Nghiên cứu giải thuật điều khiển thông minh bằng mạng nơ ron mờ hồi quy cho hệ phi tuyến

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

1. TỔNG QUAN

1.1. Tính cấp thiết của luận án

1.2. Tổng quan và vấn đề đã nghiên cứu

1.3. Luận điểm khoa học cần giải quyết trong luận án

1.4. Mục tiêu tổng quát

1.5. Mục tiêu cụ thể

1.6. Phương pháp nghiên cứu, cách tiếp cận

1.7. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.8.1. Ý nghĩa khoa học

1.8.2. Ý nghĩa thực tiễn

1.9. Những đóng góp của luận án về mặt khoa học và mặt thực tiễn

2. ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI DỰA TRÊN MẠNG NƠ- RON MẬT HỒI QUY

2.1. Sơ lược tình hình nghiên cứu

2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

2.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

2.4. Mô hình hóa đối tượng phi tuyến MIMO-robot Delta 3-DOF

2.4.1. Mô hình động học của robot Delta 3-DOF

2.4.2. Xây dựng mô hình động lực học chuyển động robot Delta 3-DOF không gian 3RUS

2.5. Điều khiển bám quỹ đạo robot sử dụng bộ điều khiển FUZZY-PID

2.5.1. Thiết kế bộ điều khiển FUZZY-PID cho robot Delta 3-DOF

2.5.2. Kết quả mô phỏng và đánh giá

2.6. Điều khiển bám quỹ đạo robot Delta sử dụng giải thuật di truyền

2.6.1. Thiết kế giải thuật GA-PID cho robot Delta 3-DOF

2.6.2. Lưu đồ giải thuật di truyền

2.6.3. Kết quả mô phỏng và đánh giá

2.7. Điều khiển bám quỹ đạo robot Delta sử dụng bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên cơ sở bộ nhận dạng mạng nơ-ron mật hồi quy

2.7.1. Cơ sở lý thuyết điều khiển PID thích nghi

2.7.2. Thiết kế bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên cơ sở mạng nơ-ron mật hồi quy

2.7.3. Kết quả mô phỏng và đánh giá

2.8. So sánh kết quả của 3 bộ điều khiển: PID thích nghi trên cơ sở mạng nơ-ron mật hồi quy với GA-PID và FUZZY-PID ứng dụng điều khiển bám quỹ đạo robot Delta 3-DOF

3. ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT KẾT HỢP RFNN-PID DỰA TRÊN BỘ NHẬN DẠNG MẠNG NƠ- RON MẬT HỒI QUY

3.1. Sơ lược tình hình nghiên cứu

3.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

3.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

3.4. Thiết kế bộ điều khiển giám sát kết hợp RFNN-PID

3.4.1. Điều khiển bám quỹ đạo robot Delta sử dụng bộ điều khiển giám sát kết hợp RFNN-PID

4. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN TRÊN HỆ PHI TUYẾN MIMO - SISO

4.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm trên hệ phi tuyến

4.1.1. Thiết kế và gia công khung cơ khí hệ MIMO là robot Delta 3-DOF

4.1.2. Thiết kế và gia công tủ điện điều khiển robot Delta 3-DOF

4.1.3. Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của mạch điều khiển

4.1.4. Vi điều khiển DSP C2000 TMS320F28379D

4.1.5. Thiết kế bản vẽ mạch điều khiển, gia công lắp mạch và lắp tủ điều khiển

4.1.6. Lắp tủ điều khiển robot Delta

4.2. Thiết kế và xây dựng các thuật toán điều khiển trên MATLAB/Simulink

4.2.1. Các khái chức năng trên MATLAB/Simulink

4.2.2. Kết quả thực nghiệm robot Delta 3-DOF phiên bản 3

4.2.2.1. Thực nghiệm và kết quả trên quỹ đạo đường tròn

4.2.2.2. Thực nghiệm và kết quả trên quỹ đạo đường số 8

4.2.3. Kết quả thực nghiệm trên hệ phi tuyến SISO

4.3. Mô hình thực nghiệm trên hệ ổn định lưu lượng chất lỏng RT020

4.3.1. Nguyên lý điều khiển giám sát

4.3.2. Sơ đồ bố trí thực nghiệm

4.3.3. Thực nghiệm và so sánh đánh giá kết quả

5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

5.1. Đánh giá nhược điểm

5.2. Đề xuất hướng nghiên cứu trong tương lai

DANH MỤC CÔNG TRÌNH TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BÁ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CÁC VIDEO THỬ NGHIỆM TRONG LUẬN ÁN

MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CƠ KHÍ, THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ NGHIÊN CỨU CỦA TÁC GIẢ

Các minh chứng Tạp chí, Hội nghị, Viết sách và Các công trình Nghiên cứu khoa học tác giả đã công bố

