基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的ATO系統(tǒng)速度控制器研究

1、基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的ATO系統(tǒng)速度控制器研究 碩士學(xué)位論文基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的研究 作者姓名:學(xué)科、專業(yè):學(xué) 號:指導(dǎo)教師:完成日期:蘭州交通大學(xué)獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含獲得蘭州交通太堂或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。月 ,鄉(xiāng)日學(xué)位論文作者簽名:歇馨,簽字日期:加侈年學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解蘭趔變通太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)

2、定。特授權(quán)蘭列鑾適太堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索,并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明學(xué)位論文作者簽名:張客菘月 侈日簽字日期:加,;年 簽字日期:礦年占月蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要隨著城市與城市交通的快速發(fā)展,城市軌道交通近年來發(fā)展迅速。目前建設(shè)與發(fā)展城市軌道交通系統(tǒng)已成為世界各國解決城市交通擁堵問題的首選方案,其關(guān)鍵在于城市軌道交通具有運量大、速度快、能耗低、污染少、可靠性高等特點。城市軌道交通的現(xiàn)代化水平,已經(jīng)成為城市交通現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。列車自

3、動駕駛系統(tǒng)是軌道交通控制系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù),而 ,列車自動駕駛系統(tǒng)速度控制器算法的好壞,直接決定著系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。本文通過分析列車的運行特征,了解的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),研究模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,將模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法相結(jié)合,并將這種智能集成算法應(yīng)用到列車自動駕駛系統(tǒng)中,設(shè)計出基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的速度控制器。論文主要研究內(nèi)容如下:首先,論文對城市軌道交通自動駕駛系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進行闡述,介紹了各種算法應(yīng)用在速度控制器中的優(yōu)缺點,重點研究模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法相結(jié)合,兩種算法可以形成優(yōu)勢互補,驗證該算法在速度控制器中的可行性。其次,建立列車運動數(shù)學(xué)模型、簡化線路數(shù)據(jù)、設(shè)置限速信息、總結(jié)最優(yōu)駕駛策略、生成

4、速度距離和速度時間目標(biāo)曲線,為論文最后的速度跟蹤仿真提供分析對比依據(jù)。目標(biāo)曲線的設(shè)計過程中,在考慮線路條件、列車附加阻力、線路限速等因素的前提下,結(jié)合列車操縱策略及運動方程,對列車運行過程中的各個階段分別進行處理,設(shè)計出相應(yīng)的程序,并仿真得到了目標(biāo)曲線;然后,設(shè)計模糊神經(jīng)速度控制器,建立模糊子集、模糊論域和輸入輸出參量,在推理過程中將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到模糊算法中?？偨Y(jié)地鐵列車自動駕駛的各項性能指標(biāo)作為驗證模糊神經(jīng)速度控制器的控制效果。另外,建立模型的速度控制器,通過階躍響應(yīng)來比較說明模糊神經(jīng)控制器在動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)越性。最后對基于模糊神經(jīng)控制算法設(shè)計的系統(tǒng)速度控制器進行仿真。通過仿真對結(jié)果進

5、行比較、分析,驗證該算法設(shè)計的速度控制器可以較好地跟隨目標(biāo)曲線,進而達到列車運行的各項性能指標(biāo)。關(guān)鍵詞:模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);列車自動駕駛;速度控制器論文類型:應(yīng)用基礎(chǔ)研究基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究? , .,曲 . . ,.;, , . .,., ,? ? , ., ;, ,. , . . , .蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文: , ,.基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究目 錄摘要.?.?.?.?.目 錄?.緒論.論文的選題背景?.列車自動駕駛系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀?.國外發(fā)展及現(xiàn)狀?.國內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀?.論文研究目的與意義.論文主要研究內(nèi)容?.列車自動駕駛系統(tǒng)?.系統(tǒng)的工作原理.系統(tǒng)

6、整體結(jié)構(gòu)?.列車自動駕駛系統(tǒng)功能及性能指標(biāo).系統(tǒng)基本控制功能?. 統(tǒng)性能指標(biāo).列車自動駕駛策略?.工況選擇及轉(zhuǎn)換策略.速度轉(zhuǎn)化處理策略?.運行狀態(tài)及切換時刻選擇原則.消除過低速度原則?.小結(jié)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法.模糊控制算法.模糊控制器結(jié)構(gòu).速度控制器的模糊控制.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測部分.網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu). 網(wǎng)絡(luò)的正向傳遞. 網(wǎng)絡(luò)誤差反向傳播蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.模糊系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計.小結(jié)系統(tǒng)速度控制器的設(shè)計?.速度控制器的功能和結(jié)構(gòu)?.速度控制器的功能?.。速度控制器的結(jié)構(gòu)?.列車運動模型的確定.線路模型的設(shè)計一 .線路參數(shù)的化簡.列車附加阻力.目標(biāo)曲線

7、的生成.列車運動方程.目標(biāo)曲線的生成?.小結(jié)系統(tǒng)仿真及分析?.系統(tǒng)速度控制器仿真結(jié)果?. 模型的速度控制器設(shè)計與仿真.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度控制器的仿真分析.仿真性能指標(biāo)分析?.列車運行安全性分析.停車精準(zhǔn)性分析.列車準(zhǔn)時性分析.乘客舒適性分析.列車節(jié)能性分析.小結(jié)?結(jié) 論?.致 謝?一參考文獻?.攻讀學(xué)位期間的研究成果?.蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論.論文的選題背景城市軌道交通具有快速、安全、舒適、環(huán)保等大運量的特點,現(xiàn)代化大城市已經(jīng)廣泛采用這種有軌運輸工具。城市軌道交通的不斷發(fā)展,對解決交通擁堵、改善市民出行條件、節(jié)約土地資源、推動城市經(jīng)濟發(fā)展、促進節(jié)能減排等起著極其重要的作用。根據(jù)中央制定的國

