STEROWANIE NEURONOWE BEZZAŁOGOWYM POJAZDEM PODWODNYM



Podobne dokumenty
POLITECHNIKA OPOLSKA Wydział Mechaniczny. Praca Przejściowa Symulacyjna. Projekt nr : Tytuł projektu. Kierunek studiów: Mechatronika

INSTRUKCJA DLA AUTORÓW. INFORMATION FOR AUTHORS (Tłumaczenie tytułu artykułu w języku angielskim.)

TYTUŁ PRACY 18 pkt, bold

Sztuczna Inteligencja Tematy projektów Sieci Neuronowe

Wymogi edytorskie dla artykułów przygotowywanych do Zeszytów Naukowych Wyższej Szkoły Zarządzania i Bankowości w Krakowie

SPAWALNICTWO DRÓG SZYNOWYCH

Wymagania dotyczące pracy dyplomowej

Algorytmy sztucznej inteligencji

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W SANDOMIERZU (18)

WSKAZÓWKI WYDAWNICZE DLA AUTORÓW

Instrukcja dla autorów monografii

CAŁOŚĆ OPRACOWANIA POWINNA ZAWIERAĆ MAKSYMALNIE 10 STRON.

Microsoft Office Word ćwiczenie 2

Wymagania dotyczące pracy dyplomowej. Spis treści

Imię Nazwisko, Imię Nazwisko 1 Uczelnia/Firma. Imię Nazwisko 2 Uczelnia/Firma. Tytuł artykułu

WSKAZÓWKI DLA AUTORÓW REFERATÓW

Wymagania edycyjne dla prac dyplomowych realizowanych w Wydziale Techniki Morskiej

UNIWERSYTET GDAŃSKI WYDZIAŁ EKONOMICZNY

WYDZIAŁ BEZPIECZEŃSTWA NARODOWEGO AKADEMII OBRONY NARODOWEJ ZESZYTY DOKTORANCKIE WYMOGI EDYTORSKIE

W TYM MIEJSCU NALEŻY WPISAĆ TEMAT PRACY DYPLOMOWEJ

AKADEMIA im. JANA DŁUGOSZA w CZĘSTOCHOWIE

W TYM MIEJSCU NALEŻY WPISAĆ TEMAT PROJEKTU INŻYNIERSKIEGO

Wymogi formalne dotyczące prac licencjackich i magisterskich. sformułowanie wniosków wynikających z przeprowadzonych badań.

Algorytm wstecznej propagacji błędów dla sieci RBF Michał Bereta

KONFERENCJA NAUKOWO TECHNICZNA WARSZTAT PRACY RZECZOZNAWCY BUDOWLANEGO. Wytyczne do materiałów konferencyjnych

KONFERENCJA NAUKOWO TECHNICZNA WARSZTAT PRACY RZECZOZNAWCY BUDOWLANEGO Wytyczne do materiałów reklamowych

HAŁASU Z UWZGLĘDNIENIEM ZJAWISK O CHARAKTERZE NIELINIOWYM

1. POJĘCIA PODSTAWOWE I RODZAJE UKŁADÓW AUTOMATYKI

MINIPORADNIK SEMINARZYSTY. AUTOR: Karolina Mazur, prof. UZ

OGÓLNE WYMAGANIA DOTYCZĄCE SPOSOBU PRZYGOTOWANIA PRAC DYPLOMOWYCH (wytyczne dla Studentów)

WSTĘP USTAWIENIA DOKUMENTU NUMERACJA STRON RYSUNKI... REDAKCJA PRAC DYPLOMOWYCH 4. TABELE WPISYWANIE WZORÓW...

PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA (16 pkt)

Studenckie Koło Naukowe Zarządzania Jakością Q-mam

4. Właściwości eksploatacyjne układów regulacji Wprowadzenie. Hs () Ys () Ws () Es () Go () s. Vs ()

Inteligentne systemy decyzyjne: Uczenie maszynowe sztuczne sieci neuronowe

XX Międzynarodowe Sympozjum Naukowe

UNIWERSYTET GDAŃSKI WYDZIAŁ EKONOMICZNY

Identyfikacja obiektów dynamicznych za pomocą sieci neuronowych

Podstawy Automatyki. Wykład 6 - Miejsce i rola regulatora w układzie regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

KOMUNIKAT II. Jeden nocleg w Pensjonacie Orle /Sobieszewo ( w miejscu obrad konferencji) Uczestnictwo w uroczystej kolacji

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

8. Neuron z ciągłą funkcją aktywacji.

Uwagi dotyczące techniki pisania pracy

NajwaŜniejsze (wybrane) zasady pisania prac przejściowych

Ćwiczenie 2 (Word) Praca z dużym tekstem

WYMAGANIA REDAKCYJNE DOTYCZĄCE PISANIA PRAC KOŃCOWYCH

ZASADY PISANIA ARTYKUŁÓW

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - Jakość układu regulacji. Dobór nastaw regulatorów PID. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

1. Historia 2. Podstawy neurobiologii 3. Definicje i inne kłamstwa 4. Sztuczny neuron i zasady działania SSN. Agenda

Szablon i zasady pisana pracy dyplomowej. Aneta Poniszewska-Marańda

Wstęp do teorii sztucznej inteligencji Wykład III. Modele sieci neuronowych.

