Hệ thống điều khiển thông minh - Chương 3: Điều khiển trực tiếp

Moân hoïc HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN THOÂNG MINH Giaûng vieân: TS. Huyønh Thaùi Hoaøng B ä â Ñi à Khi å Tö Ñ äo mon eu en ï ong Khoa Ñieän – Ñieän Töû Ñaïi hoïc Baùch Khoa TP.HCM Email: hthoang@hcmut edu vn . . Homepage: 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 1 Chöông 3 ÑIEÀU KHIEÅN TRÖÏC TIEÁP 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 2 Gi ùi hi Noäi dung chöông 2 ‘ ô t eäu ‘ Ñieàu khieån môø à å à‘ Ñieu khien duøng maïng than kinh ‘ Chænh ñònh boä ñieàu khieån duøng giaûi thuaät di truyeàn 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 3 Giôùi thieäu 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 4 Heä thoáng ñieàu khieån bôûi ngöôøi vaän haønh ‘ Thöïc teá coù nhöõng ñoái töôïng ñieàu khieån raát phöùc taïp, coù tính phi tuyeán cao khoù ñieàu khieån baèng phöông phaùp thoâng thöôøng do khoâng theå xaùc ñònh ñöôïc moâ hình toaùn cuûa ñoái töôïng ‘ Con ngöôøi vôùi khaû naêng xöû lyù tinh xaûo cuûa boä naõo sau khi traûi qua quaù trình ñaøo taïo vaø tích luõy kinh nghieäm laïi coù theå ñieàu khieån ñöôïc caùc ñoái töôïng phöùc taïp maø khoâng caàn bieát gì veà moâ taû toaùn hoc cuûa ñoái töông 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 5 ï ï Ñieàu khieån mờ ‘ Ñieàu khieån môø cung caáp phöông phaùp ñeå bieåu dieãn xöû lyù vaø, thöïc thi tri thöùc tröïc giaùc cuûa con ngöôøi. ‘ Kinh nghieäm chuyeân gia ñöôc tích hôp vaøo boä ñieàu khieån môø 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 6 ï ï trong quaù trình thieát keá heä thoáng Ñieàu khieån duøng maïng thaàn kinh ‘ Boä ñieàu khieån maïng thaàn kinh ñöôïc thieát keá nhôø vaøo khaû naêng hoc cuûa mang thaàn kinhï ï . ‘ Qua quaù trình huaán luyeän maïng troïng soá cuûa maïng thaàn kinh ñöôc caäp nhaät vaø mang hoc ñöôc kinh nghieäm cuûa chuyeân gia 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 7 ï ï ï ï trong vieäc ñieàu khieån ñoái töôïng Ñieàu khieån tröïc tieáp 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 8 Ñieàu khieån buø nhieãu 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 9 Ñieàu khieån thích nghi duøng boä giaùm saùt môø/maïng thaàn kinh 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 10 Chænh ñònh toái öu boä ñieàu khieån duøng giaûi thuaät di truyeàn ‘ Giaûi thuaät di truyeàn toái öu hoùa thoâng soá (vaø caáu truùc) cuûa boä ñieàu khieån ñeå toái thieåu moät chæ tieâu chaát löôïng cho tröôùc 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 11 Ñieàu khieån môø 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 12 Caáu truùc boä ñieàu khieån môø 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 13 Caáu truùc boä ñieàu khieån môø ‘ Bộ điều khiển mờ cơ bản: ¾ hệ qui tắc điều khiển rút ra từ kinh nghiệm chuyên gia trong việc điều khiển đối tượng. ¾ khâu mờ hóa chuyển giá trị rõ phản hồi từ ngõ ra của đối tượng thành giá trị mờ để hệ qui tắc có thể suy luận được ¾ khâu giải mờ chuyển giá trị mờ suy luận được ở ngõ ra của hệ 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 14 qui tắc thành giá trị rõ để điều khiển đối tượng Caáu truùc boä ñieàu khieån môø ‘ Tiền xử lý: ¾ vi phân, tích phân tín hiệu ¾ chuẩn hóa, lượng tử hóa ễ¾ lọc nhi u ‘ Hậu xử lý: ¾ bộ khuếch đại chuyển tín hiệu giải mờ chuẩn hóa thành giá trị 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 15 vật lý Thieát keá boä ñieàu khieån môø Thiế kế d à ki h hiệ h ê i‘ t ựa v o n ng m c uy n g a ‘ Thiết kế dựa trên lý thuyết Lyapunov ‘ Thiết kế bộ điều khiển PID mờ ‘ Thiết kế bộ điều khiển mờ dùng giải thuật di truyền 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 16 Thieát keá boä ñieàu khieån môø döïa vaøo kinh nghieäm chuyeân gia 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 17 Thieát keá döïa vaøo kinh nghieäm chuyeân gia ‘ Xác định biến vào biến ra (và biến trạng thái nếu cần) của đối , , tượng. ‘ Chuẩn hóa biến vào, biến ra về miền giá trị [0,1] hay [−1,1] ‘ Định nghĩa các tập mờ trên tập cơ sở đã chuẩn hóa của các biến, và gán cho mỗi tập mờ một giá trị ngôn ngữ. ‘ Gán quan hệ giữa các tập mờ ở ngõ vào và ngõ ra, bước này xây dựng được hệ qui tắc mờ. ‘ Chọn phương pháp suy diễn . ¾ suy