intTypePromotion=1

Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật số 130 tháng 10-2009

Chia sẻ: PHAM DA | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

0
44
lượt xem
6
download

Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật số 130 tháng 10-2009

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

"Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật số 130 tháng 10-2009" sau đây với đề tài "Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi cho đối tượng phi tuyến trên cơ sở logic mờ". Mời các bạn cùng tham khảo và nắm nội dung cần thiết.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật số 130 tháng 10-2009

ISSN - 1859 - 0209<br /> Häc viÖn kü thuËt qu©n sù<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T¹p chÝ<br /> Khoa häc<br /> vµ<br /> Kü thuËt<br /> J o u r n a l o f S c i e n c e a n d T e c h n i q u e<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Sè 130<br /> 10-2009<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hμ néi<br /> T¹p chÝ<br /> Khoa häc vμ Kü thuËt<br /> <br /> <br /> <br /> Tæng biªn tËp<br /> GS TSKH Ph¹m ThÕ Long<br /> <br /> Phã Tæng biªn tËp<br /> PGS TS Vò Thanh H¶i<br /> <br /> <br /> Héi ®ång Biªn tËp<br /> <br /> GS TS NguyÔn Xu©n Anh, PGS TS Ph¹m Huy Ch−¬ng, PGS TS §inh ThÕ C−êng,<br /> PGS TS NguyÔn T¨ng C−êng, PGS TSKH NguyÔn C«ng §Þnh, TS Ph¹m Trung Dòng,<br /> PGS TS NguyÔn §øc HiÕu, PGS TS NguyÔn L¹c Hång, TS TrÇn TÊn Hïng, PGS TS Vò §øc LËp,<br /> PGS TS Vò §×nh Lîi, GS TS Hoμng Xu©n L−îng, PGS TS Vò NhËt Minh, PGS TS Lª Kú Nam,<br /> TS Vò H÷u NghÞ, PGS TS §inh V¨n Phong, PGS TS Vò Quèc Trô<br /> <br /> <br /> <br /> TH− Ký biªn tËp<br /> ThS NguyÔn Xu©n Minh<br /> Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> Journal of<br /> Science<br /> and<br /> Technique<br /> No.130 (10-2009)<br /> <br /> EDITORIAL BOARD<br /> <br /> Pham The Long (Editor-in-chief)<br /> Vu Thanh Hai (Vice Editor-in-chief)<br /> Nguyen Xuan Anh<br /> Pham Huy Chuong<br /> Dinh The Cuong<br /> Nguyen Tang Cuong<br /> Nguyen Cong Dinh<br /> Pham Trung Dung<br /> Nguyen Duc Hieu<br /> Nguyen Lac Hong<br /> Tran Tan Hung<br /> Vu Duc Lap<br /> Vu Dinh Loi<br /> Hoang Xuan Luong<br /> Vu Nhat Minh<br /> Le Ky Nam<br /> Vu Huu Nghi<br /> Dinh Van Phong<br /> Vu Quoc Tru<br /> EXECUTIVE SECRETARY<br /> <br /> Nguyen Xuan Minh<br /> <br /> Office: 100 Hoang Quoc Viet Str., Nghia Tan, Cau Giay Dist., Ha Noi<br /> P.O. Box: 7EN-280, Nghia Tan, Cau Giay, Ha Noi<br /> Tel: 069.515304<br /> E-mail: tapchi@lqdtu.edu.vn<br /> phßng th«ng tin kh - cn - mt/ Häc viÖn kTQS<br /> <br /> <br /> <br /> C¸c Ên phÈm:<br /> <br /> ™ T¹p chÝ Khoa häc vµ Kü thuËt xuÊt b¶n 6 sè/n¨m<br /> <br /> ™ B¶n tin ®iÖn tö<br /> <br /> ™ C¸c chuyªn ®Ò vµ th«ng tin phôc vô l·nh ®¹o kh«ng ®Þnh kú<br /> <br /> C¸c dÞch vô:<br /> <br /> ™ Cung cÊp th«ng tin theo ®Þa chØ vµ hái ®¸p<br /> <br /> ™ Th«ng tin th− môc chuyªn ®Ò<br /> <br /> ™ Cung cÊp b¶n sao tµi liÖu gèc, b¶n dÞch, b¨ng ghi ©m, ghi h×nh vÒ CT-XH vµ KHCN<br /> <br /> ™ ViÕt c¸c chuyªn ®Ò, tæng quan, ph©n tÝch theo yªu cÇu<br /> <br /> ™ Qu¶ng c¸o cho c¸c ®¬n vÞ nghiªn cøu vµ kinh doanh<br /> <br /> §Þa chØ liªn hÖ<br /> <br /> Ban T¹p chÝ KH vµ KT, Phßng Th«ng tin KH-CN-MT, Häc viÖn KTQS.