模糊神经网络在液压调平机构中的应用.pdf

2 0 1 0年 5 月 第 3 8卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE T 00L HYDRAUL I CS Ma y 2 01 0 V0 1 ． 3 8 No ．1 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 1 0 ． 0 2 4 模糊神经网络在液压调平机构中的应用 何林立，潘宏侠 ，高强 中北大学机械工程与 自动化学院，山西太原 0 3 0 0 5 1 摘要针对液压调平系统中支腿动作时间难以确定的缺点，利用神经网络对未知函数的辩识能力，构造支腿动作时间 预测模型，设计出模糊控制器 ；并根据模糊控制规则，提出基于模糊神经网络的调平算法，为后续现场调试提供了条件。 关键词调平 ；模糊控制；神经网络 ；P L C 中图分类 号T P 1 8 3 ；T 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 1 0 0 6 8 2 App l i c a t i o n o f Fuz z y Ne ur a l Ne t wo r k i n Hy dr a u l i c Le v e l i ng M e c h a n i s m HE L i n l i ，P A N H o n g x i a ，G A O Q i a n g S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n gA u t o m a t i z a t i o n ，N o r t h U n i v e r s i t y o f C h i n a ，T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 5 1 ，C h i n a Ab s t r a c t I t i s d i ffic u l t t o d e t e r mi n e o u t r i g g e r mo v e me n t t i me i n h y d r a u l i c l e v e l i n g s y s t e m． I d e n t i f i c a t i o n c a p a c i t y o f n e u r a l n e t - w o r k o f t h e u n k n o w n f u n c t i o n wa s u s e d f o r s t r u c t u r e p r e d i c t i o n mo d e l o f o u t r i g g e r mo v e me n t t i me a n d f u z z y c o n t r o l l e r s w a s d e s i g n e d ． F u z z y c o n t r o l rul e s w e r e s e t u p a n d l e v e l i n g a l g o r i t h m b a s e d o n f u z z y n e u r a l n e t w o r k s w a s p r o p o s e d ． Ke y wor d s Le v e l i ng； Fu z z y c o n t r o l ； Ne ur a l ne t wo r k s； PLC 在调 平机 构 中 ，考虑 调平 支 腿 的行 程 间 隙、负 载、流量以及超静定等因素，难以建立精确的数学模 型，使得调平精度偏差大，影响车体工作性能。对于 现代化的国防，要最大程度地控制误差范围，因此 ， 调平技术尤其是高精度承载平台调平方法和控制算法 的研究显得 刻不容缓。 1 液压调平系统结构 该 系统 是基 于 P L C控 制 的四腿支撑调平机构，采用 液压传动方式 ，控制阀使用 开关 阀。水平传感器按 图 1 所示位置安装在承载平台上， 在 Ⅱ一 Ⅳ和 Ⅲ一 I方 向可 测 得 图 1 平台示意图 水平倾角值 、 ／ 3 。当支腿充分展 开达到稳定 状态时 ， 通过比较 、 值的大小可以判断出此时平台的最高 点 。 2 基于 B P算法的预测网络设计 现场利用 P L C采集 和记录一些样本数据，结合 B P神经网络，使用 M A T L A B工具，离线学习和训练 出一个网络函数，得出支腿位移调节量 A h与动作时 间 之间的映射关系。以粗调节 1号支腿为对象， 其他支腿分析都是类似的。将 1 号支腿所承受的负载 ． 和行程的调节量 △ 。 作为输入参数 ，输 出为 1 号支 腿对应的动作时间 ． 。 采用图 2所示 B P神经 网络建立预测模 型进行支 腿调节时间的预测。网络参数设 置为 输入层 2个神 经元 ，隐层 5个神经元 ，输 出层 1 个 神经元。采用离 线的方式对现场测得数据 进行 网络训练 ，得到 1 号支 腿的训练误 差曲线 如图 3所示 。 训练 后误 差值 为0 ． 0 0 0 3 8 1 3 9 8 目标值 为0 ．0 1 |． 图2 B P神经网络结构 图3 训练误差曲线 3 模 糊控 制器 设计 针 对 4条 调平 支腿 耦合 和 P L C的控制 特点 ，提 出一种基 于 P L C的模 糊 控制方 法 ，将 多变 量模 糊控 制器分解成 4个多输入单输出的模糊控 制器 ，其控制 功能 由 P L C程 序实 现 ，实现 了 自动调 平 的模糊 解耦 控制 。 将平台的倾斜平面和最高点所在的水平平面按追 踪周期分为 n个离散平面 ，对于模糊控 制器来说 ，将 每个离散平面所对应的角度值 、 卢 1 ， 2 ， 3 ， ⋯， n 作为给定值。调整除最高支腿外的其他 3条支腿， 通过控制动作时间来调节支腿的高度，从而调整平台 收稿 日期 2 0 0 9 0 51 2 基金项目山西省 “ 先进制造技术”重点实验室基金项目 S Z Z 0 7 0 8 作者简介何林立 1 9 8 5 一 ，硕士研究生 ，研究方 向为模式识别与智能系统。