Tài liệu Xây dựng thư viện khối thích nghi điều khiển hệ phi tuyến

Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học:.............................................................. (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1:.................................................................... (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:.................................................................... (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ….tháng…năm 2008. Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------------- CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: PHÙNG ĐỨC HUY Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 06-12-1980 Nơi sinh : BUÔN MÊ THUỘT Chuyên ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG THƯ VIỆN KHỐI THÍCH NGHI ĐIỀU KHIỂN HỆ PHI TUYẾN 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:  Xây dựng thư viện các khối tự chỉnh định.  Dùng thư viện các khối tự chỉnh định để giải bài tập thích nghi, ước lượng và điều khiển đối tượng phi tuyến.  Xây dựng thư viện khối neural mờ thích nghi trực tiếp điều khiển mô hình thực cánh tay mềm dẻo hai bậc tự do trong phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc Gia C6. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ........................................................................................... 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : .......................................................................... 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): ........................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Lời cảm ơn. Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Phương Hà người đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức giúp tôi hoàn thành luận án này. Và quan trọng hơn hết, PGS là người đã gợi mở cho tác giả một đề tài, một hướng nghiên cứu mới mẻ, độc đáo, có tính ứng dụng cao, hoàn toàn phù hợp với năng lực của tác giả. Bên cạnh đó tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô trong bộ môn Điều Khiển Tự Động: thầy Huỳnh Thái Hoàng, thầy Trương Đình Châu, thầy Nguyễn Mộng Hùng, thầy Nguyễn Thiện Thành, thầy Nguyễn Đức Thành….đã định hướng và hỗ trợ một số phần quan trọng cho việc học tập, nghiên cứu và phát triển đề tài. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn cao học khóa 2005 và 2006 đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt khóa học. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, hỗ trợ, tạo điều kiện và động viên về vật chất lẫn tinh thần của các thành viên trong gia đình trong suốt thời gian qua. Tp.HCM, ngày….tháng….năm 2008. Tác giả PHÙNG ĐỨC HUY Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Tóm tắt luận văn thạc sỹ Sự kết hợp các giải thuật thích nghi với thư viện Simulink của Matlab ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển tự động. Lần đầu tiên, có một luận văn đưa ra nghiên cứu xây dựng một thư viện khối thích nghi bao gồm giải thuật điều khiển thích nghi trực tiếp (Direct Adaptive Control) cùng với thuật toán tự chỉnh định (Selt-Tuning Regulator) và Neural mờ thích nghi trực tiếp (Direct Adaptive Neural Fuzzy Control). Đặc tính nổi bật của thư viện này là có thể dùng nó để thiết kế sơ đồ khối điều khiển được nhiều đối tượng khác nhau dưới dạng mô phỏng và có thể ứng dụng để điều khiển trong thực tế. Thuật toán ước lượng sẽ ép đối tượng bám theo một mô hình có bậc nhỏ hơn bậc thực tế của đối tượng. Một số ứng dụng ước lượng và điều khiển cũng được trình bày để minh họa cho đặc tính vượt trội của thư viện khối thích nghi này. Luận văn cũng đồng thời đưa ra hướng phát triển và mở rộng cho thư viện này. Hiện tại thư viện được thiết kế dưới dạng mã nguồn mở nên việc thiết kế thêm vào thư viện rất dễ dàng. Trong khi đó, giải thuật điều khiển thích nghi lại rất nhiều (MRAC: Model Reference Adaptive Control , MRAS: Model Reference Adaptive System, điều khiển thích nghi gián tiếp: Indirect Adaptive Control …). Vì vậy để thiết kế được thư viện khối thích nghi với tất cả các giải thuật thích nghi trên cần phải có nhiều nhóm nghiên cứu, nhiều tổ chức cùng nhau thực hiện. Khi đó, thư viện khối thích nghi này sẽ trở nên rộng lớn hơn, hữu ích hơn và ứng dụng nhiều hơn trong lĩnh vực điều khiển tự động đang phát triển mạnh mẽ hiện nay. Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy ABSTRACT The intergration between adaptive algorithms and Simulink Library of Matlab is applied wider and wider in area of automatic control. Firstly, there is a dissertation which studies to design a block adaptive library consist of Direct Adaptive Neural Fuzzy Control and Selt-Tuning Regulator algorithms. The salient characteristic of this library is that you can use it to design block diagrams controlling different objects under imitation and can apply to control in real condition. Estimative algorithm forces object to follow a model which has a smaller degree than a real ones. Some applications in estimator and controller are also presented to demonstrate the superiority of this block adaptive library. In addition, the dissertation also bring out the way of development and expansion for this library. At present, the library is designed under open source to add other designs in the library easily. Meanwhile, there are too many adaptive algorithms (MRAC: Model Reference Adaptive Control , MRAS: Model Reference Adaptive System, Indirect Adaptive Control …). Thus, designing the block adaptive library with all adaptive algorithms needs many studying groups and organizations work together. At this time, the block adaptive library becomes wider, more effective and applied in the area of automatic control which has strongly development in nowadays. Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Mục lục Chương 1: Tổng quan 1.1. Tổng quát về Simulink và thư viện các khối của Matlab .......................... 1 1.2. Một số kết quả nghiên cứu thư viện khối điều khiển thích nghi dựa trên Simulink của Matlab ................................................................................. 2 1.3. Phương pháp xây dựng thư viện khối thích nghi ....................................... 13 1.4. Nội dung tóm lược của luận văn ............................................................... 15 Chương 2: Xây dựng thư viện khối tự chỉnh định 2.1. Giới thiệu thư viện .................................................................................... 17 2.2. Các khối ước lượng ................................................................................... 20 2.3. Khối ước lượng trực tiếp ........................................................................... 21 2.4. Khối ước lượng gián tiếp .......................................................................... 23 2.5. Khối thiết kế bộ điều khiển bằng phương pháp đặt cực ............................. 24 2.6. Khối điều khiển thích nghi [STR] ............................................................ 28 2.7. Khối hàm tổn thất ..................................................................................... 29 2.8. Kết luận .................................................................................................... 30 Chương 3: Xây dựng thư viện khối neural mờ thích nghi trực tiếp 3.1. Giới thiệu thư viện ..................................................................................... 31 3.2. Khối sai số bám . ....................................................................................... 32 3.3. Khối ước lượng trực tuyến . ....................................................................... 33 3.4. Khối điều khiển trượt ................................................................................ 34 Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy 3.5. Khối nhận dạng neural mờ ....................................................................... 35 3.6. Khối điều khiển neural mờ thích nghi trực tiếp sử dụng 5 tập mờ .............. 39 3.7. Khối điều khiển neural mờ thích nghi trực tiếp sử dụng 9 tập mờ .............. 41 3.8. Kết luận .................................................................................................... 43 Chương 4: Ứng dụng thư viện về bộ tự chỉnh định điều khiển các đối tượng phi tuyến 4.1. Giới thiệu về bộ tự chỉnh định ................................................................... 45 4.2. Bài tập thích nghi....................................................................................... 48 4.3. Khảo sát mô phỏng đối tượng cánh tay máy một bậc. ................................ 57 4.4. Khảo sát mô phỏng đối tượng bồn nước đôi............................................... 74 4.5. Kết luận ..................................................................................................... 84 Chương 5: Điều khiển cánh tay mềm dẻo dùng neural mờ thích nghi trực tiếp. 5.1. Giới thiệu................................................................................................... 86 5.2. Xây dựng mô hình toán cánh tay................................................................ 88 5.3. Xây dựng mô hình mô phỏng..................................................................... 97 5.4. Thiết bị kết nối hệ thống điều khiển cánh tay mềm dẻo tại phòng thí nghiệm C6............................................................................................................. 101 5.5. Khảo sát khối neural mờ thích nghi trực tiếp sử dụng 5 tập mờ ................. 109 5.5. Khảo sát khối neural mờ thích nghi trực tiếp sử dụng 9 tập mờ................. 112 5.6. So sánh kết quả neural mờ thích nghi trực tiếp với LQR ........................... 120 5.7. Kết luận. ................................................................................................... 121 Chương 6: Nhận xét kết quả đạt được và định hướng phát triển đề tài 6.1. Kết quả đạt được ....................................................................................... 123 6.2. Một số hạn chế .......................................................................................... 125 Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy 6.3. Hướng phát triển ....................................................................................... 125 Tài liệu tham khảo ............................................................................... 127 Phụ lục ......................................................................................................... 129 Phần A: ........................................................................................................... 129 1.1. Ước lượng con lắc mềm dẻo ..................................................................... 129 1.2 Khối STR Anti windup ............................................................................. 