Điều khiển bám hệ chuyển động theo phương pháp tuyến tính hóa chính xác thích nghi với khâu nhận dạng online dùng mạng Nơron

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

ĐIỀU KHIỂN BÁM HỆ CHUYỂN ĐỘNG THEO PHƢƠNG PHÁP
TUYẾN TÍNH HOÁ CHÍNH XÁC THÍCH NGHI VỚI KHÂU NHẬN
DẠNG ONLINE DÙNG MẠNG NƠRON

NGUYỄN THỊ XIM

THÁI NGUYÊN 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



1


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

ĐIỀU KHIỂN BÁM HỆ CHUYỂN ĐỘNG THEO PHƢƠNG PHÁP
TUYẾN TÍNH HOÁ CHÍNH XÁC THÍCH NGHI VỚI KHÂU NHẬN
DẠNG ONLINE DÙNG MẠNG NƠRON

Học viên:
Nguyễn Thị Xim
Ngƣời HD Khoa Học: TS Đỗ Trung Hải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



2


THÁI NGUYÊN 2010
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Độc Lập - Tƣ Do - Hạnh Phúc

***

--------------o0o--------------

THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN BÁM HỆ CHUYỂN ĐỘNG THEO PHƢƠNG
PHÁP TUYẾN TÍNH HOÁ CHÍNH XÁC THÍCH NGHI VỚI KHÂU
NHẬN DẠNG ONLINE DÙNG MẠNG NƠRON
Học viên :Nguyễn Thị Xim
Lớp

: CHK11

Chuyên ngành :Tự động hoá
Ngƣời hƣớng dẫn :T.S Đỗ Trung Hải
Ngày giao đề tài:1/12/2009
Ngày hoàn thành đề tài:1/8/2010

KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN

T.S. Đỗ Trung Hải
BAN GIÁM HIỆU

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

HỌC VIÊN



3

Nguyễn Thị Xim

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Xim

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



4


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm luận văn, tôi đã nhận đƣợc nhiều ý kiến đóng góp từ
các thầy, cô giáo, các anh chị và các bạn đồng nghiệp.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến T.S Đỗ Trung Hải; đến Khoa Sau Đại
học - Trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp, đã tạo
những điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu trƣờng Cao đăng nghề GTVT
Trung ƣơng II, đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn
thành khóa học.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Xim

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



5


Mục Lục
Mục lục . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

Danh mục các hình vẽ và đồ thị . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

Mở đầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

Chƣơng 1 Tổng quan về điều khiển thích nghi và các phƣơng pháp nhận

14

dạng hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1 Tổng quan về phƣơng pháp điều khiển thích nghi. . . . . . . .

14

1.1.1 Khái niệm về điều khiển thích nghi. . . . . . . . . . . . . . . .

14

1.1.1.1 Định nghĩa………………………

14

1.1.1.2 Câu trúc của hệ điều khiển thích nghi……………..

14

1.1.1.3 Phân loại…………………………………………………..

15

1.1.2 Các sơ đồ cấu trúc cơ bản của một hệ ĐKTN…

15

1.1.2.1 Hệ điều khiển thích nghi điều chỉnh hệ số khuếch đại…..

16

1.1.2.2 Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu……………

16

1.1.2.3 Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh (Self-Turning-egulator)-

17

(STR)…
1.1.3 Hệ ĐKTN theo mô hình mẫu (MRAC)

19

1.1.3.1 Phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu trực

19

tiếp
1.1.3.2 Phƣơng pháp MRAC gián tiếp .............................

20

1.1.4 Hệ điều khiển thích nghi áp đặt cực- APPC

22

1.1.5 Phƣơng pháp điều khiển tuyến tính hoá chính xác thích nghi. .

23

1.2 Tổng quan về vấn đề nhận dạng hệ thống. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



25

6


1.2.1 Một số phƣơng pháp kinh điển nhận dạng thông số hệ thống Off-

25

line..........
1.2.1.1 Phƣơng pháp xấp xỉ vi phân. …………………………….

