飛機(jī)剎車模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DSP嵌入式控制系統(tǒng)

如前所述，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分采用常用的BP算法，其具體的學(xué)習(xí)步驟如下:

　　(1)初始化，將各連接權(quán)值及閾值賦隨機(jī)值;

　　(2)隨機(jī)選取模式，計(jì)算各層的輸入和輸出;

　　(3)計(jì)算各層的一般化誤差;

　　(4)更新各層的閾值及層之間的連接權(quán)值;

　　(5)下一個(gè)模式對(duì)輸入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，返回步驟(3)，至全部模式訓(xùn)練完;

　　(6)判斷是否需要循環(huán)學(xué)習(xí)。

　　當(dāng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完后，學(xué)習(xí)結(jié)果記憶在權(quán)值和閾值中。

　　針對(duì)BP算法中存在的問題及剎車系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，我們進(jìn)行了改進(jìn)。

3.2.1.1 活化函數(shù)的選取

　　在μ-σ曲線中，μ的取值存在著接近0的點(diǎn)，如果選取單極連續(xù)的S型函數(shù)則接近0或1時(shí)收斂速度極慢，所以系統(tǒng)選取雙極連續(xù)的S型函數(shù)該函數(shù)在接近0處斜率最大，收斂最快，解決了網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練在0點(diǎn)處的收斂速度問題。

3.2.1.2 初始值的選擇

　　由于曲線是非線性的，初始值對(duì)于學(xué)習(xí)是否達(dá)到局部最小和是否收斂影響很大。初始權(quán)值在輸入累加時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)值接近0，保證開始時(shí)不落到活化函數(shù)的平坦區(qū)上。權(quán)值和閾值一般隨機(jī)取值，該系統(tǒng)中兩者初始值均取在(-1，+1)之間，對(duì)輸入樣本初始值進(jìn)行歸一化處理，使較大的輸入仍落在活化函數(shù)梯度大的區(qū)域。

3.2.1.3 退火系數(shù)Q的選擇

　　系統(tǒng)中加入了動(dòng)量項(xiàng)，針對(duì)學(xué)習(xí)過程中易引起振蕩的現(xiàn)象，加入退火系數(shù)來改變活化函數(shù)曲線形狀，以改變接近0處的斜率，即活化函數(shù)為
從而可通過調(diào)節(jié)Q值消除振蕩和發(fā)散現(xiàn)象。

3.2.1.4 BOOT設(shè)計(jì)

　　TMS320C54X DSP芯片一般都在片內(nèi)設(shè)置有BOOT程序，其作用是開機(jī)時(shí)將程序從外部裝入內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。DSP芯片有多種BOOT方式，本系統(tǒng)采用8位并口BOOT方式。

3.2.2 模糊控制部分

　　89C52收到DSP發(fā)的中斷信號(hào)時(shí)，向DSP的HPI口發(fā)出讀信號(hào)，讀取DSP的處理結(jié)果。由89C52進(jìn)行查表及反模糊化控制，最終將所得數(shù)字結(jié)果通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為所需的模擬電流控制信號(hào)。

　　模糊控制需進(jìn)行三部分的工作:輸入精確量的模糊化、模糊控制規(guī)則的推理合成運(yùn)算和模糊量的精確化(反模糊化)。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到單片機(jī)的特點(diǎn)，力求使其存儲(chǔ)、變換和處理過程簡單、快捷、節(jié)省內(nèi)存，本文采用直接查表法。

　　查表法可歸納為以下四步的工作:

　　(1)確定輸入量及輸出量的論域;

　　(2)根據(jù)各論域所分級(jí)數(shù)n，將e、u變化范圍分為n檔，使每檔與論域的某個(gè)元素相對(duì)應(yīng);

　　(3)查模糊控制表，得出控制量u，反模糊化;

　　(4)將控制量u乘以比例因子，施于被控對(duì)象。

　　模糊控制表格的生成是脫機(jī)進(jìn)行的。表格生成后，存入單片機(jī)的ROM中，這樣輸入模糊化、模糊推理以及模糊量的精確化過程就可簡化為查模糊控制表來實(shí)現(xiàn)。這種控制器結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、資源開支少，適于在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　通過實(shí)驗(yàn)和研究表明:采用新系統(tǒng)后，飛機(jī)防滑制動(dòng)性能明顯提高，制動(dòng)距離、制動(dòng)時(shí)間均減少。新系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。表1示出了新系統(tǒng)與原系統(tǒng)的比較結(jié)果，可以看出:

(1)新系統(tǒng)有效縮短滑跑距離，提高剎車效率，在濕跑道、積水跑道上更為明顯;

　　(2)新系統(tǒng)在各種跑道上的減速率從高速到低速變化均在5%以內(nèi)，明顯小于原系統(tǒng)(最大達(dá)15%)。說明剎車力矩變化平穩(wěn);

　　(3)新系統(tǒng)的減速率在濕跑道和積水跑道均比原系統(tǒng)要大20%左右，干跑道也大6%;

　　(4)新系統(tǒng)的滑移率σ控制在0.15左右，剎車效能始終保持在最佳狀態(tài);

　　(5)新系統(tǒng)在各跑道上均未出現(xiàn)抱死現(xiàn)象，也消除了原系統(tǒng)的打滑逐漸加深的現(xiàn)象。

　　本系統(tǒng)通過應(yīng)用智能控制領(lǐng)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制兩個(gè)分支，改進(jìn)了飛機(jī)剎車系統(tǒng)的控制算法，并通過DSP和單片機(jī)組成雙機(jī)系統(tǒng)，不僅快速實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)了新一代飛機(jī)剎車系統(tǒng)的性能改進(jìn)，而且將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在硬件上實(shí)現(xiàn)，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜算法不再只是停留在計(jì)算機(jī)仿真的階段，而是有了切實(shí)可行的實(shí)現(xiàn)途徑，為其在嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用提供了新的方法。該系統(tǒng)的算法已經(jīng)在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)仿真，并且在硬件上得以實(shí)現(xiàn)，提高了原有飛機(jī)防滑剎車的效率和控制的魯棒性。