Nhận dạng, điều khiển hệ phi tuyến dùng mô hình nơ rôn phối hợp với thuật toán tiến hóa vi sai

Bốcụccủabáocáo Luậnángồm6chương.Chương1giớithiệutổngquanvềluậnán.Chương2trìnhbàythuậttoántiếnhóavisaicơbảnvàcácphiênbảncảitiếncủathuậttoán.Chương3trìnhbàyviệcsửdụngcácthuậttoántiếnhóavis

- ThưviệnKhoahọcTổnghợpTp.HCM

- ThưviệnTrườngĐạihọcBáchKhoa–ĐHQG-HCM

DANHMỤC CÔNGTRÌNHĐÃ CÔNGBỐ

4 NguyenN g o c Son,H o P h a m H u y AnhandN g u y e n ThanhN a m , “ R o b o t manipu

latoridentificationb a s e d o n adaptiveinputa n d

MỞĐẦU

Tính cấpthiếtcủađềtài

Hệthốngphituyếnvớicácyếutốbấtđịnhvànhiễuđộngrấtkhóđểxácđịnhchínhxácmôhìnhtoánhọccủahệthống.Hơnnữa,sựpháttriểnkhôngngừngcủakhoahọccôngnghệlàmxuấthiệncácđốitượngđiềukhiểncóđộphứctạpngàycàngtăng.Yêucầuthựctiễnđặtralàphảiđiềukhiểncáchệthốngđộngngàycàngphứct ạp,trongđiềukiệncácyếut ốbấtđịnhngàycànggiatăng,cũngnhưyêucầuchấtlượngngàycàngcao.Dođó,cáchướngtiếpcậnđiềukhiểnthôngthườngdựatrênmôhìnhtoánhọcgầnnhưkhôngđápứngđượcyêucầu.Vìthế,ngàycàngcónhiềunghiêncứutậptrungvàocácmôhìnhvàc á c bộđiềukhiểnứngdụngkỹthuậttínhtoánmềmnhưlogicmờ,môhìnhnơrônnhântạovàcácthuậttoántiếnhóa.Mỗimộtkỹthuậtnàyđềuđãđượcứngdụngthànhcôngtronglĩnhvựcnhậndạngvàđiềukhiển.Tuynhiên,trongmộts ốtrườnghợpmànếuchỉsửdụngmộtkỹthuậttrongsốđóthìkhôngđủđểđạtđượcyêucầuchínhxácvàhiệuquả.Vìl ý donày,thậtsựcầnthiếtphảilaighépcá c kỹthuậtt í nh toánmềmvớinhauđểtậndụngưuđiểmcủat ừngkỹthuậtriênglẻ.Trongluậnánnày,tácgiảtậptrungvàonghiêncứusửdụngmôhìnhnơrônphốihợpvớithuậttoántiếnhóavisaiứngdụngtrongnhậndạngvàđiềukhiểnhệphituyến

Mụcđích nghiên cứu

Nghiênc ứuthuậtt o á n tiếnhóavisaivàđềxuấtcácphiênbảncảitiếnchấtlượngcủathuậttoán.Sauđó,cácthuậttoánđềxuấtđượcs ửdụngđểhuấnluyệnmạngnơrôntruyềnthẳngMLPứngdụngtrongnhậndạngvàđiềukhiểnhệphituyến

Đốitượngvàphạmvinghiên cứu

 Đốitượngđượcsửdụngđểmôphỏng,đánhgiáchấtlượngvàhiệuquảcủac á c thuậttoán,c á c môhìnhđềxuấtlà:Cáchàmt o á n họcnhưAckley,Sphere,Rastrigin,Griewankđượcs ửdụngđểkiểmchứngchấtlượngvàh i ệuquảcủacácthuậttoántiếnhóavisaicảitiến.Bàitoánnhậndạngvà

kiểmchứngchấtlượngvàhiệuquảcủamôhìnhđềxuất

 Đốitượngthựcnghiệmđượcsửdụngđểkiểmchứngtínhhiệuquảcủabộđ iềukhiểnđềxuấtlàđốitượngtruyềnđộngdùnghợpkimnhớhìnhdạngSMA,taymáysongsongPAM2-DOFvàhệbồnnướcliênkết

