基于双延迟深度确定性策略梯度的受电弓主动控制

弓网系统耦合性能对于高速列车受流质量起着至关重要的作用,提高弓网耦合性能,一种有效的方法是针对受电弓进行主动控制调节,特别是在低速线路提速及列车多线路混跑时,主动控制可通过提高弓网自适应适配性,有效降低线路改造成本并提升受流质量。针对受电弓主动控制问题,该文提出一种基于双延迟深度确定性策略梯度(TD3)的深度强化学习受电弓主动控制算法。通过建立弓网耦合模型实现深度强化学习系统环境模块,利用TD3作为受电弓行为控制策略,最终通过对控制器模型训练实现有效的受电弓控制策略。实验结果表明,运用该文方法可有效提升低速线路列车高速运行时弓网耦合性能及受电弓在多线路运行时的适应性,为铁路线路提速及列车跨线路运行提供新的思路。

基于LSTM车速预测和深度确定性策略梯度的增程式电动汽车能量管理

为提高增程式电动汽车的能量管理性能,首先利用长短时记忆(LSTM)神经网络进行车速预测,然后计算出预测时域内的需求功率,并将其与当前时刻的需求功率共同输入深度确定性策略梯度(DDPG)智能体,由智能体输出控制量,最后通过硬件在环仿真验证了控制策略的实时性。结果表明,采用所提出的LSTM-DDPG能量管理策略相对于DDPG能量管理策略、深度Q网络(DQN)能量管理策略、功率跟随控制策略在世界重型商用车辆瞬态循环(WTVC)工况下的等效燃油消耗量分别减少0.613 kg、0.350 kg、0.607 kg,与采用动态规划控制策略时的等效燃油消耗量仅相差0.128 kg。

深度确定性策略梯度下运动目标识别及无人机跟随

针对无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)平台采集运动目标图像信息过程中因UAV自身的飞行状态、环境的干扰、目标的随机性等原因易产生运动目标丢失等问题,提出了一种基于运动目标识别的深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法UAV跟随方法。面向高速公路的车辆目标,分析了UAV高度、位姿与高速车辆运动之间的关系,建立了移动平台目标检测帧率的速度自适应模型,根据目标的运动状态计算能够相匹配UAV的飞行状态,实时修正飞行姿态与速度,使UAV能够保持与目标的相对位置和角度。继而基于DDPG算法价值网络估计UAV在不同状态下采取特定动作的价值,策略网络生成UAV在给定状态下采取动作的策略,给予UAV飞行高度、速度控制参数用于目标跟踪,使UAV能够根据目标的运动变化自动调节飞行状态,实现运动目标的自适应跟随。仿真实验表明:DDPG算法能够提供稳定的飞行姿态数据,为UAV的跟随任务提供了可靠的控制基础;通过在真实场景下实验验证,UAV能够实时跟踪速度范围0~33 m/s、半径为120 m的圆形面积内的地面运动目标,且在续航范围内能够实现持续稳定跟随。

基于多维度优先级经验回放机制的深度确定性策略梯度算法

为进一步提高深度确定性策略梯度算法在处理强化学习连续动作任务中的收敛速度,提出了一种基于多维度优先级经验回放机制的深度确定性策略梯度算法。首先,针对经验回放机制中样本数据利用率低的问题,利用时间差分误差指标对样本进行分类;其次,利用稀缺性和新奇性两个指标对样本进行评分,并将稀缺性和新奇性的评分进行加权组合,得到最终的优先级评分;最后,将设计的多维度优先级经验回放机制方法应用在深度确定性策略梯度算法中,在强化学习连续控制任务中对改进算法进行测试,实验结果表明,改进算法的收敛速度有所提升。