8、民經(jīng)濟和社會發(fā)展的“十五”規(guī)劃以及國家長期鐵路規(guī)劃年修訂稿的實施,在今后一段時間內(nèi),將大力發(fā)展建設(shè)城市軌道交通,解決大城市的交通滯后問題。整體交通和城市布局都將改善,以此促進改革開放和經(jīng)濟的健康發(fā)展。在城市軌道交通的發(fā)展過程中,列車自動駕駛控制模式由最初的司機承擔(dān)全部駕駛控制列車職責(zé),發(fā)展為在司機監(jiān)督下的,列車自動:駕駛運行模式,目前已有多個開發(fā)商能夠提供無人駕駛控制技術(shù)。無人駕駛是在“列車控制系統(tǒng)”安全保護下,由現(xiàn)代計算機控制技術(shù)取代司機駕駛,自動控制列車運行的一種高度智能化的列車運行模式。在小編組、高密度、快速運行條件下,可有效節(jié)省運營成本,大幅度提高運營服務(wù)水平,進一步提高城市軌道交通運

9、行的競爭力。無人駕駛運營模式從年開始至今已在世界多條城市軌道交通中使用,包括加拿大溫哥華地鐵線、法國巴黎地鐵號線、英國倫敦線、馬來西亞吉隆坡輕軌號線、丹麥哥本哈根輕軌線、新加坡東北線等均已實現(xiàn)了全自動無人駕駛模式。在意大利的都靈、瑞士的洛桑、西班牙的巴塞羅拉等城市均在建無人駕駛系統(tǒng)。從世界范圍來講,無人駕駛系統(tǒng)是城市軌道交通逐步走向高度集中監(jiān)控和自動化管理的發(fā)展趨勢,它在世界多個城市軌道交通中得到廣泛運用。與軌道交通有人自動駕駛的運營系統(tǒng)相比,無人自動駕駛列車控制系統(tǒng)具有更高的安全性和可靠性,能更有效地提高運營線路的通過能力,提高列車平均旅行速度,減小車輛需求量,減少組織管理人員,為運營管理降

10、低成本。無人自動駕駛技術(shù)經(jīng)過國外開通運營線路的實踐證明,它不僅代表了軌道交通的先進性,而且已具有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗,但國內(nèi)城市軌道交通系統(tǒng)尚沒有無人自動駕駛載客使用的工程建設(shè)、運營管理經(jīng)驗。隨著世界軌道交通技術(shù)的發(fā)展,無人自動駕駛信號系統(tǒng)的列車控制運營模式將是一個可供選擇的發(fā)展方向【】。無人駕駛的功能之一就是自動控制調(diào)整列車車速,在站內(nèi)規(guī)定的位置進行定點停車。列車自動調(diào)速一般可以按照運行計劃達到通過能力的要求,但是把好的算法引入到自動調(diào)速中才能滿足列車的準(zhǔn)點性、節(jié)能性、停車精準(zhǔn)性、舒適性等各項性能指標(biāo)【。近幾年來,無人自動駕駛系統(tǒng)依靠計算機技術(shù)和通信信號技術(shù)實現(xiàn)了運行狀態(tài)的實時采基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

11、系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究集和監(jiān)控,一些合理可行的運行方案都是經(jīng)過計算機智能分析制定的。與人工駕駛相比,無人駕駛系統(tǒng)的優(yōu)越性在于提高了乘客的舒適度、節(jié)約了列車能耗、運行效率更高。無人自動駕駛控制方法的好壞與列車駕駛效果直接相關(guān),將好的控制算法應(yīng)于系統(tǒng)中是十分必要的。.列車自動駕駛系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀.國外發(fā)展及現(xiàn)狀城市軌道交通的起步和發(fā)展已經(jīng)有一百多年的歷史了。英國倫敦地鐵在年建成通車并成為世界上第一條地鐵線,到年又有美國的波士頓和紐約、英國的格拉斯哥、匈牙利的布達佩斯、法國的巴黎以及奧地利的維也納等座城市相繼建成了地鐵。之后,年到年,馬德里、柏林、費城等在歐洲和美洲的座城市也修建了地鐵;年到年

12、,由于經(jīng)歷了二次世界大戰(zhàn),只有東京、大阪和莫斯科等少數(shù)城市在修建地鐵;年到年,世界大戰(zhàn)之后,地鐵迅猛發(fā)展,多倫多、羅馬、橫濱、首爾等約座城市相繼建成了地鐵;年之后,地鐵在原有的基礎(chǔ)上取得了長足的進展,具有代表性的有華盛頓地鐵、里昂地鐵、香港地鐵等。目前,世界上建成的城市軌道交通系統(tǒng)的城市已經(jīng)超過個,城市軌道交通的現(xiàn)代化水平,已經(jīng)成為城市交通現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一【。城市軌道交通的不斷發(fā)展,系統(tǒng)的控制算法也在不斷改進,先后有四類控制算法被引入到該系統(tǒng)中【】。經(jīng)典控制算法控制。年倫敦維多利亞地鐵以及年費城的林登沃爾德線采用的就是這種控制算法。該方法以速度一距離目標(biāo)曲線對列車進行控制,傳遞函數(shù)采用列車

13、牽引制動公式。缺點是加減速度切換頻繁,降低了乘客的舒適性【。參數(shù)自適應(yīng)控制算法。這種方法采取了自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整策略來減小這些參數(shù)變化對算法的影響,核心算法與經(jīng)典控制算法相同。最早是由馬特拉公司應(yīng)用到自動運輸系統(tǒng)中,隨后巴黎、里昂、芝加哥等地鐵線中采用的就是這種系統(tǒng)】。智能控制算法。這種方法不需人工參與就能在復(fù)雜環(huán)境下實現(xiàn)機器的自動控制,模仿人的思維活動。模糊控制、遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等都屬于這種算法。年日立公司將預(yù)測模糊控制引入到了列車自動駕駛系統(tǒng)中,并且在仙臺地鐵投入運行【】;年新加坡研究人員將遺傳算法用于系統(tǒng)仿真中,可以實現(xiàn)能耗最低,。集成智能控制算法。這種算法是根據(jù)各智能控制算法的優(yōu)點,