diễn cục bộ ¾ áp dụng công thức hợp thành MAX–MIN hay MAX–PROD. ‘ Chọn phương pháp giải mờ. ¾ phương pháp trọng tâm, 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 18 ¾ phương pháp trung bình có trọng số, Thí duï: Ñieàu khieån môø giöõ caân baèng heä con laéc ngöôïc ‘ M : troïng löôïng xe [Kg] ‘ : t löô l é [Kg]m roïng ïng con ac ‘ l : chieàu daøi con laéc [m] ‘ u : löc taùc ñoäng vaøo xe [N] ï ‘ g : gia toác troïng tröôøng [m/s2] ‘ x : vò trí xe [m] ‘ θ : goùc giöõa con laéc vaø phöông thaúng ñöùng [rad] umlmlxmM =+−+ θθθθ &&&&& )(cos)(sin)( 2 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 19 θθθ sincos mgmlxm =+ &&&& Caùc bieán vaøo vaø bieán ra cuûa boä ñieàu khieån ‘ Chon caùc bieán vaøo/ra:ï Ž 4 bieán vaøo: goùc leäch cuûa con laéc, vaän toác goùc cuûa con laéc, vò trí xe vaø toác ñoä xe Ž bieán ra laø löc taùc dung vaøo xe ï ï . ‘ Taäp cô sôû cuûa caùc bieán phuï thuoäc chuû yeáu vaøo ñoái töôïng, ta choïn nhö sau: Ž Goùc leäch: [−0.3,0.3] (rad) Ž Vaän toác goùc: [−1 1] (rad/sec) , Ž Vò trí xe: [−3, 3] (m) Ž Vaän toác xe: [−3, 3] (m/sec) Ž Löc taùc dung: [ 40 40] (N)ï ï − , ‘ Chuaån hoùa taäp cô sôû cuûa caùc bieán vaøo/ra veà mieàn [−1, 1], do ñoù caùc ma traän heä soá khueách ñaïi cuûa caùc khoái tieàn xöû lyù vaø haäu xöû lyù nhö sau: Ž Caùc heä soá tieàn xöû lyù: Ž Heä soá haäu xöû lyù: 3 1 , 3 1 ,1 , 3.0 1 4321 ==== KKKK 40K 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 20 5 = Ñònh nghóa caùc giaù trò ngoân ngöõ ‘ Ñò h hó ù t ä ôø â t û ù i ù t ò â öõ û ù bi án ng a cac ap m mo a cac g a r ngon ng cua cac en vaøo vaø bieán ra cuûa boä ñieàu khieån môø. Ž Chon 3 taäp môø (giaù trò ngoân ngöõ) cho moãi bieán vaøo, caùc taäp ï môø naøy ñöôïc phaân hoaïch môø treân taäp cô sôû chuaån hoùa vaø haøm lieân thuoäc coù daïng tam giaùc S á ä ø h bi á û õ ñ h b è 7 d h øŽ o tap mô c o en ô ngo ra öôïc c oïn ang , aïng am lieân thuoäc cuûa taäp môø ôû ngoõ ra ñöôïc choïn laø daïng vaïch ñeå thuaän lôïi trong vieäc giaûi môø 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 21 Giaù trò ngoân ngöõ cuûa caùc bieán vaøo 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 22 Giaù trò ngoân ngöõ cuûa caùc bieán ra 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 23 Qui taéc ñieàu khieån môø ñöôïc ñöa ra döïa vaøo kinh nghieäm 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 24 Qui taéc ñieàu khieån môø ñöôïc ñöa ra döïa vaøo kinh nghieäm 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 25 Moâ phoûng ñieàu khieån môø giöõ caân baèng heä con laéc ngöôïc 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 26 Keát quaû ñieàu khieån 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 27 Thieát keá boä ñieàu khieån môø ådöïa vaøo lyù thuyeát on ñònh Lyapunov 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 28 Ñieåm caân baèng cuûa heä phi tuyeán ‘ X ùt h ä hi t á â t û bôûi höô t ì h t th ùi ),( uxfx =& e e p uyen mo a p ng r n raïng a sau: ‘ Moät ñieåm traïng thaùi xe ñöôïc goïi laø ñieåm caân baèng neáu nhö heä ñang ôû traïng thaùi xe vaø khoâng coù taùc ñoäng naøo töø beân ngoaøi thì heä õ è â t i ñ ùse nam nguyen aï o. ‘ Deã thaáy ñieåm caân baèng phaûi laø nghieäm cuûa phöông trình: 0== == 0,),( uu exxxfx& ‘ H ä hi t á ù th å ù hi à ñi å â b è h ë kh â ù ñi åe p uyen co e co n eu em can ang oac ong co em caân baèng naøo. Ñieàu naøy hoaøn toaøn khaùc so vôùi heä tuyeán tính , heä tuyeán tính luoân luoân coù 1 ñieåm caân baèng laø xe= 0. 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 29 OÅn ñònh Lyapunov ‘ Ch h ä hi t á kh â kí h thí h â t û bôûi PTTTo e p uyen ong c c mo a : 0),( == uuxfx& Gi û öû h ä th á ù ñi å â b è 0 (1) a s e ong co em can ang xe = . ‘ Heä thoáng ñöôc goi laø oån ñònhï ï Lyapunov taïi ñieåm caân baèng xe = 0 neáu vôùi ε > 0 baát kyø bao giôø cuõng toàn tai δ phuï ï thuoäc ε sao cho nghieäm x(t) cuûa phöông trình (1) vôùi ñieàu àkieän ñau x(0) thoûa maõn: 0,)( )0( ≥∀<⇒< tt εδ xx 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 30 OÅn ñònh tieäm caän Lyapunov ‘ Ch h ä hi t á kh â kí h thí h â t û bôûi PTTTo e p uyen ong c c mo a : 0),( == uuxfx& Gi û öû h ä th á ù ñi å â b è 0 (1) a s e ong co em can ang xe = . ‘ Heä thoáng ñöôïc goïi laø oån