基于乐观探索的双延迟深度确定性策略梯度

双延迟深度确定性策略梯度是深度强化学习的一个主流算法,是一种无模型强化学习,已成功应用于具有挑战性的连续控制任务中。然而,当环境中奖励稀疏或者状态空间较大时,双延迟深度确定性策略梯度的样本效率较差,环境探索能力较弱。针对通过双Q值函数的下界确定目标函数带来的低效探索问题,提出一种基于乐观探索的双延迟深度确定性策略梯度(TD3-OE)。首先,从双Q值函数出发,分析取下界会使得探索具有一定的悲观性;然后,利用高斯函数和分段函数分别对双Q值函数进行拟合;最后,利用拟合Q值函数和目标策略构造出探索策略,指导智能体在环境中进行探索。探索策略能够避免智能体学习到次优策略,从而有效解决低效探索的问题。该文在基于MuJoCo物理引擎的控制平台上将所提算法与基准算法进行试验对比,验证了所提算法的有效性。试验结果表明:所提算法在奖励、稳定性和学习速度等指标上均达到或超过其他基础强化学习算法。

基于深度确定性策略梯度的PEMFC的水泵和散热器联合控制研究

针对燃料电池热管理系统中水泵和散热器的控制问题,提出一种基于深度确定性策略梯度(DDPG)的联合控制策略。该策略取代了传统控制框架中水泵和散热器的独立控制器,采用多输入多输出且可同时控制水泵冷却水流速和散热器空气流速的智能体。首先确定智能体的状态空间和动作空间,然后由控制目标设定奖励函数,最后在仿真平台上验证该算法的有效性。结果表明,所提出的联合控制策略可有效地同时控制冷却水流速和空气流速,从而提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)的运行效率。

基于深度确定性梯度学习的集群多目标分配方法

针对多弹协同作战进行目标分配时,存在敌方平台和反舰导弹数量不确定性和类型多样化,导致目标分配算法难以建模的问题,为提升高动态协同攻击条件下的攻击效能,建立动态战场环境模型和多目标分配的单回合马尔可夫决策模型,提出一种改进深度确定性策略梯度的分配算法.通过与模拟器的交互自动求解最佳分配策略,利用mask方法对动作空间进行掩码操作,实现算法对平台数量和类型的适应能力.实验结果表明,在各种不同舰船的防御配置和红蓝双方数量配置下,算法求解得到的攻击策略相对于随机策略的性能提升约为87.5%,模型推理时间约为0.04ms.研究结果将加速基于深度确定性梯度学习的方法在高动态环境下智能决策中的应用,对集群自主决策方法的研究具有推动作用.

基于双评论家的多智能体深度确定性策略梯度方法

在现实世界的复杂多智能体环境中,任务的完成通常需要多个智能体之间的相互协作,这促使各种多智能体强化学习方法不断涌现.动作价值函数估计偏差是单智能体强化学习领域中备受关注的一个重要问题,而在多智能体环境中却鲜有研究.针对这一问题,分别从理论和实验上证明了多智能体深度确定性策略梯度方法存在价值函数被高估.提出基于双评论家的多智能体深度确定性策略梯度(multiagent deep deterministic policy gradient method based on double critics,MADDPG-DC)方法,通过在双评论家网络上的最小值操作来避免价值被高估,进一步促进智能体学得最优的策略.此外,延迟行动者网络更新,保证行动者网络策略更新的效率和稳定性,提高策略学习和更新的质量.在多智能体粒子环境和交通信号控制环境上的实验结果证明了所提方法的可行性和优越性.

基于深度确定性梯度算法的端到端自动驾驶策略

根据深度确定性策略梯度算法理论,提出了端到端的自动驾驶控制策略,通过Carla无人驾驶模拟器,以汽车前视图像和少量测量信息作为输入,直接输出转向、油门或制动的控制动作。同时,鉴于强化学习过程中存在大量试错行为,设计了对危险试错动作加以约束并修正的监督器,以减少危险动作并提升训练效率。根据Carla的训练测试结果表明,深度确定性策略梯度算法能使小车学习到有效的自动驾驶策略,且添加监督器之后的算法能明显减少试错行为并提升训练效率。

深度确定性策略梯度算法耦合模型驱动的行人过街仿真

行人仿真在公共安全研究中扮演着重要的角色,但如何增强仿真环境中智能体的真实性一直是一个难题.本工作提出了一种深度确定性策略梯度-行人二维优化速度模型耦合驱动算法,并对无信号交叉口行人过街行为进行仿真.通过构建考虑无速度差项和有速度差项2种行人二维优化速度模型的策略探索方案,揭示出带有速度差项行人二维优化速度模型的耦合驱动算法倾向于灵活地选择相对安全的动作,从而使行人选择动作的策略也更优,达到了完全避免行人碰撞、确保行人安全的功能.

