Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phát triển giải thuật điều khiển thông minh dựa trên mạng nơ ron mờ hồi quy ứng dụng điều khiển hệ phi tuyến

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu phát triển giải thuật điều khiển thông minh dựa trên mạng nơ ron mờ hồi quy ứng dụng điều khiển hệ phi tuyến" trình bày các nội dung chính sau: Điều khiển PID thích nghi dựa trên mạng nơ-ron mờ hồi quy để điều khiển hệ phi tuyến; Điều khiển giám sát kết hợp RFNN-PID dựa trên bộ nhận dạng mạng nơ-ron mờ hồi quy để điều khiển hệ phi tuyến; Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm điều khiển trên hệ phi tuyến.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phát triển giải thuật điều khiển thông minh dựa trên mạng nơ ron mờ hồi quy ứng dụng điều khiển hệ phi tuyếnTRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ MINH THÀNH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH DỰA TRÊN MẠNG NƠ-RON MỜ HỒI QUY ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN HỆ PHI TUYẾN LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9520216 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2024TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ MINH THÀNH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH DỰA TRÊN MẠNG NƠ-RON MỜ HỒI QUY ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN HỆ PHI TUYẾN LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9520216 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: 1. PGS. TS. NGUYỄN CHÍ NGÔN 2. TS. NGUYỄN QUANG SANG Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2024 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ với đề tài: “Nghiên cứu phát triển giải thuậtđiều khiển thông minh dựa trên mạng nơ-ron mờ hồi quy ứng dụng điều khiển hệphi tuyến” là công trình khoa học do chính tôi nghiên cứu độc lập. Các kết luận và kếtquả trình bày trong luận án mang tính trung thực, không thực hiện sao chép dưới bất kỳhình thức nào và từ bất kỳ nguồn tài liệu nào. Nội dung tham khảo từ các tài liệu đều đãđược trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo quy định. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 3 năm 2024 Nghiên cứu sinh Lê Minh Thành ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện luận án, em đã nhận được sự quan tâmvà giúp đỡ tận tình của Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh,Viện Đào tạo Sau Đại học, Khoa Điện - ĐTVT, quý Thầy (Cô), gia đình và bạn bè. Vớilòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn: - Quý Thầy, Cô Viện Đào tạo Sau đại học, Khoa Điện – ĐTVT Trường Đại họcGiao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình hỗ trợ em trong việc hoàn thànhcác thủ tục hồ sơ kịp thời và đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được tham gia nghiêncứu tại trường hiệu quả. - Đặc biệt, PGS.TS. Nguyễn Chí Ngôn và TS. Nguyễn Quang Sang – nhữngngười Thầy đáng kính đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời giannghiên cứu học tập. - Cảm ơn Quý Thầy (Cô) Khoa Điện - Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuậtVĩnh Long đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho em trong quá trình nghiên cứu học tập. - Cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, khuyến khích để em yên tâm nghiêncứu và hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn tất cả! Nghiên cứu sinh Lê Minh Thành iii TÓM TẮT Luận án này nhằm mục tiêu nghiên cứu phát triển giải thuật điều khiển thông minhdựa trên mạng nơ-ron mờ hồi quy (Recurrent Fuzzy Neural Networks) để áp dụng trongđiều khiển hệ phi tuyến, mà cụ thể là hệ robot song song 3 bậc tự do, gọi là robot Delta. Tiếp cận đầu tiên của luận án là xây dựng mô hình động học và mô hình động lựchọc của robot Delta để phục vụ cho hoạt động khảo sát đặc tính của nó thông qua môphỏng. Kỹ thuật điều khiển PID truyền thống và điều khiển mờ đã được kiểm nghiệmtrước tiên để đánh giá khả năng kiểm soát robot. Tuy nhiên, việc tìm kiếm các bộ thamsố cho bộ điều khiển PID cũng như bộ điều khiển mờ bằng phương pháp thử sai tỏ rakém hiệu quả đối với mô hình MIMO phi tuyến của robot. Vì vậy, giải thuật di truyềnGA (genetic algorithm) đã được áp dụng với mong muốn tìm được tham số tối ưu chobộ điều khiển PID nhờ khả năng tìm kiếm nghiệm tối ưu toàn cục của giải thuật. Mặcdù giải thuật GA hoàn toàn có khả năng đáp ứng được kỳ vọng, nhưng với kỹ thuật tìmkiếm nghiệm off-line tốc độ chậm, việc áp dụng trong điều khiển robot không phù hợp.Đồng thời, GA chỉ có thể tìm được bộ nghiệm tối ưu để cài đặt cho bộ điều khiển tạithời điểm ban đầu. Nếu trong quá trình vận hành, thông số của robot hay có sự tác độngcủa các yếu tố bất định khác như nhiễu, phương pháp này bắt buộc phải tìm lại bộnghiệm tối ưu mới bằng cách chạy lại giải thuật. Một vấn đề lớn đặt ra là có thể hiệuchỉnh tham số tối ưu của bộ điều khiển một cách trực tuyến hay không? Để trả lời chocâu hỏi này, mạng nơ-ron mờ hồi quy đã được áp dụng trong luận án. Mạng nơ-ron mờ hồi quy đã được nhiều nhóm nghiên cứu vận dụng trong kỹ thuậtđiều khiển thích nghi cho hệ phi tuyến. Tuy nhiên, kỹ thuật điều khiển này tồn tại mộthạn chế cơ bản là phụ thuộc vào việc lựa chọn bộ tham số ban đầu của mạng. Việc lựachọn bộ tham số ban đầu không phù hợp sẽ gây ra tốc độ hội tụ chậm của giải thuật, làmcho đáp ứng quá độ của đối tượng bị kéo dài. Để khắc phục hạn chế này, luận án đã kếthợp giải thuật điều khiển giám sát dùng bộ điều khiển PID để mang năng lượng chủ đạovà dùng mạng nơ-ron mờ hồi quy để hiệu chỉnh bù một cách trực tuyến cho đối tượng.Nhờ sự kết hợp này, tham số của bộ điều khiển PID không cần thiết phải cài đặt lại khiđối tượng hay môi trường điều khiển thay đổi, mà chính mạng nơ-ron mờ hồi quy sẽcung cấp tín hiệu điều khiển bù cho những tác động đó. Kết quả mô phỏng trênMATLAB/Simulink cho thấy giải thuật điều khiển giám sát dùng mạng nơ-ron mờ hồiquy đã đáp ứng được yêu cầu thiết kế bộ điều khiển thông minh cho hệ phi tuyến. iv Nhằm kiểm chứng các giải thuật điều khiển đã mô phỏng, mô hình thực nghiệmrobot Delta cũng được luận ...