14、相互之間結(jié)合而成,克服了單個算法在列車運行控制過程中存在的缺陷。日本最早把兩級獨立模糊神經(jīng)控制算法在列車運行前或者運行過程中可以提取優(yōu)化模糊規(guī)則,可以減小由加速誤差產(chǎn)蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文概念,并用它調(diào)整生的動態(tài)信息。年,新加坡學(xué)者弓.模糊隸屬函數(shù)以優(yōu)化列車的運行控制。提供最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),易于使用且收斂快【。.國內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀國內(nèi)對列車無人駕駛系統(tǒng)的研究開展相對較晚,但是發(fā)展速度比較快。年月日北京動工開建地鐵翻開了我國現(xiàn)代化城市軌道交通的第一頁。進入新世紀(jì)后,全國有多個百萬人口以上城市開展了城市軌道交通的前期工作。比如,北京、上海、廣州、天津、南京、重慶、杭州、武漢、西安、成都等多個城市的軌道

15、交通建設(shè)已經(jīng)動工或完成。雖然我國正如火如荼的修建地鐵,但是在理論研究和應(yīng)用研究都與國外存在一定差距【。例如北京地鐵號線和廣州地鐵號線的設(shè)備分別從英國西屋公司和德國西門子公司引進】。我國使用國外產(chǎn)品的同時,也在尋找合適算法,自主設(shè)計研發(fā)系統(tǒng)。年,中國鐵道科學(xué)研究院采用聯(lián)想記憶神經(jīng)控制方法實現(xiàn)了基于聯(lián)想記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的長程預(yù)測控制。年,中國鐵道科學(xué)研究院前后分別把模糊預(yù)測控制算法和直接模糊控制方法應(yīng)用到了系統(tǒng)速度控制器中,并且仿真驗證了兩種算法的可行性】。年,上海交通大學(xué)采用模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了站間運行控制,用遺傳算法的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了定位停車。仿真曲線比較平滑,列車運行速度維持在某一值附近。

16、該算法設(shè)計的系統(tǒng)具有較好的魯棒性和可移植性【】。年,蘭州交通大學(xué)提出了一種采用框架式專家系統(tǒng)知識表示方法與模糊網(wǎng)推理相結(jié)合的知識表示和獲取方法,這種方法有較強的知識表示和處理能力。年,西南交通大學(xué)把最大值原理和模糊控制應(yīng)用到了地鐵運行控制中,首先在忽略舒適性的情況下以節(jié)能為目標(biāo)生成曲線,之后討論舒適性對控制算法的影響,最后通過模糊控制來滿足舒適性的要求。年,中國通號公司研發(fā)的項目“城市軌道交通系統(tǒng)”通過了專家組的技術(shù)審查,具備實際工程運用的條件”】。.論文研究目的與意義近年來,我國城市規(guī)模的不斷擴大造成了比較嚴重的交通擁堵。為了改善現(xiàn)狀,越來越多的城市開始發(fā)展城市軌道交通事業(yè)。由于我國開展研究

17、無人自動駕駛比較晚,很多的線路上的設(shè)備也是從國外引進的。在引進國外技術(shù)的同時,也在尋找合適算法,自主設(shè)計研發(fā)系統(tǒng)。本文主要將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法應(yīng)用于系統(tǒng)速度控制器中進行研究及探討,希望能對系統(tǒng)速度控制器提供一定的參考依據(jù)?；谀：窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究.論文主要研究內(nèi)容本文對系統(tǒng)速度控制器的設(shè)計分為四個模塊:算法參數(shù)的確定、列車運動模型的建立、線路模型的設(shè)計和目標(biāo)曲線的生成。算法選擇模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,以西安地鐵二號線北客站到北苑站作為線路模型,采用仿真出列車的目標(biāo)速度距離以及目標(biāo)速度時間曲線,最后用這種控制算法控制列車跟隨目標(biāo)曲線運行,通過跟隨曲線與目標(biāo)曲線對比分析列車自

18、動駕駛的各項性能指標(biāo)。速度控制器的設(shè)計示意圖如圖.所示。闡述論文的選題背景,介紹城市軌道交通在國內(nèi)外的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀以及應(yīng)用在系統(tǒng)速度控制的各種算法?？偨Y(jié)各個算法的特點,選擇模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法作為本文研究的理論支撐點。研究列車自動駕駛系統(tǒng)的工作原理和整體結(jié)構(gòu),學(xué)習(xí)系統(tǒng)的基本功能。詳細歸納總結(jié)列車運行過程中的各項性能指標(biāo),結(jié)合這些性能指標(biāo)建立最優(yōu)的列車自動駕駛策略。分別對模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進行研究。搭建模糊控制器結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)預(yù)測算法的結(jié)構(gòu),將兩者結(jié)合設(shè)計模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度控制器。分析系統(tǒng)速度控制器所需的一些條件。確定列車的運動模型,對線路模型進行設(shè)計化簡,對列車運行過程中的各個階段分別進行處理,

19、確定列車的一些基本參數(shù),設(shè)置相應(yīng)的限速點,按照最佳駕駛策略生成列車目標(biāo)曲線。對列車速度跟蹤進行仿真及分析說明。與現(xiàn)有地鐵中的列車性能指標(biāo)進行對比,驗證本論文仿真的合理性和優(yōu)越性。通過結(jié)果比較,表明基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法應(yīng)用于系統(tǒng)可以使列車很好地跟隨目標(biāo)曲線運行,進而達到列車運行的安全、準(zhǔn)時、舒適等性能。結(jié)論部分主要對論文的研究工作進行總結(jié),并提出今后研究的方向。蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文列車自動駕駛系統(tǒng),對于城市軌道交通系統(tǒng)高效率、高密度的要求來說,列車自動控制是必不可少的。其中一個重要的子系統(tǒng)列車自動運行系統(tǒng)能模擬有經(jīng)驗的司機完成駕駛列車的任務(wù),使列車平穩(wěn)地達到目標(biāo)速度值,能夠自動調(diào)整列車車速,

