Luận án nghiên cứu cải tiến bộ điều khiển phi tuyến sử dụng đại số gia tử

• Tác giả: Ngô Kiên Trung
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hữu Công
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Tự động hóa
• Đề tài: Cải Tiến Bộ Điều Khiển Phi Tuyến Bằng Đại Số Gia Tử
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: CÁC KIẾN THỨC CƠ SỞ
• 1.1. Hệ logic mờ và phương pháp điều khiển
• 1.2. Mô hình mờ
• 1.3. Bộ điều khiển logic mờ
• 1.4. Bộ điều khiển mờ - FLC (Fuzzy Logic Controller)
• 1.5. Bộ điều khiển mờ động
• 1.6. Bộ điều khiển mờ lai - F_PID
• 1.7. Ưu nhược điểm
• 1.8. Lý thuyết Đại số gia tử
• 1.9. Biến ngôn ngữ
• 1.10. Đại số gia tử của biến ngôn ngữ
• 1.11. Các tính chất cơ bản của HA tuyến tính
• 1.12. Hàm độ đo tính mờ trong đại số gia tử tuyến tính
• 1.13. Phương pháp lập luận xấp xỉ sử dụng đại số gia tử
• 1.14. Giải thuật di truyền
• 1.15. Các bước cơ bản của giải thuật di truyền
• 1.16. Các phép toán của GA
• 1.17. Cơ sở toán học của GA
• 1.18. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG ĐẠI SỐ GIA TỬ TRONG ĐIỀU KHIỂN
• 2.1. Phương pháp thiết kế bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử
• 2.2. Nghiên cứu kiểm chứng bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử cho một số đối tượng công nghiệp
• 2.3. Điều khiển đối tượng tuyến tính có tham số biến đổi
• 2.4. Điều khiển đối tượng phi tuyến đã được tuyến tính hóa
• 2.5. Điều khiển đối tượng có trễ với hệ số trễ lớn
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: CẢI TIẾN BỘ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG ĐẠI SỐ GIA TỬ
• 3.1. Đề xuất nghiên cứu
• 3.2. Đề xuất nghiên cứu nâng cao chất lượng HAC
• 3.3. Đề xuất nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thiết kế HAC
• 3.4. Nghiên cứu cải tiến HAC
• 3.5. Nghiên cứu nâng cao chất lượng HAC
• 3.6. Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thiết kế HAC
• 3.7. Ứng dụng NEW_HAC cải tiến cho đối tượng phi tuyến
• 3.8. Xây dựng mô hình toán học hệ thống
• 3.9. Áp dụng NEW_HAC với 3 đầu vào và giản lược luật
• 3.10. Thiết kế NEW_HAC
• 3.11. Mở rộng đề xuất
• 3.12. Nhận xét chung
• 3.13. Áp dụng PP tự động xác định tham số cho NEW_HAC
• 3.14. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM
• 4.1. Thí nghiệm với hệ thống truyền động bám chính xác
• 4.2. Giới thiệu mô hình hệ thống thí nghiệm
• 4.3. Cấu trúc hệ thống điều khiển với HAC
• 4.4. Kết quả thí nghiệm
• 4.5. Thí nghiệm với hệ thống Ball and Beam
• 4.6. Giới thiệu mô hình hệ thống thí nghiệm
• 4.7. Cấu trúc hệ thống điều khiển với NEW_HAC_GA
• 4.8. Kết quả thí nghiệm
• 4.9. Kết luận chương 4
• MỞ ĐẦU
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan tình hình nghiên cứu đại số gia tử trong và ngoài nước

Đại số gia tử (HA) là một cấu trúc đại số quan trọng trong việc mô phỏng ngữ nghĩa ngôn ngữ, có thể xem như nền tảng của logic mờ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng giá trị của biến ngôn ngữ có thứ tự nhất định về mặt ngữ nghĩa, ví dụ như 'trẻ' nhỏ hơn 'già'. HA được định nghĩa bởi bốn thành phần chính: miền giá trị, tập phần tử sinh, tập gia tử ngôn ngữ và quan hệ thứ tự. Việc nghiên cứu ứng dụng HA trong điều khiển vẫn còn mới mẻ và cần được phát triển sâu rộng hơn. Các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung vào công nghệ thông tin, trong khi ứng dụng trong điều khiển chỉ mới được đề cập gần đây. Việc nghiên cứu và phát triển HA trong lĩnh vực điều khiển là vấn đề cấp thiết, mở ra nhiều khả năng ứng dụng cho các bài toán điều khiển phi tuyến.