Spis treści. spis treści wygenerowany automatycznie

kod pocztowy miejscowość województwo Telefon TEMAT PRACY (proszę wpisać drukowanymi literami) TAK NIE Rodzaj wymaganego programu do prezentacji:

Zasady redakcji pracy dyplomowej w Wyższej Szkole Kultury Fizycznej i Turystyki w Pruszkowie

WYMOGI EDYTORSKIE. Edytor tekstu Microsoft Word, format *.doc lub *.docx.

Wyższej Szkoły Przedsiębiorczości i Marketingu w Chrzanowie

WYMAGANIA EDYCYJNE DOTYCZĄCE PRAC DYPLOMOWYCH WYKONANYCH W WYDZIALE INŻYNIERII LADOWEJ I GEODEZJI

Wymogi dotyczące przygotowania prac licencjackich i magisterskich UKŁAD PRACY

Tradycyjne podejście a nowe perspektywy w nauczaniu języków obcych. (trzy linie odstępu)

Zastosowania sieci neuronowych

Obiekt. Obiekt sterowania obiekt, który realizuje proces (zaplanowany).

ZASADY PRZYGOTOWANIA PRAC DO DRUKU ORAZ ZASADY KWALIFIKOWANIA LUB ODRZUCENIA PUBLIKACJI wersja 1.0

Automatyka i Regulacja Automatyczna Laboratorium Zagadnienia Seria II

Wytyczne przygotowania wystąpień i streszczeń konferencyjnych

WSKAZÓWKI PISANIA REFERATÓW Konferencja DNI BETONU 2018

Układ regulacji ze sprzężeniem zwrotnym: - układ regulacji kaskadowej - układ regulacji stosunku

Konferencja Naukowa Doktorantów

AKADEMIA im. JANA DŁUGOSZA W CZĘSTOCHOWIE. Wydział Matematyczno-Przyrodniczy. Imię i Nazwisko. Nr albumu:.

refleksje pismo naukowe studentów i doktorantów

Podstawy Sztucznej Inteligencji (PSZT)

PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA (16 pkt)

Wymogi stawiane pracom dyplomowym na Wydziale Biznesu, Finansów i Administracji

Kierunek Pełna nazwa kierunku studiów. Imię NAZWISKO. Praca inŝynierska/magisterska. Zalecenia dotyczące pracy dyplomowej

1. Regulatory ciągłe liniowe.

Rys. 1 Otwarty układ regulacji

WYMAGANIA REDAKCYJNE DOTYCZĄCE PISANIA PRAC KOŃCOWYCH

Tytuł projektu wpisany czcionką Times New Roman 14 pt. pogrubioną, prostą, tekst wyśrodkowany, interlinia pojedyncza

Instrukcja dla autorów artykułów naukowych publikowanych w Oficynie Wydawniczej Politechniki Rzeszowskiej

Uwagi na temat formatowania tekstu referatów konferencji PLOUG

WSKAZÓWKI WYDAWNICZE DLA AUTORÓW

Instytut Prawa i Administracji Państwowa Wyższa Szkoła Informatyki i Przedsiębiorczości w Łomży

Oświadczenie. Literatura. Treść pracy. Streszczenie. Spis treści. Strona tytułowa ZAŁĄCZNIKI RYSUNKÓW SPIS LITERATURY, TABEL, RYSUNKÓW OŚWIADCZENIE

Elementy inteligencji obliczeniowej

INSTRUKCJA DLA AUTORÓW ARTYKUŁÓW (tytuł referatu 13 punktów, odstęp między wierszami przynajmniej 15 punktów, czcionka pogrubiona)

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA AUTOMATYKI I ELEKTRONIKI. Badanie układu regulacji dwustawnej

Dla naszego obiektu ciągłego: przy czasie próbkowania T p =2.

