Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Phần lớn các đối tượng trong tự nhiên mang tính phi tuyến- Đó là những đối tượng phức tạp nhất mà quan hệ vào ra không thể mô tả bằng phương trình vi phân hoặc sai phân tuyến tính. Ví dụ như bồn chứa chất lỏng; lò nhiệt; cánh tay máy; động cơ xoay chiều….Việc xác định mô hình toán học để phục vụ cho việc điều khiển là tương đối khó, nhiều trường hợp phải sử dụng mô hình thực nghiệm. Nhận dạng hệ thống là một trong những công việc đầu tiên phải thực hiện khi giải quyết một bài toán điều khiển tự động, nó quyết định công việc và hiệu quả công việc điều khiển hệ thống về sau. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài a.Ý nghĩa khoa học. Hiện nay lĩnh vực điều khiển tự động đã phát triển mạnh mẽ, các bộ điều khiển được xây dựng để điều khiển các đối tượng khác nhau, có thể là đối tượng tuyến tính, có thể là đối tượng phi tuyến phức tạp, do đó việc tìm kiếm cũng như xây dựng các thuật toán điều khiển sẽ đáp ứng nhu cầu hết sức bức thiết của người làm kỹ thuật. b.Ý nghĩa thực tiễn. Các kết quả dự kiến dùng để nhận dạng hệ phi tuyến, nâng cao chất lượng điều khiển của hệ này 3. Mục đích nghiên cứu Để điều chỉnh được chính xác một đối tượng, trước tiên ta phải hiểu rõ tất cả các thông số của đối tượng đó. Đối với đối tượng có thông số tải thay đổi như một số đối tượng phi tuyến, ta cần nhận dạng đặc tính vào – ra của nó để đảm bảo tạo ra tín hiệu điều khiển thích nghi được chính xác hơn. 4. Phương pháp nghiên cứu. - Đọc và nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài GVHD: TS. TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO 1.2. MÔ HÌNH MẠNG NƠRON 1.2.2. Mạng nơ ron nhân tạo. * Khái niệm. -Hệ động học tuyến tính SISO: Đầu vào là V i đầu ra là X i . Ở dạng toán tử laplace ta có: X i (s)=H(s).V i (s) (1.2) τττ dvthtx i t i )()()( ∫ ∞− −= (1.3) - Hàm động học phi tuyến y i = a(x i ) 1.3. CẤU TRÚC MẠNG NƠ RON 1.6. MẠNG NƠ RON TRUYỀN THẲNG VÀ MẠNG NƠ RON HỔI QUY 1.6.1. Mạng nơron truyền thẳng. 1.7. CÁC ỨNG DỤNG CỦA MẠNG NƠ RON Các ứng dụng cụ thể của mạng nơ ron có thể tóm tắt như sau: • Lĩnh vực vũ trụ hàng không: • Điều khiển tự động • Ngân hàng • Trong hình sự • Quốc phòng • Trong y học GVHD: TS. TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON TRONG NHẬN DẠNG 2.1. KHÁI QUÁT CHUNG 2.1.1 Đặt vấn đề Xét một bài toán điều khiển theo nguyên tắc phản hổi như trên hình 2.1 W(t) e(t) u(t) y(t) Hình 2.1. điều khiển theo nguyên tắc phản hồi đầu ra Việc xây dựng mô hình cho đối tượng được gọi là mô hình hoá. Người ta thường phân chia các phương pháp mô hình hoá ra làm hai loại: - Phương pháp lý thuyết - Phương pháp thực nghiệm 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG 2.2.1 Cơ sở lý thuyết 2.2.2 Nhận dạng On-line 2.2.3 Nhận dạng Off- line 2.2.4. Nhận dạng theo thời gian thực Thuật toán có dạng: ^θ(t+1) = ^θ(t) + Γ(t).e(t) (2.16) 2.3. MÔ TẢ TOÁN HỌC CỦA ĐỐI TƯỢNG RỜI RẠC Phương trình không gian trạng thái của đối tượng được biểu diễn ở dạng: [ ] [ ] )()( )(),( )( txty tutx dt tdx = = (2.17) 2.4. NHẬN DẠNG HỆ THỐNG SỬ DỤNG MẠNG NƠRON 2.5. TÍNH GẦN ĐÚNG HÀM SỐ DÙNG MẠNG NƠRON GVHD: TS. TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 Bộ điều khiển Đối tượng điều khiển Đo lường Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHẬN DẠNG HỆ PHI TUYẾN 3.1 HỆ PHI TUYẾN 3.1.1 Mô hình toán học u 1 (t) y 1 (t) : : : : u m (t) y p (t) 3.2. ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON VÀO NHẬN DẠNG HỆ PHI TUYẾN Đối tượng phi tuyến được lựa chọn để kiểm chứng khả năng nhận dạng của mạng nơ-ron là Thiết bị khuấy trộn liên tục. Sơ đồ thiết bị được minh họa trong hình 3-6: Hình 3- 6 Sơ đồ Thiết bị khuấy trộn liên tục Một sản phẩm được pha chế từ hai dòng nguyên liệu vào có nồng độ chất A khác nhau, sao cho nồng độ của sản phẩm ra như mong muốn. Trong hình 3-6 sử dụng các kí hiệu như sau: 1 2 ,w w : lưu lượng khối lượng của hai dòng nguyên liệu vào (kg/phút) 1 2 ,x x : nồng độ phần trăm theo chất X của hai dòng nguyên liệu vào (0 1) w : lưu lượng khối lượng của sản phẩm ra (kg/phút) x : nồng độ phần trăm theo chất X của sản phẩm ra (0 1) h : mức chất lỏng trong bình (m). GVHD: TS. TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 Hệ thống kỹ thuật x 1, …, x n Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5 Sơ đồ mô tả quan hệ vào-ra của bài toán như hình 3-7: Hình 3- 7 Quan hệ vào-ra của Thiết bị khuấy trộn liên tục Theo tài liệu [9], hệ phương trình vi phân mô tả quan hệ giữa các biến như sau: Hình 3- 8 Cấu trúc mạng nơ-ron để nhận dạng Thiết bị khuấy trộn liên tục Hình 3- 9 Mô hình nhận dạng nối tiếp-song song Việc khởi tạo mạng nơ-ron để nhận dạng đối tượng theo mô hình nối tiếp-song song được bộ công cụ Neural Network Toolbox của Matlab hỗ trợ với hàm newnarxsp. Sau đây ta tiến hành mô phỏng với thiết bị khuấy trộn liên tục có các thông số cụ thể như sau: GVHD: TS. TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 6 Hình 3- 10 Mô hình Simulink phục vụ thu thập dữ liệu x 1 x2 0.2 x1 0.8 w2 200 w 300 Product 4 Product 3 Product 2 Product 1 Nong do 1 s Muc nuoc 1 s Gain 1 0.001 Gain 0.001 w1 1 h t 1 w x t 1 w x 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 143.6580 143.6580 143.6580 60.3381 60.3381 60.3381 60.3381 60.3381 103.2102 103.2102 103.2102 0.4006 0.4011 0.4017 0.4023 0.4028 0.4023 0.4017 0.4012 0.4007 0.4001 0.4002 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 194.8892 194.8892 194.8892 194.8892 103.1399 103.1399 103.1399 103.1399 103.1399 72.2633 72.2633 0.4002 0.4015 0.4028 0.4041 0.4054 0.4054 0.4053 0.4053 0.4053 0.4053 0.4049 GVHD: TS. TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 7 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 103.2102 103.2102 54.3753 54.3753 54.3753 54.3753 54.3753 85.7426 85.7426 85.7426 85.7426 85.7426 76.1948 76.1948 76.1948 76.1948 76.1948 5.4449 5.4449 5.4449 5.4449 5.4449 0.4002 0.4002 0.4003 0.4003 0.3997 0.3991 0.3985 0.3979 0.3973 0.3972 0.3970 0.3968 0.3967 0.3965 0.3962 0.3959 0.3957 0.3954 0.3951 0.3939 0.3926 0.3914 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 72.2633 72.2633 72.2633 128.8383 128.8383 128.8383 128.8383 128.8383 185.9987 185.9987 185.9987 185.9987 185.9987 80.4889 80.4889 80.4889 80.4889 80.4889 176.8647 176.8647 176.8647 176.8647 0.4044 0.4040 0.4036 0.4032 0.4035 0.4039 0.4043 0.4046 0.4050 0.4061 0.4072 0.4083 0.4093 0.4104 0.4100 0.4096 0.4093 0.4089 0.4086 0.4095 0.4104 0.4113 GVHD: TS. TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 8 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 112.4914 112.4914 112.4914 112.4914 112.4914 42.2497 42.2497 42.2497 42.2497 42.2497 91.1803 91.1803 91.1803 91.1803 91.1803 67.2099 67.2099 67.2099 67.2099 67.2099 197.0697 197.0697 0.3902 0.3889 0.3892 0.3895 0.3898 0.3901 0.3904 0.3897 0.3889 0.3882 0.3876 0.3869 0.3869 0.3869 0.3869 0.3869 0.3869 0.3866 0.3862 0.3859 0.3856 0.3853 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 176.8647 165.0365 165.0365 165.0365 