1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Nghiên cứu về HA đã được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới, chủ yếu trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Tuy nhiên, ứng dụng HA trong điều khiển vẫn còn hạn chế. Một số nghiên cứu đã công bố từ năm 2008 về việc sử dụng HA trong các bài toán điều khiển đơn giản. Việc áp dụng HA vào các bài toán điều khiển phức tạp, đặc biệt là đối tượng phi tuyến, vẫn còn là một thách thức lớn. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng phương pháp lập luận xấp xỉ sử dụng HA có thể giải quyết nhiều vấn đề trong điều khiển, nhưng cần có thêm các nghiên cứu thực nghiệm để khẳng định tính khả dụng của nó.

II. Ứng dụng đại số gia tử trong điều khiển

Việc thiết kế bộ điều khiển sử dụng HA đã được nghiên cứu và áp dụng cho nhiều đối tượng công nghiệp. Các phương pháp điều khiển đối tượng phi tuyến đã được cải tiến thông qua việc sử dụng HA, cho phép giảm độ phức tạp của thuật toán thiết kế. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng HA có thể giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế bộ điều khiển, từ đó nâng cao chất lượng điều khiển. Các thí nghiệm thực tế đã chứng minh rằng bộ điều khiển sử dụng HA có thể hoạt động hiệu quả trong các hệ thống điều khiển phức tạp, mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong công nghiệp.

2.1. Phương pháp thiết kế bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử

Phương pháp thiết kế bộ điều khiển dựa trên HA cho phép xác định các tham số một cách tự động, từ đó giảm thiểu sai số trong quá trình lập luận. Việc sử dụng giải thuật di truyền để tối ưu hóa các tham số của HA đã cho thấy hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng điều khiển. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng HA trong điều khiển có thể giúp đơn giản hóa quá trình lập trình cho vi xử lý, đồng thời nâng cao hiệu suất của hệ thống điều khiển.

III. Cải tiến bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử

Nghiên cứu cải tiến bộ điều khiển sử dụng HA đã chỉ ra rằng việc nâng cao chất lượng và tối ưu hóa quá trình thiết kế là rất cần thiết. Các đề xuất nghiên cứu nhằm cải tiến bộ điều khiển đã được đưa ra, bao gồm việc sử dụng các phương pháp mới để xác định tham số và tối ưu hóa thiết kế. Việc áp dụng NEW_HAC cho các đối tượng phi tuyến đã cho thấy kết quả khả quan, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực điều khiển tự động. Các thí nghiệm thực tế với hệ thống điều khiển đã chứng minh tính khả dụng của bộ điều khiển cải tiến này.

3.1. Đề xuất nghiên cứu nâng cao chất lượng HAC

Đề xuất nghiên cứu nâng cao chất lượng bộ điều khiển HAC thông qua việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa mới. Việc sử dụng các mô hình toán học để xây dựng hệ thống điều khiển cho phép cải thiện độ chính xác và hiệu suất của bộ điều khiển. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp mới trong thiết kế HAC có thể giúp giảm thiểu độ phức tạp và nâng cao hiệu quả điều khiển cho các đối tượng phi tuyến.

IV. Thực nghiệm

Các thí nghiệm với hệ thống truyền động bám chính xác và hệ thống Ball and Beam đã được thực hiện để kiểm chứng tính khả dụng của bộ điều khiển sử dụng HA. Kết quả thí nghiệm cho thấy bộ điều khiển cải tiến có khả năng hoạt động hiệu quả trong các điều kiện thực tế. Việc thực nghiệm trên các mô hình vật lý cụ thể đã khẳng định tính khả dụng của HA trong điều khiển, mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp.

4.1. Kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy bộ điều khiển sử dụng HA có thể đạt được độ chính xác cao trong việc điều khiển các hệ thống phức tạp. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng việc áp dụng HA không chỉ giúp cải thiện chất lượng điều khiển mà còn giảm thiểu thời gian tính toán, từ đó nâng cao hiệu suất của hệ thống. Những kết quả này mở ra hướng nghiên cứu mới cho việc ứng dụng HA trong các lĩnh vực khác nhau.