 CáchệphituyếnSISOvàMIMOdùngtrongmôphỏngvàkiểmchứngthựcnghiệmphảithuộclớpcácđốitượngphituyếncóthểđiềukhiểnổnđịnhvàbềnvữngkhidùngbộđiềukhiểnPID

Đónggóp mớivềmặtkhoahọcvàthựctiễn

 Ýnghĩakhoahọc

- ĐãnghiêncứuvàpháttriểnthuậttoántiếnhóavisaicảitiếnHDEbằngc á c h kếthợpưuđiểmcủathuậttoánDEcơbảnvàthuậttoánsuygiảmđộdốcGD.KếtquảkiểmchứngtrênmộtsốhàmBenchmarktoánhọcđãchứngtỏchấtlượngvàhiệuquảcủathuậttoánđềxuấttốthơnsovớic á c thuậttoánDEc ơbảnvàthuậtt o á n PSO.HạnchếcủathuậttoánHDElàthờigiantínhtoántươngđốilớnsovớithuậttoánDEcơbản.Kếtquảcủanghiêncứunàyđượctrìnhbàyởbàibáo[6]

- ĐãđềxuấtthuậttoántiếnhóavisaicảitiếnMDEbằngcáchthayđổicơchếgâyđột

biếncủathuậttoánDEcơbản,thayđổicáchchọncácthôngs ốđiềukhiểnFvàCR vàlaighépvớithuậttoánsuygiảmđộdốcGD.Kếtquảkiểmchứngtrênmộtsốhà

mBenchmarktoánhọcđãchứngtỏh i ệuquảvượttrộicảvềtiêuchíchấtlượnglờigiảivàtiêuchíthờigiant í n h toáncủathuậttoánMDEsovớicácthuậttoánDEcơbản,thuậttoánPSOvàthuậttoánHDE

- ĐãđềxuấtápdụngcácthuậttoánHDE,MDEđểtốiưuhóacáctrọngsốmạngnơrônMLPnhằmtăngchấtlượnghuấnluyệnmạng.Sauđó,môhìnhNNARXtạothànhbằngcáchlaighépmôhìnhnơrônMLPvàmôhìnhhồiquyphituyếnNARX,cáctrọngsốđượctốiưubởithuậttoánHDE,MDEđượcpháttriểnđểnhậndạnghệphituyến.Kếtquảcủanghiêncứunàyđượctrìnhbàyởbàibáo[1]-[5]và[7]-[9]

-

ĐãđềxuấtpháttriểnbộđiềukhiểntíchhợpPID-INNdựatrênnguyênt ắcthiếtkếbộđiềukhiểnhọcFELđểđiềukhiểnhệphituyến.BộđiềukhiểnPID-

INNlàsựkếthợpcủabộđiềukhiểnthuậndựatrênmôhìnhngượcdựbáoINN(InverseNNARX)vàbộđiềukhiểnPID.Kếtquảcủanghiêncứunàyđượctrìnhbàyởbàibáo[1]và[5]

- ĐềxuấtcảithiệnkhảnănghọcthíchnghicủathuậttoánBPbằngcácht h a y đổicơchếlựachọnhệsốhọc.Dựatrênkinhnghiệmchuyêngia,t á c giảđãđềxuấtxâydựngmôhìnhmờSugenođểtựchỉnhđịnhhệsốhọctrongquátrìnhcậpnhậponlinecáctrọngsốmôhìnhngượcINN.ChấtlượngđiềukhiểnvàkhảnăngtựchỉnhđịnhhệsốhọcđãđượckiểmchứngtrênhệtaymáysongsongPAM2-

DOF.Kếtquảcủanghiêncứunàyđượctrìnhbàyởbàibáo[1]

 Ýnghĩathựctiễn

- ĐãápdụngthànhcôngmôhìnhdựbáoNNARXvớicáctrọngsốđượctốiưubởithuậttoántiếnhóavisaicảitiếnHDEđểgiảibàitoánđộnghọcthuậncủataymáy,kếtquảnghiêncứunàyđượccôngbốởbàibáo[4],