20、并使列車平穩(wěn)地在車站的確定位置精確停車。列車在整個運行過程中有限制速度,而限制速度包括兩部分信息: ,列車超速防護超速防護速度命令和系統(tǒng)到站停車速度曲線。列車行進車站時,采集到設(shè)在軌道中間的標(biāo)志線圈信息就開始制動。當(dāng)列車停在定位天線上時,車載系統(tǒng)判定列車停在了正確位置。系統(tǒng)其實是實現(xiàn)“地對車的控制”,利用地面信息來實現(xiàn)對列車的牽引、制動,包括自動折返。由控制中心下發(fā)指令完成對列車的啟動、牽引、制動以及惰性控制,另外還送出屏蔽門和車門的開關(guān)信息,使列車按照最佳的工況安全、正點、平穩(wěn)地運行】。.系統(tǒng)的工作原理自動駕駛控制原理系統(tǒng)主要是實現(xiàn)車站間自動運行、列車自動調(diào)速以及進站精確停車,并接受控制中心

21、的調(diào)度命令,完成列車的運行自動調(diào)整。其設(shè)備分為軌旁設(shè)備和車載設(shè)備,通常軌旁通過連續(xù)式通信,由、 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)、聯(lián)鎖和車載設(shè)備實現(xiàn)其功能。系統(tǒng)存儲了坡道信息和軌道布局,利用地面設(shè)備傳來的編碼可以得到前行列車的位置或者前方未被占用的軌道電路數(shù)量,確定當(dāng)前本次列車的位置后,就可以在距離安全停車點前盡量全速行駛。其原理為車載設(shè)備從車載接收傳來的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)包括軌旁單元來的運行命令防護點、移動授權(quán)、位置識別及定位系統(tǒng)信息接近傳感器或應(yīng)答器信息、測速電機及速度誤差補償加速度計或多普勒雷達等裝置的數(shù)據(jù)和列車車長等運行參數(shù),自動輸出控制命令來控制列車的牽引、制動。另外,列車自動駕駛系統(tǒng)還受系統(tǒng)的檢測與控

22、制。整個列車自動駕駛其實是一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng),圖.為其基本關(guān)系框圖。的實際位置信息是由測速單元通過系統(tǒng)發(fā)送的,定位系統(tǒng)提供參考位置的輸入信息,的輸出數(shù)據(jù)用以控制列車牽引、制動。模式只有在下列條件下才能被激活【:模式處于模式下;車站停車時間過點;基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究收到軌旁發(fā)送的移動授權(quán);車門完全關(guān)閉;駕駛手柄置于零位。圖. 自動駕駛閉環(huán)控制框圖模式被激活之后,列車加速達到目標(biāo)速度曲線并按照速度目標(biāo)曲線運行;當(dāng)列車進入到制動點時,設(shè)備啟動常規(guī)的制動方法,使列車按照制動曲線制動;當(dāng)列車進站并精確停車后,自動打開車門;如果運行過程中有限速區(qū)段,列車到達限速區(qū)時,按照事先計算出

23、來的限速曲線運行包括制動、加速。進站程序停車與定位停車控制原理分布在線路上的車站都有事先設(shè)定好的停車時間間隔,列車時刻表由監(jiān)督并計算所需的停車時間,確保到一下車站能夠正點到達。由車站區(qū)域的環(huán)線變換、軌道電路標(biāo)識和分界過渡來保證車站的精確停車。距離分界是由變換換線和分界過渡提供,他保證了達到位置精度的所需條件。車門控制執(zhí)行車門自動開啟只有處于自動模式的情況下,列車停在車站停車點的允許誤差范圍內(nèi)并向系統(tǒng)發(fā)送“列車停站”信號,檢測到車速為零后,定位發(fā)送器該將信號發(fā)送給站臺定位接收器,該接收器檢測并譯碼后觸發(fā)相應(yīng)的“列車停站”繼電器動作:此時地面發(fā)送調(diào)制頻率信號允許相應(yīng)的車門打開,收到車門可以打開的允

24、許信號后,使門控繼電器動作,并提示廣播和車門打開信號,這樣才能打開規(guī)定的車門。.系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)列車自動駕駛系統(tǒng)包含六個部分:輸入接口、輸出接口、網(wǎng)絡(luò)接口、通信單蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文元和存儲單元】。這六部共同完成列車運行控制功能。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖.所示。圖. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖輸入接口主要用于接收速度傳感器的速度脈沖信號和時鐘同步信號,并在的允許運行信號發(fā)出之前,保持對這些數(shù)據(jù)和信息的接收狀態(tài),同時對這些數(shù)據(jù)做相應(yīng)的處理;網(wǎng)絡(luò)接口的任務(wù)就是要確保與列車超速防護、通信總線的數(shù)據(jù)交換暢通和穩(wěn)定;通信單元與診斷接口和發(fā)送、接收天線相連,負責(zé)通信數(shù)據(jù)的交換并判斷接口工作是否正常;輸出接口把控制命令、信息指令等

25、發(fā)送到相應(yīng)的單元,確保列車按照正常的指令牽引、折返和制動,同時控制列車門的開關(guān)以及顯示燈的操作;負責(zé)自動駕駛系統(tǒng)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及一些控制指令和數(shù)據(jù)的計算和處理,并與各個單元都有數(shù)據(jù)的通信;存儲單元主要用于存儲列車運行中的一些數(shù)據(jù),并對這些數(shù)據(jù)分類、整理和存儲。系統(tǒng)還與其他系統(tǒng)都有信息交互,比如和、列車車輛以及駕駛臺。表.所示為與其它系統(tǒng)的輸入輸出信息交情況。表. 系統(tǒng)與外部的交互信息基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究.列車自動駕駛系統(tǒng)功能及性能指標(biāo).系統(tǒng)基本控制功能由于始終在的監(jiān)督下運行,所以就子系統(tǒng)而言,并沒有安全性的要求。系統(tǒng)的列車自動運行和管理功能由子系統(tǒng)完成。在列車運行過

