ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU HỆ MỜ NƠRON THEO MÔ HÌNH TAKAGI – SUGENO ĐỀ NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƢỢNG ĐỘNG HỌC PHI TUYẾN Họ tên học viên: Trần Trung Dũng Người hướng dẫn : TS Đỗ Trung Hải THÁI NGUYÊN 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP *** CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tƣ Do - Hạnh Phúc o0o THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ MỜ NƠRON THEO MÔ HÌNH TAKAGI – SUGENO ĐỀ NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƢỢNG ĐỘNG HỌC PHI TUYẾN Học viên :Trần Trung Dũng Lớp : CHK13 Chuyên ngành: Tự động hoá Người hướng dẫn: TS Đỗ Trung Hải Ngày giao đề tài:15/03/2012 Ngày hoàn thành đề tài:15/11/2012 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN Đỗ Trung Hải BAN GIÁM HIỆU HỌC VIÊN Trần Trung Dũng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Trần Trung Dũng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Mục lục Danh mục ký hiệu từ viết tắt Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu 10 Chương Tổng quan nhận dạng; lý thuyết mờ; mạng nơron 13 1.1 Tổng quan nhận dạng 13 1.1.1 Định nghĩa 13 1.1.2 Sơ lược phát triển phương pháp nhận dạng 13 1.1.3 Các phương pháp nhận dạng hệ phi tuyến 14 1.1.3.1 Một số phương pháp nhận dạng thông số hệ thống Off-line 14 1.1.3.2 Một số phương pháp nhận dạng thông số hệ thống On-line 20 1.2 Tổng quan lý thuyết mờ 21 1.3 Tổng quan mạng nơron 26 Chương Nhận dạng điều khiển đối tượng hệ mờ nơron theo mô hình Takagi - Sugeno 32 2.1 Đặt vấn đề 32 2.2 Đối tượng phi tuyến 33 2.2.1 Mô tả hệ phi tuyến 33 2.2.2 Mô hình tĩnh hệ phi tuyến 35 2.2.3 Mô hình động hệ phi tuyến 39 2.3 Ứng dụng hệ Mờ Nơron theo mô hình Takagi - Sugeno để nhận dạng điều khiển đối tượng phi tuyến 39 2.3.1 Bài toán nhận dạng 39 2.3.2 Bài toán điều khiển 43 Chương Mô kiểm chứng phần mềm Matlab - Simulink 46 3.1 Lựa chọn hệ chuyển động cho việc mô 46 3.2 Mô thuật toán nhận dạng điều khiển với đối tượng robot khớp nối Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2.1 Cấu trúc nhận dạng điều khiển 47 3.2.2 Kết mô 48 Kết luận 54 Tài liệu tham khảo 55 Phụ lục 56 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt T-S Takagi - Sugeno NFCs Neuro-Fuzzy Controllers Ký hiệu Ký hiệu Ý nghĩa Ai j Biến ngôn ngữ A i j Hàm liên thuộc W Trọng số liên kết  Hệ số lọc  y Giá trị đầu mô hình y Giá trị đầu thực y* Giá trị đặt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ tổng nhận dạng thông số mô hình Hình 1.2: Mô hình nhận dạng theo phương pháp Gradient Hình 1.3: Sơ đồ khối chức điều khiển mờ Hình 1.4: Mô hình nơron nhân tạo thứ i Hình 1.5: Mạng truyền thẳng lớp Hình 1.6: Mạng truyền thẳng nhiều lớp Hình 1.7: Mô hình học có giám sát Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ MIMO Hình 2.2: Quan hệ vào khâu phi tuyến hai vị trí Hình 2.3: Quan hệ vào khâu phi tuyến ba vị trí Hình 2.4: Quan hệ vào khâu khuếch đại bão hoà Hình 2.5: Quan hệ vào khâu hai vị trí có trễ Hình 2.6: Quan hệ vào khâu khuếch đại có miền chết Hình 2.7: Quan hệ vào khâu khuếch đại bão hoà có trễ Hình 2.8: Cấu trúc mạng nơron theo luật mờ T-S Hình 2.9: Lưu đồ cập nhật thông số Hình 2.10: Mô hình cấu trúc hệ nhận dạng điều khiển Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc nhận dạng điều khiển dùng matlab-simulink Hình 3.2: Tín hiệu mong muốn (tín hiệu đặt) y*, tín hiệu đối tượng y sai lệch e chúng mô thời gian 25 giây Hình 3.3: Sai lệch e tín hiệu mong muốn (tín hiệu đặt) y*, tín hiệu đối tượng y mô thời gian 25 giây Hình 3.4: Sự thay đổi theo thời gian tâm, độ rộng hàm liên thuộc giá trị aij mệnh đề kết luận trình nhận dạng online điều khiển thời gian 25 giây Hình 3.5: Tín hiệu mong muốn (tín hiệu