<br /> <br /> Hßm th−: 7EN-280, 100 Hoµng Quèc ViÖt, NghÜa T©n, CÇu GiÊy, Hµ Néi.<br /> <br /> Tel.: 069.515304<br /> <br /> E-mail: tapchi@lqdtu.edu.vn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hoan nghªnh mäi ý kiÕn ®ãng gãp cña ®éc gi¶<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T¹p chÝ khoa häc vμ kü thuËt<br /> GiÊy phÐp xuÊt b¶n sè 261/GP-BVHTT ngµy 9/05/2001<br /> In t¹i x−ëng in Häc viÖn Kü thuËt Qu©n sù.<br /> THỂ LỆ VIẾT VÀ GỬI BÀI<br /> CHO TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT<br /> <br /> 1. Bài gửi đăng phải là công trình nghiên cứu của tác giả, chưa đăng và chưa gửi đăng<br /> ở bất kỳ tạp chí nào khác.<br /> <br /> 2. Bài gửi đăng bằng tiếng Việt hoặc tiếng Anh, được đánh máy vi tính, in trên 1 mặt<br /> giấy khổ A4 thành 2 bản (phông chữ Times New Roman, cỡ chữ 12; lề trên và lề dưới<br /> 4cm; lề phải và lề trái 3cm).<br /> <br /> 3. Các hình vẽ phải rõ ràng, chuẩn xác. Nếu bài có ảnh thì ảnh phải rõ nét. Hình vẽ và<br /> ảnh phải được chú thích đầy đủ.<br /> <br /> 4. Các công thức và các thông số có liên quan phải được chế bản bằng Equation hoặc<br /> Mathtype (kể cả công thức hoặc các thành phần của công thức có trên các dòng văn bản).<br /> <br /> 5. Tài liệu tham khảo, trích dẫn phải có đủ các thông tin theo trình tự sau: Họ tên tác<br /> giả (hoặc chủ biên), tên sách (tên bài báo / tạp chí, tên báo cáo khoa học), nơi xuất<br /> bản, nhà xuất bản, năm xuất bản, trang trích dẫn.<br /> <br /> 6. Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị, nơi làm việc, số điện thoại của tác giả kèm theo một<br /> đĩa mềm hoặc CD chứa nội dung bài báo.<br /> <br /> 7. Bài viết phải có tên bằng tiếng Việt và tiếng Anh. Mỗi bài cần có kèm theo phần tóm<br /> tắt bằng tiếng Việt (cỡ chữ 10, tối đa là 150 từ) cung cấp những thông tin cần thiết<br /> về những kết quả chính của bài viết .<br /> <br /> 8. Cấu trúc bài báo gồm các phần: dẫn nhập, nội dung khoa học của bài và kết luận<br /> (viết thành mục riêng). Bài báo phải đưa ra được các kết quả nghiên cứu mới hoặc<br /> các ứng dụng mới hay phải nêu được hiện trạng, những hướng phát triển cơ bản của<br /> vấn đề được đề cập, khả năng nghiên cứu, phát triển và ứng dụng tại Việt Nam. Bài giới<br /> thiệu tổng quan không quá 10 trang; công trình nghiên cứu và triển khai ứng dụng không<br /> quá 8 trang.<br /> <br /> 9. Với bài thông tin khoa học; tin ngắn khoa học kỹ thuật, quân sự: Là các bài dịch,<br /> tổng thuật, tổng quan về các vấn đề khoa học - kỹ thuật, quân sự có tính thời sự.<br /> <br /> 10. Bài không đăng không trả lại bản thảo.<br /> MỤC LỤC<br /> NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Trang<br /> ‰ Võ Minh Phổ. Một số tính chất của hàm toàn phương lồi ngặt bị nhiễu<br /> giới nội. 5-11<br /> ‰ Phan Thị Hương. Về định lý giới hạn trung tâm cho Martingale và<br /> xích Markov. 12-21<br /> ‰ Bùi Quốc Hưng. Bài toán Dirichlet đối với phương trình elliptic cấp 2<br /> nửa tuyến tính trong miền không bị chặn. 22-32<br /> ‰ Dương Tử Cường, Trần Cao Trưởng. Sử dụng đặc trưng MFCC và<br /> mô hình lượng tử hoá véctơ trong bài toán xác thực người nói tiếng<br /> Việt không phụ thuộc vào từ khoá. 33-42<br /> ‰ Đỗ Việt Bình, Nguyễn Hiếu Minh, Hoàng Nam. Nâng cao hiệu quả<br /> thực hiện các thuật toán mật mã vành elliptic trên FPGA. 43-53<br /> ‰ Phạm Văn Đa. Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi cho đối tượng phi<br /> tuyến trên cơ sở lôgic mờ. 54-62<br /> ‰ Hoàng Mạnh Thắng. Đánh giá khả năng mở bảo hiểm của cơ cấu ly tâm<br /> kiểu băng kim loại cuộn tròn trong ngòi đạn bằng phương pháp bắn thử. 63-72<br /> ‰ Đặng Ngọc Thanh, Nguyễn Thế Dũng, Đàm Việt Phương. Thiết kế<br /> buồng đốt động cơ tên lửa nhiên liệu lỏng dùng hỗn hợp hydro và kerosen. 73-81<br /> ‰ Phạm Thế Phiệt. Ảnh hưởng diện tích lỗ thông khí tới lực đẩy trong hệ<br /> thống nhiều động cơ tên lửa nhiên liệu rắn. 82-89<br /> ‰ Chu Văn Đạt, Nguyễn Thế Minh, Nguyễn Quán Thăng. Phương<br /> pháp xác định vị trí có tải trọng tác dụng lớn nhất lên cần máy xúc thuỷ<br /> lực gầu ngược. 90-99<br /> ‰ Phạm Văn Thoan. Nghiên cứu trạng thái ứng suất và chương trình<br /> thiết kế phần kết cấu nhịp cầu vượt dạng bản bê tông cốt thép trên trụ<br /> đơn-tròn tại nút giao cắt khác mức. 100-110<br /> THÔNG TIN KHOA HỌC<br /> ‰ Hà Nguyên Bình. Kính ngắm đêm kích thước nhỏ. 111-115<br /> <br /> TIN NGẮN KTQS<br /> ‰ Súng trường bắn tỉa AWM. 116-117<br /> ‰ Pháo M777 Howitzer. 117-118<br /> ‰ Vũ khí vi sóng có thể phá huỷ các loại vũ khí từ xa. 119-120<br /> <br /> <br /> 3<br /> CONTENTS<br /> SCIENTIFIC RESEARCH Page<br /> ‰ Vo Minh Pho. Some Properties of Strictly Convex Quadratic Functions<br /> with Bounded Perturbation. 5-11<br /> ‰ Phan Thi Huong. On Central Limit Theorem for Martingales and<br /> Markov Processes. 12-21<br /> ‰ Bui Quoc Hung. The Dirichlet Problem for a Class of Semilinear<br /> Elliptic Equations on an Unbounded Domain. 22-32<br /> ‰ Duong Tu Cuong, Tran Cao Truong. Vietnamese Text-independent<br /> Speaker Verification using MFCC Feature and Vector Quantization. 33-42<br /> ‰ Do Viet Binh, Nguyen Hieu Minh, Hoang Nam. Increasing Efficient<br /> Implementation of Elliptic Curve Cryptography on FPGA. 43-53<br /> ‰ Pham Van Da. Synthesizing an Adaptive Controller for Non-linear<br /> Object Based on Fuzzy Logic. 54-62<br /> ‰ Hoang Manh Thang. Estimating the Arming Action of Centrifugal<br /> Safety Mechanics Metallic Roll Type in Fuzes by Firing Method. 63-72<br /> ‰ Dang Ngoc Thanh, Nguyen The Dung, Dam Viet Phuong. Designing the<br /> Fluid Rocket Chamber using Combination of Hydrogen Peroxide and<br /> Kerosene. 73-81<br /> ‰ Pham The Phiet. Influence of Opening Area Flow of Propellant Gas in<br /> the System of Solid Rocket Engines. 82-89<br /> ‰ Chu Van Dat, Nguyen The Minh, Nguyen Quan Thang. A Method of<br /> Determining the Position with the Largest Load of Excavator’s Boom. 90-99<br /> ‰ Pham Van Thoan. Studying on Stress States and Designing Program for<br /> Reinforced Concrete Slab Deck of Overbridge on Column Piers at<br /> Different Level Intersections. 100-110<br /> <br /> INFORMATION<br /> ‰ Ha Nguyen Binh. Nightscope’s Small Types. 111-115<br /> <br /> S&T NEWS<br /> ‰ Accuracy International AWM. 116-117<br /> ‰ M777 Howitzer. 