ñònh tieäm caän Lyapunov taïi ñieåm caân baèng xe = 0 neáu vôùi ε > 0 baát kyø bao giôø cuõng toàn tai δï phuï thuoäc ε sao cho nghieäm x(t) cuûa phöông trình (1) vôùi ñi à ki ä ñ à (0) h ûeu en au x t oa maõn: 0)(lim )0( t =⇒< ∞→ txx δ 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 31 So saùnh oån ñònh Lyapunov vaø oån ñònh tieäm caän Lyapunov OÅn ñònh Lyapunov OÅn ñònh tieäm caän Lyapunov 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 32 Ñònh lyù oån ñònh Lyapunov ‘ Ñònh lyù oån ñònh Lyapunov: Cho heä phi tuyeán khoâng kích thích moâ taû bôûi phöông trình traïng thaùi: 0),( == uuxfx& (1) N á t à t i h ø V( ) h Giaû söû heä thoáng coù ñieåm caân baèng xe = 0. eu on aï am x sao c o: ii) 0)0( =V i) xx ∀≥ ,0)(V iii) 0 ,0)( ≠∀< xxV& Thì heä thoáng (1) oån ñònh Lyapunov tai ñieåm 0ï . Chuù yù: Haøm V(x) thöôøng ñöôïc choïn laø haøm toaøn phöông theo bieán t th ùi 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 33 raïng a . Thieát keá boä ñieàu khieån môø duøng phöông phaùp Lyapunov ù 1 ù ñò h h h h ùi û ñ h ñ‘ Böôc : Xac n p öông trìn traïng t a moâ ta aëc tín oäng hoïc cuûa ñoái töôïng. ‘ Böôùc 2: Chon haøm Lyapunov baùn xaùc ñònh döông, haøm ï Lyapunov laø haøm cuûa caùc bieán traïng thaùi vaø coù lieân quan ñeán tín hieäu ñieàu khieån . à û‘ Böôùc 3: Tìm ñieu kieän raøng buoäc cua sao cho ñaïo haøm theo thôøi gian cuûa haøm Lyapunov baùn xaùc ñònh aâm. ‘ Böôùc 4: Neáu khoâng tìm ñöôc bieåu thöùc töôøng minh thoûa maõn ï ñieàu kieän raøng buoäc ôû böôùc 2 thì ta choïn moät soá ñieåm ñaëc tính vaø tín giaù trò tín hieäu ñieàu khieån thoûa maõn ñieàu kieän raøng buoäc t i ù ñi å ñ ë tí haï cac em ac n . ‘ Böôùc 5: Thieát keá boä ñieàu khieån môø coù maët ñieàu khieån chöùa caùc ñieåm ñaëc tính tính toaùn ñöôc ôû böôùc 4. 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 34 ï Thí duï: TK boä ñieàu khieån môø duøng PP Lyapunov 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 35 Choïn haøm Lyapunov 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 36 Ñaïo haøm cuûa haøm Lyapunov theo thôøi gian 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 37 Tín hieäu ñieàu khieån thoûa maõn ñieàu kieän oån ñònh 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 38 Choïn caùc ñieåm ñaëc tính thoûa maõn ñieàu kieän oån ñònh 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 39 Ñònh nghóa heä môø döïa treân caùc ñieåm ñaëc tính ‘ Caùc taäp môø ñònh nghóa cho caùc tín hieäu vaøo x2 ‘ Heä qui taéc u NE ZE PO x NE −12.00 −8.13 −6.00 ZE 2 00 0 00 2 00 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 40 1 − . . . PO 6.00 8.13 12.00 Maët ñaëc tính cuûa heä môø sau khi thieát keá 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 41 Keát quaû ñieàu khieån giöõ caân baèng heä con laéc ngöôïc ‘ B ä ñi à khi å ôø ñ õ thi át k á ù kh û ê ñi à khi å h äo eu en m a e e co a nang eu en e con laéc ngöôïc veà traïng thaùi caân baèng töø traïng thaùi ñaàu khaùc 0. 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 42 Thieát keá boä ñieàu khieån PID môø 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 43 Đieàu khieån PD môø duøng heä qui taéc Mamdani ‘ Bộ điều khiển PD mờ thường được sử dụng trong các trường hợp đâsau y: ¾ Đối tượng có khâu tích phân lý tưởng, hoặc ¾ Ổn định hóa trạng thái của đối tượng xung quanh điểm cân bằng , trong đó .),( xu 0=u 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 44 Đieàu khieån PI môø duøng heä qui taéc Mamdani ‘ Bộ điều khiển PI mờ nếu thiết kế tốt có thể điều khiển điều khiển đối tượng trong miền làm việc rộng với sai số xác lập bằng 0. ‘ Tuy nhiên cũng cần để ý rằng bộ điều khiển PI làm chậm đáp ứng của hệ 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 45 thống và trong nhiều trường hợp làm cho quá trình quá độ có dao động. Đieàu khieån PID môø duøng heä qui taéc Mamdani 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 46 Đieàu khieån PID môø duøng heä qui taéc Mamdani 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 47 Đieàu khieån PID môø duøng heä qui taéc Mamdani 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 48 Thí duï ñieàu khieån höôùng chuyeån ñoäng cuûa taøu ‘ Phöông trình vi phaân moâ taû ñoái töôïng: ( ) ( ))()()()(1)(11)( 3 21 3 2121 ttktttt δδτττψψττψττψ +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++ &&&&&&&& Trong ñoù: Tín hieäu vaøo δ(t) (radian) laø goùc cuûa baùnh laùi. 