имеются три контроллера: контроллера с предсказанием (NN Predictive Controller); контроллера на основе модели авторегрессии со скользящим сред- ним (NАRMA – L2 Controller); контроллера на основе эталонной модели (Model Reference Controller). Наи- более эффективным является NN Predictive Controller. Структурная схема на рис. 3 иллюстрирует про- цесс управления с предсказанием. Регулятор состоит из нейросетевой модели управляемого объекта и бло- ка оптимизации. Блок оптимизации определяет значе- ния u′ , которые минимизируют критерий качества управления, а соответствующий управляющий сигнал управляет процессом. Синтез нейроконтроллера состоит из двух эта- пов: этап идентификации управляемого объекта и этап синтеза закона управления. На этапе идентифи- кации разрабатывается модель управляемого объекта my Регулятор Оптимизация Модель объекта (нейронная сеть) Объект u′ u y ny Рис. 3. Структурная схема системы с регулятором, использующим принцип предсказания в виде нейронной сети, которая на этапе синтеза ис- пользуется для разработки регулятора. Было выполнено моделирование нейросетевой системы и проведен детальный анализ результатов динамических характеристик системы с учётом сле- дующих факторов: моментов сухого трения на валу двигателя и механизма, люфта между элементами механической части системы, влияния внешних воз- мущающих воздействий, действующих на вооруже- ние; помех измерения основных координат. В результате анализа динамических характери- стик системы установлено, что синтезированный ней- рорегулятор без дополнительной подстройки пара- метров обеспечивает высокое качество регулирования с учётом всех перечисленных факторов при различ- ных входных воздействиях (скачкообразном, линейно – нарастающем, гармоническом) и 30% изменении параметров объекта регулирования. Выполняются так же дополнительные требова- ния к системе: без перерегулирования при ступенча- том входном воздействии отрабатывается угол блока вооружения в диапазоне: от 01,0з =ϕ рад до 1з =ϕ рад. Время отработки угла 05,0з =ϕ рад составляет 12,0=t с; минимальная скорость нарастания и уменьшения отработки угла при линейно изменяю- щемся входном воздействия составляет 00035,0min =ωϕ с-1; ошибка отработки синусоидаль- ного сигнала с частотой 1 Гц и амплитудой 3°; (0,053 34 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №2 рад) не превышает 0,002 рад (0,114°). В качестве примера на рис. 4 показаны графики переходных процессов основных переменных состоя- ния системы с П – регулятором положения без учёта возмущающего момента при ступенчатом входном воздействии, находящемся в пределах 11з ÷−=ϕ рад. 0 1 2 3 4 5 6 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 t, c Md, Hm 0 1 2 3 4 5 6 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 t, c My, Hm 0 1 2 3 4 5 6 -500 0 500 t, c Wd, c-1 0 1 2 3 4 5 6 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 t, c Wm, c-1 0 1 2 3 4 5 6 -30 -20 -10 0 10 20 30 t, c Ud, B 0 1 2 3 4 5 6 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 t, c f, rad з2 1 ϕ− ϕ− 2 1 г) а) б) в) д) е) Рис. 4. Графики переходные процессы переменных состояния системы: а) отработки заданного угла ϕ; б) момента упругости Mу; в) момента двигателя Mд; г) напряжения двигателя Uд; г) скорости механизма ωм; д) скорости двигателя ωд ВЫВОДЫ В статье решена задача синтеза нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения лег- кобронированных машин. Разработана структурная схема нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения лег- кобронированных машин. Система выполнена по принципу подчинённого регулирования с нейронной компенсацией нелинейностей исполнительного уст- ройства стабилизатора вооружения в контуре регули- рования скорости. При составлении модели объекта управления учтены внешние возмущения, действую- щие на вооружение, моменты сухого трения на валу двигателя и рабочего механизма, а так же наличие люфта между зубьями ведущей и ведомой шестерни. Для учета упругости элементов кинематического уст- ройства сопряжения, механическая часть представле- на в виде двухмассовой системы. Выполнен синтез нейрорегулятора с предсказа- нием NN Predictive Controller, реализованным в сис- теме MATLAB. Проведено моделирование нейросете- вой системы, получены графики переходных процес- сов переменных состояния системы. Установлено, что нейросетевая система имеет высокие динамические характеристики. Исходя из полученных результатов исследова- ний следует заключить, что предложенная концепция регулирования с использование нейронных сетей яв- ляется перспективной для применения в современных системах управления вооружением легкобронирован- ных машин. ЛИТЕРАТУРА [1] Терехов В.А., Ефимов Д.В., Тюкин И.Ю. Нейросетевые системы управления. - М.: ИПРЖР, 2002. - 480 с. [2] Руденко О.Г, Бодянский Е.В. Основы теории искусст- венных нейронных сетей. - Харьков: ТЕЛЕТЕХ, 2002. – 317 с. [3] Вороновский Г.К., Махотило К.В., Петрашев С.Н., Сер- геев CA. Генетические алгоритмы, искусственные ней- ронные сети и проблемы виртуальной реальности.- Харьков: Основа.- 1997.- 112 с. [4] Клепиков В.Б., Палис Ф., Цепковский Ю.А. Гибридные нейронные сети в управлении электромеханическими системами // Вестник НТУ "ХПИ". Проблемы автомати- зированного электропривода. Теория и практика, Харь- ков.- 2003.- Вып.10.- Т.1.- С. 29-33. [5] Александров Є.Є., Козлов Е.П., Кузнєцов Б.І. Автомати- чне керування рухомими об’єктами і технологічними процесами. – Харків: НТУ "ХПІ", 2002. – 490 с. Поступила 10.10.2008

Разработка нейросетевой системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированных машин

Репозитарії

Схожі ресурси