KOMPUTEROWY MODEL UKŁADU STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PRZECHOWALNI JABŁEK

Zasady zapisu pracy dyplomowej

IMPLEMENTACJA SIECI NEURONOWYCH MLP Z WALIDACJĄ KRZYŻOWĄ

Standardy pracy licencjackiej dla Instytutu Ekonomicznego PWSZ w Głogowie

TYTUŁ ARTYKUŁU W JĘZYKU POLSKIM

ZASADY REDAGOWANIA PRACY LICENCJACKIEJ

STEROWANIE ROZMYTE KURSEM I ZANURZENIEM POJAZDU PODWODNEGO BADANIA SYMULACYJNE I EKSPERYMENTALNE

ZASADY OGÓLNE PISANIA PRACY DYPLOMOWEJ

Rys 1 Schemat modelu masa- sprężyna- tłumik

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Zarządzenie nr 43 /2016 Rektora Politechniki Warszawskiej z dnia 8 września 2016 r.

ĆWICZENIE 1 SKŁAD TEKSTU DO DRUKU

Technologie informacyjne. semestr I, studia niestacjonarne I stopnia Elektrotechnika rok akademicki 2013/2014 Pracownia nr 2 dr inż.

CELEM NAPISANIA PRACY MAGISTERSKIEJ JEST WYKAZANIE, ŻE STUDENT: 1. POTRAFI POSŁUGIWAĆ SIĘ NABYTĄ WIEDZĄ 2. UMIE STOSOWAĆ METODY PRACY NAUKOWEJ 6

Podstawy Automatyki. Wykład 9 - Dobór regulatorów. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Transkrypt:

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE ISSN 896-77X 4, s. 469-478, Gliwice 20 STEROWANIE NEURONOWE BEZZAŁOGOWYM POJAZDEM PODWODNYM ANDRZEJ ŻAK Instytut Hydroakustyki, Akademia Marynarki Wojennej e-mail: a.zak@amw.gdynia.pl Streszczenie. Głównym celem artykułu jest przedstawienie wyników badań dotyczących problemów sterowania bezzałogowym pojazdem podwodnym z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych. W artykule przedstawiono zagadnienia związane z sieciami neuronowymi wykorzystywanymi w procesie sterowania. Omówiono metodę sterowania ruchem pojazdu wykorzystującym technikę sztucznych sieci neuronowych. Na zakończenie przedstawiono przykładowe wyniki badań symulacyjnych przy realizacji zadania stabilizacji parametrów ruchu bezzałogowego pojazdu podwodnego poruszającego się w środowisku wodnym.. WSTĘP Rozwój technik podwodnych jest powodowany wieloma czynnikami. Przede wszystkim upowszechnianiem się samej technologii, jej walorami ekonomicznymi, a także w wielu przypadkach brakiem istnienia alternatywnych technik pozwalających na realizację niektórych zadań. W przeważającej większości bezzałogowe pojazdy podwodne (BPP) są eksploatowane w rejonach wydobycia surowców naturalnych takich jak gaz czy ropa. Ponieważ technologia wydobywcza sięga do coraz to nowszych złóż położonych w rejonach o dużej głębokości akwenu lub w miejscach występowania silnych zakłóceń środowiskowych, istnieje potrzeba rozpatrzenia wpływu zakłóceń środowiskowych na ruch bezzałogowego pojazdu podwodnego. Należy także wziąć pod uwagę, że dynamika pojazdu ulega znacznym zmianom w przypadku oddziaływania zakłóceń, co utrudnia i wydłuża czas prowadzenia prac podwodnych. Z tych względów możliwość stabilizacji parametrów ruchu bezzałogowego pojazdu podwodnego w warunkach występowania zakłóceń jest ważnym problemem badawczym. Obiektem badań jest bezzałogowy pojazd podwodny typu Ukwiał, który jest na wyposażeniu okrętów Marynarki Wojennej RP. Robot ten jest wykorzystywany do prowadzenie rozpoznania minerskiego i rozminowywania akwenów wodnych. Stosowany jest również w operacjach poszukiwawczo-ratowniczych, poszukiwania i odzyskiwania obiektów morskich oraz prowadzenia inspekcji budowli oceano-technicznych, a także podwodnych części kadłuba okrętów i statków.

