Luận án Nghiên cứu cải tiến bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử cho đối tƣợng phi tuyến

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN . i

LỜI CẢM ƠN .ii

MỤC LỤC .iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .vii

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU .viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ . ix

MỞ ĐẦU . 1

1. Tổng quan tình hình nghiên cứu đại số gia tử trong và ngoài nƣớc . 1

1.1. Đại số gia tử . 1

1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc . 2

1.2.1. Một số kết quả đạt đƣợc về phƣơng pháp luận sử dụng HA và

đề xuất phát triển hƣớng nghiên cứu . 3

1.2.2. Một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm với HA và đề xuất

phát triển hƣớng nghiên cứu . 6

2. Tính khoa học và cấp thiết của luận án . 7

3. Mục tiêu của luận án . 8

3.1. Mục tiêu chung . 8

3.2. Mục tiêu cụ thể . 8

4. Đối tƣợng, phạm vi và phƣơng pháp nghiên cứu . 9

5. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn . 10

5.1. Ý nghĩa lí luận . 10

5.2. Ý nghĩa thực tiễn . 10iv

6. Bố cục và nội dung của luận án . 10

CHƢƠNG 1 CÁC KIẾN THỨC CƠ SỞ . 13

1.1. Hệ logic mờ và phƣơng pháp điều khiển . 13

1.1.1. Mô hình mờ . 14

1.1.2. Bộ điều khiển logic mờ . 15

1.1.2.1. Bộ điều khiển mờ - FLC (Fuzzy Logic Controller) . 15

1.1.2.2. Bộ điều khiển mờ động . 16

1.1.2.3. Bộ điều khiển mờ lai - F_PID . 16

1.1.3. Ƣu nhƣợc điểm . 17

1.2. Lý thuyết Đại số gia tử . 18

1.2.1. Biến ngôn ngữ . 18

1.2.2. Đại số gia tử của biến ngôn ngữ . 20

1.2.3. Các tính chất cơ bản của HA tuyến tính . 22

1.2.4. Hàm độ đo tính mờ trong đại số gia tử tuyến tính . 23

1.2.5. Phƣơng pháp lập luận xấp xỉ sử dụng đại số gia tử . 25

1.3. Giải thuật di truyền . 33

1.3.1. Giới thiệu . 33

1.3.2. Các bƣớc cơ bản của giải thuật di truyền . 34

1.3.3. Các phép toán của GA . 35

1.3.4. Cơ sở toán học của GA . 36

1.4. Kết luận chƣơng 1 . 39

CHƢƠNG 2 ỨNG DỤNG ĐẠI SỐ GIA TỬ TRONG ĐIỀU KHIỂN . 41

2.1. Phƣơng pháp thiết kế bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử . 41v

2.2. Nghiên cứu kiểm chứng bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử cho

một số đối tƣợng công nghiệp . 43

2.2.1. Điều khiển đối tƣợng tuyến tính có tham số biến đổi . 44

2.2.2. Điều khiển đối tƣợng phi tuyến đã đƣợc tuyến tính hóa . 53

2.2.3. Điều khiển đối tƣợng có trễ với hệ số trễ lớn . 59

2.3. Kết luận chƣơng 2 . 63

CHƢƠNG 3 CẢI TIẾN BỘ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG ĐẠI SỐ GIA TỬ . 65

3.1. Đề xuất nghiên cứu . 65

3.1.1. Đặt vấn đề . 65

3.1.2. Đề xuất . 66

3.1.2.1. Đề xuất nghiên cứu nâng cao chất lƣợng HAC . 67

3.1.2.2. Đề xuất nghiên cứu tối ƣu hóa quá trình thiết kế HAC . 68

3.2. Nghiên cứu cải tiến HAC . 69

3.2.1. Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng HAC . 69

3.2.2. Nghiên cứu tối ƣu hóa quá trình thiết kế HAC . 71

3.3. Ứng dụng NEW_HAC cải tiến cho đối tƣợng phi tuyến . 74

3.3.1. Xây dựng mô hình toán học hệ thống . 75

3.3.2. Áp dụng NEW_HAC với 3 đầu vào và giản lƣợc luật . 78

3.3.2.1. Thiết kế NEW_HAC . 78

3.3.2.2. Mở rộng đề xuất . 83

3.3.2.3. Nhận xét chung . 85

3.3.3. Áp dụng PP tự động xác định tham số cho NEW_HAC . 85

3.4. Kết luận chƣơng 3 . 88vi

CHƢƠNG 4 THỰC NGHIỆM . 89

4.1. Thí nghiệm với hệ thống truyền động bám chính xác . 89

4.1.1. Giới thiệu mô hình hệ thống thí nghiệm . 89

4.1.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển với HAC . 91

4.1.3. Kết quả thí nghiệm . 93

4.2. Thí nghiệm với hệ thống Ball and Beam . 94

4.2.1. Giới thiệu mô hình hệ thống thí nghiệm . 94

4.2.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển với NEW_HAC_GA . 95

4.2.3. Kết quả thí nghiệm . 98

4.3. Kết luận chƣơng 4 . 100

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 101

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ . 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO . 104

PHỤ LỤC . 110