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基于改进BP神经网络的风洞天平静态校准研究

郜明川 闵夫 解真东 杨彦广

郜明川, 闵夫, 解真东, 等. 基于改进BP神经网络的风洞天平静态校准研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20230149
引用本文: 郜明川, 闵夫, 解真东, 等. 基于改进BP神经网络的风洞天平静态校准研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20230149
GAO M C, MIN F, XIE Z D, et al. Research on static calibration of wind tunnel balances based on improved BP neural network[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20230149
Citation: GAO M C, MIN F, XIE Z D, et al. Research on static calibration of wind tunnel balances based on improved BP neural network[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20230149

基于改进BP神经网络的风洞天平静态校准研究

doi: 10.11729/syltlx20230149
详细信息
    作者简介:

    郜明川:(1997—),男,吉林长春人,硕士研究生。研究方向:智能数据分析与决策支持。E-mail:gmc670522173@163.com

    通讯作者:

    E-mail:yyyyyyggg@sina.com

  • 中图分类号: TP183

Research on static calibration of wind tunnel balances based on improved BP neural network

  • 摘要: 针对风洞天平静态校准传统校准模型非线性误差较大的问题,采用BP神经网络建立了天平校准模型。三分量天平的BP神经网络模型为典型三层神经网络(“3–7–3”结构);BP神经网络模型校准精准度满足天平静态校准合格指标,轴向力和俯仰力矩分量校准性能优于传统模型,法向力分量校准性能则略低于传统模型。针对BP神经网络存在的不足,采用经混合策略改进的蝴蝶算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,优化后的BP神经网络收敛精度和收敛速度得到提高。使用三分量应变天平校准数据进行了仿真实验,以天平输出信号值和天平加载载荷值作为输入和输出构建BP神经网络。传统校准模型、BP神经网络校准模型、蝴蝶算法优化BP神经网络校准模型的仿真实验结果对比表明:使用优化BP神经网络模型拟合天平校准公式,其校准性能比传统校准模型提高70%~90%,可有效消除传统校准模型非线性误差,显著提高天平静态校准精准度。
  • 图  1  “3–5–3”结构BP神经网络

    Figure  1.  “3–5–3” structure BP neural network

    图  2  改进后的BOA搜索原理

    Figure  2.  Search principle of the improved BOA

    图  3  神经网络拟合原理

    Figure  3.  Principle of neural network fitting

    图  4  TSBOA–BP模型训练流程图

    Figure  4.  TSBOA–BP model training flowchart

    图  5  天平三分量不同BP神经网络模型校准结果对比

    Figure  5.  Comparison of calibration results of different BP neural network models for three components of the balance

    图  6  传统校准模型和神经网络校准模型校准结果对比

    Figure  6.  Comparison of calibration results between traditional balance calibration model and neural network calibration model

    表  1  传统校准模型的校准数据

    Table  1.   Calibration data of traditional calibration models

    指标 X Y MZ
    RMSE 1.900 g 0.465 g 84.661 g·mm
    精准度 0.155% FS 0.034% FS 0.303% FS
    下载: 导出CSV

    表  2  神经网络模型的校准数据

    Table  2.   Calibration data of neural network models

    分量 指标 BP BOA–BP TSBOA–BP
    X
    RMSE 0.689 g 0.453 g 0.257 g
    准度 0.057% FS 0.038% FS 0.021% FS
    Y
    RMSE 0.502 g 0.326 g 0.159 g
    准度 0.036% FS 0.023% FS 0.011% FS
    MZ
    RMSE 35.217 g·mm 29.405 g·mm 19.962 g·mm
    准度 0.126% FS 0.11% FS 0.071% FS
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-02
  • 修回日期:  2023-12-21
  • 录用日期:  2023-12-27
  • 网络出版日期:  2024-04-15

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日