470 A. ŻAK 2. STEROWANIE NEURONOWE 2.. Regulator neuronowe W pracy proponuje się metodę sterowania neuronowego, którą dalej nazywa się sterowaniem z bezpośrednio odwróconym modelem neuronowym. Idea sterowania z wykorzystaniem bezpośrednio odwróconego modelu jest bardzo prosta w swoich założeniach. Ogólnie można powiedzieć, że należy utworzyć sieć neuronową, a następnie nauczyć ją modelu odwróconego sterowanego obiektu. Uczenie polega na podaniu na wejściu sieci sygnału wyjściowego obiektu sterowania i takiej modyfikacji parametrów sieci (wartości wag, wartości progów itp.), aby na wyjściu uzyskać sygnał jak najbardziej zbliżony do sygnału sterowania podawanego na obiekt. Oprócz wartości bieżących na wejście sieci można także podawać wartości sygnałów z chwil poprzednich (rys. ) [3]. Rys.. Schemat blokowy tworzenia neuronowego bezpośrednio odwróconego modelem Następnie tak utworzona i wytrenowana sieć neuronowa jest układem sterowania dla zadanego obiektu (rys. 2) [3]. Rys. 2. Schemat blokowy wykorzystania neuronowego bezpośrednio odwróconego modelu do sterowania obiektem Formalnie można powiedzieć, że mając obiekt sterowania opisany w następujący sposób: [ y( t),, y( t n), u( t),, u( t )] y( t + ) = g K K m () Dąży się do tego, aby utworzona sieć neuronowa była opisana w następujący sposób:

STEROWANIE NEURONOWE BEZZAŁOGOWYM POJAZDEM PODWODNYM 47 uˆ ( t + ) = gˆ [ y( t + ), y( t),, y( t n), u( t), K, u( t m) ] K (2) Należy zauważyć, że regulator zbudowany z wykorzystaniem bezpośrednio odwróconego modelu neuronowego ma charakter regulatora typu dead-beat. Dodatkowo zastosowanie w rozwiązaniu sprzężeń zwrotnych pozwala na uzyskanie krótkiego czasu odpowiedzi [3, 4]. Sterowanie z wykorzystaniem bezpośrednio odwróconego modelu neuronowego nakłada pewne ograniczenia, jeżeli chodzi o proces uczenia sieci. Mianowicie dane, które są stosowane w fazie uczenia, powinny być podobne do tych wykorzystywanych później na etapie już działania całego układu. Dodatkowo nie wiadomo, w jaki sposób obiekt sterowania będzie odpowiadał na sygnały sterujące pochodzące z opracowanego regulatora neuronowego wykorzystującego bezpośrednio odwrócony model neuronowy. Rozwiązaniem w tym przypadku może być prowadzenie uczenia metodą iteracyjną. Samo uczenie może być prowadzone w dwóch trybach: uczenia ogólnego i uczenia specjalizowanego. W przypadku uczenia ogólnego celem jest minimalizacja błędu pomiędzy sygnałem generowanym na wyjściu sieci, a rzeczywistym sygnałem podawanym na obiekt sterowania. W tym przypadku funkcję celu zapisuje się w postaci [4]: J = 2N N ( u( t) uˆ( t) ) t = 2 (3) Uczenie specjalizowane polega na minimalizacji błędu pomiędzy sygnałem wyjściowym obiektu sterowania a sygnałem zadawanym na wejściu układu, co można zapisać w postaci [4]: J = 2 N ( y( t) r( t) ) N t = 2 (4) W przypadku zastosowania bezpośrednio odwróconych modeli neuronowych do sterowania dynamicznym obiektem wielowymiarowym stosuje się następujące podejście [4]: tworzy się zbiór danych na podstawie przeprowadzonego eksperymentu na obiekcie sterowania; tworzy się sieć neuronową, która po przeprowadzonym uczenia będzie stanowić bezpośrednio odwrócony model neuronowy obiektu sterowania; prowadzi się uczenie metodą ogólną na utworzonym zbiorze danych; przeprowadza się uczenie metodą specjalizowaną na modelu obiektu sterowania; przeprowadza się uczenie metodą specjalizowaną na obiekcie rzeczywistym. 2.2. Sztuczne sieci neuronowe Właściwości sieci neuronowych oraz ich możliwości zależą zarówno od architektury połączeń między neuronami jak i od rodzaju samych neuronów. Wprowadzając do statycznego modelu matematycznego sztucznego neuronu różnego rodzaju sprzężenia zwrotne, można otrzymać model dynamiczny. Dynamika zostaje wprowadzona do neuronu w taki sposób, aby aktywność neuronu zależała od jego wewnętrznych stanów [, 2]. Realizuje się to poprzez dodanie do struktury neuronu liniowego systemu dynamicznego, po którego wykorzystaniu każdy neuron odtwarza przeszłe wartości sygnałów, mając do dyspozycji dwa zbiory sygnałów: sygnały wejściowe i sygnał wyjściowy w chwilach bieżących i przeszłych.