117-118<br /> ‰ Microwaves Could Defuse Bombs from afar. 119-120<br /> <br /> <br /> 4<br /> Journal of Science and Technique.-N.130(10-2009) - Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> <br /> TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI<br /> CHO ĐỐI TƯỢNG PHI TUYẾN TRÊN CƠ SỞ LÔGIC MỜ<br /> <br /> ThS Phạm Văn Đa*<br /> <br /> Bài báo trình bày việc tổng hợp bộ điều khiển thích nghi cho đối tượng phi tuyến dựa trên<br /> bộ điều khiển PID và bộ đánh giá mờ TSK. Lớp đối tượng phi tuyến nghiên cứu được mô tả<br /> bởi phần động học tuyến tính cơ bản bậc n và phần động học phi tuyến chưa biết thay đổi<br /> theo thời gian và có nhiễu phụ tải tác động lên hệ thống. Luật điều khiển được tổng hợp bảo<br /> đảm hệ thống ổn định và sai số bám tiệm cận về 0.<br /> <br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Các hệ thống điều khiển trong thực tế hầu hết là các hệ phi tuyến, người ta luôn<br /> nghiên cứu tìm ra những phương pháp điều khiển thích nghi nhằm nâng cao chất lượng<br /> điều khiển. Xu hướng sử dụng lý thuyết điều khiển hiện đại như lôgic mờ [2, 5] và<br /> mạng nơron [3, 4] để nhận dạng thành phần phi tuyến và tính toán lượng điều khiển để<br /> bù lại ảnh hưởng phi tuyến cũng được quan tâm. Trong [1] đưa ra phương pháp điều<br /> khiển mờ thích nghi bền vững, trên cơ sở đánh giá T-S (Takagi-Sugeno). Công trình [2]<br /> cũng dựa trên mô hình mờ Takagi-Sugeno-Kang (TSK) đánh giá, nhận dạng phần phi<br /> tuyến. Trong bài này sẽ tổng hợp bộ điều khiển thích nghi trên mô hình mờ TSK cho<br /> phần phi tuyến và PID cho thành phần tuyến tính, áp dụng cho lớp đối tượng phi tuyến<br /> có phần động học tuyến tính ở dạng tổng quát bậc n.<br /> Xét một lớp đối tượng điều khiển có động học cơ bản của phần tuyến tính trong<br /> trường hợp tổng quát là khâu quán tính bậc n như sau:<br /> Y (s ) c<br /> P(s ) = = n (1)<br /> U (s ) s + an−1s + an−2 s n−2 + ... + a1s + a0<br /> n −1<br /> <br /> <br /> <br /> với phần tuyến tính (1), người ta thường sử dụng bộ điều khiển PID ở dạng:<br /> u PID (t ) = u0 (t ) = k P e(t ) + k I ∫ e(t )dt + k D1 e&(t ) + k D2 &e&(t ) + ... + k Dn−1 e (n−1) (t ) (2)<br /> <br /> Với các điều kiện giới hạn là các tham số của đối tượng và các tham số của bộ PID<br /> đều dương (c, a n −1 , a n − 2 ,...a1 , a0 > 0 ; k P , k I , k D1 , k D2 ,..., k Dn −1 > 0).<br /> <br /> <br /> *<br /> Học viện KTQS.<br /> 54<br /> Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật.-Số 130(10-2009) - Học viện KTQS<br /> <br /> <br /> Thực tế đối tượng điều khiển phải được mô tả bằng mô hình bất định (3):<br /> y (n ) (t ) = −a n −1 y (n −1) (t ) − a n − 2 y (n − 2 ) (t ) − .... − a1 y& (t ) − a 0 y (t )<br /> (3)<br /> [( )<br /> + cu (t ) + c f y (t ), y& (t ), &y&(t ),..., y (n −1) (t ) + d (t ) , ]<br /> trong đó, f ( y, y& , &y&,..., y (n−1) ) là thành phần phi tuyến và ta giả thiết là hàm phi tuyến trơn<br /> (có đạo hàm), d(t) là nhiễu tác động vào hệ thống.