מערכת הנחיית טיל מערכת הנחיית טיל בשיטת לוגיקה עמומהבשיטת לוגיקה עמומה

041959255מגישים: אייל בן איסטי

042256040 אסף צבירן

מנחה: ד"ר מרק מולין

2003ספטמבר

מטרות הפרוייקטמטרת על

תוך Gain Schedulingמימוש מערכת הנחיית טיל בשיטת •שימוש בלוגיקה עמומה

מטרות משנהפיתוח וחקירת המודל הדינמי של תעופת הטיל וחלוקה •

למצבי טיסה

מציאת מקדמי בקרה אופטימליים בשיטות:•

. סריקה ומיפוי1

. גישה איטרטיבית2

מימוש הבקר בלוגיקה עמומה וחקירת ארכיטקטורות שונות•

חקרנו את מודל הטיל שניתן לנו והרחבנו אותו, ובפרט חקרנו •את אופן תלות המודל הדינמי במצבי הטיסה

חילקנו את מעטפת הטיסה ומצאנו פרמטרי בקרה מתאימים •בשלוש שיטות שונות:

. סימולציות על המערכת1

. סריקה ומיפוי של מרחב הפרמטרים 2

. אלגוריתם איטרטיבי לקבלת פרמטרים אופטימליים3

(1מה עשינו ? )

מימשנו את הבקר בלוגיקה עמומה וחקרנו ארכיטקטורות •שונות:

כוללת המקבלת את כל מקדמי התזמוןFuzzy. מערכת 1

סדרתית עם פיצול מקדמי התזמון Fuzzy. מערכת 2 למערכות ייעודיות

מקבילית עם פיצול מקדמי התזמון Fuzzy. מערכת 3 למערכות ייעודיות

מימשנו את הבקרים השונים במערכת משולבת הבוררת • Matlabמביניהם, וכן במערכות נפרדות. כתבנו קוד אחד

להפעלת המערכות ביחד ולחוד, תוך מעבר בין מצבי הטיסה לשם השוואה ביניהן

(2מה עשינו ? )

המערכת הדינמית

m h

21T mA A dt

RMT

11c C

c

A N Vs T

1

0

1

gLR

am

LHT

KV

המערכת הכללית

מנגנוני הרעש

מערכת ההנחיה

Adaptive Fuzzy Gainלקוח מתוך המאמר "Scheduling in Guidance System Design "

-Haui ו-Chun-Liang Lin על-ידי 2001שפורסם ב-Wen Su.

שרטוט הזויות במערכת הטיל

o

ApparentTarget

Target

BodyAxis

Seeker

Pursuermy

mx

mR

m

perfect true

RMT

TV

TmV

h

m

mmh

true

perfect

- זווית התקפה - זווית גוף הטיל

- זווית מסלול Seeker - זווית ה-זווית - LOS (Line Of Sight)-ה זווית היא { LOS

האמיתית{ - זווית הסטייה } היא זווית הסטייה האמיתית{

hmm

true

perfect

מצבי טיסהמעטפת הטיסה חולקה לתחומים על-ידי סימולציות 1.

וניתוח

כמו כן חילצנו פרמטרי בקרה מייצגים לכל מצב טיסה

מציאת פרמטרי בקרה אופטימליים:2.

- פונקצית מחיר•

aK

1cos cos2 sett T OS t

cos 0.2 ; 3.6f

r

t

m t m t tt

OS t A t A A t A A dt

של מרחב פרמטרי הבקרה. סריקה ומיפוי •מציאת פונקצית המחיר עבור כל צירוף , cN T הצגתו ,

ומציאת פרמטרים אופטימליים

-שיטה איטרטיבית • 1

0 1 m

10

in1, 5, cos cos c

coscos ;

os , 0. 5o

0c

0s

nn n n

n n

n nn

n

N N dN

dN t t

tdN sign t

t

N

d

dt

N

Results of Optimization for Vm = 30 [m/sec],

Hm = 5000 [m], Tc = 10 [sec]