基于深度确定性策略梯度算法的风光储系统联合调度策略

针对风光储联合系统的调度问题,提出了一种基于深度强化学习的风光储系统联合调度模型。首先,以计划跟踪、弃风弃光以及储能运行成本最小为目标,建立了充分考虑风光储各个场站约束下的联合调度模型。然后,定义该调度模型在强化学习框架下的系统状态变量、动作变量以及奖励函数等,引入了深度确定性策略梯度算法,利用其环境交互、策略探索的机制,学习风光储系统的联合调度策略,以实现对联合系统功率跟踪,减少弃风弃光以及储能充放电。最后,借用西北某地区风电、光伏、跟踪计划的历史数据对模型进行了训练和算例分析,结果表明所提方法可以较好地适应不同时期的风光变化,得到在给定风光下联合系统的调度策略。

深度确定性策略梯度和预测相结合的无人机空战决策研究

针对无人机自主空战机动决策过程中遇到的敌方不确定性操纵问题,提出了一种目标机动指令预测和深度确定性策略梯度算法相结合的无人机空战自主机动决策方法。对空战双方的态势数据进行有效的融合和处理,搭建无人机六自由度模型和机动动作库,在空战中目标通过深度Q网络算法生成相应机动动作库指令,同时我方无人机通过概率神经网络给出目标机动的预测结果。提出了一种同时考虑了两机态势信息和敌机预测结果的深度确定性策略梯度强化学习方法,使得无人机能够根据当前空战态势选择合适的机动决策。仿真结果表明,该算法可以有效利用空战态势信息和目标机动预测信息,在保证收敛性的前提下提高无人机自主空战决策强化学习算法的有效性。

基于改进深度确定性策略梯度算法的微电网能量优化调度

针对微电网中分布式发电设备存在输出不确定性和间歇性问题,以及传统的深度确定性策略梯度算法存在收敛速度慢、鲁棒性差、容易陷入局部最优的缺点。本文提出了一种基于优先经验回放的深度确定性策略梯度算法,以微电网系统运行成本最低为目标,实现微电网的能量优化调度。首先,采用马尔可夫决策过程对微电网优化问题进行建模;其次,采用Sumtree结构的优先经验回放池提升样本利用效率,并且应用重要性采样来改善状态分布对收敛结果的影响。最后,本文利用真实的电力数据进行仿真验证,结果表明,提出的优化调度算法可以有效地学习到使微电网系统经济成本最低的运行策略,所提出的算法总运行时间比传统算法缩短了7.25%,运行成本降低了31.5%。

改进双延迟深度确定性策略梯度的多船协调避碰决策

目前,多数海上避碰模型都是将船舶作为单智能体进行避碰决策,未考虑船舶间的协调避让,在多船会遇场景下仅靠单船进行避碰操作会导致避让效果不佳。为此,提出了一种改进双延迟深度确定性策略梯度算法(TD3)的Softmax深层双确定性策略梯度(SD3)多船协调避碰模型。从考虑船舶航行安全的时空因素出发构建时间碰撞模型、空间碰撞模型,对船舶碰撞风险进行定量分析,在此基础上采用根据会遇态势和船速矢量动态变化的船域模型对船舶碰撞风险进行定性分析。综合船舶目标导向、航向角改变、航向保持、碰撞风险和《国际海上避碰规则》(COLREGS)的约束设计奖励函数,结合COLREGS中的典型相遇情况构造对遇、追越和交叉相遇多局面共存的会遇场景进行避碰模拟仿真。消融实验显示softmax运算符提升了SD3算法的性能,使其在船舶协调避碰中拥有更好的决策效果,并与其他强化学习算法进行学习效率和学习效果的比较。实验结果表明,SD3算法在多局面共存的复杂场景下能高效做出准确的避碰决策,并且性能优于其他强化学习算法。