472 A. ŻAK Rys. 3. Schemat blokowy dynamicznego sztucznego neuronu W dynamicznym modelu neuronu można wyodrębnić trzy bloki: sumator ważonych sygnałów wejściowych; dynamiczny system liniowy; nieliniowy blok aktywacji. W bloku sumowania następuje obliczanie sumy ważonej informacji dochodzących do neuronu na podstawie zależności [, 2]: N ϕ ( k) = w ( k) x ( k) (5) i= gdzie: w waga i -tego wejścia; x i -ty sygnał wejściowy; N ilość składowych sygnału wejściowego; k indeks dyskretnego czasu. Obliczona suma ważona jest następnie przetwarzana w dynamicznym systemie liniowym, który może być filtrem dowolnego rzędu. Opisana ona jest następującym równaniem różnicowym [, 2]: i γ k) = a γ ( k )... a γ ( k p) + b ϕ( k) + b ϕ( k ) +... + b ϕ( k ) (6) ( n 0 n q gdzie: ϕ wejście bloku filtru w chwili k ; γ wyjście filtru w chwili k ; a, b wektory wag sprzężeń zwrotnych i połączeń jednokierunkowych; p, q wartości stałe określające rząd filtru. Ostatecznie sygnał wyjściowy neuronu, będący sygnałem wyjściowym bloku aktywacji, wyznaczany jest z zależności [, 2]: gdzie: F nieliniowa funkcja aktywacji; i y( k) = F[ g ( k)] (7) s γ g s współczynnik nachylenia funkcji aktywacji. Celem algorytmu uczenia jest wyznaczenie wartości parametrów dynamicznego modelu neuronu (wartości wag, wartości współczynników dynamicznego systemu liniowego oraz współczynnika nachylenia funkcji aktywacji), przy czym bazuje się na danym zbiorze par wzorców wejściowych i wyjściowych. Ich wyznaczenia można dokonać poprzez rozwiązanie

STEROWANIE NEURONOWE BEZZAŁOGOWYM POJAZDEM PODWODNYM 473 problemu optymalizacyjnego, w którym, przyjmując błąd wyjściowy neuronu w postaci [, 2], e( k) = yd ( k) y( k) (8) gdzie: y d żądana odpowiedź układu; y aktualna odpowiedź układu. należy zminimalizować kryterium mające postać: gdzie: E operator wartości oczekiwanej. { e( k) } 2 J = E (9) 2 Do rozwiązania tak sformułowanego problemu optymalizacyjnego i określenia optymalnych wartości parametrów neuronu zastosowano metodę gradientów sprzężonych. Aktualizacja wartości parametrów sieci neuronowej przeprowadza się po każdorazowej prezentacji wektora uczącego zgodnie z równaniem [2]: v ( k + ) = v( k) v J + μ = ( ) v J v v k v= v( k ) η (0) gdzie: v uogólniony parametr sieci, η współczynnik uczenia, μ współczynnik sprzężenia, k krok iteracji. Biorąc pod uwagę kryterium minimalizacji, gradient może być wyrażony równaniem [, 2]: dj = E{ e( k) F ( g sγ ( k) ) Sυ ( k) } () dυ gdzie: S υ (k) wektor wrażliwości sygnału gamma na zmianę parametru v, F pochodna funkcji aktywacji neuronu. 3. BADANIA DOŚWIADCZALNE Na regulator składają się dwie sieci neuronowe: sieć sterująca i sieć identyfikująca (rys. 4), zaś cały regulator wypracowuje sygnał sterujący w dwóch etapach [3]. W pierwszym etapie sieć identyfikująca przeprowadza identyfikację stanu obiektu w danej chwili czasowej, wokół bieżącego punktu równowagi, na podstawie informacji o bieżącym kursie oraz bieżącej prędkości obrotowej wokół osi normalnej pojazdu (prędkość zmiany kursu). Do nauki jako wzorcowy podawany jest sygnał sterujący kursem pojazdu. W drugimi etapie następuje przepisanie wag z sieci identyfikującej do sieci sterującej. W ten sposób sieć sterująca powinna posiadać transmitancję zbliżoną do odwrotnej transmitancji obiektu w danej chwili czasowej, a więc wokół bieżącego punktu równowagi. Na wejście tej sieci podawana jest informacja o rozbieżności między kursem zadanym i bieżącym oraz w związku z tym, że dąży się do tego, żeby pojazd miał zerową prędkość obrotową wokół osi normalnej pojazdu (brak