165.0365 165.0365 168.8491 168.8491 168.8491 168.8491 168.8491 46.8717 46.8717 46.8717 46.8717 46.8717 173.4801 173.4801 173.4801 173.4801 173.4801 79.8965 0.4122 0.4131 0.4138 0.4145 0.4152 0.4159 0.4166 0.4173 0.4180 0.4187 0.4194 0.4200 0.4192 0.4183 0.4175 0.4166 0.4158 0.4166 0.4173 0.4181 0.4188 0.4196 GVHD: TS. TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 9 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 197.0697 197.0697 197.0697 151.2237 151.2237 151.2237 151.2237 151.2237 17.3020 17.3020 17.3020 17.3020 17.3020 194.8513 194.8513 194.8513 194.8513 194.8513 65.3190 65.3190 65.3190 65.3190 0.3868 0.3883 0.3898 0.3913 0.3927 0.3935 0.3943 0.3951 0.3958 0.3965 0.3955 0.3944 0.3933 0.3922 0.3911 0.3925 0.3939 0.3953 0.3966 0.3980 0.3975 0.3971 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 79.8965 79.8965 79.8965 79.8965 19.8134 19.8134 19.8134 19.8134 19.8134 3.2981 3.2981 3.2981 3.2981 3.2981 31.3184 31.3184 31.3184 31.3184 31.3184 168.4329 168.4329 168.4329 0.4191 0.4187 0.4182 0.4178 0.4174 0.4162 0.4150 0.4138 0.4127 0.4115 0.4101 0.4088 0.4074 0.4060 0.4047 0.4037 0.4027 0.4018 0.4008 0.3999 0.4008 0.4017 GVHD: TS. TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 65.3190 16.0656 16.0656 16.0656 16.0656 16.0656 15.2586 15.2586 15.2586 15.2586 15.2586 51.3874 51.3874 51.3874 51.3874 51.3874 68.6019 68.6019 68.6019 68.6019 68.6019 191.4320 0.3966 0.3962 0.3958 0.3946 0.3935 0.3924 0.3913 0.3902 0.3892 0.3881 0.3870 0.3859 0.3848 0.3843 0.3837 0.3832 0.3827 0.3821 0.3818 0.3816 0.3813 0.3810 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 168.4329 168.4329 52.2859 52.2859 52.2859 52.2859 52.2859 168.8457 168.8457 168.8457 168.8457 168.8457 189.1022 189.1022 189.1022 189.1022 189.1022 40.4507 40.4507 40.4507 40.4507 40.4507 0.4027 0.4036 0.4044 0.4037 0.4031 0.4024 0.4017 0.4010 0.4020 0.4029 0.4038 0.4047 0.4055 0.4067 0.4078 0.4089 0.4100 0.4110 0.4101 0.4093 0.4084 0.4075 GVHD: TS. TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 [...]... song để ứng dụng trong bài toán nhận dạng - Do thời gian nghiên cứu có hạn trong khuôn khổ luận văn này mới chỉ tìm hiểu được ứng dụng mạng nơ ron để nhận dạng đối tượng phi tuyến và mới chỉ là nghiên cứu trên lý thuyết nên có thể tiếp tục trong việc ứng dụng thực tế Việc nhận dạng mục đích chính là để phục vụ cho quá trình điều khiển vì vậy kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng vào các phương pháp điều khiển. .. giá sai lệch giữa tín hiệu ra của mạng và tín hiệu ra đích rất nhỏ, bằng 2.49217 ×10−8 , cho thấy chất lượng huấn luyện mạng rất tốt KẾT LUẬN VÀ HỨƠNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI GVHD: TS TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 20 Luận văn đã hoàn thành những yêu cầu đặt ra là khảo sát về một phương pháp ứng dụng mạng nơ ron nhận dạng đối tượng phi tuyến cụ thể là thiết bị khuấy... xác cao Các đóng góp chính và hướng phát triển của đề tài nghiên cứu: - Đã tổng hợp được các tài liệu về mạng nơ ron và các ứng dụng của nó để có cái nhìn tổng quan về kết cấu, các luật học và các phương pháp ứng dụng mạng nơ ron trong nhận dạng - Bằng phương pháp phân tích, so sánh về cấu trúc, các loại luật học và khả năng ứng dụng thực tiễn của các loại mạng nơ ron và mô hình của nơ ron, luận văn này. .. XUÂN MINH K12 HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH 19 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Training SSE = 2.49217e-008 0 Tr-Blue 10 Squared Weights = 8.86062 