---------------------------------------------------------

n N_opt cost n N_opt cost

1 11.0000 39.1401 10 26.0983 14.5149

2 13.7118 29.2597 11 27.8043 9.7096

3 19.2093 22.0088 12 28.9519 7.2384

4 27.5923 10.2408 13 29.5275 6.1999

5 33.5403 20.1698 14 29.7747 5.7945

6 25.2283 7.9539 15 29.8739 5.6374

7 20.6476 14.5837 16 29.9127 5.5651

8 25.2760 7.8541 17 29.9277 5.5581

9 27.7947 9.7211 18 29.9334 5.5554

200 100 30 10

5 24.5953 38.4957 134.6783 111.2808

6 22.7334 34.5050 66.6934 104.5337

7 20.0386 42.1203 45.7274 47.3727

8 16.1348 35.9449 40.8267 41.6323

9 15.0083 35.8131 38.4731 39.4996

10 12.1114 29.9347 34.3125 39.6085

11 11.8609 25.2185 34.2955 35.1781

12 10.4025 22.1859 34.3991 35.2561

13 10.5444 18.7555 30.5585 35.9711

14 8.4208 16.7790 25.4527 22.9701

15 9.0638 16.8364 24.8606 25.0174

200 100 30 10

5 4.4149 10.1941 2.3425 2.5471

6 8.7921 7.3284 7.9846 2.5471

7 9.2182 3.8533 9.0683 9.8458

8 9.2067 4.0629 6.4244 7.7143

9 15.9320 4.0062 8.6532 9.5563

10 18.7174 5.5548 6.7504 8.7237

11 21.2266 7.6791 6.3841 6.9547

12 15.8857 8.0904 6.0315 6.5791

13 14.1420 12.0555 13.0023 5.6278

14 23.0063 12.4466 16.9132 17.5804

15 23.4051 12.0385 8.9791 10.5170

\c mT V

\c mT V

optN

cos optt

תוצרי המערכות האופטימליותתוצאות המערכת מיפוי מרחב הפרמטרים

האיטרטיבית מיפוי מרחב הפרמטרים

לוגיקה עמומה -עקרון בסיסי

מיפוי רציף של וקטור כניסה כלשהו לוקטור יציאה, תוך שימוש בסט חוקים מוגדרים מראש •

לכל איבר בוקטור הכניסה בהתאם למידת קיום או אי-קיום של 1 ל-0הקצאת ערך רציף בין •מערכת החוקים הלוגית

-מערכת חוקים לוגיים

-פונקציות שייכות

)FlightState (לדוגמא, תת-המערכת הייעודית -Fuzzyמבנה יחידת

בארכיטקטורות שונותFuzzyמערכות ה-

Fuzzyמערכת כוללת

Fuzzyמערכת סדרתית

Fuzzyמערכת מקבילית

המערכת המשולבת

Fuzzyבורר מצב Non-Fuzzyאו

בורר מצב רעש

בורר ארכיטקטורת Fuzzy

Fuzzyתוצרי סימולציות מערכות החלקת מעברי •

מצבי טיסה

,mA0.2 עבורRMTבמערכות ללא שינוי • 12secnfnf cN T

10 / secmV m 100 / secmV m

וכניסת שני מחזורי RMT עם שינוי Fuzzyגרפים ממערכות ה- •סינוס

30 / secmV m

RMTmA

cTN

Simulation times for Vm = 30 & Hm = 5000 were ... [sec]:

