Стабілізація курсу малорозмірного безекіпажного судна з використанням штучної нейронної мережі

Abstract

За результатами дослідження отримано структуру нейромережного регулятора для стабілізації курсу мало- розмірного судна, який забезпечує мінімальну кількість перекладок керма з одночасним збереженням прийнятної помилки стабілізації на курсі в умовах дії на судно вітрохвильових збурень. Штучна нейронна мережа генерує сигнал про необхідний кут перекладки керма за пропорційно-диференційним законом керування. До складу регу- лятора входить обчислювач оптимального кута перекладки керма, який визначає напрямок і тривалість сигналу повороту керма. Для формування бази даних, необхідної для налаштування ПД-регулятора, застосовано метод математичного моделювання динаміки малорозмірного катеру в умовах зовнішнього впливу. Для цього розробле- но сценарії моделювання динаміки руху судна з різними комбінаціями вітрохвильового впливу, за якими проведе- но серію комп’ютерних експериментів. За допомогою програмного пакета середовища Matlab отримано структуру нейромережного регулятора стабілізації курсу малорозмірного судна з типом мережі Feed-forward backpropagation з двома прихованими шарами, у якій використано нейрони з функцією активації у вигляді тангенціальної сиг- моїди та лінійної функції активації. Аналіз роботи синтезованого регулятора, оптимізованого за кількістю пере- кладок керма, проведено в системі Simulink Matlab. При цьому якість керування оцінювалася за кількістю пере- кладок керма за хвилину моделювання, за максимальним відхиленням від курсу, за математичним очікуванням і за дисперсією. Комп’ютерне моделювання показало, що синтезований регулятор є працездатним, ефективно реагує на відхилення судна від заданого курсу з урахуванням заздалегідь заданого коефіцієнта чутливості, який відповідає заданому режиму руху та зовнішнім вітрохвильовим збуренням, що діють на судно. Розроблений регу- лятор є частиною системи автоматичного керування рухом малорозмірного безекіпажного судна з інтегрованою навігаційною системою, яка надає точну інформацію про поточні значення курсу і швидкості судна, а також має планувальник завдання, що визначає режим руху.