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 49 Tín hieäu ra ψ(t) (radian) laø goùc (höôùng) chuyeån ñoäng cuûa taøu Thí duï ñieàu khieån höôùng chuyeån ñoäng cuûa taøu (tt) ‘ Tí hi ä ø b ä ñi à khi å ôø ô b û ø)()()( )(& ‘ Bộ điều khiển: PD mờ n eu vao o eu en m c an: vattte r ψψ −= te ‘ Tín hieäu ra boä ñieàu khieån môø cô baûn: δ(t) ‘ Ñoä lôïi tieàn xöû lyù: π/11 =K 1002 =K 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 50 ‘ Ñoä lôïi haäu xöû lyù: 180/80π=UK Thí duï ñieàu khieån höôùng chuyeån ñoäng cuûa taøu (tt) ‘ Các tập mờ tương ứng với các giá trị ngôn ngữ của các biến vào/ra: 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 51 Thí duï ñieàu khieån höôùng chuyeån ñoäng cuûa taøu (tt) ‘ Hệ qui tắc mờ điều khiển được đưa ra dựa vào kinh nghiệm: U E NE ZE PO NE PB PS ZE DE ZE PS ZE NS PO ZE NS NB ‘ Phương pháp suy diễn MAX MIN- ‘ Phương pháp giải mờ trung bình trọng số 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 52 Thí duï ñieàu khieån höôùng chuyeån ñoäng cuûa taøu (tt) ‘ Kết quả điều khiển: 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 53 Thí dụ điều khiển vị trí cánh tay máy ( ) á độ lê ủ á h áu t : moment t c ng n trục quay c a c n tay m y φ(t): góc quay (vị trí) của cánh tay máy, J: moment quán tính của cánh tay máy (J = 0.05 kg.m2) M: khối lượng của cánh tay máy (M = 1 0kg). m: khối lượng vật nặng (m = 0.1 kg) l: chiều dài cánh tay máy (l = 0.4 m) lC : khoảng cách từ trọng tâm cánh tay máy đến trục quay (lC = 0.15 m) B: hệ số ma sát nhớt (B = 0.2 kg.m2/s) g: gia tốc trọng trường (g = 9 81 m/s2). ‘ Phương trình vi phân mô tả cánh tay máy 1 bậc tự do: )()(sin)()()()( 2 tutgMlmltBtmlJ C =++++ φφφ &&& 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 54 Thí dụ điều khiển vị trí cánh tay máy (tt) ‘ Tín hieäu vaøo boä ñieàu khieån môø cô baûn: vaø)()( ttE φφ DE ‘ Bộ điều khiển: PI mờ r −= ‘ Tín hieäu ra boä ñieàu khieån môø cô baûn: DU ‘ Ñoä lôïi tieàn xöû lyù: π/11 =K π/52 =K 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 55 ‘ Ñoä lôïi haäu xöû lyù: 8=UK Thí dụ điều khiển vị trí cánh tay máy (tt) ‘ Các tập mờ tương ứng với các giá trị ngôn ngữ của các biến vào/ra: 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 56 Thí dụ điều khiển vị trí cánh tay máy (tt) ‘ Hệ qui tắc mờ điều khiển được đưa ra dựa vào kinh nghiệm: DU E NB NE ZE PO PB NB NB NB NM NS ZE DE NE NB NM NS ZE PS ZE NM NS ZE PS PM PO NS ZE PS PM PB PB ZE PS PM PB PB ‘ Phương pháp suy diễn MAX-MIN ố 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 57 ‘ Phương pháp giải mờ trung bình trọng s Thí dụ điều khiển vị trí cánh tay máy (tt) ‘ Kết quả điều khiển: 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 58 Điều khiển PID mờ dùng qui tắc Sugeno ur(t) c(t)Đối tượng điều khiển− PID ‘ Thông số bộ điều khiển PID kinh điển thay đổi tùy theo điều kiện làm việc. )(~)(~)(~)( teKdtteKteKtu DIP &++= ∫ ∑ == R R k Pkk P K K 1~ β ∑ == R R k Ikk I K K 1~ β ∑ == R R k Dkk D K K 1~ β 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 59 ∑ =k k 1 β ∑ =k k 1 β ∑ =k k 1 β Thí dụ điều khiển mức chất lỏng trong bồn chứa ‘ Phương trình vi phân mô tả đặc tính động học hệ bồn chứa: ( ))(2)(1)( hCkh& )( tgatu hA t D−= minmax)( AhAAhA +− 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 60 min maxh = Thí dụ điều khiển mức chất lỏng trong bồn chứa (tt) ‘ Kết quả điều khiển dùng bộ điều khiển PID kinh điển thiết kế dựa vào mô hình tuyến tính xung quanh điểm làm việc h=20cm. ⇒ Chất lượng điều khiển không tốt tại các điểm làm việc ở xa điểm h=20cm 40 10 20 30 h ( t ) 0 100 200 300 400 500 600 0 15 5 10 u ( t ) 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 61 0 100 200 300 400 500 600 0 Time (sec) Thí dụ điều khiển mức chất lỏng trong bồn chứa (tt) ‘ Bộ điề khiể PI ờ Su n: m ugeno 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 62 Thí dụ điều khiển mức chất lỏng trong bồn chứa (tt) ‘ Các tập mờ tương ứng với điểm làm việc: Thoâng soá boä ñieàu khieån PI ‘ Hệ qui tắc KP KI Raát thaáp 0.900 0.080 Ñieåm laøm Thaáp 0.800 0.055 Trung 0.700 0.035 