I. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo cho hệ thống điều khiển tàu thủy. Hệ thống điều khiển tàu thủy thường gặp phải những thách thức lớn do tính phi tuyến và sự ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài như sóng, gió và dòng chảy. Việc cải tiến chất lượng bộ điều khiển PID là cần thiết để nâng cao hiệu suất điều khiển. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp mạng nơ-ron với bộ điều khiển PID có thể giúp cải thiện khả năng thích nghi và độ chính xác trong điều khiển. Theo đó, mạng nơ-ron có khả năng xử lý các vấn đề phức tạp và không xác định, từ đó tối ưu hóa các tham số của bộ điều khiển PID trong thời gian thực.
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng mạng nơ-ron trong hệ thống điều khiển đã mang lại những kết quả khả quan. Các nghiên cứu này đã phát triển các thuật toán điều khiển thông minh, cho phép bộ điều khiển PID hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện không xác định. Việc sử dụng mạng nơ-ron giúp cải thiện khả năng nhận dạng hệ thống và tối ưu hóa quá trình điều khiển, từ đó nâng cao hiệu suất của hệ thống điều khiển tàu thủy.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam, nghiên cứu về hệ thống điều khiển tàu thủy vẫn còn hạn chế. Tuy nhiên, một số nghiên cứu đã bắt đầu áp dụng mạng nơ-ron trong lĩnh vực này. Việc phát triển bộ điều khiển PID thông minh kết hợp với mạng nơ-ron có thể giúp nâng cao chất lượng điều khiển và đáp ứng nhu cầu hiện đại hóa ngành công nghiệp tàu thủy. Các nghiên cứu trong nước cần được mở rộng và phát triển hơn nữa để đáp ứng yêu cầu thực tiễn.
II. Bộ điều khiển PID nơ ron thích nghi
Chương này tập trung vào việc xây dựng bộ điều khiển PID dựa trên mạng nơ-ron lan truyền ngược. Bộ điều khiển PID nơ-ron không chỉ giúp điều chỉnh các tham số Kp, Ki và Kd mà còn có khả năng thích nghi với các điều kiện thay đổi trong môi trường. Việc áp dụng thuật toán huấn luyện tăng cường cho mạng nơ-ron giúp tăng tốc độ thích nghi và cải thiện độ chính xác của hệ thống điều khiển. Kết quả cho thấy rằng bộ điều khiển PID nơ-ron có thể hoạt động hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống, đặc biệt trong các tình huống có nhiễu loạn.
2.1. Thuật toán điều khiển PID
Thuật toán điều khiển PID truyền thống đã được cải tiến bằng cách kết hợp với mạng nơ-ron. Việc điều chỉnh tham số PID thông qua mạng nơ-ron giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển, đặc biệt trong các điều kiện không xác định. Bộ điều khiển PID nơ-ron có khả năng tự động điều chỉnh các tham số trong thời gian thực, từ đó nâng cao hiệu suất điều khiển.
2.2. Mạng nơ ron lan truyền ngược
Mạng nơ-ron lan truyền ngược được sử dụng để nhận dạng và điều khiển hệ thống động học của tàu thủy. Việc huấn luyện mạng nơ-ron theo phương pháp trực tuyến giúp tăng cường khả năng nhận dạng và điều chỉnh tham số PID. Kết quả cho thấy rằng mạng nơ-ron có thể nhận diện các đặc tính phi tuyến của hệ thống điều khiển và cải thiện độ chính xác trong việc điều khiển hướng đi của tàu.
III. Kết quả mô phỏng
Chương này trình bày kết quả mô phỏng của bộ điều khiển PID nơ-ron trong điều kiện thực tế. Mô hình toán học của tàu thủy được xây dựng để kiểm tra tính khả thi của hệ thống điều khiển. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ điều khiển PID nơ-ron có thể duy trì hướng đi của tàu trong các điều kiện khác nhau, bao gồm cả khi có gió và nhiễu loạn. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng mạng nơ-ron trong hệ thống điều khiển tàu thủy là một hướng đi đúng đắn.
3.1. Mô hình toán học
Mô hình toán học cho phép mô phỏng các yếu tố tác động đến hệ thống điều khiển tàu thủy. Các yếu tố như sóng, gió và dòng chảy được đưa vào mô hình để kiểm tra hiệu suất của bộ điều khiển PID nơ-ron. Kết quả cho thấy rằng mô hình có thể phản ánh chính xác các điều kiện thực tế, từ đó giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển.
3.2. Kết quả mô phỏng thực nghiệm
Kết quả mô phỏng thực nghiệm cho thấy bộ điều khiển PID nơ-ron hoạt động hiệu quả trong việc duy trì hướng đi của tàu. Các tham số Kp, Ki và Kd được điều chỉnh tự động, giúp cải thiện độ chính xác và khả năng thích nghi của hệ thống điều khiển. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng mạng nơ-ron trong điều khiển tàu thủy là một giải pháp khả thi và hiệu quả.
IV. Kết quả thực nghiệm
Chương này trình bày kết quả thực nghiệm của bộ điều khiển PID nơ-ron trên mô hình tàu thu nhỏ. Các thử nghiệm được thực hiện trong môi trường thực tế để đánh giá hiệu suất của hệ thống điều khiển. Kết quả cho thấy rằng bộ điều khiển PID nơ-ron có khả năng duy trì hướng đi của tàu trong các điều kiện khác nhau, từ đó khẳng định tính khả thi và hiệu quả của nghiên cứu.
4.1. Điều kiện thực nghiệm
Các điều kiện thực nghiệm được thiết lập để kiểm tra hiệu suất của bộ điều khiển PID nơ-ron. Mô hình tàu thu nhỏ được sử dụng để thực hiện các thử nghiệm trong môi trường có gió và sóng. Kết quả cho thấy rằng bộ điều khiển PID nơ-ron có thể duy trì hướng đi của tàu một cách ổn định.
4.2. Kết quả thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng bộ điều khiển PID nơ-ron hoạt động hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống. Các tham số điều khiển được điều chỉnh tự động, giúp cải thiện độ chính xác và khả năng thích nghi của hệ thống điều khiển. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng mạng nơ-ron trong điều khiển tàu thủy là một giải pháp khả thi và hiệu quả.