26

1.2.1.2 Phƣơng pháp Gradient……………………………………

26

1.2.1.3 Phƣơng pháp tìm kiếm trực tiếp. …………………………

28

1.2.1.4 Phƣơng pháp tựa tuyến tính. ……………………………..

28

1.2.1.5 Phƣơng pháp sử dụng hàm nhạy. …………………………

29

1.2.2 Một số phƣơng pháp kinh điển nhận dạng thông số hệ thống On-

29

line…………………………………………………………
1.2.2.1 Phƣơng pháp bình phuơng cực tiểu. ……………………..

29

1.2.2.2 Phƣơng pháp xấp xỉ ngẫu nhiên………………………….

30

1.2.2.3 Phƣơng pháp lọc Kalman mở rộng…………………

30

1.2.3 Một số phƣơng pháp hiện đại để nhận dạng hệ thống………......

32

1.2.3.1 Phƣơng pháp sử dụng lý thuyết mờ……………………….

32

1.2.3.2 Phƣơng pháp sử dụng mạng nơron……………………….

32

1.3 Lựa chọn phƣơng án nhận dạng và điều khiển. . . . . . . . . . . .. . . .

34

Chƣơng 2: Mạng nơron và ứng dụng để nhận dạng online trong điều

37

khiển bám hệ chuyển động theo phƣơng pháp tuyến tính hoá chính xác
thích nghi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1Tổng quan về mạng nơron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

2.1.1 Khái niệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

37

2.1.2 Cấu trúc mạng nơron. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …

38

2.1.3 Luật học của mạng nơron. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ….

40

2.1.3.1 Khái niệm……………………………………………….

40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



7


2.1.3.2 Thuật toán học lan truyền ngƣợc của sai lệch (Back ropagation

41

Learning Rule) ……………………………………….
44

2.2 Ứng dụng để nhận dạng online trong điều khiển bám hệ chuyển động
theo phƣơng pháp tuyến tính hoá chính xác thích nghi……...
2.2.1 Đặt vấn đề. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………

44

2.2.2 Bài toán nhận dạng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………

45

2.2.3 Bài toán điều khiển. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……….

48

Chƣơng3: Mô phỏng kiểm chƣng bằng phần mềm Matlab – Simulink.

51

3.1 Lựa chọn hệ chuyển động cho việc mô phỏng…………………..

51

3.2 Mô phỏng các thuật toán nhận dạng và điều khiển với đối tƣợng là

51

robot 1 khớp nối…………….

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



8


3.2.1 Cấu trúc nhận dạng và điều khiển……………………….

52

3.2.2 Kết quả mô phỏng 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

3.2.3 Kết quả mô phỏng 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54

3.2.4 Kết quả mô phỏng 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

3.2.5 Kết quả mô phỏng 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

57

3.2.6 Kết quả mô phỏng 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

59

3.2.7 Kết quả mô phỏng 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

60

3.2.8 Kết quả mô phỏng 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

62

3.2.9 Kết quả mô phỏng 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

64

Kết luận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

66

Tài liệu tham khảo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

67

Phụ lục . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

69

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



9


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
SISO

Hệ một đầu vào một đầu ra, viết tắt của (Single
Input Single Output)

MSE

Sai lệch bình phƣơng cực tiểu, viết tắt của (Mean
Square Error)

BIBO

Tín hiệu vào ra có giới hạn, viết tắt của (Bound
Input Bound Output)

MISO

Hệ nhiều đầu vào một đầu ra, viết tắt của (Multi
Inputs Single Output)

ĐKTN Điều khiển thích nghi
MRAC Model Referance Adaptive Control
MRC

Model Referance Control

STR

Self Tuning Regualator

APPC

Adaptive Pole Placement Control

GBF

GaBor Function

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....



data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....