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 63 vieäc bình Cao 0.600 0.020 Thí dụ điều khiển mức chất lỏng trong bồn chứa (tt) ‘ Kết quả điều khiển dùng bộ điều khiển PID mờ Sugeno ⇒ Chất lượng điều khiển gần như tương đương nhau tại mọi điểm làm việc 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 64 ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP Ù ẦD NG MẠNG TH N KINH 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 65 Ñieàu khieån duøng maïng thaàn kinh ‘ Maïng thaàn kinh coù theå ñöôïc söû duïng ñeå hoïc kinh nghieäm chuyeân gia trong vieäc ñieàu khieån caùc ñoái töông phöùc tap khoùï ï , xaùc ñònh moâ hình toaùn hoaëc sao cheùp moät boä ñieàu khieån vaät lyù coù saún. i)]()([)( 2∑N ttJ 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 66 ‘ Tiêu chuẩn huấn luyện mạng: m n 1 →−= =k nnc uuw Ñieàu khieån duøng maïng thaàn kinh ‘ Có thể h ấ l ệ thầ ki h h đá ứ ủ hệ thốu n uy n mạng n n sao c o p ng c a ng bám theo đáp ứng của mô hình chuẩn. ẩ ấ i)]()([)( 2∑NJ 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 67 ‘ Tiêu chu n hu n luyện mạng: m n 1 →−= =k m tytyw Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PD mờ ‘ Phöông trình vi phaân moâ taû ñoái töôïng: ( ) ( ))()()()(1)(11)( 3 21 3 2121 ttktttt δδτττψψττψττψ +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++ &&&&&&&& Trong ñoù: Tín hieäu vaøo δ(t) (radian) laø goùc cuûa baùnh laùi. 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 68 Tín hieäu ra ψ(t) (radian) laø goùc (höôùng) chuyeån ñoäng cuûa taøu Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PD mờ (tt) ‘ Sơ đồ thu thập dữ liệu để huấn luyện mạng thần kinh 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 69 Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PD mờ (tt) ‘ Dữ liệu để huấn luyện mạng thần kinh 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 70 Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PD mờ (tt) e(t) u(t) d ( )e t ‘ Cấu trúc mạng thần kinh sao chép bộ điều khiển PD ¾Mạng có 2 ngõ vào, 1 ngõ ra. ¾Lôùp aån goàm 5 teá baøo thaàn kinh coù haøm kích hoaït daïng sigmoid ¾Lôùp ra goàm 1 teá baøo thaàn kinh coù haøm kích hoaït tuyeán tính Ch ù ù l ø á á b ø h à ki h û l ù å ù h å hi à h 5 ø h í h hi 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 71 u y a so te ao t an n ô ôp an co t e n eu ôn , tuy t eo t n p tuyeán cuûa boä ñieàu khieån PD môø maø maïng thaàn kinh caàn hoïc. Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PD mờ (tt) ‘ Bộ điều khiển mạng thần kinh sau khi huấn luyện 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 72 Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PD mờ (tt) ‘ Kết quả điều khiển lái tàu dùng mạng thần kinh đã huấn luyện 45 0 p h i ( t ) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 -45 0 50 e l t a ( t ) 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 -50 d e 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 73 Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PD mờ (tt) ‘ So sánh với kết quả 45 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 -45 0 p h i ( t ) 0 50 l t a ( t ) 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 -50 d e Điều khiển mờ Điều khiển dùng mạng thần kinh 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 74 Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PI mờ ‘ Phương trình vi phân mô tả đặc tính động học hệ bồn chứa: ( ))(2)(1)( hCkh& )( tgatu hA t D−= minmax)( AhAAhA +− 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 75 min maxh = Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PI mờ (tt) ‘ Sơ đồ thu thập dữ liệu để huấn luyện mạng thần kinh 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 76 Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PI mờ (tt) ‘ Dữ liệu để huấn luyện mạng thần kinh 15 30 -30 -15 0 e ( t ) 0 40 80 120 160 200 240 280 320 0 25 50 d e ( t ) 50 100 150 200 250 300 -50 -25d 12 0 4 8 u ( t ) 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 77 50 100 150 200 250 300 Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PI mờ (tt) ‘ Cấu trúc mạng thần kinh sao chép bộ điều khiển PI mờ ¾Mạng có 3 ngõ vào e(t), de(t), u(t−1), 1 ngõ ra u(t). ¾Lôùp aån goàm 5 teá baøo thaàn kinh coù haøm kích hoaït daïng sigmoid ¾Lôùp ra goàm 1 teá baøo thaàn kinh coù haøm kích hoaït tuyeán tính Ch ù ù l ø á á b ø h à ki h û l ù å ù h å hi à h 5 ø h í h hi 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 78 u y a so te ao t an n ô ôp an co t e n eu ôn , tuy t eo t n p tuyeán cuûa boä ñieàu khieån PI môø maø maïng thaàn kinh caàn hoïc. Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PD mờ (tt) ‘ Bộ điều khiển mạng thần kinh sau khi huấn luyện 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 79 Thí dụ huấn luyện mạng NN sao chép bộ điều khiển PI mờ (tt) ‘ Kết quả điều khiển mực chất lỏng dùng mạng thần kinh đã huấn luyện 40 20 h ( t ) 0 40 80 120 160 200 240 280 320 0 h 10 20 0 u ( t ) 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 80 0 40 80 120 160 200 240 280 320 -10 CHỈNH ĐỊNH BỘ ĐIỀU KHIỂN DÙNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 81 Giới thiệu ‘Một trong những khó khăn khi chỉnh địng các bộ điều khiển là cần dung hòa giữa các chỉ tiêu chất lượng mâu thuẫn nhau. ‘ Chỉnh định bộ điều khiển dùng giải thuật di truyền: ¾mã hóa cấu trúc và thông số của bộ điều khiển thành chuỗi nhiễm sắc thể ¾đị h hĩ ột hà thí h hi là hà ủ á ê ầ hấtn ng a m m c ng m m c a c c y u c u c lượng ⇒ chuyển bài toán thiết kế thành bài toán cực tiểu một hàm mục tiêu theo thông số bộ điều khiển. ¾dùng giải thuật di truyền tìm lời giải làm cực trị của hàm thích nghi⇒ bộ điều khiển tối ưu 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 82 GA có thể chỉnh định được bộ điều khiển nào? ‘ Về nguyên tắc tất cả các bộ điều khiển điều có thể chỉnh định tối, ưu dùng GA: ¾ PID kinh điển, LQR ¾ điều khiển mờ ¾ điều khiển PID mờ ề ể ầ¾ bộ đi u khi n dùng mạng th n kinh, ¾ 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 83 Chỉnh định bộ điều khiển PID dùng GA ‘ Mã hóa: 3 thông số K K K được mã hóa thành chuỗi nhiễm sắcP, I, D thể dùng cách mã hóa thập phân hoặc mã hóa số thực. Mã hóa thập phân ỗ 13 25 0 158 2 6711 Mã hóa số thực chu i NST KP KI KD . . . ‘ Khởi động thế hệ đầu tiên: ¾ngẫu nhiên ¾hoặc dựa vào suy đoán ban đầu của người thiết kế để thuật toán 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 84 hội tụ nhanh hơn Hàm thích nghi ‘ Tiêu chuẩn tích phân giá trị tuyệt đối của sai số (IAE): ∫+∞= 0 )( dtteJ IAE ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ∑ = N k s keTfitness 1 )(⇒ ∫+∞ 2 )( dtteJ ⎟⎞⎜⎛= ∑N keTfitness 2 )( ‘ Tiêu chuẩn tích phân bình phương của sai số (ISE): ⇒= 0 ISE ⎠⎝ =ks 1 ‘ Tiêu chuẩn tích phân thời gian nhân với trị tuyệt đối sai số (ITAE): ∫+∞= 0 )( dttetJ ITAE ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ∑ = N k s keTfitness 1 2 )(⇒ ∫∫ ∞∞ += 22 )()( dttudtteJ ρ ‘ Tiêu chuẩn bình phương: ⎟⎞⎜⎛ += ∑∑ NNs kukeTfitness 22 )()( ρ⇒ 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 85 00 ⎠⎝ == kk 11 Thí dụ chỉnh thông số bộ PID điều khiển động cơ ‘Mô hình toán học của động cơ DC: )(1)()()( tu L t L Kti L R dt tdi +−−= ωb )()()( t J K ti J K dt td ωω fm −= 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 86 ‘Yêu cầu: Thiết kế bộ điều khiển PID dùng GA Thí dụ chỉnh thông số bộ PID điều khiển động cơ (tt) ‘ Sơ đồ điều khiển PID 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 87 Thí dụ chỉnh thông số bộ PID điều khiển động cơ (tt) ‘Mã hóa: dấu chấm thập phân ở vị trí 2 lấy 5 chữ số có nghĩa, . ‘ Hàm thích nghi: ⎟⎞⎜⎛ + ∑∑ NN kkTfit 22 )()( với giá trị trọng số: ⎠⎝= == kks ueness 11 ρ 02.0=ρ ‘ Kích thước quần thể: ‘ Chọn lọc xếp hạng tuyến tính: hệ số chọn lọc 20=N 5.0=η ‘ Lai ghép hai điểm: xác suất lai ghép: ‘ Đột biến đều: xác suất đột biến: 9.0=Cp 1.0=Mp ‘ Khởi động quần thể đầu tiên: ngẫu nhiên 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 88 Thí dụ chỉnh thông số bộ PID điều khiển động cơ (tt) Bắt đầu Lai ghép a b Đột biến Đánh giá Khởi động Maõ hoùa Giaûi maõ Chọn lọc Đánh giá N Hội tụ Kết thúc Ya b 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 89 Thí dụ chỉnh thông số bộ PID điều khiển động cơ (tt) 85 75 80 0.8 1 65 70 0 2 0.4 0.6 0 20 40 60 80 60 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 . Đồ thị hà thí h hi th thế hệ Đá ứ tố độ độ ơ khi m c ng eo p ng c ng c tín hiệu vào là hàm nấc ssG 12001.31257)( ++= ‘Bộ điều