מערכת הנחיית טיל בשיטת לוגיקה עמומה מגישים : אייל בן איסטי אסף צבירן מנחה : ד " ר מרק מולין ספטמבר 2003

מטרות הפרוייקט מטרת על מימוש מערכת הנחיית טיל בשיטת Gain Scheduling תוך שימוש בלוגיקה עמומה מטרות משנה פיתוח וחקירת המודל הדינמי של תעופת הטיל וחלוקה למצבי טיסה מציאת מקדמי בקרה אופטימליים בשיטות : 1. סריקה ומיפוי 2. גישה איטרטיבית 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 : 1. סימולציות על המערכת 2. סריקה ומיפוי של מרחב הפרמטרים 3. אלגוריתם איטרטיבי לקבלת פרמטרים אופטימליים מה עשינו ? (1)

מימשנו את הבקר בלוגיקה עמומה וחקרנו ארכיטקטורות שונות : 1. מערכת Fuzzy כוללת המקבלת את כל מקדמי התזמון 2. מערכת Fuzzy סדרתית עם פיצול מקדמי התזמון למערכות ייעודיות 3. מערכת Fuzzy מקבילית עם פיצול מקדמי התזמון למערכות ייעודיות מימשנו את הבקרים השונים במערכת משולבת הבוררת אחד מביניהם, וכן במערכות נפרדות. כתבנו קוד Matlab להפעלת המערכות ביחד ולחוד, תוך מעבר בין מצבי הטיסה לשם השוואה ביניהן מה עשינו ? (2)

המערכת הדינמית המערכת הכללית מנגנוני הרעש מערכת ההנחיה

שרטוט הזויות במערכת הטיל o Apparent Target Body Axis Seeker Pursuer

מצבי טיסה 1.מעטפת הטיסה חולקה לתחומים על-ידי סימולציות וניתוח כמו כן חילצנו פרמטרי בקרה מייצגים לכל מצב טיסה 2.מציאת פרמטרי בקרה אופטימליים: פונקצית מחיר- סריקה ומיפוי של מרחב פרמטרי הבקרה. מציאת פונקצית המחיר עבור כל צירוף, הצגתו ומציאת פרמטרים אופטימליים

שיטה איטרטיבית- Results of Optimization for Vm = 30 [m/sec], Hm = 5000 [m], Tc = 10 [sec] n N_opt costn N_opt cost

תוצרי המערכות האופטימליות מיפוי מרחב הפרמטריםתוצאות המערכת האיטרטיבית מיפוי מרחב הפרמטרים

לוגיקה עמומה עקרון בסיסי- מיפוי רציף של וקטור כניסה כלשהו לוקטור יציאה, תוך שימוש בסט חוקים מוגדרים מראש הקצאת ערך רציף בין 0 ל-1 לכל איבר בוקטור הכניסה בהתאם למידת קיום או אי-קיום של מערכת החוקים הלוגית מערכת חוקים לוגיים- פונקציות שייכות- מבנה יחידת Fuzzy- (לדוגמא, תת-המערכת הייעודית FlightState)

מערכות ה -Fuzzy בארכיטקטורות שונות מערכת Fuzzy כוללת מערכת Fuzzy סדרתית מערכת Fuzzy מקבילית

המערכת המשולבת בורר מצב Fuzzy או Non-Fuzzy בורר מצב רעש בורר ארכיטקטורת Fuzzy

תוצרי סימולציות מערכות Fuzzy החלקת מעברי מצבי טיסה במערכות ללא שינוי RMT עבור

גרפים ממערכות ה-Fuzzy עם שינוי RMT וכניסת שני מחזורי סינוס

Simulation times for Vm = 30 & Hm = 5000 were... [sec]: NoisyNFQuietFNoisyFSerialFParallelF השוואת זמני סימולציה עבור כל המערכות גרפים ממערכות ה-Fuzzy עם שינוי RMT וכניסה לא תקנית (כניסת מדרגה בגודל 3)

רשימת מערכות וקבצי קוד קבצי Simulink (*.mdl) S_NF- מערכת ללא Fuzzy S_FuzzySys- מערכת Fuzzy משולבת S_optimization- מערכת להרצת אופטימיזציות S_regularF- מערכת עם Fuzzy כולל S_serialF- מערכת Fuzzy סדרתית S_parallelF- מערכת Fuzzy מקבילית קבצי קוד Matlab (*.m) 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 פרמטרי ברירה עבור המערכת המשולבת (לשימוש ב- one_from_combined ו- compare_ combined ) scanNmap- הרצת שיטת סריקה ומיפוי itterate_algorithm- הרצת האלגוריתם האיטרטיבי לאופטימיזציה analize_Am- פונקצית עזר למציאת זמני ההתכנסות והעלייה (לשימוש ב- scanNmap ו- itterate_algorithm) smooth- פונקצית עזר לדילול והחלקת וקטור רועש (לשימוש ב- analize_Am) 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

בנינו מערכות בקרי Fuzzy בעלות ארכיטקטורות שונות בנפרד, מהם גם הרכבנו מערכת משולבת הבוררת בין סוגי הבקרים בדקנו את ביצועי המערכות עבור כניסות שונות עם ובלי רעש, וכן עבור RMT משתנה או מאולץ הראינו כי ביצועי בקרי ה-Fuzzy טובים יותר עבור תרחיש בו מצבי הטיסה משתנים, וכן בהתמודדות עם מערכת רועשת הראינו כי שימוש בארכיטקטורה סדרתית או מקבילית מורידה 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 במקום מערכת ה-Fuzzy, שתקשר בין שינוי המודל לבין 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 השימוש בארכיטקטורות Fuzzy סדרתי ומקבילי נותן ביצועים טובים, ולדעתנו- דורש מחקר נוסף