[9]vàgiảibàitoánđộnghọcngượccủataymáy[8]

- ĐãápdụngthànhcôngmôhìnhNNARXvớicáctrọngsốđượctốiưubởithuậttoántiếnhóavisaicảitiếnMDEđểdựbáođặctínhđộnglựchọccủamôhìnht a ymáy5bậctựdodựavàotậpdữli ệuvàora thựcnghiệmgồmđiệnápcấpchocácđộngcơvàgócquaycủacáckhớptaymáy.Kếtquảnghiêncứunàyđượccôngbốởbàibáo[3]

- Đãcàiđặt,nhậndạngvàđiềukhiểnchínhxácthiếtbịtruyềnđộngdùnghợpkimnhớhìnhSMA.Đâyl à tiềnđềchoviệcnghiênc ứucácứngdụngcủathiếtbịtruyềnđộngSMAtrongtươnglai.Kếtquảnghiêncứunàyđượccôngbốởbàibáo[5]

- Đãc à i DOFdùngsợicơnhântạoPAM.Đâylàtiềnđềchoviệcnghiênc ứucácứngdụngchuyênsâutronglĩnhvựcngườimáy.Kếtquảnghiênc ứunàyđượccôngbốởbàibáo[1]

đặt,nhậndạngvàđiềukhiểnchínhxácgócquaytaymáysongsong2 ĐãkhảosátchấtlượngcủabộđiềukhiểntíchhợpPIDđặt,nhậndạngvàđiềukhiểnchínhxácgócquaytaymáysongsong2

ĐãkhảosátchấtlượngcủabộđiềukhiểntíchhợpPID-INNtrêncácđốitượngt h ựcnghiệmSISO(thiếtbịtruyềnđộngSMA),MIMO(hệbồnnướcliênkết,hệt a y máysongsong2-

DOF).V ớic á c kếtquảthựcnghiệmkhảquannày,tácgiảtinrằngcóthểhoàntoànápdụngbộđiềukhiểnđềxuấtvàocácđốitượngthựctếtrongcôngnghiệp

- Đãxâydựngđượcquytrìnhápdụngmôhìnhđềxuấtđểnhậndạngvàđ iềukhiểncáchệthốngthựcnghiệmmàkhôngcầnquantâmnhiềuđếnmôhìnhtoánhọccủachúngmộtcáchnhanhchóngvàdễdàngthựchiện

Bốcụccủabáocáo

Luậnángồm6chương.Chương1giớithiệutổngquanvềluậnán.Chương2trìnhbàythuậttoántiếnhóavisaicơbảnvàcácphiênbảncảitiếncủathuậttoán.Chương3trìnhbàyviệcsửdụngcácthuậttoántiếnhóavisaicảitiếnđểtốiưuhóacáctrọngsốcủamạngnơrônMLPứngdụngtrongnhậndạnghệphituyến.Chương4trìnhbàybộđiềukhiểntíchhợpPID-

INNvàcáckếtquảmôphỏngkiểmchứngđểt ừđóđưaraư uđiểmvàgiớihạncủabộđiềukhiển.Chương5thựchiệnkiểmchứngbộđiềukhiểnđềxuấttrênmộtsốđốitượngt h ựcnghiệm.Chương6tổngkếtcáckếtquảnghiêncứuvàhướngpháttriển

CHƯƠNG1TỔNGQUAN

Chương1giớithiệutổngquanvềnhậndạngvàđiềukhiểnhệphituyếnởmục1.1;tổngquanvềmôhìnhnơrônvàthuậttoántiếnhóavisaiởmục1.2;mục

1.3giớithiệutổngquantìnhhìnhnghiêncứuđểtừđóđềramụctiêunghiênc ứutrọngtâmcủaluậnánởmục1.4