474 A. ŻAK myszkowania), podaje się bieżącą prędkość obrotową ze znakiem ujemnym. Sieć po przeliczeniu danych wejściowych wypracowuje sygnał sterujący dla obiektu sterowania [3]. Zastosowane sieci neuronowe ze względu na przyjętą metodę sterowania mają taką samą budowę. Składają się one z trzech warstw, gdzie w pierwszej warstwie jest 20 neuronów, w drugiej warstwie jest 30 neuronów, w trzeciej warstwie jest jeden neuron. Do uczenia sieci identyfikującej zastosowano metodę wstecznej propagacji błędów z momentum. W prezentowanym rozwiązaniu nie ma potrzeby prowadzenia uczenia sieci sterującej. Przed przystąpieniem do sterowania z wykorzystaniem regulatora neuronowego wymagany jest w tym przypadku wstępny trening sieci identyfikującej, w innym przypadku czas regulacji jest znacznie wydłużony dla pierwszych sterowań. z(t) Kurs zadany + e SIEĆ STERUJĄCA τx τy τz τn BEZZAŁOGOWY POJAZD PODWODNY u v w ϕ θ ψ + SIEĆ IDENTYFIKUJĄCA d dt Prędkość zmiany kursu Aktualny kurs Rys. 4. Schemat blokowy zastosowanego regulatora neuronowego W czasie badań laboratoryjnych opracowanego regulatora neuronowego kursu bezzałogowego pojazdu podwodnego przeprowadzono szereg testów. Między innymi sprawdzono poprawność działania regulatora w środowisku, w którym nie występowały zakłócenia oraz przy występujących zakłóceniach w postaci prądu podwodnego. Dodatkowo przeprowadzono próby z wykorzystaniem proponowanego regulatora neuronowego pojazdu podwodnego, który transportuje obiekty o określonej masie. Wybrane wyniki przedstawiono w postaci wykresów na rysunkach poniżej. Ze względu na aperiodyczny charakter przebiegu procesu przejściowego, przy sterowaniu ruchem bezzałogowego pojazdu podwodnego, do oceny jakości regulacji przyjęto kryteria w postaci: czas regulacji oraz uchyb statyczny. Czas regulacji mierzono od momentu podania na regulator wymuszenia w postaci żądanego kursu do momentu zaniku procesu przejściowego, tj. gdy wartość kąta kursowego pojazdu nie przekraczała zadanej dokładności wynoszącej ±%. Wartości graniczne uzyskanych danych zostały przedstawione w tabeli.

STEROWANIE NEURONOWE BEZZAŁOGOWYM POJAZDEM PODWODNYM 475 Rys. 5. Stabilizacja kursu pojazdu w środowisku bez zakłóceń z wykorzystaniem sterownika neuronowego Rys. 6. Stabilizacja kursu pojazdu w środowisku z występującymi zakłóceniami w postaci prądu podwodnego (prędkość 0.02 m/s, kurs napływu 45 o ) z wykorzystaniem sterownika neuronowego

476 A. ŻAK Rys. 7. Stabilizacja kursu pojazdu, z wykorzystaniem sterownika neuronowego, w środowisku bez zakłóceń w trakcie przenoszenia przez pojazd obiektu o masie 5 kg Rys. 8. Stabilizacja kursu pojazdu, z wykorzystaniem sterownika neuronowego, w środowisku z występującymi zakłóceniami w postaci prądu podwodnego (prędkość 0.05 m/s, kurs napływu 35 o ) w trakcie przenoszenia przez pojazd obiektu o masie 5 kg

