大腦情感學(xué)習(xí)智能控制器。大腦情感學(xué)習(xí)算法與實(shí)際系統(tǒng)相結(jié)合時(shí)，必須事先確定感官輸入信號和獎(jiǎng)勵(lì)信號的函數(shù)形式，它們主要與系統(tǒng)的輸入輸出、控制量以及跟蹤誤差等因素有關(guān)。
[0068]針對推力縱向偏轉(zhuǎn)控制律的設(shè)計(jì)問題，感官輸入函數(shù)和情感暗示函數(shù)可分別設(shè)計(jì)為
[0069]SIlon= f(e a, Θ，Θ c, q, δ e)
[0070]REfflon= J(e a, q, δ e)
[0071]針對推力橫向偏轉(zhuǎn)控制律的設(shè)計(jì)問題，感官輸入函數(shù)和情感暗示函數(shù)可分別設(shè)計(jì)為
[0072]SIlat= f(e φ, Φ, Φε, ρ, δ r)
[0073]REfflat= J(e ψ,ρ, δ r)
[0074]式中，e0= θ - Θ。為俯仰角誤差，Θ為俯仰角，Θ。為俯仰角指令，q為俯仰角速率，為升降舵偏角。e φ= φ-φ。為滾轉(zhuǎn)角誤差，Φ為滾轉(zhuǎn)角，Φ。滾轉(zhuǎn)角指令，P為滾轉(zhuǎn)角速率，Sa為副翼偏角。
[0075]—種基于大腦情感學(xué)習(xí)的無人機(jī)推力變向智能控制方法，其特征在于，包括推力縱向偏轉(zhuǎn)控制模塊和推力橫向偏轉(zhuǎn)控制模塊；
[0076]所述推力縱向偏轉(zhuǎn)控制模塊包括推力縱向智能控制接收器；推力橫向偏轉(zhuǎn)控制模塊包括推力橫向偏轉(zhuǎn)控制智能控制接收器；
[0077]該方法包括如下步驟:
[0078]I)推力縱向偏轉(zhuǎn)控制模塊步驟:
[0079]1.1)參數(shù)初始化:設(shè)定感官輸入函數(shù)和情感暗示函數(shù)的權(quán)系數(shù)向量ω1ωι;設(shè)定杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Vlm，眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Wlm;設(shè)定A-O組織權(quán)值的調(diào)節(jié)率系數(shù)Ulm;
[0080]1.2)推力縱向智能控制器接收外部縱向輸入信號，所述外部縱向輸入信號包括俯仰姿態(tài)角反饋值、俯仰姿態(tài)角指令值、俯仰角速率反饋值和升降舵偏角反饋值；
[0081]所述外部縱向輸入信號通過推力縱向智能控制器后得到縱向感官輸入信號SIlm和縱向獎(jiǎng)勵(lì)信號REWw
[0082]SIlon= ω 1οη(1)θ0 + ω1οη⑵ θ+ω1οη(3) Θ c+ω lon(4) q+ω 1οη(5) δ e
[0083]REfflon= ω lon(5)ee + olon(6)q+olon(7) δ e
[0084]1.3)縱向下更新杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Vlm和眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Wlm，更新律表示為:
[0085]杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值更新率:
[0086]AVlon= υ lon(l)max(0, REWlon-VlonSIlon)，此時(shí) Vlon= V lon+AVlon；
[0087]眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值更新率:
[0088]Δ Wlon= υ lon(2) (VlonSIlon-WlonSIlon-REfflon)，此時(shí) Wlon= W 1οη+ Δ fflon；
[0089]1.4)縱向下計(jì)算杏仁體組織和眶額皮質(zhì)組織輸出信號Alm，以及縱向智能控制模塊輸出信號Olm，分別為:
[0090]Alon= V lonSIlon
[0091]Olon=WlonSIlon
[0092]差值為縱向偏角?目號Elm= A ιοη-01οη；
[0093]2)推力橫向偏轉(zhuǎn)控制模塊步驟:
[0094]2.1)參數(shù)初始化:設(shè)定感官輸入函數(shù)和情感暗示函數(shù)的權(quán)系數(shù)向量olat;設(shè)定杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Vlat，眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Wlat;設(shè)定A-O組織權(quán)值的調(diào)節(jié)率系數(shù)ulat;