khiển PID sau khi chỉnh định dùng GA 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 90 s .. Chỉnh định bộ điều khiển mờ dùng GA ‘ Chỉ h thô ố bộ điề khiể ờn ng s u n m : ¾ Đã biết trước hệ qui tắc (nhờ kinh nghiệm hoặc hệ qui tắc quen thuộc) ¾ Chỉnh thông số hàm liên thuộc và các hệ số chuẩn hóa Chæ h ñò hn n duøng GA Ñaùnh giaù Thoâng á thoâng soá Heä qui taéc á sobiet tröôùc 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 91 Chỉnh định bộ điều khiển mờ dùng GA ‘ Chỉnh hệ qui tắc và thông số bộ điều khiển mờ: chỉnh định 2 bước: ¾ bước1 gán trước thông số hàm liên thuộc và các hệ số chuẩn hóa, sử dụng GA để chỉnh hệ qui tắc. b ớ 2 dù GA hỉ h hô ố ủ bộ điề khiể để ải hiệ¾ ư c ng c n t ng s c a u n c t n chất lượng. Chænh ñònh duøng GA Chænh ñònh d ø GA (böôùc 1) Ñaùnh giaù ung (böôùc 2) Ñaùnh giaù Heä qui taéc heä qui taéc Thoâng soá gaùn tröôùc Thoâng soá thoâng soá Heä qui taéc ñaõ chænh 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 92 Chỉnh định bộ điều khiển mờ dùng GA ‘ Chỉ h hệ i tắ à thô ố bộ điề khiể ờ hỉ h đị h 1 b ớn qu c v ng s u n m : c n n ư c: ¾ GA chỉnh định đồng thời hệ qui tắc và thông số Chỉnh định dùng GA Đánh giá bộ điều khiển mờ Bộ điều Khiển mờ 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 93 Chỉnh định bộ điều khiển mờ dùng GA ‘ Chỉnh thông số bộ điều khiển mờ: có hai cách chỉnh định: ¾ Chỉnh định 2 bước: ™ bước1 gán trước thông số hàm liên thuộc và các hệ số chuẩn hó ử d GA để hỉ h hệ i ắa, s ụng c n qu t c. ™ bước 2 dùng GA chỉnh thông số của bộ điều khiển để cải thiện chất lượng. ¾ Chỉnh định 1 bước: sử dụng GA chỉnh đồng thời cả hệ qui tắc và thông số. 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 94 Thí dụ chỉnh thông số bộ PI mờ điều khiển mực chất lỏng ‘Mô hình toán học hệ bồn chứa: ( )|)()(|2))()(sgn()(1)( ththgaCththtkuth =& )( 2112111 1 hA D −−− ( ))(2|)()(|2))()(sgn( )( 1)( 2221121 22 2 tghaCththgaCththhA th DD −−−=& min max minmax)( Ah h AAhA iii +−= Thông số vật lý của hệ thống: hmax = 50cm, Amax =200cm2, Amin =100cm2, a1 = 1cm2, a2 = 0.4cm2, k = 300 cm3/sec, CD=0.6 ‘Yêu cầu: Thiết kế bộ điều khiển PI mờ điều khiển mức chất lỏng 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 95 trong bồn chứa 2. Sơ đồ điều khiển PI mờ hệ bồn chứa 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 96 Định nghĩa các tập mờ cho biến vào/ra của bộ điều khiển PI mờ ‘ Các giá trị ngôn ngữ (tập mờ) định nghĩa cho các biến vào và ra ủ bộ điề khiể ờc a u n m được định nghĩa trong iề h ẩ hó [ 1 1]m n c u n a − , , hàm liên thuộc của các tập mờ có các thông số có thể chỉnh định được 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 97 Hệ qui tắc điều khiển PI mờ DU E NB NE ZE PO PB NB NB NB NM NS ZE DE NE NB NM NS ZE PS ZE NM NS ZE PS PM PO NS ZE PS PM PB PB ZE PS PM PB PB 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 98 Xây dựng GA chỉnh định thông số bộ điều khiển PI mờ ‘Mã hóa: Mỗi thông số cần chỉnh định (các thông số tập mờ P P1,, 8 và các hệ số chuẩn hóa K1, K2, K3) được mã hóa thành một gien trên chuỗi NST mã số thực. ‘ Hàm thích nghi: ∫∫ += qd qd qd T T T dttedttefitness 2 2 0 2 )()( ρ sec75=qdT 10000=ρTrong đó: , Lý do của việc tăng trọng số của hàm thich nghi trong khoảng thời gian từ Tqd đến 2Tqd là để GA tìm kiếm bộ thông số tối ưu làm cho 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 99 đáp ứng của hệ thống không còn dao động từ thời điểm Tqd trở đi. Các tùy chọn của GA ‘ Kích thước quần thể: 30=N ‘ Chọn lọc xếp hạng tuyến tính: hệ số chọn lọc: ấ 3.0=η ‘ Lai ghép BLX-α, xác su t lai ghép: ‘ Đột biến ngẫu nhiên: xác suất đột biến: 9.0=Cp 1.0=Mp ‘ Khởi động quần thể đầu tiên: ngẫu nhiên 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 100 Lưu đồ GA chỉnh định bộ điều khiển mờ PI Bắt đầu Lai ghép a b Đột biến Đánh giá Khởi động Maõ hoùa Giaûi maõ Chọn lọc Đánh giá N Hội tụ Kết thúc Ya b 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 101 Kết quả chỉnh định bộ điều khiển mờ PI 3.5 x 105 35 2 2.5 3 25 30 1 1.5 10 15 20 y ( t ) ồ ế ấ 0 50 100 150 200 0 0.5 0 100 200 300 400 500 600 0 5 Time (sec) Đ thị hàm thích nghi theo th hệ Đáp ứng mực ch t lỏng trong bồn theo tín hiệu đặt Thông số bộ điều khiển PI mờ sau khi chỉnh định 2796.01 −=P 2844.02 =P 6486.03 −=P 5695.04 =P 4778.05 −=P 4999.16 −=P 6242.07 =P 1791.18 =P 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 102 0879.01 =K 4201.12 =K 9504.143 =K Thiết kế bộ điều khiển mờ giữ cân bằng hệ con lắc ngược quay ‘Mô hình toán học hệ con lắc ngược quay (Rotary Inverted Pendulum) +⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +− −++ cos cossin 2 111101 101 22 11 2 010 β α β ββ lmJlLm lLmlmLmJ && && +⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥⎤ ⎢⎢ ⎢⎡ ++ 2i1 2sin 2 1sin2sin 2 1 2 2 11101 2 110 β α β βαββββ Cl lmlLmlmC & & & &&& ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎦⎣ − 0sin 0 s n 2 111 τ β α glm m − 11 Trong đó: ó ủ á h tα: g c quay c a c n ay β: góc quay của con lắc τ: moment tác động vào trục quay của cánh tay 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 103 Yêu cầu: TK bộ điều khiển mờ giữ cân bằng con lắc Sơ đồ điều khiển mờ giữ cân bằng hệ con lắc ngược quay 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 104 Định nghĩa các tập mờ cho các biến vào/ra của bộ ĐK mờ 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 105 Xây dựng GA thiết kế bộ điều khiển mờ ‘ Ý tưởng: GA chỉnh định bộ điều khiển mờ qua 2 bước: ¾ Bước 1: chỉnh hệ qui tắc với thông số hàm liên thuộc và các hệ số chuẩn hóa chọn trước ¾ Bước 2: tiếp tục chỉnh thông số sau khi đã có hệ qui tắc để được bộ điều khiển tối ưu Chænh ñònh d ø GA Chænh ñònh ung (böôùc 1) Ñaùnh giaù duøng GA (böôùc 2) Ñaùnh giaù Heä i é heä qui taéc Thoâng soá ù t öôù Thoâng á thoâng soá Heä qui taéc ñ õ hæ h 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 106 qu tacgan r c soa c n Mã hóa hệ qui tắc mờ Hệ i ắ ờ iữ â bằ hệ lắ ồ á i ắ‘ qu t c m g c n ng con c ngược quay g m c c qu t c có dạng: ‘ Giả thiết hệ qui tắc đầy đủ, nghĩa là gồm tất cả 81 qui tắc ằ‘ Chú ý r ng: ¾ ở trạng thái cân bằng moment điều khiển bằng 0 ⇒ ¾ hệ qui tắc đối xứng ⇒ chỉ cần mã hóa 40 qui tắc 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 107 Mã hóa hệ qui tắc mờ (tt) Bộ i dù ã hó hệ i ắ ờ‘ g en ng m a qu t c m Giá trị ngôn ngữ N4 N3 N2 N1 ZE P1 P2 P3 P4 Giá trị của gene 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ch ỗi NST ã hó hệ i tắ ờ‘ u m a qu c m : 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 108 Xây dựng GA chỉnh định thông số bộ điều khiển PI mờ ‘Mã hóa: Mỗi thông số cần chỉnh định (các thông số tập mờ P P1,, 8 và các hệ số chuẩn hóa K1, K2, K3) được mã hóa thành một gien trên chuỗi NST mã số thực. ‘ Hàm thích nghi: ∫∫ += qd qd qd T T T dttedttefitness 2 2 0 2 )()( ρ sec75=qdT 10000=ρTrong đó: , Lý do của việc tăng trọng số của hàm thich nghi trong khoảng thời gian từ Tqd đến 2Tqd là để GA tìm kiếm bộ thông số tối ưu làm cho 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 109 đáp ứng của hệ thống không còn dao động từ thời điểm Tqd trở đi. Các tùy chọn của GA ‘ Kích thước quần thể: 30=N ‘ Chọn lọc xếp hạng tuyến tính: hệ số chọn lọc: ấ 3.0=η ‘ Lai ghép BLX-α, xác su t lai ghép: ‘ Đột biến ngẫu nhiên: xác suất đột biến: 9.0=Cp 1.0=Mp ‘ Khởi động quần thể đầu tiên: ngẫu nhiên 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 110 Lưu đồ GA chỉnh định bộ điều khiển mờ PI Bắt đầu Lai ghép a b Đột biến Đánh giá Khởi động Maõ hoùa Giaûi maõ Chọn lọc Đánh giá N Hội tụ Kết thúc Ya b 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 111 Kết quả chỉnh định bộ điều khiển mờ PI 3.5 x 105 35 2 2.5 3 20 25 30 0.5 1 1.5 5 10 15 y ( t ) Đồ thị hà thí h hi th thế hệ Đá ứ ự hất lỏ t 0 50 100 150 200 0 0 100 200 300 400 500 600 0 Time (sec) m c ng eo p ng m c c ng rong bồn theo tín hiệu đặt ‘Thông số bộ điều khiển PI mờ sau khi chỉnh định dùng GA 2796.01 −=P 2844.02 =P 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 112 Kết quả chỉnh định bộ điều khiển mờ PI 3.5 x 105 35 2 2.5 3 25 30 1 1.5 10 15 20 y ( t ) ồ ế ấ 0 50 100 150 200 0 0.5 0 100 200 300 400 500 600 0 5 Time (sec) Đ thị hàm thích nghi theo th hệ Đáp ứng mực ch t lỏng trong bồn theo tín hiệu đặt Thông số bộ điều khiển PI mờ sau khi chỉnh định 2796.01 −=P 2844.02 =P 6486.03 −=P 5695.04 =P 4778.05 −=P 4999.16 −=P 6242.07 =P 1791.18 =P 7 May 2010 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 113 0879.01 =K 4201.12 =K 9504.143 =K