STEROWANIE NEURONOWE BEZZAŁOGOWYM POJAZDEM PODWODNYM 477 Tabela. Wartości graniczne miar jakości sterowania pojazdem podwodnym z wykorzystaniem regulatora neuronowego. Miara Wartość maksymalna Wartość minimalna Czas regulacji 5 sek. 4 sek. Uchyb statyczny +2.25 deg. -.9 deg. Z przeprowadzonych badań wynika, że wartości przyjętych kryteriów jakości sterowania nie zależały od tego, czy obiekt poruszał się w środowisku bez zakłóceń czy w środowisku, w którym występowały zakłócenia w postaci prądów podwodnych. Podobna sytuacja była w przypadku transportowania przez pojazd obiektów o określonej masie. 4. PODSUMOWANIE Precyzyjne sterowanie pojazdem podwodnym jest szczególnie istotne przy prowadzeniu prac z wykorzystaniem technik głębinowych. Szczególne wymagania są nakładane na jakość sterowania pojazdem podwodnym w trakcie wykonywania zadań inspekcji akwenu podwodnego z wykorzystaniem kamer wizyjnych oraz aktywnych systemów hydroakustycznych. W takich sytuacjach niepożądane jest występowanie zarówno oscylacji wokół zadanego kursu, jak również zbyt gwałtowne zmiany kursu pojazdu. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że zastosowanie regulatora neuronowego do sterowania kursem pojazdu podwodnego zapewnia zadowalającą jakość sterowania, a tym samym tego typu regulator może być wykorzystany do sterowania pojazdem podwodnym przy zadaniach precyzyjnego prowadzenia po zadanym kursie. Dotyczy to zarówno sterowania ruchem, gdy na pojazd nie oddziałują zakłócenia środowiskowe jak i w przypadku występowania zakłóceń środowiskowych w postaci prądu podwodnego. Dodatkowo należy stwierdzić, że zastosowanie regulatora neuronowego do sterowania kursem pojazdu podwodnego przy realizacji zadania transportu obiektów o określonej masie daje także zadowalającą jakość sterowania pomimo dużej zmiany dynamiki ruchu układu pojazd podwodny-obiekt transportowany. Z przeprowadzonych badań wynika również, że oddziaływanie na taki układ prądu podwodnego nie wpływa w znaczący sposób na jakość sterowania, co świadczy o dużej odporności regulatora na oddziaływanie zakłóceń zewnętrznych. Przeprowadzone badania potwierdziły, że wykorzystanie sterowników neuronowych do sterowania obiektami nieliniowymi, szczególnie w przypadku, gdy charakter nieliniowości utrudnia ich opisanie metodami analitycznymi, pozwala na projektowanie układów sterowania zapewniających odpowiednią jakość sterowania takimi obiektami. Poprawność działania tego typu układów wynika z cech sterowania neuronowego, a mianowicie: sterowanie neuronowe umożliwia rozwiązanie problemu na podstawie zbioru danych uczących poprzez analizę zależności zbioru danych z wejścia i wyjścia procesu, co ułatwia jego stosowanie, sieci neuronowe umożliwiają modelowanie zależności nieliniowych o dużej złożoności, gdzie opis analityczny jest trudny lub niemożliwy, sterowanie to jest elastyczne i odporne na nieprecyzyjne dane oraz na zakłócenia, sieci neuronowe nadają się do stosowania obliczeń równoległych; Pomimo wielu zalet regulatorów neuronowych należy także wskazać pewne ich wady. Przede wszystkim zastosowanie regulatora neuronowego powoduje, że czas regulacji jest

478 A. ŻAK znaczny, a mianowicie w przeprowadzonych badaniach wykonanie niektórych manewrów wymagało czasu ponad 0 sek. Wynika to z konieczności identyfikacji na bieżąco modelu dynamiki pojazdu, co wiąże się z kolei z procesem uczenia sieci neuronowej, który na osiągnięcie odpowiedniego poziomu błędu na wyjściu wymaga dużej ilości epok uczenia. Jednakże najważniejszą wadą przy stosowaniu sieci neuronowych do sterowania jest brak możliwości wpływania na jakość regulacji poprzez zmianę parametrów regulatora. O ile w przypadku zastosowania regulatorów numerycznych typu PID, dobierając odpowiednio parametry, można wpływać na wartości miary jakości sterowania lub przy zastosowaniu regulatorów rozmytych można dowolnie kształtować charakter regulatora, o tyle w przypadku regulatorów neuronowych nie można w znaczący sposób wpływać na jakość regulacji. Istnieje pewna możliwość zmiany charakteru regulatora neuronowego poprzez odpowiedni dobór struktury sieci, modelu neuronu, metody nauczania czy funkcji aktywacji, jednakże wprowadzanie takich zmian ma charakter empiryczny, a nie metodyczny. LITERATURA. Back A. D., Tsoi A. C.: FIR and IIR synapses, A new neural network architecture for time series modeling. Computation 99, 3, p. 375-385. 2. Żak A.: Identyfikacja dynamiki bezzałogowego pojazdu podwodnego w warunkach eksploatacyjnych, Rozprawa doktorska. Gdynia: AMW, 2006. 3. Żak B., Żak A.: Wybrane zagadnienia sterowania obiektami morskimi. Gdynia: Maszoperia Literacka Sp. z o. o., 200. 4. Żurada J., Barski M., Jędruch W.: Sztuczne sieci neuronowe. Warszawa: Wyd. Nauk. PWN, 996. NEURAL CONTROL OF REMOTELY OPERATED UNDERWATER VEHICLE Summary. The main aim of paper is to introduce the results of research concentrated on controlling remotely operated underwater vehicle using artificial neural networks. Firstly the mathematical basis of neural network used to control dynamical object were introduced. Next the proposed control system which is using technology of artificial neural network was presented. At the end the example results of research on stabilizing movements parameters of underwater vehicle using ROV simulator were presented. The paper is finished by summary which includes conclusions derived from results of research.