[0095]2.2)推力橫向智能控制器接收外部橫向輸入信號，所述外部橫向輸入信號包括滾轉(zhuǎn)姿態(tài)角反饋值、滾轉(zhuǎn)姿態(tài)角指令值、滾轉(zhuǎn)角速率反饋值和副翼偏角反饋值；
[0096]所述外部橫向輸入信號通過推力橫向智能控制器后得到橫向感官輸入信號SIlat和橫向獎(jiǎng)勵(lì)信號REWlat:
[0097]SIlat= ω ?3?(1)θφ + ω?3?(2) Φ + ω?3?(3) φc+ωlat(4)ρ+ωlat(5) δΓ
[0098]REfflat = ω lat (6) θφ+ω lat (7) ρ+ω lat (8) δ r
[0099]2.3)橫向下更新杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Vlat，眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Wlat，更新律表示為:
[0100]杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值更新率:
[0101]AVlat= υ lat(l).max (O, REfflat-VlatSIlat), Vlat= V lat+ Δ Vlat；
[0102]眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值更新率:
[0103]Afflat= υ lat(2) (VlatSIlat-WlatSIlat-REfflat)，Wlat= W lat+Δ Wlat ；
[0104]2.4)橫向下計(jì)算計(jì)算杏仁體組織和眶額皮質(zhì)組織輸出信號Alat，以及橫向智能控制模塊輸出信號Olat，分別為:
[0105]Alat —V IatSIlat
[0106]Olat=WlatSIlat
[0107]差值為推力橫向偏角信號Elat= A lat-0lat；
[0108]3)將所述推力縱向偏角信號Elm和推力橫向偏角信號Elat輸入給推力偏轉(zhuǎn)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過偏轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)運(yùn)動。
[0109]針對某螺旋槳無人機(jī)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。無人機(jī)模型為非線性全量方程描述。飛機(jī)受到20m/s的持續(xù)風(fēng)擾動，利用氣動舵面控制器、油門控制器和推力變向智能控制器共同作用，得到了無人機(jī)俯仰角姿態(tài)和滾轉(zhuǎn)角姿態(tài)的跟蹤響應(yīng)結(jié)果，如圖1-圖6所示。
[0110]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于大腦情感學(xué)習(xí)的無人機(jī)推力變向智能控制方法，其特征在于，包括推力縱向偏轉(zhuǎn)控制模塊和推力橫向偏轉(zhuǎn)控制模塊； 所述推力縱向偏轉(zhuǎn)控制模塊包括推力縱向智能控制接收器；推力橫向偏轉(zhuǎn)控制模塊包括推力橫向偏轉(zhuǎn)控制智能控制接收器； 該方法包括如下步驟: .1)推力縱向偏轉(zhuǎn)控制模塊步驟: .1.1)參數(shù)初始化:設(shè)定感官輸入函數(shù)和情感暗示函數(shù)的權(quán)系數(shù)向量ω?Μ?;設(shè)定杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Vlm，眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Wlm;設(shè)定A-O組織權(quán)值的調(diào)節(jié)率系數(shù) .1.2)推力縱向智能控制器接收外部縱向輸入信號，所述外部縱向輸入信號包括俯仰姿態(tài)角反饋值、俯仰姿態(tài)角指令值、俯仰角速率反饋值和升降舵偏角反饋值； 所述外部縱向輸入信號通過推力縱向智能控制器后得到縱向感官輸入信號SIlm和縱向獎(jiǎng)勵(lì)信號REWlm:SIlon= ? 1(Jl)e0 + ?lon⑵ θ+ω1οη(3) Θ c+ωlon⑷ q+ωlon(5) 5eREWlon= ω lon(5)ee + olon(6)q+olon(7) δ e . 