1.4Mụctiêu nghiêncứu

Mụctiêunghiêncứutrọngtâmcủaluậnánbaogồmcácvấnđềsau:

a) NghiêncứuthuậttoántiếnhóavisaicơbảnDE,cácyếutốảnhhưởngđếnchấtlượngcủathuậttoánDE.TừđóđềxuấtthuậttoántiếnhóavisaicảitiếnHDEvàMDE.Môphỏng,sosánhvàđánhgiáchấtlượngcácthuậtt o á n trênmộtsốhàmBenchmarktoánhọcthôngdụng

b) NghiêncứuápdụngthuậttoántiếnhóavisaicảitiếnHDEvàMDEvàobàitoántốiưucáctrọngsốmạngnơrôntruyềnthẳngMLP

Hình 2.1

c) XâydựngmôhìnhnhậndạngNNARXbằngc á c h kếthợpmạngnơrônMLPvàmôhìnhhồiquyphituyếnNARX,cáctrọngsốmôhìnhNNARXđượctốiưubởithuậttoánHDEvàMDE.Môphỏng,sosánhvàđánhgiáchấtlượngnhậndạngtrênmộtsốhệphituyếnthôngdụng

d)

XâydựngbộđiềukhiểntíchhợpPID-

INNứngdụngtrongđiềukhiểnhệphituyến.BộđiềukhiểntíchhợpPID-INNlàsựkếthợpcủabộđiềukhiểnthuậndùngmôhìnhngượcdựbáoINN(InverseNeuralNARX)vàbộđiềukhiểncóphảnhồiPID

e) KiểmtratínhhiệuquảcủabộđiềukhiểntíchhợpPID-INN:

(i)môphỏngvàsosánhchấtlượngvớibộđiềukhiểnPIDtrên cùnghệphituyến;(ii)kiểmchứngthựcnghiệmtrênđốitượngthiếtbịtruyềnđộngdùnghợpkimnhớhìnhSMA,taymáysongsongPAM2-DOFvàhệbồnnướcliênkết

CHƯƠNG2THUẬT TOÁN TIẾN HÓA VISAI

Chọnlọc:Véc-tơmụctiêuXi,G đượcsosánhvớivéc-tơthửnghiệm U i,G .Trong

chthướcquầnthểNP,hệsốđộtbiếnFvàxácsuấtlaighépCR.

2.3Tổngquan nghiên cứuvềthuậttoán DE

2.3.1Cácnghiêncứuliênquan

Trongphầnnày,tácgiảthựchiệnkhảosátcáccôngtrìnhnghiêncứuliênquanđếnviệccảithiệnchấtlượnghộitụcủathuậttoántiếnhóavisaicơbảnDEđểt ừđóđưaracácđiểmhạnchếcủathuậttoán,trìnhbàyởmục2.3.2

2.4 Mộtsốcảitiếncủathuậttoán DE

2.4.1 Thuậttoán laiHDE

TácgiảthựchiệnlaighépthuậttoánsuygiảmđộdốcGDvớithuậttoántiếnhóavis a i cơbảnDEđượcgọil à thuậtt o á n l a i HDE(HybridDifferentialEvolution).Đầutiên,tácgiảsửdụngkhảnăngtìmkiếmtoàncụccủathuậttoánDEđểtìmkiếmkhônggiantốiưutiềmnăngvàsauđósửdụngkhảnăngtìmkiếmcụcbộchínhxáccủathuậttoánGDđểtăngtốcđộhộitụ.CónhiềucáchkhácnhauđểápdụnglaithuậttoánGDvớithuậttoánDE.Ởđây,thuậttoánGDđượcápdụngởgiaiđoạn“laighép”đểtạoravéc-

1,thuậttoánDEsẽmạnhmẽtrongtìmkiếmtoàncụcnhưnghạnchếtrongtìmkiếmcụcbộ.Ngượclại,vớic ơchếđộtbiếnbest/1,thuậttoánDE

rấtmạnhmẽtrongtìmkiếmcụcbộnhưngkhángèonàntrongtìmkiếmtoàncục.TácgiảsửađổicơchếgâyđộtbiếncủathuậttoánDEbằngcáchghéphaicơchếđộtbiếnrand/1vàbest/1vớinhauđểt ạoravéc-

tơthửnghiệmthayvìchỉsửdụngmộtcơchếđộtbiếnrand/1hoặcbest/

1.ViệcsửađổinàynhằmmụcđíchcânbằngkhảnăngkhámphátoàncụcvàkhaitháccụcbộcủathuậttoántốiưuDE

