Ứng dụng giải thuật di truyền để tối ưu các thông số Tỉ lệ Vi - Tích phân điều khiển cho Quadrotor

Giải thuật di truyền được ứng dụng nhằm tối ưu hóa các thông số tín hiệu của bộ điều khiển Tỷ lệ (P), Tích phân (I) và Vi phân (D). Ưu điểm của giải thuật này là tạo mới và cập nhật thông số mà có thể cực tiểu hóa hàm giá trị thích nghi tiêu biểu là hàm tích phân các sai số tuyệt đối.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng giải thuật di truyền để tối ưu các thông số Tỉ lệ Vi - Tích phân điều khiển cho Quadrotor TAÏP CHÍ KHOA HOÏC ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN Soá 14 (39) - Thaùng 3/2016 Ứng dụng giải thuật di truyền để tối ưu các thông số Tỉ lệ Vi - Tích phân điều khiển cho Quadrotor Genetic algorithm optimization design PID controller for Quadrotor attitude models TS. Trần Hữu Khoa TS. Hồ Văn Cừu Trường Đại học Sài Gòn Ph.D. Tran Huu Khoa Ph.D. Ho Van Cuu Sai Gon University Tóm Tắt Giải thuật di truyền được ứng dụng nhằm tối ưu hóa các thông số tín hiệu của bộ điều khiển Tỷ lệ (P), Tích phân (I) và Vi phân (D). Ưu điểm của giải thuật này là tạo mới và cập nhật thông số mà có thể cực tiểu hóa hàm giá trị thích nghi tiêu biểu là hàm tích phân các sai số tuyệt đối. Qua đó tìm ra các thông số điều khiển tối ưu cho hệ thống. Trong nghiên cứu này, đề xuất giải thuật di truyền được áp dụng vào các kênh điều khiển của máy bay bốn cánh quạt không người lái. Kết quả mô phỏng cho đáp ứng nhanh và ít bị dao động. Từ khóa: giải thuật di truyền, bộ điều khiển PID, máy bay không người lái, máy bay bốn cánh quạt, tích phân các sai số tuyệt đối… Abstract In this article, the feasibility of a Genetic Algorithm Optimization (GAO) is used to find the optimized Proportional-Integral-Derivative (PID) controller parameters. The benefit of GAO algorithm is to generate and update the new elite parameters that can minimize the fitness function Integral of Absolute Error (IAE). This optimization method is then applied to a novel attitude pilot Quadrotor models. The proposed controller has demonstrated better performance in the response, fast, stable and less erroneous. Keywords: GAO, PID, UAV, Quadrotor, IAE… 1. Giới thiệu kiếm thông tin dân sự, giám sát môi Các UAV (Unmanned Aerial Vehicle) trường, quan trắc khí tượng đến các hoạt [11] có hình dạng như ở hình 1 là những động giải cứu và cả giám sát quân sự. Để phương tiện bay không người lái vận hành thực hiện thành công các hoạt động bay trên không, do khả năng bay linh hoạt của như vậy đòi hỏi sự kiểm soát chuyển động chúng, chúng có thể thực hiện những bay có thể duy trì sự ổn định và độ chính nhiệm vụ đầy thử thách. Sự nhanh nhẹn và xác cao nhất trong một thời gian dài. Do tự trị vận hành của các UAV nhỏ được áp những đặc điểm nêu trên, các thiết kế bộ dụng trong các lĩnh vực khác nhau từ tìm điều khiển hệ thống phải đối mặt với các 33 nhiệm vụ đầy thử thách. Các Quadrotor Bộ điều khiển ứng dụng giải thuật di (máy bay bốn cánh quạt) [1-3] được nhìn truyền tối ưu hóa các thông số PID bằng nhận có khả năng tự lập kế hoạch hành cách cực tiểu hóa hàm thích nghi các sai số động cũng như hành động phối hợp đồng tuyệt đối, được đề xuất trong bài báo này. bộ nhiều máy bay. Phương pháp GA-PID có thể giải quyết việc thực hiện và kiểm soát chỉ trong một bước đơn giản để đạt được các hoạt động hoàn toàn tự động của Quadrotor. Do đó, các máy bay có thể hoạt động được trong những tình huống bất ổn và bất cập. 2. Mô hình máy bay không người lái, bốn cánh quạt Các UAV được mô tả bằng một hệ Hình 1. Mô hình máy bay không người lái thống trục tọa độ trái đất theo qui tắc bàn Giải thuật di truyền [4 và 5], được giới tay phải. Các mô hình động năng của thiệu bởi Holland năm 1975, là một kỹ Quadrotor được phát triển dựa trên công thuật nhằm tìm kiếm giải pháp thích hợp thức Euler-Lagrange. So với máy bay trực cho các bài toán tối ưu tổ hợp đa biến. Giải thăng truyền thống, Quadrotor có lệnh điều thuật di truyền vận dụng các nguyên lý khiển tương tự để kiểm soát: tổng hợp, của quá trình tiến hóa như di truyền, đột theo chiều dọc – góc xoay, theo chiều biến, chọn lọc tự nhiên, và trao đổi chéo. ngang – góc nghiêng và theo trục z – góc Ngày nay, GA đã được áp dụng thành lệch [1-3, 7-10]. Quadrotor trong hình 2 có công trong một loạt các vấn đề phức tạp sáu bậc tự do, được tham khảo và trích dẫn của thực tế [4 và 5]. Mỗi GA hoạt động từ các tài liệu [1-3]. trên một số nhiễm sắc thể nhân tạo, với các Cấu hình của Quadrotor có thể mô tả dãy (string) thường là nhị phân. Mỗi nhiễm với bốn cánh quạt, được lắp đặt đối xứng sắc thể đại diện cho một giải pháp của một trục (1 và 3) và (2 và 4) và có chiều quay vấn đề và có hàm thích nghi là một số thực đối xứng ngược nhau. Bằng cách thay đổi nhằm đo lường như thế nào là tốt nhất cho tốc độ các rotor, các lực nâng và lực chuyển một giải pháp của các vấn đề cụ thể. Các động được thay đổi. Do đó, các chuyển mẫu “bit” tốt nhất dần dần được lựa chọn động thẳng đứng được tạo ra bằng cách tăng trong quá trình di truyền. Việc giảm thiểu hoặc giảm tốc độ cả bốn cánh quạt đồng hay tối đa hóa giá trị của hàm thích nghi thời. T ...