NoisyNF QuietF NoisyF SerialF ParallelF

16.374 68.899 613.842 380.207 283.082

השוואת זמני סימולציה עבור כל המערכות •

עם שינוי Fuzzyגרפים ממערכות ה- •RMT וכניסה לא תקנית (כניסת מדרגה )3בגודל

100 / secmV m

רשימת מערכות וקבצי קודSimulink (*.mdl)קבצי

• S_NF מערכת ללא -Fuzzy

• S_FuzzySys מערכת -Fuzzyמשולבת

• S_optimizationמערכת להרצת אופטימיזציות -

• S_regularF מערכת עם -Fuzzyכולל

• S_serialF מערכת -Fuzzyסדרתית

• S_parallelF מערכת -Fuzzyמקבילית

Matlab (*.m)קבצי קוד • one_from_split הרצת אחת מהמערכות -

הנפרדות עם וקטורי גבהים ומהירויות

• compare_split הרצת כל המערכות הנפרדות -עבור גובה ומהירות אחידים

• one_from_combined הרצת אחת מהמערכות -במערכת המשולבת עם וקטורי גבהים ומהירויות

• compare_ combined הרצת כל המערכות -במערכת המשולבת עבור גובה ומהירות אחידים

• getSYS_ID - פונקצית עזר המחזירה פרמטריברירה עבור המערכת המשולבת (לשימוש ב-

one_from_combined -ו compare_ combined )

• scanNmapהרצת שיטת סריקה ומיפוי -

• itterate_algorithm הרצת האלגוריתם -האיטרטיבי לאופטימיזציה

• analize_Am פונקצית עזר למציאת זמני - scanNmapההתכנסות והעלייה (לשימוש ב-

(itterate_algorithmו-

• smooth פונקצית עזר לדילול והחלקת וקטור -(analize_Am רועש (לשימוש ב-

• Oscost_Fcn פונקצית עזר המחשבת את –גודל הקנס על תגובת-היתר

סיכום ומסקנות פיתחנו את מודל דינמיקת הטיל, חקרנו את תגובתו •

לכניסות שונות ולמצבי טיסה שונים. חמושים בידע זה, פיתחנו את הבקרים המתאימים

ניתחנו את מצבי הטיסה של הטיל בעזרת גישות שונות •ומצאנו פרמטרי בקרה אופטימליים

נוכחנו לראות שגישת מיפוי מרחב המצבים פשוטה •למימוש ויפה להצגה, אך זמן הריצה שלה וסיבוכיות החישוב

גבוהים בהרבה משל הגישה האיטרטיבית, ועם זאת תוצאותיה אינן טובות יותר (וזאת בזכות שינוי הרזולוציה

הדינמי באלגוריתם האיטרטיבי)

הראינו כי שימוש בלוגיקה עמומה מחליק את המעברים •בין מצבי הטיסה ומשפר את ביצועי הבקרים

בעלות ארכיטקטורות שונות Fuzzy בנינו מערכות בקרי •בנפרד, מהם גם הרכבנו מערכת משולבת הבוררת בין סוגי

הבקרים

בדקנו את ביצועי המערכות עבור כניסות שונות עם ובלי • משתנה או מאולץRMTרעש, וכן עבור

טובים יותר עבור תרחיש Fuzzy הראינו כי ביצועי בקרי ה-•בו מצבי הטיסה משתנים, וכן בהתמודדות עם מערכת

רועשת

הראינו כי שימוש בארכיטקטורה סדרתית או מקבילית •מוריד בצורה משמעותית את זמן הריצה (המקבילית מהירה מן הסדרתית), וביצועיהן אף טובים יותר (הסדרתית בעלת

ביצועים טובים מהמקבילית)

הצעות לשיפור יש לפתח מודל מלא ומדויק יותר לדינמיקה של הטיל •

ולמערכת ההנחיה שלו

עבור מערכת המשתנה באופן דינמי בעלת מודל שאינו ידוע •בודאות (כמו אצלנו), אידיאלי להשתמש ברשת נוירונים

, שתקשר בין שינוי המודל לבין Fuzzyבמקום מערכת ה-פרמטרי הבקרה הנדרשים

שיטות האופטימיזציה עובדות יפה, אולם הן תלויות •בפונקצית המחיר, אשר בעלת נקודות-כשל. לכן, על-מנת לשפר את הביצועים יש לפתח פונקצית מחיר טובה יותר

סדרתי ומקבילי נותן Fuzzy השימוש בארכיטקטורות •ביצועים טובים, ולדעתנו- דורש מחקר נוסף