2.4.2.2 KếthợpthuậttoánGD vớithuậttoánDE

TácgiảthựchiệnkếthợpthuậttoánGDvớithuậttoánDE,trongđóthuậttoánGDđượcápdụngsaugiaiđoạnchọnlọccủathuậttoánDEvàsửdụngcáccát h ểtốtnhấtmàthuậttoánDEkhámpháđượcnhưlàcácgiátrịkhởitạobanđầuchotìmkiếmcủathuậttoánGD.Kỹthuậtnàythậtsựkhôngmấtnhiềuthờigian,nhưngnócóthểnângcaoxácsuấtđạtđượclờigiảitốiưucụcbộtrongmỗithếhệvàtừđónângcaoxácsuấtđạtđượclờigiảitốiưutoàncụctrongt o à n bộquátrìnhtìmkiếm

2.4.2.3 LựachọnthôngsốđiềukhiểnF,CR

VớithuậttoánMDE,cácgiátrịF,CRđượclựachọnngẫunhiênvàthayđổis a u mỗivòn glặp.Trongđó,giátrịFthayđổitrongkhoảng[0.4,1]vàgiátrịCRthayđổitrongkhoản

g[0.7,1].Việclựachọnnàynhằmmụcđíchtăngkhảnăngtìmkiếmđahướngcủathuậttoán

2.5M ô phỏng,sosánhvàđánhgiá

Trongphầnnày,bàitoánxácđịnhđiểmcựctiểutoàncụcchocáchàmtoánhọcnhưAckley,Sphere,Rastrigin,Griewankđượcsửdụngđểkhảosátchấtlượngcủathuậttoánđềxuất.ChấtlượngcủathuậttoánMDEđượcsosánhvớicácthuậttoánPSO,DEvàHDE

Bảng2.7ThốngkêkếtquảtìmkiếmdùngPSO,DE,HDEvàMDE

Sphere

TốtnhấtXấunhấtTrungbìnhĐộlệchchuẩn

1.86e-60.00205.20e-46.73e-4

4.65e-6

3.06e-6

3.08e-7

9.82e-66.58e-62.94e-6Griewank

Tốtnhất 2.08e-4 6.07e-6 4.65e-6 1.82e-6XấunhấtTrun

gbình

0.08180.0394 6.56e-40.0031 3.94e-41.24e-4 9.43e-65.22e-6

Độlệchchuẩn 0.0289 9.73e-4 1.27e-4 2.86e-6

Độlệchchuẩn 0.0420 2.19e-4 8.35e-5 1.33e-6

Rastrigin

Tốtnhất 5.76e-7 2.66e-5 1.47e-6 2.46e-7XấunhấtTrun

gbình 0.99600.3624 2.76e-40.0011 6.20e-47.64e-5 9.50e-63.80e-6

Độlệchchuẩn 0.4790 3.35e-4 1.92e-4 3.28e-6

Bảng2.8ThốngkêthờigiantìmkiếmdùngPSO,DE,HDEvàMDE

Thờigiantínhtoántrungbình(giây)

Sphere 0.3403 0.1335 0.3731 0.1431Griewank 0.3828 0.2731 1.0841 0.5763Ackley 0.4104 0.3129 0.9974 0.3030

Rastrigin 0.2765 0.1894 0.5364 0.2094Kếtquảthốngkêvềgiátrịtốiưunhất,xấunhất,trịtrungbìnhvàđộlệchchuẩns a u 10lầnlặpquátrìnhtìmkiếmđượcmôtảởbảng2.7,kếtquảthốngkêvềthờigiantìmkiếmtrungbìnhđượctrìnhbàyởbảng2.8.Dựatrêncáckếtquả,chúngt a t h ấyrằngc á c thuậttoántiếnhóavis a i cảitiếnHDE,MDEđãcảithiệnchấtlượngđángkểsovớicácthuậttoánDE.Đặcbiệt,thuậttoánMDEchothấyđượchiệuquảvượttrộicảvềtiêuchíthờigiantínhtoánvàchấtlượnglờigiảisovớicácthuậttoánPSO,DEvàHDE