26、程中,子系統(tǒng)執(zhí)行其規(guī)定功能,同時與和其他子系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。認為系統(tǒng)配置適當(dāng),可以進入操作模式后,即向發(fā)送模式選擇信息和激活指令。然后,使用固定儲存在數(shù)據(jù)庫中線路信息,執(zhí)行程序站停。在人工模式子模式有所差別,各模式下的非安全功能表.所示。表 一般功能注代表具有的功能自動駕駛模式下系統(tǒng)的控制功能歸結(jié)為三個基本控制功能,分別為自動駕駛、。無人自動折返和自動控制車門【自動駕駛列車運行速度的自動調(diào)整車載系統(tǒng)是自動控制列車運行的設(shè)備。在和聯(lián)鎖子系統(tǒng)的安全保護下,根據(jù)子系統(tǒng)的指令,實現(xiàn)列車的自動駕駛運行和列車在區(qū)間運行的自動調(diào)整功能,確保達到要求的設(shè)計間隔及旅行速度。列車盡量在每個區(qū)段內(nèi)保持在給出的最高限蘭州

27、交通大學(xué)碩士學(xué)位論文速值以下的/運行。在列車運行過程中,盡可能減少牽引、制動和惰性工況相互的切換次數(shù),這樣可以提高乘客的舒適性并減小列車能耗。車站停車點的目標(biāo)制動根據(jù)對車輛的進路分配要求,在模式下會使車?？吭谡九_。按照站停程序在每個車站?？?除非命令跳過這個車站或指定僅有的幾個車站為停靠點。在列車進站停車過程中系統(tǒng)采用一次性制動受站臺限速影響至目標(biāo)停車點,停車誤差一般為.以下。區(qū)間內(nèi)臨時停車車載設(shè)備收到系統(tǒng)停車目標(biāo)點和制動曲線數(shù)據(jù)時,自動打開列車制動器,確保列車停在目標(biāo)點前左右的位置。此時,車門仍然由系統(tǒng)鎖住。如果停車點取消,速度信息變成前進碼,自動啟動列車前進。另外,如果列車處于危險情況下,

28、比如緊急停車按鈕被按下,或者因故常用制動失靈而造成列車超過緊急制動曲線,像列車司機發(fā)出報警信號,系統(tǒng)啟動緊急制動。限速區(qū)間軌道電路報文將臨時性限速區(qū)間的數(shù)據(jù)傳給車載設(shè)備,車載設(shè)備再把減速命令通過傳達給列車制動、驅(qū)動設(shè)備;如果是長期限速區(qū)間,系統(tǒng)保存該限速數(shù)據(jù),在列車自動駕駛過程中自動調(diào)整車速。車站自動發(fā)車當(dāng)列車滿足發(fā)車條件時.系統(tǒng)顯示啟動信息,司機打開啟動按鈕,列車轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動狀態(tài),制動狀態(tài)自動釋放。系統(tǒng)將預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)傳給列車開始適當(dāng)?shù)臓恳?從車站自動發(fā)車。無人自動折返在這種模式下,列車的啟動、加速、巡航、惰行、制動、精確停車、車門開/關(guān)、換端等都是受車載信號設(shè)備控制,都無需司機操作。當(dāng)列車抵達折

29、返站時,司機操作離開列車并按下安裝在站臺的“啟動無人自動折返”按鈕,列車將駛?cè)胝鄯稻€。車載信號設(shè)備持續(xù)地監(jiān)視列車速度,當(dāng)其速度超過常用制動觸發(fā)速度時將執(zhí)行常用制動,當(dāng)其速度超過最大允許速度時執(zhí)行緊急制動。自動控制車門系統(tǒng)作為車門打開的條件,當(dāng)系統(tǒng)接到給出的開門命令時,就按原先設(shè)定好的自動打開車門,但是只能依靠司機關(guān)閉車。車門打開功能的輸入信息為系統(tǒng)對車門的釋放、打開車門的數(shù)據(jù)和列車運行方向,還有確定的目的地名稱。它的輸出是把打開命令送至負責(zé)車門控制的列車系統(tǒng)?；谀：窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究.統(tǒng)性匕,。曰標(biāo)系統(tǒng)的性能可以通過以下幾個指標(biāo)來衡量,這幾個指標(biāo)滿足要求就可以提高列車運行水平

30、【,。追溯性。列車當(dāng)前實際行駛的速度與列車超速防護允許速度的接近程度指的就是追溯性。接近程度越低,追溯性越好。舒適性。乘客的舒適性表現(xiàn)在列車加速度變化率的大小。列車加速度取值一般在./之間,減速度取值在./之間,加減速度變化率最高為./。節(jié)能性。列車駕駛操縱策略決定列車的能耗。滿足列車運行時分的前提下盡可能惰行運行,可以減小能量消耗。停車精度。停車的精準(zhǔn)性在有屏蔽門的車站要求較高,誤差太大會影響乘客上下車甚至導(dǎo)致車門無法打開。停車位置誤差一般在.以內(nèi)就符合停車精準(zhǔn)的要求。準(zhǔn)時生。列車的準(zhǔn)時性關(guān)系到列車運營的效率,每輛列車都按照列車運行圖運行,列車準(zhǔn)時性一般在秒內(nèi)符合要求。.列車自動駕駛策略列車

31、在運行過程中需要選擇最佳駕駛,比如對工況點的處理、速度的處理和自動運行的處理塒】。最佳駕駛策略還需要考慮運行環(huán)境、機車屬性以及列車自動駕駛的各項性能指標(biāo)。.工況選擇及轉(zhuǎn)換策略列車運行工況分為牽引工況、制動工況、惰行工況三種。各個工況下列車的受力及能耗狀況如表.所示。從表.中可以看出,列車在各個工況下都會受到基本阻力以及附加阻力,運行過程中各種工況類型所產(chǎn)生的能耗不同。在惰行模式下,只有機車運行自耗,消耗的能量也最低。三種模式之間的工況轉(zhuǎn)換有一定的原則,如表.所示】。蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文列車在進行工況轉(zhuǎn)換時并不是相互之間任意轉(zhuǎn)換,由制動到牽引中間必須進過惰行進行過渡,由牽引到制動同樣要先過渡

