HCMUTE Nghiên Cứu Thiết Kế Bộ Điều Khiển Cho Hệ Phi Tuyến MIMO Sử Dụng CMAC

• Tác giả: ThS. Tạ Văn Phương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Bộ Điều Khiển Cho Hệ Phi Tuyến MIMO Sử Dụng CMAC
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp trường
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Giới thiệu về đề tài nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Nội dung thực hiện
• 1.7. Kết quả đạt được
• 1.8. Đơn vị ứng dụng
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG PHI TUYẾN MIMO VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐƯỢC ĐỀ XUẤT
• 2.1. Mô tả hệ thống phi tuyến MIMO
• 2.2. Đề xuất hệ thống điều khiển
• 2.3. Cấu trúc bộ điều khiển RCMAC
• 2.3.1. Không gian biến ngõ vào S
• 2.3.2. Không gian vùng nhớ liên thuộc A
• 2.3.3. Không gian trường nhận R
• 2.3.4. Không gian vùng nhớ trọng số W
• 2.3.5. Không gian ngõ ra O
• 2.4. Luật học của bộ điều khiển RCMAC
• 2.5. Bộ điều khiển bù ước lượng biên độ sai số
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH BÀN TRƯỢT SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN RCMAC
• 3.1. Giới thiệu về mô hình bàn trượt
• 3.2. Động cơ tuyến tính áp điện (Linear Piezoelectric Motor: LPM)
• 3.2.1. Cấu trúc của động cơ áp điện
• 3.2.2. Nguyên lý hoạt động
• 3.2.3. Động cơ tuyến tính áp điện HR4 sử dụng trong đề tài và các thông số kỹ thuật
• 3.3. Driver điều khiển vị trí AB5
• 3.4. Phương trình động học của mô hình bàn trượt
• 3.5. Mô hình thí nghiệm bàn trượt được điều khiển bởi động cơ áp điện
• 3.6. Kết quả mô phỏng và kiểm nghiệm bộ điều khiển CMAC và RCMAC cho mô hình bàn trượt
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 4.1. Kết luận
• 4.2. Hướng phát triển của đề tài
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Thiết kế bộ điều khiển MIMO phi tuyến sử dụng CMAC tại HCMUTE Tổng quan

Luận văn tập trung vào thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống phi tuyến MIMO sử dụng thuật toán CMAC tại Đại học Công nghệ TP.HCM (HCMUTE). Nghiên cứu giải quyết vấn đề điều khiển hệ thống MIMO phi tuyến phức tạp, đặc biệt là trong điều kiện không chắc chắn về tham số mô hình và ảnh hưởng của nhiễu. CMAC, một mạng nơ-ron hiệu quả, được chọn làm nền tảng cho bộ điều khiển. Luận văn trình bày thiết kế bộ điều khiển CMAC và một phiên bản cải tiến, RCMAC, đánh giá hiệu quả thông qua mô phỏng và kiểm nghiệm thực tế trên mô hình bàn trượt. Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn lớn, đóng góp vào lĩnh vực điều khiển hệ thống và cụ thể là ứng dụng trong điều khiển thời gian thực. Nghiên cứu góp phần vào nghiên cứu khoa học HCMUTE và được thể hiện trong luận văn tốt nghiệp HCMUTE và các bài báo khoa học HCMUTE.

1.1 Mô hình hóa hệ thống MIMO phi tuyến

Phần này tập trung vào mô hình hóa hệ thống MIMO. Luận văn mô tả động học của hệ thống MIMO phi tuyến dưới ảnh hưởng của nhiễu, bao gồm các hàm phi tuyến không chắc chắn F(x) và hàm độ lợi điều khiển không biết G(x). Phương trình động học được thể hiện rõ ràng, nhấn mạnh sự phức tạp do phi tuyến tính và không chắc chắn. Việc xác định chính xác các tham số trong mô hình gặp nhiều khó khăn. Luận văn chỉ ra hạn chế của các phương pháp điều khiển cổ điển trong trường hợp này. Mô hình hóa hệ thống đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế bộ điều khiển hiệu quả. Các yếu tố như sự thay đổi tham số theo thời gian, thành phần không chắc chắn, đặc tính trễ, và nhiễu bên ngoài được xem xét kỹ lưỡng. Đây là cơ sở cho việc đề xuất giải pháp điều khiển thích ứng. Phân tích hệ thống MIMO được thực hiện để làm rõ thách thức trong việc thiết kế bộ điều khiển.

1.2 Thiết kế bộ điều khiển CMAC và RCMAC

Phần này trình bày thiết kế bộ điều khiển CMAC và phiên bản cải tiến RCMAC cho hệ thống MIMO phi tuyến. Thuật toán CMAC được mô tả chi tiết, bao gồm cấu trúc với các không gian: ngõ vào S, vùng nhớ liên thuộc A, trường nhận R, trọng số W, và ngõ ra O. RCMAC được giới thiệu như một cải tiến của CMAC, kết hợp thêm khâu hồi tiếp để nâng cao khả năng thích ứng. Luật học của cả hai bộ điều khiển được trình bày, sử dụng thuật toán lan truyền ngược để cập nhật tham số. Việc sử dụng hàm Gaussian trong việc tính mức độ tích cực của các ngõ vào được giải thích rõ ràng. Các phương trình toán học mô tả quá trình học được đưa ra, nhấn mạnh vào việc tối ưu mặt trượt sai số. Thiết kế bộ điều khiển dựa trên việc xấp xỉ các thành phần không chắc chắn và giảm ảnh hưởng của nhiễu. Cấu trúc RCMAC được minh họa bằng hình vẽ, giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của bộ điều khiển.

1.3 Kiểm nghiệm và ứng dụng

Phần này trình bày kết quả mô phỏng và kiểm nghiệm thực tế của bộ điều khiển CMAC và RCMAC. Mô hình bàn trượt được chọn làm nền tảng kiểm tra hiệu quả của bộ điều khiển. Kết quả mô phỏng trên Matlab và kết quả thực nghiệm được trình bày và phân tích. Các chỉ số hiệu quả của bộ điều khiển được so sánh, bao gồm độ chính xác, thời gian đáp ứng, và khả năng chống nhiễu. Ứng dụng của MIMO trong thực tế được đề cập đến. Kiểm nghiệm thực tế thể hiện khả năng áp dụng của bộ điều khiển trong điều kiện thực tế. Phân tích kết quả cho thấy hiệu quả của RCMAC so với CMAC trong việc điều khiển hệ thống MIMO phi tuyến. Hiệu quả của CMAC được đánh giá thông qua các chỉ số cụ thể. Việc sử dụng mô hình bàn trượt là một lựa chọn phù hợp để kiểm tra hiệu quả điều khiển. Phân tích hệ thống sau khi kiểm nghiệm cho thấy khả năng áp dụng của nghiên cứu.