CHƯƠNG3THUẬTTOÁNTIẾNH Ó A VISAIHUẤNLUYỆNMẠNGNƠR ÔNMLPỨNG DỤNGNHẬN DẠNGHỆPHITUYẾN

3.1 Giớithiệu

MộttrongnhữngthuậttoánhuấnluyệnmạngnơrônMLPthườngđượcs ửdụnglàthuậttoánlantruyềnngượcBP.Tuynhiên,hạnchếlớnnhấtcủathuậtt o á n BPlàthỉnhthoảnglờigiảirơiđiểmcựctrịcụcbộ.Đểkhắcphụcnhược

N N

3.3 Cácthuậttoánhuấnluyệnmạng

Nóichung,quátrìnhhuấnluyệnmạngc ót h ểđượcthựchiệnbằngcá c h cựctiểuhàms a i

s ốE N Trongđó,t ậpdữliệuhuấnluyệnZ Nđượcxác

ậndạngNNARXđượctốiư ubởic á c thuậ

tt oá n HDEvàMDE.Nhờs ựkếthợpnày,

mô

hìnhNNARXsởhữukhảnăngxấp

khảnăngdựbáochínhxáccủamôhìnhhồiquyNARX.CấutrúcmôhìnhNNARXnhậndạnghệphituyếnđabiếnđượcmôtảởhình3.2

3.4.2 Cácbướcthựchiện nhậndạnghệthống

Nhậndạnghệthốnglàxâydựngmôhìnhcủahệthốngdựatrêndữliệuvàoraquansátđược.Bốnvấnđềcầngiảiquyếttrongcácbàitoánnhậndạnglàthínghiệmt h u t h ậpdữliệu,

11chọnc ấutrúcmôhình,chọntiêuchuẩnướclượngthôngsốvàđánhgiáchấtlượngmôhình.

3.5 Môphỏng,sosánhvàđánhgiá

ChấtlượngcủamôhìnhnhậndạngNNARXđượckiểmchứngtrêncùnghệphituyếnnhằmmụcđíchđánhgiáchấtlượngcủathuậttoánMDEkhisosánhvớic á c thuậttoánkhácnhưBP,DE,HDEvàODEởbàibáo[164].Hệphituyếnđượcsửdụngđểkhảosátchấtlượngnhậndạngbaogồmhệtaymáy1bậctựdo,hệbồnnướcliênkếtvàcáchệphituyếnmôtảở[164]

3.6 Nhận xét

KếtquảkiểmchứngmôhìnhnhậndạngNNARXtrêncáchệphituyếnởtrênchochúngtathấyrằng:

- ChấtlượngnhậndạngcủamôhìnhNNARXbịtácđộngbởicácyếutốnhưs ốnơrônlớ

pẩn,giátrịkhởitạovàgiátrịngưỡngcủacáctrọngsốmạng,kíchthướcquầnthểNP,s ốthếhệhuấnluyệnGEN.Cácthôngsốnàyđượcl ựachọndựatrêncáckhảosátvàthố

ngkêthôngquakếtquảkiểmchứngchotừngbàitoánriênglẻ

- MôhìnhNNARXvớicáctrọngsốđượctốiưubởithuậttoántiếnhóavisaic ảitiếnđãnhậndạngthànhcôngchocáchệphituyếnSISOvàMIMOkhácnhau.Đâylàcơsởchoviệcsửdụngmôhìnhnàyđểnhậndạng,dựbáođặct í n h củacácđốitượngphituyếntrongthựctiễnmàchỉcầnbiếttrướccácthôngtinvềtínhiệuvào-racủahệthống