SSW 2 10 0 10 # Parameters Effective Number of Parameters = 34.3806 120 100 80 60 40 20 0 100 200 300 400 500 600 1000 Epochs 700 800 900 1000 Hình 3- 14 Đồ thị quá trình huấn luyện mạng Từ đồ thị ta thấy rằng sau 1000 bước lặp, thuật toán huấn luyện mạng đã bắt đầu hội... GVHD: TS TRẦN XUÂN MINH K12 HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH 18 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tin hieu vao 200 w1 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 time 300 350 400 450 500 300 350 400 450 500 Tin hieu ra 0.43 0.42 y 0.41 0.4 0.39 0.38 0.37 0 50 100 150 200 250 time Hình 3- 13 Đồ thị dữ liệu vào-ra Bước 2: Sau khi đã có bộ dữ liệu vào-ra, ta viết đoạn mã trên Matlab để khởi tạo mạng nơ-ron và huấn luyện mạng nơ-ron... 0.3874 456 60.3253 0.3923 39.4370 0.3866 457 60.3253 0.3918 39.4370 0.3859 458 60.3253 0.3913 16.8968 0.3851 459 60.3253 0.3908 208 209 GVHD: TS TRẦN XUÂN MINH K12 HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH 16 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 210 16.8968 0.3844 460 88.0101 0.3903 211 16.8968 0.3833 461 88.0101 0.3902 212 16.8968 0.3822 462 88.0101 0.3902 213 16.8968 0.3811 463 88.0101 0.3901 184.7768 0.3801 464 88.0101 0.3900... 478 65.2473 0.3993 187.9461 0.3949 479 65.2473 0.3988 187.9461 0.3960 480 11.2712 0.3983 187.9461 0.3973 481 11.2712 0.3971 214 230 231 GVHD: TS TRẦN XUÂN MINH K12 HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH 17 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 232 187.9461 0.3986 482 11.2712 0.3958 233 187.9461 0.3998 483 11.2712 0.3946 234 10.1429 0.4011 484 11.2712 0.3934 235 10.1429 0.4023 485 35.5367 0.3921 236 10.1429 0.4010 486 35.5367...11 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 100 191.4320 0.3808 350 54.7712 0.4066 101 191.4320 0.3823 351 54.7712 0.4060 102 191.4320 0.3839 352 54.7712 0.4053 103 191.4320 0.3854 353 54.7712 0.4047 104 198.1757 0.3868 354 54.7712... 0.3959 368 5.9804 0.3974 67.3553 0.3950 369 5.9804 0.3961 67.3553 0.3942 370 113.3028 0.3948 67.3553 0.3938 371 113.3028 0.3951 120 121 GVHD: TS TRẦN XUÂN MINH K12 HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH 12 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 122 67.3553 0.3934 372 113.3028 0.3953 123 67.3553 0.3930 373 113.3028 0.3955 124 41.1885 0.3926 374 113.3028 0.3958 125 41.1885 0.3922 375 80.2648 0.3960 126 41.1885 0.3915 376 80.2648... 0.3880 390 58.2159 0.3856 128.7700 0.3886 391 58.2159 0.3852 128.7700 0.3891 392 58.2159 0.3847 128.7700 0.3896 393 58.2159 0.3843 142 143 GVHD: TS TRẦN XUÂN MINH K12 HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH 13 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 144 37.6387 0.3901 394 58.2159 0.3838 145 37.6387 0.3907 395 34.7624 0.3834 146 37.6387 0.3899 396 34.7624 0.3826 147 37.6387 0.3891 397 34.7624 0.3818 148 37.6387 0.3883 398 34.7624 0.3810 . dùng để nhận dạng hệ phi tuyến, nâng cao chất lượng điều khiển của hệ này 3. Mục đích nghiên cứu Để điều chỉnh được chính xác một đối tượng, trước tiên ta phải hiểu rõ tất cả các thông số của. SỐ DÙNG MẠNG NƠRON GVHD: TS. TRẦN XUÂN MINH HV: NGUYỄN THU HIỀN TĐH K12 Bộ điều khiển Đối tượng điều khiển Đo lường Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHẬN DẠNG HỆ PHI. K12 Hệ thống kỹ thuật x 1, …, x n Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5 Sơ đồ mô tả quan hệ vào-ra của bài toán như hình 3-7: Hình 3- 7 Quan hệ vào-ra của Thiết bị khuấy trộn liên tục Theo tài liệu [9], hệ