Anfis và ứng dụng điều khiển thích nghi vị trí động cơ điện một chiều có thông số và tải thay đổi

ANFIS là một loại mạng nơron mờ nổi tiếng được Jang (1992) đề xuất sử dụng luật học mờ TSK (Takasi -Sugeno- Kang). Luật học mờ thứ j của ANFIS là j R. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Anfis và ứng dụng điều khiển thích nghi vị trí động cơ điện một chiều có thông số và tải thay đổiT¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007ANFIS VÀ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHIVN TRÍ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ THÔNG SỐ VÀ TẢI THAY ĐỔIPhạm Hữu Đức Dục (Trường CĐ Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp I) Lại Khắc Lãi (Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên)1. Mở đầuANFIS là một loại mạng nơron mờ nổi tiếng được Jang (1992) đề xuất sử dụng luật họcmờ TSK (Takasi -Sugeno- Kang). Luật học mờ thứ j của ANFIS là R j có dạng sau:njIF x1 is A1j AND x 2 is A 2 .... AND x n is A nj THEN y = f j = p 0j + ∑ p ij x ii =1với: x i , y tương ứng là các biến vào, ra; A ij ( x i ) là biến ngôn ngũ mờ ứng với biến đầu vào đầuvào x i ; p1j ∈ R là hệ số của hàm tuyến tính f j ; i = 1, 2,..., n; j = 1, 2, ..., M .Cấu trúc ANFIS gồm 6 lớp như sau:Lớp 1: Là lớp đầu vào, mỗi nơron thứ i có một tín hiệu vào x i .Lớp 2: Mỗi phần tử là một hàm liên thuộc µ j ( x i ) .AinLớp 3: Mỗi phần tử R tương ứng thực hiện một luật thứ j: µ j = ∏ µ i j ( xi ) .ji =1Lớp 4: Mỗi phần tử N tương ứng thực hiện phép tính:Lớp 5: Mỗi phần tử thứ j thực hiện phép tính:µj = µjM∑ µjj =1nµ j (p 0j + ∑ p ij x i ) .i =1MMMj =1j =1j =1Lớp 6: Có một phần tử thực hiện phép tính giá trị đầu ra: y = ∑ µ jf j∑ µ j = ∑ µ jf jSai lệch trung bình bình phương giữa hàm đầu ra mong muốn yd và hàm đầu ra thực y:M11E = ( y d − y) 2 =  y d − ∑ µ jf j22 j=121  d M nf j∑ µ j  =  y − ∑  ∏ µ j2 j=1 j=1 i=1 Ai ( xi ) M∑  ∏ µ jj=1 i=1 Ai ( xi ) M n2Để E là cực tiểu hay đầu ra y của ANFIS bám theo được đầu ra mong muốn y d cần tìmđược luật cập nhật bộ các thông số điều chỉnh cho các hàm liên thuộc ở lớp 2 và bộ thông số{p , p , p ,..., p ,...}ở lớp 5. Bài báo này đưa ra luật cập nhật giá trị của bộ các thông số điềuj0j1j2jichỉnh này khi sử dụng hàm liên thuộc dạng Gaussian ở lớp 2, sau đó ứng dụng luật đó điềuchỉnh thích nghi vị trí động cơ điện một chiều có thông số và tải thay đổi.86T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 20072. Luật cập nhật bộ các thông số bộ điều chỉnh, ứng dụng điều chỉnh thích nghi vịtrí động cơ điện một chiều có thông số và tải thay đổiVấn đề đặt ra là cần tìm các luật cập nhật bộ các thông số điều chỉnh ở các lớp 2 và 5 choANFIS. Sử dụng hàm liên thuộc dạng Gaussian ở lớp 2 có dạngµ A ( xi ) = e − ( x −ciij 2)2.(δ i j )2jiDo khuôn khổ bài báo có hạn, nên không trình bày phần chứng minh chi tiết, phần nàychỉ cung cấp các công thức kết quả các luật cập nhật đó.- Luật cập nhật bộ thông số điều chỉnh khi sử dụng hàm liên thuộc dạng Gausian ở lớp 2:c ij (t + 1) = c i j (t ) − η c∂E= c i j (t ) − η c∂cijM( y − y m )(f j − y)( x i − a ij ( x i ))µ j (δ ij ( x i ) 2 ∑ µ j ) ;j =1δ i j (t + 1) = δ i j (t ) − η δ∂E= δ i j (t ) − η δ∂δ i jM( y − ym )( f j − y)( xi − aij ( xi )) 2 µ j (δ i j ( xi ) 3 ∑ µ j ) ;j =1với η a ,η b ,η c ,ηδ là các hệ số học.j- Luật cập nhật bộ thông số điều chỉnh p i ở lớp 5 có dạng như sau:pij (t + 1) = pij (t ) − η p ∂E ∂pij = pij (t ) − η p ( y − y m ) x i µ jM∑ µ j ; với η p là hệ số học.j =1Khi động cơ một chiều làm việc với tải thay đổi, làm cho nhiệt độ của động cơ và mứcđộ từ hoá của mạch từ thay đổi dẫn đến sự thay đổi của các thông số R và L của động cơ ảnhhưởng xấu đến đặc tính vị trí của nó. Phần này trình bày một ứng dụng của ANFIS điều chỉnhthích nghi vị trí động cơ điện một chiều có thông số R, Lvà tải thay đổi trong vùng phụ tải nhỏ.Sơ đồ điều chỉnh thích nghi vị trí động cơ điện 1 chiều theo mô hình mẫu đã trình bày tại [3].Vấn đề đặt ra là động cơ điện 1 chiều khi có các thông số là R, L và tải (MC, J) thay đổi cần xácđịnh điện áp điều khiển u (hoặc hệ số điều chỉnh thích nghi KU) sao cho vị trí thực q của độngcơ 1 chiều bám theo được vị trí mẫu qm làm cho sai lệch vị trí eq nhỏ nhất.1[3] đã chứng minh được rằng: u = − (e1 + Fa e2 + Fb e3 + cm e4 )cvới e1 = ɺqɺɺm − ɺqɺɺ ; e2 = qɺɺm − qɺɺ ; e 3 = qɺ m − qɺ ; e4 = q m − q d ; Fa e 2 , Fb e 3 là phép thay thế gần đúngtương ứng cho (a m ɺqɺ m − aɺqɺ), (b m qɺ m − bqɺ ) . Như vậy điện áp điều chỉnh u cấp cho động cơ 1chiều phụ thuộc 4 đại lượng sai lệch: e1, e2, e3, e4. Sơ đồ ứng dụng ANFIS điều khiển thích nghivị trí động cơ một chiều theo mô hình mẫu mô tả ở hình 1, trong đó bộ điều chỉnh ANFIS cónhiệm vụ tạo ra điện áp điều chỉnh thích nghi u sao cho vị trí thực q của động cơ 1 chiều bámtheo được vị trí của mô hình mẫu qm là dạng hàm bậc ba. Bộ điều chỉnh ANFIS có 4 đầu vào là87T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007e1, e2, e3, e4, mỗi đại lượng mờ ở đầu vào có 5 hàm liên thuộc dạng Gausian µ A j ( xi ) (i = 1, 2, 3,i4; j = 1, 2, 3, 4, 5), có 1 đầu ra là điện áp u.Mô hình mẫu+ ɺqɺɺm+ qɺ e1qmqd_e4e3e2Nhiễu tảiBộđiều chỉnhANFIS_ ɺqɺɺ+ ɺqɺ m_ ɺqɺe2+ ɺqɺɺm_ qɺe ...