Phần 1 : Các linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển

Phần 2 : Chương trình điều khiển đặc thù hiện trên MATLAB/Simulink

I. Giới thiệu

Luận án này nghiên cứu phát triển giải thuật điều khiển thông minh dựa trên mạng nơ ron mờ hồi quy cho hệ thống phi tuyến. Mục tiêu chính là áp dụng các phương pháp này vào việc điều khiển robot Delta, một loại robot song song 3 bậc tự do. Để thực hiện điều này, trước tiên, mô hình động học và động lực học của robot Delta được xây dựng nhằm khảo sát các đặc tính của nó thông qua mô phỏng. Kỹ thuật điều khiển PID truyền thống và điều khiển mờ đã được kiểm nghiệm để đánh giá khả năng kiểm soát robot. Tuy nhiên, việc tìm kiếm các bộ tham số cho bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ bằng phương pháp thử sai đã cho thấy hiệu quả kém đối với mô hình MIMO phi tuyến của robot.

1.1. Mô hình hóa hệ thống

Mô hình hóa hệ thống là bước quan trọng trong nghiên cứu này. Mô hình động học của robot Delta 3-DOF được xây dựng để xác định các thông số cần thiết cho việc điều khiển. Mô hình động lực học cũng được phát triển để mô tả các lực và mô men tác động lên robot trong quá trình hoạt động. Việc xây dựng mô hình chính xác giúp cho việc áp dụng các giải thuật điều khiển trở nên hiệu quả hơn. Các mô hình này được kiểm nghiệm thông qua các bài thử nghiệm trên MATLAB/Simulink, cho thấy tính khả thi của các phương pháp điều khiển được đề xuất.

II. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu trong luận án này bao gồm việc áp dụng giải thuật di truyền (GA) để tìm kiếm các tham số tối ưu cho bộ điều khiển PID. Mặc dù GA có khả năng tìm kiếm nghiệm tối ưu toàn cục, nhưng việc áp dụng nó trong điều khiển robot không phù hợp do tốc độ tìm kiếm chậm. Do đó, nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng mạng nơ ron mờ hồi quy để hiệu chỉnh tham số điều khiển một cách trực tuyến. Kỹ thuật này cho phép điều chỉnh tham số PID mà không cần phải cài đặt lại khi có sự thay đổi trong môi trường điều khiển.

2.1. Kỹ thuật điều khiển PID

Kỹ thuật điều khiển PID là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong điều khiển tự động. Tuy nhiên, việc tìm kiếm các tham số tối ưu cho bộ điều khiển PID trong hệ thống phi tuyến là một thách thức lớn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng phương pháp thử sai để tìm kiếm tham số không mang lại hiệu quả cao. Do đó, việc áp dụng mạng nơ ron để tự động điều chỉnh tham số PID là một giải pháp khả thi, giúp cải thiện hiệu suất điều khiển trong các hệ thống phi tuyến.

III. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy giải thuật điều khiển giám sát kết hợp với mạng nơ ron mờ hồi quy đã đáp ứng được yêu cầu thiết kế bộ điều khiển thông minh cho hệ phi tuyến. Mô hình thực nghiệm robot Delta đã được thiết kế và thử nghiệm, cho thấy rằng bộ điều khiển hoạt động chính xác như mong đợi. Tuy nhiên, một số hạn chế về độ chính xác và độ cứng của mô hình robot đã dẫn đến hiện tượng rung nhẹ khi robot hoạt động trên quỹ đạo đặt. Điều này cho thấy cần có thêm nghiên cứu để cải thiện mô hình robot và tối ưu hóa các tham số điều khiển.

3.1. Thực nghiệm trên hệ thống RT020

Nghiên cứu cũng đã thực hiện các thí nghiệm trên hệ thống ổn định lưu lượng chất lỏng RT020. Kết quả cho thấy kỹ thuật điều khiển đã hoàn toàn phù hợp và có khả năng kiểm soát tốt phản ứng lưu lượng của thiết bị. Điều này chứng tỏ rằng các giải thuật điều khiển được phát triển có thể áp dụng rộng rãi trong các hệ thống thực tế, không chỉ giới hạn trong điều khiển robot Delta.

IV. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Luận án đã chứng minh tính khả thi của việc áp dụng mạng nơ ron mờ hồi quy trong điều khiển hệ phi tuyến. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc kết hợp giữa giải thuật điều khiển giám sát và mạng nơ ron có thể cải thiện đáng kể hiệu suất điều khiển. Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải tiến mô hình robot Delta và mở rộng ứng dụng của các giải thuật điều khiển trong các hệ thống phức tạp hơn.

4.1. Đề xuất nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu trong tương lai có thể mở rộng ra các lĩnh vực khác như điều khiển tự động trong công nghiệp, robot tự hành, và các ứng dụng trong lĩnh vực y tế. Việc phát triển các giải thuật điều khiển thông minh sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong các hệ thống tự động hóa, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu thực tiễn.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu phát triển giải thuật điều khiển thông minh cho hệ phi tuyến