TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LÊ MINH THÀNH
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN GIẢI THUẬT
ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH
DỰA TRÊN MẠNG NƠ-RON MỜ HỒI QUY
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN HỆ PHI TUYẾN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9520216
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2024
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LÊ MINH THÀNH
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN GIẢI THUẬT
ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH
DỰA TRÊN MẠNG NƠ-RON MỜ HỒI QUY
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN HỆ PHI TUYẾN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9520216
NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
1. PGS. TS. NGUYỄN CHÍ NGÔN
2. TS. NGUYỄN QUANG SANG
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2024
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ với đề tài: “Nghiên cứu phát triển giải thuật
điều khiển thông minh dựa trên mạng nơ-ron mờ hồi quy ứng dụng điều khiển hệ
phi tuyến” là công trình khoa học do chính tôi nghiên cứu độc lập. Các kết luận và kết
quả trình bày trong luận án mang tính trung thực, không thực hiện sao chép dưới bất kỳ
hình thức nào và từ bất kỳ nguồn tài liệu nào. Nội dung tham khảo từ các tài liệu đều đã
được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo quy định.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 3 năm 2024
Nghiên cứu sinh
Lê Minh Thành
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện luận án, em đã nhận được sự quan tâm
và giúp đỡ tận tình của Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh,
Viện Đào tạo Sau Đại học, Khoa Điện - ĐTVT, quý Thầy (Cô), gia đình và bạn bè. Với
lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn:
- Quý Thầy, Cô Viện Đào tạo Sau đại học, Khoa Điện – ĐTVT Trường Đại học
Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình hỗ trợ em trong việc hoàn thành
các thủ tục hồ sơ kịp thời và đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được tham gia nghiên
cứu tại trường hiệu quả.
- Đặc biệt, PGS.TS. Nguyễn Chí Ngôn và TS. Nguyễn Quang Sang – những
người Thầy đáng kính đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian
nghiên cứu học tập.
- Cảm ơn Quý Thầy (Cô) Khoa Điện - Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
Vĩnh Long đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho em trong quá trình nghiên cứu học tập.
- Cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, khuyến khích để em yên tâm nghiên
cứu và hoàn thành luận án.
Xin chân thành cảm ơn tất cả!
Nghiên cứu sinh
Lê Minh Thành
iii
TÓM TẮT
Luận án này nhằm mục tiêu nghiên cứu phát triển giải thuật điều khiển thông minh
dựa trên mạng nơ-ron mờ hồi quy (Recurrent Fuzzy Neural Networks) để áp dụng trong
điều khiển hệ phi tuyến, mà cụ thể là hệ robot song song 3 bậc tự do, gọi là robot Delta.
Tiếp cận đầu tiên của luận án là xây dựng mô hình động học và mô hình động lực
học của robot Delta để phục vụ cho hoạt động khảo sát đặc tính của nó thông qua mô
phỏng. Kỹ thuật điều khiển PID truyền thống và điều khiển mờ đã được kiểm nghiệm
trước tiên để đánh giá khả năng kiểm soát robot. Tuy nhiên, việc tìm kiếm các bộ tham
số cho bộ điều khiển PID cũng như bộ điều khiển mờ bằng phương pháp thử sai tỏ ra
kém hiệu quả đối với mô hình MIMO phi tuyến của robot. Vì vậy, giải thuật di truyền
GA (genetic algorithm) đã được áp dụng với mong muốn tìm được tham số tối ưu cho
bộ điều khiển PID nhờ khả năng tìm kiếm nghiệm tối ưu toàn cục của giải thuật. Mặc
dù giải thuật GA hoàn toàn có khả năng đáp ứng được kỳ vọng, nhưng với kỹ thuật tìm
kiếm nghiệm off-line tốc độ chậm, việc áp dụng trong điều khiển robot không phù hợp.
Đồng thời, GA chỉ có thể tìm được bộ nghiệm tối ưu để cài đặt cho bộ điều khiển tại
thời điểm ban đầu. Nếu trong quá trình vận hành, thông số của robot hay có sự tác động
của các yếu tố bất định khác như nhiễu, phương pháp này bắt buộc phải tìm lại bộ
nghiệm tối ưu mới bằng cách chạy lại giải thuật. Một vấn đề lớn đặt ra là có thể hiệu
chỉnh tham số tối ưu của bộ điều khiển một cách trực tuyến hay không? Để trả lời cho
câu hỏi này, mạng nơ-ron mờ hồi quy đã được áp dụng trong luận án.
Mạng nơ-ron mờ hồi quy đã được nhiều nhóm nghiên cứu vận dụng trong kỹ thuật
điều khiển thích nghi cho hệ phi tuyến. Tuy nhiên, kỹ thuật điều khiển này tồn tại một
hạn chế cơ bản là phụ thuộc vào việc lựa chọn bộ tham số ban đầu của mạng. Việc lựa
chọn bộ tham số ban đầu không phù hợp sẽ gây ra tốc độ hội tụ chậm của giải thuật, làm
cho đáp ứng quá độ của đối tượng bị kéo dài. Để khắc phục hạn chế này, luận án đã kết
hợp giải thuật điều khiển giám sát dùng bộ điều khiển PID để mang năng lượng chủ đạo
và dùng mạng nơ-ron mờ hồi quy để hiệu chỉnh bù một cách trực tuyến cho đối tượng.
Nhờ sự kết hợp này, tham số của bộ điều khiển PID không cần thiết phải cài đặt lại khi
đối tượng hay môi trường điều khiển thay đổi, mà chính mạng nơ-ron mờ hồi quy sẽ
cung cấp tín hiệu điều khiển bù cho những tác động đó. Kết quả mô phỏng trên
MATLAB/Simulink cho thấy giải thuật điều khiển giám sát dùng mạng nơ-ron mờ hồi
quy đã đáp ứng được yêu cầu thiết kế bộ điều khiển thông minh cho hệ phi tuyến.