电话 0 3 5 1 3 6 2 7 3 5 0 ，1 3 8 0 3 4 6 4 1 8 0 。 E ma i l 1 7 23 35 2 6 0 qq ．c o rn 。 第 1 0期 何林立 等 模糊神经网络在液压调平机构中的应用 6 9 水平度 。以两个角度值的偏差 E 、 和偏差变化 E C 、E c 作 为 输 入 ，3条 支腿 的 行 程 调 节 量 △ 、 A h 、A h 作 为输 出 ，根据模 糊控制 器 自身的解耦 性 特 点 ，通过模 糊关 系方 程 分解 ，在控 制结 构 上 实现 解耦 ，即将多输入 一多输 出的模糊控制器分解成若 干个 多输 入 一单 输 出 的模 糊 控 制 器 。如 图 4所 示 ， 该 系统 控制器 由 3个多 输 入单 输 出 的模糊 控 制器 组 成。 d／ dl 模 糊 I t - - - _一 巫皆 圈 守 三 i 呈 △ l 撑 I A t 4 l 图 4 模糊控制器结 构图 4仿真实验与结果分析 规则库一 第 一 个 四输入 单输 出控 制 规则 如 F 1 I F E P M AN D E 8 ECBP，THEN H2P L； 2 I F E ． P M A N D E B E CB0，THEN H2P M ； 3 I F E P M A N D E B ECBP，THE N H2PS； P M AND EC P AND PM AND EC P AND P M AND EC 0 AND 规则库二和规则库三与规则库一类 似。 选取预测后动作时间 ，并在程序控制中运用了模 糊控制算法进行调平 ，现场实验数据见表 1 。 表 1 试验数据 角度值 角度值 采集次序 采集次序 卢 1 7 6 51 ． 5 4 2 ． 4 1 ． 2 2 3 3 ．8 22 ． 3 5 0． 9 0． 5 3 8． 5 5 ． 7 5结 语 针对某 雷达车 液压 自动调 平 系统 ，利 用神 经 网 络来辨识系统因不确定因素引起的控制偏差 ，找 出 自动调平过程中行程调节量 h 、流量 q 、负载 、支 腿动作时间 t 的函数关 系，在此基础上设计 了模糊 控制器。现场运行数据表明，运用该控制方案设计 的自动调平系统能在安装调试 中减少实验次数 。正 常工况下 ，该方法能在满足调平精度 的前提下最大 程度的节省调平时间，并可以在各种调平机构中加 以推广 。 参考文献 【 1 】任作新， 张艳兵 ， 姚舜才． 升高低点调平技术研究 [ J ] ． 华北工学院学报， 2 0 0 4 ， 2 5 3 2 0 1 2 0 3 ． 【 2 】盛英仇， 原鹰． 6腿支撑液压式平台 自动调平算法 [ J ] ． 西安电子科技大学学报， 2 0 0 2， 2 9 5 5 9 3 5 9 6 ． 【 3 】 单潮龙 ， 马伟明， 贲可荣， 等． B P 人工神经网络的应用及 其实现技术[ J ] ． 海军工程大学学报 ， 2 0 0 0 ， 9 3 4 1 6 2 2． 【 4 】D a s g u p t a B ， Mr u t h y u n j a y a T S ． T h e S t e w a r t P l a t f o r m M a n i p u l a t o r [ J ] ． Me c h a n i s m a n d Ma c h i n e T h e o r y ， 2 0 0 0 ， 3 5 1 1 5 4 0 ． 【 5 】焦李成． 神经网络系统理论[ M] ． 西安 西安电子科技大 学出版社 ， 1 9 9 0 ． 上接第 8 2页 参考文献 【 1 】李圣清， 罗飞． 电力谐波研究现状及综合治理方法综述 [ J ] ． 湖南工业 大学 学报 ， 2 0 0 7 ， 2 1 1 7 4 7 8 ． 【 2 】张学武 ， 闫萍． 电力系统谐波分析及仿真研究[ J ] ． 计算 机仿真， 2 0 0 5 9 1 9 5 2 0 0 ． 【 3 】王海东 ， 禹成七， 王黎冬 ， 等． 电能质量在线监测系统的 研究[ J ] ． 华北电力大学学报， 2 0 0 4 ， 3 1 4 2 9 3 1 ． 【 4 】杜广宇， 陈小桥， 万世田． 锁相倍频和准同步采样法在谐 波测量 中的应用 [ J ] ． 武 汉大学学 报 工学版， 2 0 0 1 1 0 3 9 4 3 ． 【 5 】于海生， 潘松峰． 基于复序列 F F I 、 和锁相原理的电参数 测量 [ J ] ． 电网技术， 2 0 0 0 3 5 9 6 1 ． 【 6 】余晓明， 吴捷， 王世闻， 等． 基于 D S P的通用 F 丌 算法在 电网谐波检测 中的应用 [ J ] ． 北京联合大学学报 ， 2 0 0 7 9 2 8 3 2 ． 【 7 】李正军， 杨洪军， 宋晓庆． 新型电力网络仪表的谐波测量 方法与实现[ J ] ． 电力系统及其 自动化学报 ， 2 0 0 6 6 2833． 【 8 】李阳， 傅仲文， 李娇群， 等． 锁相环在有源电力滤波器中 的应用[ J ] ． 天津科技大学学报 ， 2 0 0 5 9 5 8 6 0 ． 【 9 】殷庆平 ， 牛晓平． 电力系统谐波测量中频谱泄漏问题的 研 究[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 0 7 8 2 8 3 0 ． 【 1 0 】王兆安， 杨君， 刘进军． 谐波抑制功率和无功功率补偿 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 8 ． 【 1 1 】 李圣清． 有源电力滤波技术及其补偿特性的研究[ D ] ． 长沙 湖南大学 ， 2 0 0 5 ． 【 2 2 】 何学辉， 苏涛． T M S 3 2 0 V C 5 4 0 2 D S P 与串行 A D 7 3 3 6 0 A ／ D转换器的接 口技术[ J ] ． 电子技术应用， 2 0 0 3 1 1 6 77 0． 【 l 3 】 张韧 ， 方少元 ， 冯刚． 用 T L 1 6 C 5 5 0 C芯片实现 D S P与 P c机的串行通信[ J ] ． 电子工程师， 2 0 0 5 1 5 1 5 3 ．