đặt) y*, tín hiệu đối tượng y sai lệch e chúng mô thời gian 250 giây Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.6: Sai lệch e tín hiệu mong muốn (tín hiệu đặt) y*, tín hiệu đối tượng y mô thời gian 250 giây Hình 3.7: Sự thay đổi theo thời gian tâm, độ rộng hàm liên thuộc giá trị aij mệnh đề kết luận trình nhận dạng online điều khiển thời gian 250 giây Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày với phát triển công nghệ vật liệu ngành khoa học khác phát triển không ngừng mang lại hiệu cao ứng dụng vào thực tế Với lĩnh vực tự động hoá lý thuyết mà nhà khoa học giới nước quan tâm nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ, mạng nơron, điều khiển thích nghi, điều khiển tối ưu, điều khiển bền vững Đây vấn đề khoa học có từ vài thập niên, việc ứng dụng vào sản xuất, kết hợp chúng với để tạo quy luật điều khiển có đủ ưu điểm lý thuyết thành phần lĩnh vực khoa học cần quan tâm nghiên cứu Đối tượng điều khiển thực tế thường hệ phi tuyến với tham số đầy đủ trước Các tham số xác định bất định chịu ảnh hưởng nhiễu tác động Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ mạng nơron để xây dựng thuật toán nhận dạng điều khiển đối tượng phi tuyến nhằm phục vụ cho toán điều khiển cần thiết hướng nghiên cứu luận văn Mục đích nghiên cứu Việc điều khiển hệ thống theo yêu cầu mong muốn vấn đề tồn thực tế cần nghiên cứu giải Hiện phương tiện lý thuyết thực nghiệm cho phép thực toán nhận dạng điều khiển đối tượng phi tuyến với độ xác cao đáp ứng yêu cầu toán điều khiển Mục tiêu luận văn nghiên cứu nhận dạng điều khiển bám đối tượng; nghiên cứu mạng nơron; nghiên cứu lý thuyết mờ khả kết hợp chúng để nhận dạng điều khiển bám đối tượng động học phi tuyến Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Xây dựng cấu trúc hệ mờ nơron theo mô hình Takagi - Sugeno để nhận dạng điều khiển dạng đối tượng động học phi tuyến Ứng dụng kết để nhận dạng online điều khiển đối tượng thực tế Phạm vi nghiên cứu: - Khai thác nghiên cứu lý thuyết nhận dạng điều khiển đối tượng; mạng nơron; lý thuyết mờ nay, nhằm kết hợp lý thuyết để tìm cấu trúc, thuật toán nhận dạng điều khiển đối tượng phi tuyến - Xây dựng mô hình mô phần mềm Matlab - Simulink Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đây vấn đề khoa học, nhà khoa học giới nước quan tâm nghiên cứu Vấn đề nghiên cứu có tính ứng dụng thực tiễn toán nhận dạng điều khiển quan tâm các toán điều khiển thực tế Đồng thời, với phát triển mặt công nghệ tạo thiết bị kỹ thuật cho phép thực thuật toán nhận dạng điều khiển phức tạp với khối lượng tính toán lớn mà trước khó thực Kết cấu luận án Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan nhận dạng; lý thuyết mờ; mạng nơron 1.1 Tổng quan nhận dạng 1.2 Tổng quan lý thuyết mờ 1.3 Tổng quan mạng Nơron Chƣơng 2: Nhận dạng điều khiển đối tượng hệ mờ nơron theo mô hình Takagi - Sugeno 2.1 Đặt vấn đề 2.2 Đối tượng phi tuyến 3.3 Ứng dụng hệ Mờ Nơron theo mô hình Takagi - Sugeno để nhận dạng điều khiển đối tượng phi tuyến Chƣơng 3: Mô kiểm chứng phần mềm Matlab - Simulink Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 ... dạng điều khiển bám đối tượng; nghiên cứu mạng nơron; nghiên cứu lý thuyết mờ khả kết hợp chúng để nhận dạng điều khiển bám đối tượng động học phi tuyến Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên. .. nơron 26 Chương Nhận dạng điều khiển đối tượng hệ mờ nơron theo mô hình Takagi - Sugeno 32 2.1 Đặt vấn đề 32 2.2 Đối tượng phi tuyến 33 2.2.1 Mô tả hệ phi tuyến 33 2.2.2 Mô hình tĩnh hệ phi tuyến. .. 2.2.3 Mô hình động hệ phi tuyến 39 2.3 Ứng dụng hệ Mờ Nơron theo mô hình Takagi - Sugeno để nhận dạng điều khiển đối tượng phi tuyến 39 2.3.1 Bài toán nhận dạng 39 2.3.2 Bài toán điều khiển 43