32、到惰行才能轉(zhuǎn)換完成。為了避免工況之間的轉(zhuǎn)換頻繁,當(dāng)轉(zhuǎn)換到一個新的工況后并在該狀態(tài)保持一段時間。.。速度轉(zhuǎn)化處理策略在一些特殊線路上為了保證行車安全,必須設(shè)置線路限速。比如限速信號燈、彎道處限速、進出站限速以及道岔處限速等。另外,機車本身性能也決定著列車最大速度不能超過一定的限速值,比如牽引電機的最大功率、列車零部件的壽命等。需要說明的是,在同一線路地段若有多處限速,則取最大的限速值允許通過速度最小作為該處的限種限速組合。高一低一高型低一高型 高一低型三高一低一低型低一高一低型 低一低一高型每個限速組合都有其特點,列車在線路上運行的過程中,需要選擇轉(zhuǎn)換不同的駕駛基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的

33、優(yōu)化研究策略,不同的駕駛策略注意的事項也不同。限速組合操縱策略表.所示。組合類型 基本情況低一高 防止列尾超速高一低 選擇減壓量、制動距離及惰行距離低一高一低 高限速區(qū)長度較短時,需綜合考慮多個控制目標(biāo),不能純粹的考慮系統(tǒng)節(jié)時性高一低一高 減速過程:選擇減壓量、制動距離及惰行距離加速過程:防止列尾超速低一高一高 第一高限速區(qū)長度太短,只需考慮第二高限速區(qū)的限速,注意防止列尾超速高一低一低 第一低限速區(qū)長度太短,只需考慮第二低限速區(qū)的限速,注意選擇減壓量、制動距離及惰行距離各種類型限速組合其實是由高.低型和低.高型兩種組合而成。為了保障安全,列車由高速降到低速時,需要計算出合適的惰性距離和制動距

34、離。列車由低速升到高速時,必須確保列車完全駛離低速區(qū)并選擇合適的加速度加速,這樣可以提高運行效率,節(jié)約能耗。有種特殊情況會出現(xiàn)無效的限速區(qū),比如某限速區(qū)沒有列車自身長度長,并且無法保持規(guī)定的速度值。處理無效的限速區(qū)的方法是對該區(qū)的前后限速區(qū)進行合并,忽略該無效限速區(qū)。.運行狀態(tài)及切換時刻選擇原則列車在運行過程中要進行狀態(tài)優(yōu)先選擇,列車運行狀態(tài)優(yōu)先級原則如表.所示。每一種狀態(tài)都對應(yīng)不同的優(yōu)先轉(zhuǎn)換狀態(tài)。續(xù)表.列車運行過程中狀態(tài)切換時刻選擇原則如圖.所示。列車運行狀態(tài)由最大牽引狀態(tài)向最小惰行持續(xù)狀態(tài)切換時,如果加速度在轉(zhuǎn)換后小于轉(zhuǎn)換前,則保持在最大牽引狀態(tài):列車運行狀態(tài)由最小惰行狀態(tài)向牽引狀態(tài)切換時

35、,如果裝換后的加速度大于轉(zhuǎn)換前的加速度,則切換到牽引狀態(tài)。.消除過低速度原則列車在線路上進入一個新的限速區(qū)段時,如果既要遵守“狀態(tài)保持規(guī)則”,又要保持在當(dāng)前區(qū)段較高速行駛,當(dāng)進入新的限速區(qū)段前有可能會出現(xiàn)速度過低的情況【】,速度過低在限制速度由高到低和限制速度由低到高兩種情況下出現(xiàn),速度過低示意圖如圖.所示?；谀：窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究,限速從低到高限速從高到低在圖.中,實線是列車遵守了狀態(tài)保持規(guī)則,這樣可以減小區(qū)間運行時間,但是操縱狀態(tài)過于頻繁,乘客的舒適性受到影響。虛線為消除過低速度原則,優(yōu)化后的曲線由牽引轉(zhuǎn)換到惰行再轉(zhuǎn)換到牽引,省略了制動和惰行兩個環(huán)節(jié)。這種提前進入惰行工況

36、的運行方式是考慮到各項性能指標(biāo)的優(yōu)良操縱策略。小結(jié)對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能進行了描述,給出了系統(tǒng)的性能指標(biāo);分析列車在運行過程中的自動駕駛策略,主要包括工況選擇及其轉(zhuǎn)換策略、限速處理策略和列車自動運行控制策略;為了使系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)都能得到提高,給出了列車在運行過程中應(yīng)遵從的一些優(yōu)化操縱原則。蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法.模糊控制算法在列車運行過程中,熟練的列車司機可以根據(jù)線路狀況、當(dāng)前運行速度以及列車超速防護曲線等各種參量做出判斷與操作,使列車按照最佳的效果運行。這種人工駕駛控制方法憑靠的是司機的駕駛經(jīng)驗、邏輯判斷和感覺,不需要精確的數(shù)學(xué)模型。司機的大腦能夠?qū)︸{駛列車進行判決和識別,

37、因此將大腦中駕駛經(jīng)驗進行總結(jié),把經(jīng)驗對應(yīng)的措施轉(zhuǎn)化為一條條規(guī)則,這樣就可以構(gòu)成一個控制器對列車進行控制,這種控制其實就是下文要研究的模糊控制器【。整個列車速度控制是一個非線性、多變量、時變的系統(tǒng),建立該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是很困難的,因此列車速度控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和速度控制技術(shù)的精確性有很大的矛盾。早期研究的列車速度控制器采用經(jīng)典控制方法,這種方法的控制效果在很多性能方面不是很理想。因此,人們開始考慮研究引用其他算法到該系統(tǒng)中。有豐富經(jīng)驗的駕駛員雖然不清楚該過程的數(shù)學(xué)模型,但是可以憑借長期積累的實踐觀察和操作經(jīng)驗對列車進行有效的控制。分析人的手動控制行為的特點和研究計算機能否模擬像控制列車駕駛系統(tǒng)這樣