<br /> Cấu trúc của hệ thống điều khiển (HTĐK) thích nghi trên cơ sở lôgic mờ, kết hợp với<br /> PID được xây dựng như hình 1. Như vậy, đối tượng (3) bao gồm sự có mặt đầy đủ của<br /> động học phần tuyến tính (1), phần phi tuyến và nhiễu. Nhiệm vụ của bài toán là xây<br /> dựng bộ điều khiển có khả năng đánh giá được phần động học thay đổi phi tuyến chưa<br /> biết của đối tượng, trên cơ sở đó tính toán lượng điều khiển thích nghi (bù phi tuyến)<br /> sao cho tín hiệu đầu ra của hệ thống luôn bám theo tín hiệu đặt ở đầu vào mong muốn.<br /> <br /> <br /> Đánh giá phi tuyến<br /> fˆ (.) bằng lôgic mờ/ fˆ (.)<br /> <br /> <br /> <br /> Tính toán y (n−1) (t ) y& (t )<br /> bù phi tuyến<br /> <br /> yd (t ) e(t ) (−) y (t )<br /> u (t ) Đối tượng<br /> Bộ ĐK<br /> PID điều khiển thực<br /> (− ) (− )<br /> d (t )<br /> Tính toán<br /> bù nhiễu<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ cấu trúc HTĐK thích nghi đối tượng phi tuyến<br /> trên cơ sở bộ đánh giá TSK kết hợp với PID.<br /> <br /> 2. Tổng hợp HTĐK thích nghi phi tuyến trên cơ sở lôgic mờ<br /> 2.1. Xây dựng bộ đánh giá mờ TSK để nhận dạng động học phi tuyến<br /> ( )<br /> Theo giả thiết ở trên thì f y, y& , &y&,..., y (n−1) có đạo hàm và có khả năng tuyến tính hoá<br /> từng đoạn. Khi đó mô hình mờ TSK [2, 5] sau là thích hợp để mô tả hàm f(.):<br /> Ri : IF y is Ai AND y& is B1,i AND .... y (n−1) is Bn−1,i<br /> <br /> 55<br /> Journal of Science and Technique.-N.130(10-2009) - Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> <br /> THEN f i = sn−1,i y (n−1) + sn−2,i y (n−2 ) + ... + s1,i y& + ti y + vi ; i = 1,2,..., M<br /> Nếu sử dụng bộ mờ hoá singleton và bộ giải mờ trung bình trọng tâm thì hàm phi<br /> tuyến f(.) có thể xấp xỉ với độ chính xác bất kỳ bằng đánh giá:<br /> M<br /> <br /> ∑μ i fi<br /> fˆ (.) = i =1<br /> M<br /> (4)<br /> ∑μ<br /> i =1<br /> i<br /> <br /> <br /> trong đó, μi là độ tin cậy của luật thứ i (có thể được tính bằng min{μiA , μ1B,i ,...., μ nB−1,i },<br /> hay tích {μiA .μ1B,i ......μ nB−1,i }). Mô hình mờ xấp xỉ hàm phi tuyến như hình 2.<br /> <br /> Bộ đánh giá mờ<br /> Cơ sở luật mờ<br /> <br /> fˆ ( y, y& ,..., y (n−1) )<br /> Mờ hoá Suy diễn mờ Giải mờ<br /> <br /> <br /> [y, y& ,..., y ( ) ]<br /> n −1 f ( y, y& ,..., y (n−1) )<br /> Hàm phi tuyến f(.)<br /> <br /> Hình 2. Mô hình mờ xấp xỉ hàm phi tuyến f(.).<br /> Khi đó ta viết lại (4) như sau:<br /> ( )<br /> fˆ y, y& ,..., y (n−1) = φ T (t )θ (t ) (5)<br /> trong đó,<br /> φ T (t ) = M<br /> 1<br /> [μ ψ<br /> 1<br /> T<br /> (t ) μ 2ψ T (t ) ]<br /> ... μ Mψ T (t )<br /> ∑μ<br /> i =1<br /> i<br /> <br /> <br /> ψ T (t ) = [y (n−1) (t ) ... y& (t ) y (t ) 1]<br /> các tham số chưa biết:<br /> θ (t ) = [θ1 (t ) θ 2 (t ) ... θ M (t )]; θ i (t ) = [sn−1,i sn−2,i ... s1,i ti vi ]<br /> <br /> 2.2. Điều khiển thích nghi trên cơ sở bộ đánh giá mờ TSK kết hợp với PID<br /> Biến đổi (3) ta được:<br /> 1<br /> [ ]<br /> u (t ) = y (n ) (t ) + a n −1 y (n −1) (t ) + a n − 2 y (n − 2 ) (t ) + .... + a1 y& (t ) + a 0 y (t )<br /> c (6)<br /> − f ( y (t ), y& (t ), &y&(t ),..., y (n −1) (t )) − d (t )<br /> <br /> <br /> 56<br /> Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật.-Số 130(10-2009) - Học viện KTQS<br /> <br /> <br /> Trong (6) có ba thành phần cơ bản: Thành phần tuyến tính thứ nhất ta có thể thay<br /> bằng thành phần danh định với bộ điều khiển PID; thành phần phi tuyến có thể được<br /> thay bằng phần đánh giá mờ TSK (5); thành phần bù nhiễu có thể thay cho tín hiệu<br /> nhiễu. Trên cơ sở đó ta có thể viết lại luật điều khiển (6) cho đối tượng (3) như sau:<br /> <br /> u (t ) =<br /> 1<br /> c<br /> ( )<br /> (d1 (t ) + u PID (t )) − fˆ y(t ), y& (t ),..., y (n−1) (t ) − f bu (t ) (7)<br /> <br /> trong đó,<br /> d1 = yd(n ) (t ) + an−1 yd(n−1) (t ) + ... + a1 y& d (t ) + a0 yd (t ) (8)<br /> Thay (7) vào (3) ta được:<br /> y (n ) (t ) = −an−1 y (n−1) (t ) − an−2 y (n−2 ) (t ) − ... − a1 y& (t ) − a0 y (t ) +<br /> ⎡1<br /> ( ) ⎤<br /> + c ⎢ yd(n ) (t ) + an−1 yd(n−1) (t ) + ... + a1 y& d (t ) + a0 yd (t ) + u PID (t ) − fˆ (.) − f bu (t )⎥<br /> ⎣c ⎦<br /> + c( f (.) + d (t ))<br /> <br /> ( )<br /> ⇔ yd(n ) (t ) − y (n ) (t ) + an−1 yd(n−1) (t ) − y (n−1) (t ) + ... + a1 ( y& d (t ) − y& (t )) + a0 ( yd (t ) − y (t ))<br /> ( )<br /> = −u PID (t ) − c f (.) − fˆ (.) − c(d (t ) − f bu (t )) (9)<br /> Định nghĩa sai số bám:<br /> e(t ) = yd (t ) − y (t ) (10)<br /> trong đó, yd(t) là quỹ đạo đặt điều khiển mong muốn. Từ (9) và (8) ta có:<br /> e (n ) (t ) + an−1e (n−1) (t ) + an−2 e (n−2 ) (t ) + ... + a1e&(t ) + a0 e(t ) +<br /> <br /> + k P e(t ) + k I ∫ e(t )dt + k D1 e&(t ) + k D2 e&&(t ) + ... + k Dn −1 e (n−1) (t )<br /> ( )<br /> = −c f (.) − fˆ (.) − c(d (t ) − f bu (t ))<br /> <br /> ( ) ( ) (<br /> ⇔ e (n ) (t ) + k Dn−1 + an−1 e (n−1) (t ) + k Dn −2 + an−2 e (n−2 ) (t ) + ... + k D1 + a1 e&(t ) +)<br /> ( )<br /> + (k P + a0 )e(t ) + k I ∫ e(t )dt = −c f (.) − fˆ (.) − c(d (t ) − f bu (t )) (11)<br /> <br /> Định nghĩa véctơ sai số bám:<br /> <br /> [<br /> E (t ) = ∫ e(t )dt e(t ) e&(t ) &e&(t ) ... e (n−1) (t ) ]<br /> T<br /> (12)<br /> và sai số đánh giá:<br /> θ e (t ) = θ ∗ (t ) − θ (t ) (13)<br /> trong đó, θ ∗ (t ) là tham số tối ưu của bộ đánh giá mờ TSK.<br /> 57<br /> Journal of Science and Technique.-N.130(10-2009) - Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> Khi đó có thể viết lại phương trình (11) ở dạng sau:<br /> E& (t ) = Ae E + B f + Bd − Bc Fbu (14)<br /> <br /> với<br /> ⎡ 0 1 0 0 . . 0 ⎤<br /> ⎢ 0 0 1 0 . . 0 ⎥<br /> ⎢ ⎥<br /> ⎢ 0 0 0 1 . . 0 ⎥<br /> ⎢ ⎥<br /> Ae = ⎢ . . . . . . . ⎥;<br /> ⎢ . . . . . . . ⎥<br /> ⎢ ⎥<br /> ⎢ 0 0 0 0 . . 1 ⎥<br /> ⎢(− k )<br /> ⎣ I (− k P − a0 ) (− k D1 − a1 ) (− k D2 − a2 ) . . (− k Dn −1 − a n −1 )<br /> ⎥<br /> ⎦<br /> ⎡ 0 ⎤ ⎡ 0 ⎤ ⎡0⎤<br /> ⎢ 0 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢0⎥<br /> ⎢ ⎥ ⎢ 0 ⎥ ⎢ ⎥<br /> ⎢ 0 ⎥ ⎢ 0 ⎥ ⎢0⎥<br /> ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥<br /> Bf = ⎢ 0 ⎥; Bd = ⎢ 0 ⎥; Bc = ⎢ 0 ⎥<br /> ⎢ . ⎥ ⎢ . ⎥ ⎢ . ⎥<br /> ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥<br /> ⎢ . ⎥ ⎢ . ⎥ ⎢ . ⎥<br /> ⎣ (<br /> ⎢− c f (.) − fˆ (.) ⎥<br /> ⎦ ) ⎢− cd ⎥<br /> ⎣ ⎦<br /> ⎢− c ⎥<br /> ⎣ ⎦<br /> Trong phương trình Lyapunov:<br /> AeT P + PAe = −Q (15)<br /> Q là ma trận đối xứng xác định dương, nếu tìm được ma trận P đối xứng xác định<br /> dương thoả mãn (15) thì hệ thuần nhất của (14) ổn định, chẳng hạn:<br /> ⎡ P1 ⎤ ⎡ p11 p12 . . p1,n +1 ⎤ ⎡q11 0 . . ⎤0<br /> ⎢P ⎥ ⎢ p p22 . . p2,n +1 ⎥ ⎥ ⎢0 q22 . . 