- Thuậtt o á n HDEvàMDEđãcảithiệnchấtlượnghuấnluyệnmôhìnhNNARXứngdụngtrongnhậndạnghệphituyếnmộtcáchđángkểkhisosánhvớiphiênbảnthuậttoántiếnhóavisaicơbảnDE,BPvàODE.RiêngvềtiêuchíthờigiantínhtoánthìthuậttoánMDEchokếtquảvượttrộikhis o sánhvớithuậttoánHDE

CHƯƠNG4ĐIỀU KHIỂN DỰAVÀOMÔHÌNHNƠRÔNNGƯỢC

4.1 Giớithiệu

Phầnnàygiớithiệuvềcácphươngphápđiềukhiểnthườngdùngđểkiểmsoátc á c hệthốngphituyếnvớicácyếutốbấtđịnhvànhiễuđộng.Mộttrongsốđóc á c bộđiềukhiểndựavàomôhìnhnơrônngượcđượcquantâmnghiêncứu.Trongtrườnghợpmôhìnhnơrônngượckhôngnhậndạngchínhxácđặctính

4.2 Điều khiển thíchnghidựavàomôhình nơrônngược

4.2.1 Giớithiệu

Phầnnàyphântíchcácđiểmhạnchếcủabộđiềukhiểnthíchnghitrựctiếpvàgiántiếpdùngmôhìnhmạngnơrôn

4.2.2 Bộđiềukhiển FEL

BộđiềukhiểnFEL(FeedbackErrorLearning)đượcđềxuấtlầnđầubởiKawatocócấutrúcđượcmôtảnhưởhình4.4.Trongsơđồđiềukhiểnnày,bộđ iềukhiểnFELbaogồm2thànhphần:BộđiềukhiểnthuậnFFCđượcthiếtkếdựatrênmôhìnhngượccủađốitượng.KawatođãsửdụngmạngnơrônMLPđểnhậndạngmôhìnhngượcđốitượng;T í n hiệuracủabộđiềukhiểnCFCđượcxemnhưlàsaisốhọcvà

- KhảnăngxấpxỉchínhxáccủamạngnơrônMLP

- Khảnănghộitụchậmvàdễdàngrơivàođiểmcựctrịcụcbộcủathuậttoánl a n truyềnngượcBP trongnhậndạngvàđiềukhiểnthíchnghi

e

Đểkhắcphụcc á c nhượcđ iểmcủabộđ iềukhiểnFEL,c á c nghiêncứukhácnhauđãđềxuấtmộtsốphươngánnhư:Kawatovàcáccộngsự[179],Ervàcáccộngsự[180]đãđềxuấtthêmtínhiệusaisốgiữatínhiệuđặtvàtínhiệumôhìnhthựcnhư1ngõvàocủabộxấpxỉngượcdùngmạngnơrôn.Thayđổicấut r ú c môhìnhxấpxỉdùngmạngnơrônMLPbằngcácmôhìnhxấpxỉkhácnhưdùngmôhìnhmờloại2[174],

[181];dùngmôhìnhmờloại1[182-183];dùngmôhìnhCMAC[184-

185];dùngmôhìnhB-SplineNetwork[186];dùngcácthuậtt o á n phỏngs i n h học[187]đểtăngkhảnăngx ấpxỉvàt í n h thíchnghitrongquátrìnhđiềukhiển

4.2.3 Bộđiềukhiểntích hợpPID-INN

Theohướngnghiêncứunày,tácgiảđềxuấtxâydựngbộđiềukhiểntíchhợpdựavàomôhìnhnơrônngượcdựbáovàbộđiềukhiểnPID,vớitêngọiPID-INN.BộđiềukhiểnPID-INNvềcơbảndựatrênnguyêntắcthiếtkếbộđiềukhiểnFELvàcómộtsốthayđổivềcấutrúcmôhìnhxấpxỉngược,tínhiệungõvàomôhìnhxấpxỉ.BộđiềukhiểnPID-

wwnewwold E

đảmbảoổnđịnhvàđãđềxuấtmốiliênhệk2k làđiềukiệncầnthiếtđểhệthốngổnđịnhtiệmcậncholớphệthốngSISO.Vớicáchệphituyến,việclựachọncácthamsốbộđiềukhiểnPIDđểhệthốngổnđịnhcóthểsửdụngcácphươngphápthựcnghiệmnhưthửsai,Ziegler-Nichols,Chien-Hrones-