38、的思維方式。模糊控制算法是依據(jù)駕駛員操作經(jīng)驗,不需要了解機車精確數(shù)學(xué)模型的控制方法,駕駛員駕駛列車過程中的一些行為,比如檢測、判斷、調(diào)整等可以用語言進行描述,從而總結(jié)成一系列條件語句,也就是模糊算法中的控制規(guī)則。因此,列車速度控制過程可以用模糊控制算法進行控制。.模糊控制器結(jié)構(gòu)模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖.所示,由四部分組成:規(guī)則庫、推理機、模糊化和反模糊化接口【。可以有多個輸入和多個輸出,其中,?。和,兒,?,以分別為甩個輸入和輸出。圖,模糊控制器組成圖基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究模糊化用于將控制器的輸入轉(zhuǎn)換成一種信息,推理機能夠容易激活一些規(guī)則。知識庫。知識庫包括數(shù)據(jù)庫和控制規(guī)則庫,

39、是控制器的核心。數(shù)據(jù)庫包含模糊化、模糊推理、解模糊化等相關(guān)知識;規(guī)則庫規(guī)則集將專家語言描述的成功控制經(jīng)驗量化。推理機模糊推理模塊模仿專家的決策,對怎樣能最好地控制對象的知識做出解釋。“反模糊化將推理機的推理結(jié)果轉(zhuǎn)換成過程的實際輸入。.速度控制器的模糊控制速度控制器的模糊控制部分就是總結(jié)列車駕駛策略,將駕駛策略轉(zhuǎn)化為模糊控制規(guī)則,通過模糊隸屬度函數(shù)為各變量建立模型,然后建立列車自動駕駛控制規(guī)則集,根據(jù)該規(guī)則,計算出最佳控制力,給出最佳控制方案。本文設(shè)計的模糊控制器采用雙輸入單輸出結(jié)構(gòu),模糊控制原理如圖.所示。即以速度信號差值及差值變化率作為模糊控制器的輸入,控制力加為模糊控制器的輸出。根據(jù)圖.可

40、得出確定控制量大小的模糊推理圖,模糊推理圖如圖.所示。速度誤差一模糊控制器速度誤差率一速度誤差采用個語言變量表示,分別極為負大、負中、負小、零、:、正中、正小;速度誤差變化率用個語言變量來定義,分別極為負大、負中、負小、零、正小;控制量信號尬使用個語言變量表示,分別極為負大、負中、負小、零、正大、蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文正中、正小。設(shè)計的模糊推理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)搭建如圖.所示。黛鹵本文在中調(diào)用模糊控制工具箱,選用二維模糊控制結(jié)構(gòu),以預(yù)測輸出和目標(biāo)軌跡的速度誤差、速度誤差變化率作為模糊控制的輸入量,控制量砌作為控制器的輸出。根據(jù)參考文獻可知,對于系統(tǒng)速度控制器來說,選用模糊子集寬度為時,控制效果比較好

41、。一般模糊隸屬度函數(shù)有三角函數(shù)和正弦函數(shù),對于本文研究的速度控制器來說二者都可以選取,控制效果相差不大,這里選用三角函數(shù)作為模糊控制輸入的隸屬度函數(shù),隸屬度函數(shù)的中心值為.,.,.,.,。模糊集為:,模糊輸入隸屬度函數(shù)如圖.所示?！拔?謄如赫娜葫赫酗曩,羹。、.髓 跚 剮峙 甩固。窿一礎(chǔ)日姚口一輸出隸屬度函數(shù)選用非均勻分布的三角形函數(shù),隸屬度函數(shù)的中心值為基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究,.,.,.,.,.,。模糊輸出隸屬函數(shù)如圖.所示。妯軸黼圇囚蠹,唪嘲隧強。斑翟黲黧纛囂霪瓣蓄鬻黼霪鬻薯:鏊“,選定控制器的語言變量和語言值,確定語言變量在各個論域的模糊子集后,分別對語言變量建立用

42、以說明各語言值從屬于各自論域程度的語言變量賦值表。速度誤差,速度誤差變化率和控制輸出賦值表分別如表.,表.和表.所示。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文續(xù)表.表.控制輸出信號賦值表. . .,腿 . . . .蹦 . . . . 本文通過分析速度控制器的輸出速度與目標(biāo)速度的誤差及誤差變化率,引用參考文獻總結(jié)的列車司機駕駛經(jīng)驗制定了模糊規(guī)則表如表.所示。在中編輯對應(yīng)表.中的模糊控制規(guī)則,可以建立條模糊規(guī)則,并通過生成的模糊曲面觀察驗證模糊邏輯的正確性,如圖.和圖。所示。基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究從圖.可以看出

43、,模糊控制器的輸入為零時,在曲面的中心附近。當(dāng)信號增加時,圖形的斜率增加比較快,說明模糊控制器輸出隸屬函數(shù)中心點非均勻,非線性表現(xiàn)的較為明顯。控制作用增長比較快速,控制效果良好。.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測部分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有處理非線性系統(tǒng)能力并且能夠自適應(yīng)樣本數(shù)據(jù),可以實現(xiàn)難以用精確數(shù)學(xué)模型表示的映射關(guān)系,同時提供快速的優(yōu)化過程【.。本文將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法應(yīng)用于系統(tǒng),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是有隱含層的多層前饋網(wǎng)絡(luò)。通過網(wǎng)絡(luò)計算得到的網(wǎng)絡(luò)輸出誤差,與預(yù)先給出的樣本實際輸出值作比較,得到的誤差從網(wǎng)絡(luò)的隱含層與輸出層之間的權(quán)值和閾值開始,反向逐層調(diào)節(jié),從而達到誤差準(zhǔn)則函數(shù)要求的精度,進而達到訓(xùn)練目的。蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文要調(diào)

44、整權(quán)值使誤差準(zhǔn)則函數(shù)的值最小,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法采用最速梯度下降法來調(diào)節(jié)權(quán)值與閾值,從而使網(wǎng)絡(luò)的輸出值與給定目標(biāo)輸出值的均方誤差達到最小。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法包含信息的正向傳播和誤差反向傳播兩個階段。.網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、隱含層和輸出層組成。隱含層可以是多層,現(xiàn)在常用三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)【】。圖.為三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。工電輸輸.卻出入輸入層 輸出層隱含層下面分別介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層、隱含層和輸出層。輸入層。輸入向量的維數(shù)和輸入層神經(jīng)元節(jié)點數(shù)相同,輸出為隱含層的輸入。隱含層。該層對輸入向量的加權(quán)求和進行非線性映射,輸出提供給下一層。每個神經(jīng)元的節(jié)點相互獨立,是連接輸入輸出層的樞紐,輸出函數(shù)如式.所示:.