0 ⎥⎥<br /> ⎢ 2 ⎥ ⎢ 21 ⎢<br /> P=⎢ . ⎥=⎢ . . . . . ⎥ ;Q = ⎢ . . . . . ⎥;<br /> ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥<br /> ⎢ . ⎥ ⎢ . . . . . ⎥ ⎢ . . . . . ⎥<br /> ⎢⎣ Pn +1 ⎥⎦ ⎢⎣ pn +1,1 pn +1, 2 . . pn +1,n +1 ⎥⎦ ⎢0<br /> ⎣ 0 . . qn+1,n+1 ⎥⎦<br /> qii > 0, i = 1,2,..., n + 1.<br /> Ta chọn luật thích nghi cho bộ đánh giá mờ TSK:<br /> θ&(t ) = −θ e (t ) = cγφ (t )Pn+1 E; γ > 0 (16)<br /> <br /> ( )<br /> Thành phần bù nhiễu: f bu = − D u + ε sign(Pn+1 E ) (17)<br /> 58<br /> Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật.-Số 130(10-2009) - Học viện KTQS<br /> <br /> <br /> với các giới hạn:<br /> <br /> d (t ) ≤ D u ; f (.) − fˆopt (.) ≤ ε (18)<br /> <br /> Du là giá trị xác định, ý nghĩa của nó chính là giới hạn trên của nhiễu tác động vào hệ<br /> thống, còn ε là một hệ số, nó chính là sai số cho phép khi tính toán nhận dạng thành<br /> phần phi tuyến, fˆopt (.) là đánh giá của hàm phi tuyến f (.) , phụ thuộc vào sai số đánh<br /> <br /> giá và fˆopt (.) = φ T (t )θ ∗ (t ).<br /> <br /> Véctơ sai số bám E(t) (12) sẽ tiệm cận về 0 nếu thoả mãn các điều kiện (16) ÷ (18).<br /> Chúng ta sẽ khẳng định điều đó bằng định lý 1 của Lyapunov nếu chọn hàm V(.) như sau:<br /> 1 T 1<br /> V ( E ,θ e ) = E PE + θ eT θ e ; γ > 0 (19)<br /> 2 2γ<br /> •<br /> với γ là hệ số dương bổ sung thoả mãn V (E ,θ e ) > 0 và V (E ,θ e ) < 0.<br /> <br /> Ta có thể chứng minh được V& (.) ≤ 0, khi đó hàm V(.) trở thành hàm Lyapunov của<br /> hệ thống trên và hệ ổn định tiệm cận.<br /> 2.3. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển thích nghi TSK-PID<br /> Sơ đồ cấu trúc HTĐK thích nghi đối tượng phi tuyến trên cơ sở bộ đánh giá TSK<br /> được thể hiện trên hình 3. Trong đó đối tượng điều khiển thực có cấu trúc như trên hình<br /> 4; khối tính toán bù nhiễu (17) và bộ đánh giá phi tuyến TSK (5).<br /> <br /> <br /> d (t )<br /> y d (t ) fˆ (.) (− ) y (t )<br /> e(t ) 1 u (t ) Đối tượng điều<br /> Bộ PID<br /> c khiển thực<br /> (− ) (− )<br /> 1<br /> (<br /> d 1 y d , y& d ,..., y d(n −1 ) )<br /> c f bu y (n−1) (t ) y& (t )<br /> <br /> Đánh giá TSK fˆ (.)<br /> Tính toán bù<br /> nhiễu fbu<br /> <br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ cấu trúc HTĐK thích nghi đối tượng phi tuyến trên cơ sở bộ đánh giá TSK.<br /> <br /> <br /> 59<br /> Journal of Science and Technique.-N.130(10-2009) - Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> <br /> d(t)<br /> y y<br /> c f(.)<br /> y (n −1) y (n −1)<br /> c<br /> 1 1 … 1<br /> u(t) s s y (n−2 ) s y(t)<br /> y (n −1)<br /> -an-1<br /> <br /> -an-2<br /> Đối tượng điều khiển thực<br /> -a0<br /> <br /> <br /> Hình 4. Sơ đồ khối của đối tượng điều khiển phi tuyến.<br /> <br /> 2.4. Mô phỏng khảo sát kết quả HTĐK thích nghi TSK-PID cho điều khiển vị trí<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Sơ đồ mô phỏng HTĐK thích nghi cho điều khiển vị trí<br /> sử dụng thuật toán bù phi tuyến thích nghi trên cơ sở đánh giá TSK.<br /> <br /> 60<br /> Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật.-Số 130(10-2009) - Học viện KTQS<br /> <br /> <br /> Hình 5 là chương trình mô phỏng HTĐK vị trí trên môi trường Matlab-Simulink.