1.3)縱向下更新杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Vlm和眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值初值別 1n， 更新律表示為: 杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值更新率: Δ Vlon= υ lon (I) max (O, REfflon-VlonSIlon)，此時(shí) Vlon= V 1οη+ Δ Vlon； 眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值更新率:Δ Wlon= υ lm (2) (VlmSIlm-WlmSIlm-REW1 J，此時(shí) Wlm= Wlm+Λ Wlon; .1.4)縱向下計(jì)算杏仁體組織和眶額皮質(zhì)組織輸出信號Alm，以及縱向智能控制模塊輸出信號01οη，分別為: ^lon V 1nSIlon ?1n W 1nSI1n 差值為縱向偏角?目號Elm= A ιοη-01οη； . 2)推力橫向偏轉(zhuǎn)控制模塊步驟:. 2.1)參數(shù)初始化:設(shè)定感官輸入函數(shù)和情感暗示函數(shù)的權(quán)系數(shù)向量《lat;設(shè)定杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Vlat，眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Wlat;設(shè)定A-O組織權(quán)值的調(diào)節(jié)率系數(shù)ulat;. 2.2)推力橫向智能控制器接收外部橫向輸入信號，所述外部橫向輸入信號包括滾轉(zhuǎn)姿態(tài)角反饋值、滾轉(zhuǎn)姿態(tài)角指令值、滾轉(zhuǎn)角速率反饋值和副翼偏角反饋值； 所述外部橫向輸入信號通過推力橫向智能控制器后得到橫向感官輸入信號SIlat和橫向獎(jiǎng)勵(lì)信號REWlat:SIiat= ω IaJDelt +Olat ⑵ φ+ Ulat (3) Φ c+Ulat (4) ρ+olat (5) δΓREWlat= ω lat (6)θφ + ω?3?(7)ρ+ω?3? (8) δ r .2.3)橫向下更新杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Vlat，眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值初值Wlat，更新律表示為: 杏仁體組織A的學(xué)習(xí)權(quán)值更新率: Δ Vlat= υ “(I) - max (O, REfflat-VlatSIlat), Vlat= V lat+ Δ Vlat； 眶額皮質(zhì)組織O的學(xué)習(xí)權(quán)值更新率: Δ Wlat= υ lat (2) (VlatSIlat-WlatSIlat-REfflat), Wlat= W lat+ Δ Wlat ； .2.4)橫向下計(jì)算計(jì)算杏仁體組織和眶額皮質(zhì)組織輸出信號Alat，以及橫向智能控制模塊輸出信號Olat，分別為: Alat V IatSIlat Olat= W IatSIlat 差值為推力橫向偏角信號Elat= A lat-0lat； .3)將所述推力縱向偏角信號Elm和推力橫向偏角信號E lat輸入給推力偏轉(zhuǎn)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過偏轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)運(yùn)動。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于大腦情感學(xué)習(xí)的無人機(jī)推力變向智能控制方法，將大腦情感學(xué)習(xí)智能控制算法原理應(yīng)用在無人機(jī)推力變向控制中。本發(fā)明通過兩個(gè)大腦情感學(xué)習(xí)控制器，分別控制了無人機(jī)橫向和縱向的推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了偏轉(zhuǎn)方向的運(yùn)轉(zhuǎn)，提升了無人機(jī)的性能。所設(shè)計(jì)的推力變向控制方法，控制律計(jì)算比較簡單，但是控制參數(shù)具有在線調(diào)節(jié)能力，提高了飛行控制系統(tǒng)的智能水平。
【IPC分類】G05B13/04
【公開號】CN104991446
【申請?zhí)枴緾N201510264667
【發(fā)明人】甄子洋, 孫一力, 浦黃忠, 王道波
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年5月21日