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE ISSN 896-77X 4, s. 479-480, Gliwice 20 TYTUŁ REFERATU (4 pt, czcionka pogrubiona) JAN KOWALSKI (4 pt) Katedra Mechaniki Stosowanej, Politechnika Śląska (0 pt, kursywa) e-mail: jan.kowalski@politechnika.slaska.pl (dwie linie odstępu, 0 pt) Streszczenie. Streszczenie o charakterze dokumentacyjnym, nie przekraczające ośmiu wierszy. Tekst streszczenia napisany powinien być w języku referatu, czcionką Times New Roman 2 pt. Przy streszczeniu stosować obustronne wcięcie cm, pełne wyjustowanie tekstu, przy zastosowaniu wcięcia 0,25 cm w pierwszym wierszu akapitu. (dwie linie odstępu, 2 pt). WSTĘP (Times New Roman, 2 pt, duże litery) Wskazane jest, aby wstęp zawierał syntetyczne omówienie przedstawianego zagadnienia z zaznaczeniem oryginalnych elementów pracy. Wymaganym edytorem jest Word for Windows, wersja 9.0 (Microsoft Office 2000). Akceptowane będą artykuły o objętości 6 lub 8 stron (parzysta liczba stron formatu A4 Pełny tekst referatu powinien być napisany czcionką Times New Roman 2 pt bez interlinii, z pełnym wyjustowaniem tekstu, przy zastosowaniu wcięcia 0,5 cm w pierwszym wierszu akapitu i zachowaniem układu według zamieszczonego wzorca. Marginesy (lewy, prawy, górny i dolny) powinny wynosić 2,5 cm, a odstęp pomiędzy górną krawędzią strony a nagłówkiem 2cm. W nagłówkach na stronach nieparzystych referatu należy umieścić tytuł artykułu wyrównany do środka, natomiast na stronach parzystych inicjały imion i nazwiska autorów wyrównane do środka. Tytuły rozdziałów głównych należy pisać dużymi literami, natomiast tytuły podrozdziałów małymi pogrubionymi. Po tytułach rozdziałów nie stawiać kropki. Prosimy o przysłanie wydrukowanego referatu na adres Redakcji oraz wersji elektronicznej na nośniku lub na adres sympozjon@polsl.pl. Prosimy o nazwanie pliku nazwiskami autorów oddzielonymi znakiem podkreślenia (np. Kowalski_Nowak.doc). (dwie linie odstępu, 2 pt) 2. TYTUŁ ROZDZIAŁU GŁÓWNEGO (Times New Roman, 2 pt, duże litery) 2.. Tytuł podrozdziału (Times New Roman, 2 pt, pogrubiony, litery jak w zdaniu) Równania należy ustawiać na środku linii i numerować wyrównując do prawej strony (Times New Roman, 2 pt) np.: M & q + ( B + G) q& + Kq = Q ()

480 J. KOWALSKI (Kapitalki) Rysunki i wykresy, wykonane dowolną techniką, powinny stanowić integralną część tekstu i powinny być podpisane (Times New Roman, 2 pt). Podpisy mają być wyśrodkowane w linii i niezakończone kropką. Rysunki i wykresy powinny być tak wykonane, aby przy wydruku czarno-białym były czytelne. Na życzenie autora możliwy jest druk artykułu w kolorze za dodatkową opłatą. k (ξ ) k k 2 0 ε α Rys.. Zmienna sztywność zazębienia modelowana funkcją skokową Opisy tabel powinny znajdować się nad tabelami i być dosunięte do prawego brzegu tabeli i niezakończone kropką. (Times New Roman, 2 pt) Tabela. Częstości drgań własnych Numer Częstości drgań własnych [Hz] dla: częstości własnej Przekładni bez korpusu Przekładni z korpusem 0 0 2 48.08 43.22 3 58.4 472.84 Spis literatury wykorzystanej przez autora powinien zawierać, oprócz numeru pozycji, nazwisk i inicjałów autorów, tytułu pracy: dla pozycji książkowych: tom, miejsce wydania, wydawnictwo, rok wydania dla artykułu: tytuł czasopisma okolony cudzysłowem, rok wydania, numer (ew. wolumin), strony (po skrócie s.) (dwie linie odstępu, 2 pt) LITERATURA (Times New Roman, 2 pt, duże litery, bez numeracji). Paszek W.: Stany nieustalone maszyn elektrycznych prądu przemiennego. Warszawa: WNT, 986. 2. Kosmol J., Lehrich K.: Model cieplny elektrowrzeciona. Modelowanie Inżynierskie 200, t. 8, nr 39, s. 9 26 (dwie linie odstępu, 2 pt) TYTUŁ REFERATU W JĘZYKU OBCYM Summary. Streszczenie w języku obcym (angielskim, niemieckim lub rosyjskim) w formacie jak na początku. ε α ξ