ReswickhoặcdùngthuậttoántốiưuđểtựchỉnhthamsốbộđiềukhiểnPID.Tómlại,t í

n h

ổnđịnhvàhiệuquảcủabộđiềukhiểnPID-INNphụthuộctrựctiếpvàoviệcchọnlựacácthamsốbộđiềukhiểnPID.Tùyvàotừnghệphituyếnmàtac ó c á c phươngphápkhácnhauđểthiếtkếbộđiềukhiểnPID

4.3M ô phỏng,sosánhvàđánhgiá

BộđiềukhiểnPID-INNđượcmôphỏngkiểmchứngtrênhệtaymáy1bậctựdo,ởmục4.3.1;hệphituyếnMIMO[164],ởmục4.3.2;hệbồnnướcliênkết,ở mục4.3.3

hưnhiễuđolường,tảitrọngthayđổithìnhờkhảnăngthíchnghimạnhmẽmàbộđiềukhiểnPID-INNvẫnđảmbảochấtlượngđiềukhiển.

-

TínhthíchnghicủabộđiềukhiểnPID-INNhoàntoàndựavàotínhiệuhuấnluyệnl à tínhiệur a củathànhphầnđiềukhiểnPIDmàkhôngc ầnbấtkỳthôngt i n Jacobiancủađốitượngtrongđ iềuchỉnhc á c thông

s ốbộđ iềukhiển.Điềunàysẽlàmgiảmthờigiantínhtoánchocácứngdụngthựctiễn.Hơnnữa,chúngtacóthểdễdàngápdụngbộđiềukhiểnPID-

INNchocáchệphituyếnbấtkỳmàkhôngcầnquantâmnhiềuđếncácmôtảtoánhọcđặctínhđộnghọccủađốitượng

Ngoàicácđiểmmạnhtrên,bộđiềukhiểnPID-INNcũngcómộtsốhạnchếcầnphảiquantâm,cụthểnhưsau:

-

ChấtlượngvàtínhổnđịnhcủabộđiềukhiểnPID-INNphụthuộcnhiềuvàothànhphầnđiềukhiểnPID.Dođó,việcxácđịnhcácthamsốbộđiềukhiểnPID

INN.Tuynhiên,trongthựctếvớicáchệphituyếnkhácnhauthìviệcxácđịnhcácthamsốPIDkhônggiốngnhau,hơnnữavớicùngmộthệphituyếnthìtạicácđiểmlàmviệckhácnhaucácthamsốPIDcũngkhácnhau.Dođó,khôngcómộtquytắcchungđểxácđịnhcácthamsốPIDchoc á c hệphituyếnmàphụthuộcnhiềuvàokinhnghiệmchuyêngia

phùhợpđóngvaitròquantrọngtrongviệcnângcaochấtlượngbộđiềukhiểnPID KhảnăngthíchnghicủabộđiềukhiểnPID-INNkhánhạyvớihệsốhọc

củathuậttoánBPtrongquátrìnhhọconlinecủabộđiềukhiển.Khôngcóphươngphápnàokhác,bêncạnhphươngphápthử-

sai,đượcbiếtđếnvớiviệcxácđịnhhệsốhọcđểđảmbảocáctrọngsốhộitụđếngiátrịđúng

CHƯƠNG5KIỂMCHỨNGTHỰCNGHIỆM

5.1 Điều khiển vịtríhệtruyềnđộngSMA

5.1.1 Giớithiệu

HợpkimnhớhìnhdạngSMA(ShapeMemoryAlloy)l à vậtliệukimloạicókhảnăngphụchồihìnhdạngbanđầucủachúng.ỨngdụngcôngnghiệpđầutiêncủahợpkimnhớhìnhdạngSMAđượcbắtđầuvớiviệcchếtạokhớpnốic o nhiệtCryoFit,đượcnghiêncứuchếtạonăm1969đểnốicácđườngốngcủahệthốngthủylựccủamáybayt i ê m kíchF14[195