<br /> Trong đó có các khối cơ bản sau: Khối đối tượng phần tuyến tính; khối đối tượng phần<br /> phi tuyến và khối tạo nhiễu bên ngoài; khối bộ điều khiển PID ban đầu; khối đánh giá<br /> TSK; khối tính toán lượng bù ma sát và tính toán lượng bù nhiễu; khối tạo giá trị đặt<br /> yd(t) - quỹ đạo vị trí mong muốn; khối cài đặt ma trận Q và khối tính toán ma trận P.<br /> Chương trình bao gồm hai HTĐK, đó là HTĐK thích nghi sử dụng thuật toán bù phi<br /> tuyến thích nghi trên cơ sở đánh giá TSK, kết hợp PID và HTĐK chỉ sử dụng bộ điều<br /> khiển PID. Kết quả mô phỏng với trường hợp quỹ đạo vị trí đặt điều khiển là đường<br /> cong trên hình 6. Khi quỹ đạo vị trí đặt là hàm bậc nhất, kết quả như trên hình 7.<br /> <br /> <br /> <br /> y(t)_PID<br /> yd(t)<br /> <br /> <br /> yd(t)<br /> y(t)_TSK<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Đáp ứng của hệ thống thích nghi TSK và hệ PID khi quỹ đạo đặt là đường cong.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> y(t)_TSK y(t)_PID<br /> <br /> <br /> yd(t)<br /> yd(t)<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Đáp ứng của hệ thích nghi TSK và hệ PID khi quỹ đạo đặt là hàm bậc nhất.<br /> Nhận xét:<br /> Nhìn vào đáp ứng vị trí của HTĐK thích nghi với bộ đánh giá TSK và đáp ứng vị trí<br /> của HTĐK không thích nghi (chỉ sử dụng PID) ta thấy rằng, với HTĐK thích nghi trên<br /> cơ sở bộ đánh giá TSK thì quỹ đạo vị trí đầu ra của hệ thống bám theo quỹ đạo đặt ở<br /> đầu vào rất tốt. Đối với HTĐK không thích nghi thì quỹ đạo đầu ra của hệ thống bám<br /> theo quỹ đạo đặt điều khiển kém hơn nhiều.<br /> <br /> 61<br /> Journal of Science and Technique.-N.130(10-2009) - Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> <br /> 3. Kết luận<br /> Bài báo đã phát triển được thuật toán điều khiển thích nghi mờ với bộ đánh giá TSK<br /> kết hợp với PID cho một lớp đối tượng phi tuyến, đảm bảo tính ổn định của hệ thống. Lớp<br /> đối tượng phi tuyến được nghiên cứu có phần động học tuyến tính cơ bản bậc n và động<br /> học phần phi tuyến chưa biết, thay đổi theo thời gian và có nhiễu tác động lên hệ thống.<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> 1. Yansheng Yang, Changjiu Zhou, Robust Adaptive Fuzzy Control for Permanent Magnet<br /> Synchronous Servomotor Drives / International Journal of Intelligent Systems, 500 Dover<br /> Road, Singapore 139651, Republic of Singapore, Vol. 20, 2005, pp. 153-171.<br /> 2. Siemens Pse Sro Slovakia, The Adaptive Control of Nonlinear Systems Using the T-S-K<br /> Fuzzy Logic, Acta Polytechnica Hungarica, Vol. 6, No. 2, 2009, pp. 5-16.<br /> 3. Huang, S. N., Tan, K, K., Lee, T. H., Acombined PID - Adaptive Controller for a Class of<br /> Nonlinear Systems / Automatica, 37, 2001, pp. 611-618.<br /> 4. Huang, S. N., Tan, K. K., Lee, T. H., Adaptive Friction Compensation Using Neural<br /> Network Approximations / IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics-Part C:<br /> Applications and Reviews, Vol. 30, No. 4, 2000, pp. 551-557.<br /> 5. Fei Mei, Zhihong Man, Thong Nguyen, Fuzzy Modelling and Tracking Control of<br /> Nonlinear Systems, GPO Box 252-65, Hobart, TAS 7001, Australia, 2003, pp. 902-906.<br /> <br /> ‰<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 62<br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2