Bài giảng 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

Boä moân Ñieàu Khieån Töï Ñoäng

Khoa Ñieän – Ñieän Töû

Ñaïi hoïc Baùch Khoa TP.HCM

Email: [email protected]

Homepage: http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang

7 May 2010

1

Chöông 3

ÑIEÀU KHIEÅN TRÖÏC TIEÁP

7 May 2010

2

Noäi dung chöông 2

Giôùi thieäu

Ñieàu khieån môø

Ñieàu khieån duøng maïng thaàn kinh

Chænh ñònh boä ñieàu khieån duøng giaûi thuaät di truyeàn

7 May 2010

3

Giôùi thieäu

7 May 2010

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 hoïc cuûa ñoái töôïng

7 May 2010

5

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 ñöôïc tích hôïp vaøo boä ñieàu khieån môø

trong quaù trình thieát keá heä thoáng

7 May 2010

6

Ñieàu khieån duøng maïng thaàn kinh

Boä ñieàu khieån maïng thaàn kinh ñöôïc thieát keá nhôø vaøo khaû naêng

hoïc cuûa maïng thaàn kinh.

Qua quaù trình huaán luyeän maïng troïng soá cuûa maïng thaàn kinh

ñöôïc caäp nhaät vaø maïng hoïc ñöôïc kinh nghieäm cuûa chuyeân gia

trong vieäc ñieàu khieån ñoái töôïng

7 May 2010

7

Ñieàu khieån tröïc tieáp

7 May 2010

8

Ñieàu khieån buø nhieãu

7 May 2010

9

Ñieàu khieån thích nghi duøng boä giaùm saùt môø/maïng thaàn kinh

7 May 2010

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

11

Ñieàu khieån môø

7 May 2010

12

Caáu truùc boä ñieàu khieån môø

7 May 2010

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

qui tắc thành giá trị rõ để điều khiển đối tượng

7 May 2010

14

Caáu truùc boä ñieàu khieån môø

Ti

ề

n x

ử

lý:

¾ vi phân, tích phân tín hiệu

¾ chuẩn hóa, lượng tử hóa

¾ lọc nhiễu

Hậu xử lý:

¾

b

ộ

khu

ế

ch

đạ

i chuy

ể

n tín hi

ệ

u gi

ả

i m

ờ

chu

ẩ

n hóa thành giá tr

ị

vật lý

7 May 2010

15

Thieát keá boä ñieàu khieån môø

Thiết kế dựa vào kinh nghiệm chuyên gia

Thiết kế dựa trên lý thuyết Lyapunov

Thi

ế

t k

ế

b

ộ đ

i

ề

u khi

ể

n PID m

ờ

Thiết kế bộ điều khiển mờ dùng giải thuật di truyền

7 May 2010

16

Thieát keá boä ñieàu khieån môø

döïa vaøo kinh nghieäm chuyeân gia

7 May 2010

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.

Ch

ọ

n ph

ươ

ng pháp suy di

ễ

n.

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,

¾ phương pháp trung bình có trọng số,…

7 May 2010

18

Thí duï: Ñieàu khieån môø giöõ caân baèng heä con laéc ngöôïc

M : troïng löôïng xe [Kg]

m : troïng löôïng con laéc [Kg]

l : chieàu daøi con laéc [m]

u

:

löïc taùc ñoäng vaøo xe

[N]

g : gia toác troïng tröôøng

[m/s2]

x : vò trí xe [m]

θ : goùc giöõa con laéc vaø

phöông thaúng ñöùng [rad]

2

&

&&

(M + m)x − ml(sinθ )θ + ml(cosθ )θ = u

&&

mx cosθ + mlθ = mgsinθ

&&

7 May 2010

19

Caùc bieán vaøo vaø bieán ra cuûa boä ñieàu khieån

Choïn caùc bieán vaøo/ra:

4 bieán vaøo: goùc leäch cuûa con laéc, vaän toác goùc cuûa con laéc, vò trí xe vaø toác

ñoä xe

bieán ra laø löïc taùc duïng vaøo xe.

Taäp cô sôû cuûa caùc bieán phuï thuoäc chuû yeáu vaøo ñoái töôïng, ta choïn nhö sau:

Goùc leäch: [−0.3,0.3] (rad)

Vaän toác goùc: [

−

1, 1] (rad/sec)

Vò trí xe: [−3, 3] (m)

Vaän toác xe: [−3, 3] (m/sec)

Löïc taùc duïng: [−40, 40] (N)

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:

1

3

Caùc heä soá tieàn xöû lyù:

Heä soá haäu xöû lyù:

K₁= , K₂=1, K₃= , K₄=

0.3

3

K₅= 40

7 May 2010

20

Bài giảng Hệ thống điều khiển thông minh - Chương 3: Điều khiển trực tiếp - Huỳnh Thái Hoàng