45、。廠,神經(jīng)元節(jié)點的激勵函數(shù)用/.表示。廠?通過對函數(shù)的輸入進行映射得到該節(jié)點的輸出。常用的激勵函數(shù)有非對稱型函數(shù)、對稱型函數(shù)和對稱型分段函數(shù)三種。隱含層節(jié)點與輸出層節(jié)點的凈輸入是通過對前一層節(jié)點的輸出進行加權(quán)求和得到的,然后用激勵函數(shù)廠對此輸入進行非線性映射。每個節(jié)點的激活程度由輸入、激勵函數(shù)廠?和權(quán)值或者閾值共同決定,其中,非線性映射對非線性函數(shù)的逼近有決定性的作用?；谀：窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究輸出層。隱含層的輸出作為輸出層的輸入,計算方法和隱含層節(jié)點輸出的一致,激勵函數(shù)的映射即為輸出層的輸出。輸出向量的維數(shù)就是該層節(jié)點的個數(shù),一般輸出層的激勵函數(shù)采用線性函數(shù)就可以滿足要求。.

46、網(wǎng)絡(luò)的正向傳遞設(shè)共有個訓(xùn)練樣本,選擇其中一個樣本的輸入輸出,對、進行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。輸入維向量為【芹,譬,?,硝;隱含層維向量的輸出為,;,;,?,】;輸出層維向量為吖,蟛,;,?,:;期望輸出為吖,哆,學(xué),?,誓】;隱含層激活函數(shù)為;輸出層激活函數(shù)為五;隱含層到輸出層的權(quán)值為/;輸入層到隱含層的權(quán)值為,;隱含層神經(jīng)元的閾值為目¨輸出層神經(jīng)元七的閾值為如。隱含層的第個神經(jīng)元的輸出函數(shù)為:%夥,輸出層的第七個神經(jīng)元的輸出函數(shù)為:五妻%。;口;七:州一,網(wǎng)絡(luò)誤差函數(shù):每一個樣本輸入輸出模式的二次型誤差函數(shù):以去?訓(xùn)練樣本的誤差函數(shù):,去一:,女一般采用,.或者是,求取的最速梯度下降法得到的權(quán)值

47、和閾值結(jié)果不相同,式.是網(wǎng)絡(luò)算法通常采用的梯度搜索法。.網(wǎng)絡(luò)誤差反向傳播為了使網(wǎng)絡(luò)輸出與實際輸出盡可能接近,根據(jù),。函數(shù)梯度的變化方向來逐層調(diào)整權(quán)系數(shù)。按照梯度最速下降法來計算從隱含層到輸出層以及輸入層到隱含層的各個權(quán)值和蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文閾值的修正公式。權(quán)值和閾值在隱含層到輸出層的調(diào)整%一甏一叩囂?甏 仇% 鈔;州竺鉚唼兩一蚴赤.:一,盟.。砂窆%。,島。式.中,珂指的是學(xué)習(xí)速率,且叩。令:恥一萬旦淼可以得到從隱含層到輸出層的加權(quán)系數(shù)修正公式和輸出層的閾值修正公式:。;島。,戳權(quán)值與閾值在輸入層到隱含層的調(diào)整巧舅。銳, ,刁 刁岷絲哪 哪藝%巧。一 一刀.巧一可衛(wèi)一一嘞夥。巧。攀盟啊一

48、基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)速度控制器的優(yōu)化研究:囈咐衛(wèi)扣嘞夥。令:酗暖?妊?%夠十。,可得出輸入層/到隱含層的加權(quán)系數(shù)修正公式及隱含層閾值的修正公式分別為:螄。/叩彤神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有兩種學(xué)習(xí)方式:在線與離線學(xué)習(xí)。通過學(xué)習(xí)訓(xùn)練集內(nèi)每一個模式對,根據(jù)求取的誤差對權(quán)值、閾值進行調(diào)整,即為在線學(xué)習(xí),這種方式能夠減少對存儲單元的需求,但會使網(wǎng)絡(luò)總體輸出誤差增加。離線學(xué)習(xí)累加各權(quán)值修正量來統(tǒng)一修正網(wǎng)絡(luò)權(quán)值,可以沿最快速下降方向使權(quán)值下降,但是需要較多存儲單元。本文選用的是離線學(xué)習(xí)方式。.模糊系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點模糊邏輯的優(yōu)點是用戶可以描述具有關(guān)系的系統(tǒng),這種設(shè)計方法在很多應(yīng)用中可以縮短系統(tǒng)的開發(fā)

49、時間。描述一個期望系統(tǒng)行為的知識包含在數(shù)據(jù)集中,設(shè)計者必須從數(shù)據(jù)集中手動獲取規(guī)則。當(dāng)要設(shè)計的系統(tǒng)知識包含在數(shù)據(jù)集中時,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可提供解決方案,因為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能從數(shù)據(jù)中自己訓(xùn)練,但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)幾乎沒有商業(yè)應(yīng)用。正好與模糊邏輯解決方案形成對比,在亞洲和歐洲模糊邏輯系統(tǒng)的應(yīng)用很普遍。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用中很少使用。第一,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方案類似于黑箱子,用戶無法解釋是什么驅(qū)動一個確定的行為,也不能手工修改神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以改變網(wǎng)絡(luò)的行為;第二,對于大多數(shù)大量銷售的產(chǎn)品而言,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要的計算量太大;第三,適當(dāng)網(wǎng)絡(luò)模型的選擇和設(shè)置學(xué)習(xí)算法的參數(shù)仍然是一個需要廣泛經(jīng)驗的“黑色技術(shù)”。在前述原因中,缺少容易的方法確認并優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方案可能是主要限制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯提供了有力的設(shè)計技術(shù),這種