基于深度确定性策略梯度强化学习算法的航迹规划研究

航迹规划是无人机走向智能化的重要组成部分。目前已有的传统航迹规划算法存在实时规划能力差、无法处理动态场景、航迹不平滑等问题,现有的强化学习算法虽然能够实时规划,但是大多数算法主要应用在二维场景下,且存在容易碰撞障碍物、到达率低、航迹不平滑和航迹质量低等问题。针对上述问题,提出基于改进深度确定性策略梯度的强化学习算法,该算法融合自注意力机制,提取障碍物特征,躲避障碍,解决到达率低、实时规划能力差的问题,重新设计奖励函数,惩罚无人机“后退”行为,引入方向向量夹角引导机制,解决航迹不平滑问题。仿真验证结果表明,提出的改进算法在复杂动态场景下达到93.5%的到达率,平均飞行距离减少7.3%,推理时间减少26.2%,推理时间短,航迹符合无人机的飞行要求。

深度确定性策略梯度学习的火星无人机控制

为了降低控制器设计对火星无人机动力学模型的依赖,提高火星无人机控制系统的智能化水平,结合强化学习(reinforcement learning,RL)算法,提出了一种具有自主学习能力的火星无人机位置姿态控制器。该控制器由神经网络构成,利用深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法进行学习,不断优化控制策略,最终获得满足控制要求的策略。仿真结果表明,在没有推导被控对象模型的前提下,基于DDPG算法的控制器通过学习,自主将火星无人机稳定控制到目标位置,且控制精度、调节时间等性能优于比例-积分-微分(proportion integration differentiation,PID)控制器的效果,验证了基于DDPG算法的控制器的有效性;此外,在被控对象模型改变或存在外部扰动的情况下,基于DDPG算法的控制器仍然能够稳定完成任务,控制效果优于PID控制器,表明基于DDPG算法的控制器具有良好的鲁棒性。

基于深度确定性策略梯度算法的智能水下机器人局部路径规划

路径规划是智能水下机器人技术研究的核心内容之一,是实现其自主航行和作业的关键环节。基于水下机器人的运动学模型,将深度确定性策略梯度(DDPG)算法应用于水下机器人的局部路径规划中,通过构造适当的奖励信号和设置合理的训练评估条件,使算法适用于水下机器人的运动学模型。仿真试验验证了采用DDPG算法训练的水下机器人能够在航道水域环境中安全快速地规划和避开障碍物,实现自主安全航行。

考虑源荷不确定性下微电网能量调度的深度强化学习策略

针对微电网中源荷不确定性问题,本文提出一种基于连续型深度确定性策略梯度(DDPG)算法的微电网能量调度方法。首先,以日运行成本最低为目标构建优化调度模型,并将该调度模型转化成马尔可夫决策过程(MDP),定义了马尔可夫决策模型的状态空间、动作空间和奖励函数。其次,利用长短期记忆(LSTM)神经网络提取环境中时序数据的未来趋势作为状态,从而在连续调度动作空间下改善深度强化学习算法收敛效果。最后,通过训练深度强化学习模型,对比多种算法下最优能量调度策略,验证了本文所提方法的有效性。

引入积分补偿的四旋翼确定性策略梯度控制器

为实现四旋翼无人机位置姿态的自主智能控制,结合强化学习中深度确定性策略梯度算法设计无人机智能控制器,对该控制器在四旋翼位置跟踪过程中出现静差的现象进行分析,提出带积分补偿的改进深度确定性策略梯度算法。仿真结果表明,引入积分补偿的改进深度确定性策略梯度控制器能够实现四旋翼位置姿态的自主稳定控制,位置误差为零,在奖励函数变化后控制过程依然保持平稳,表明积分补偿的加入能够有效消除位置跟踪静差,提高控制的准确性,增强系统的稳定性。

基于深度确定性策略梯度的粒子群算法

在传统的粒子群优化算法(PSO)中,所有粒子都遵循最初设定的一些参数进行自我探索,这种方案容易导致过早成熟,且易被困于局部最优点。针对以上问题,该文提出了一种基于深度确定性策略梯度的粒子群优化算法(DDPGPSO),通过构造神经网络分别实现了动作函数和动作价值函数,且利用神经网络可以动态地生成算法运行所需要的参数,降低了人工配置算法的难度。实验表明DDPGPSO相比9种同类算法在收敛速度和寻优精度上均有较大的提升。