136 Phần B: Code S-function nhúng trong thư viện STR ......................... 138 1. nzdesign.m ............................................................................................... 138 2. nzrstd.m ................................................................................................... 139 3. phivector.m .............................................................................................. 140 4. rls.m ........................................................................................................ 142 5. rst.m ........................................................................................................ 145 6. rstd.m ....................................................................................................... 148 7. zdesign.m ................................................................................................. 149 Phần B: Lý Lịch trích ngang ...................................................................... 152 Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Danh mục các hàm, ký hiệu, từ viết tắt  Ký hiệu V: Hàm Lyapunov Q: Ma trận trọng số xác định dương của hàm Lyapunov C6: Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia.TP.HCM Tip: điểm tại đầu mút của cánh tay mềm dẻo hai bậc tự do  Từ viết tắt STR: Self-tuning Regulators Bộ tự chỉnh định ISTR: Indirect Self-tuning Regulators Bộ tự chỉnh định gián tiếp DSTR:Direct Self-tuning Regulators Bộ tự chỉnh định trực tiếp MRAS: Model-reference Adaptive Systems Điều khiển thích nghi dùng mô hình tham chiếu MRAC: Model-reference Adaptive Control Điều khiển thích nghi dùng mô hình tham chiếu thiết kế cho bộ điều khiển MVC: Moving-average Controllers Bộ trung bình di chuyển MIMO: Multi Input Multi Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra SISO: Single Input Single Output Một vào một ra DAFN: Driect Adaptive Fuzzy Neural Điều khiển neural mờ thích nghi trực tiếp RLS: Recurrsive Least-squares estimation Thuật toán ước lượng bình phương cực tiểu đệ qui NN: Neural Network Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Mạng nơrol Danh mục các hình vẽ, đồ thị, bảng biểu Hình 1.1. Thư viện khối điều khiển thích nghi trực tếp của Viện khoa học Lund .. 2 Hình 1.2. Khối PI Controller................................................................................ 3 Hình 1.3. Khối Performance ................................................................................ 3 Hình 1.4. Sơ đồ khối Điều khiển thích nghi trực tiếp từ thư viện khối Lund ........ 3 Hình 1.5. Thư viện khối thích nghi của Lennart Ljung......................................... 4 Hình 1.6. Khối Controller .................................................................................... 5 Hình 1.7. Khối EKF Adaptive Control................................................................. 5 Hình 1.8. Demo điều khiển thích nghi lái xe ........................................................ 5 Hình 1.9. Thư viện khối nhận dạng các hệ thống động ........................................ 6 Hình 1.10. Demo nhận dạng hệ SISO liên tục....................................................... 6 Hình 1.11. Demo nhận dạng hệ SISO rời rạc ........................................................ 7 Hình 1.12. Demo nhận dạng hệ MIMO liên tục .................................................... 7 Hình 1.13. Demo nhận dạng hệ MIMO rời rạc...................................................... 7 Hình 1.14. Sơ đồ khối tự chỉnh định ..................................................................... 8 Hình 1.15. Khối ước lượng RLS ........................................................................... 9 Hình 1.16. Khối thiết kế Bộ điều khiển................................................................. 9 Hình 1.17. Demo 1 nhận dạng các tham số đối tượng dùng các khối trong thư viện khối thích nghi........................................................................................... 9 Hình 1.18. Demo 4 nhận dạng trực tuyến và thiết kế bộ điều khiển ...................... 10 Hình 1.19. Khối tự chỉnh định hệ MIMO.............................................................. 10 Hình 1.20. Thư viện khối neural mờ thích nghi của giáo sư Giampero Campa...... 11 Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Hình 1.21. ANNDEMO của thư viện khối mạng Neural của giáo sư Giampero Campa ....................................................................................................... 12 Hình 1.22. Thư viện khối thích nghi tự chỉnh định................................................ 14 Hình 1.23. Thư viện khối thích nghi Neural mờ trực tiếp...................................... 14 Hình 2.1. Sơ đồ khối bộ tự chỉnh định ................................................................. 17 Hình 2.2. Thư viện khối tự chỉnh định ................................................................. 18 Hình 2.2. Thư viện mẫu trống.............................................................................. 19 Hình 2.3. Sơ đồ khối và bảng thông số của khối RLS-estimator ........................... 20 Hình 2.4. Sơ đồ khối bên trong của khối RLS-estimator. ...................................... 20 Hình 2.5. Sơ đồ khối và bảng thông số khối ước lượng trực tiếp........................... 21 Hình 2.6. Sơ đồ khối bên trong khối ước lượng trực tiếp ...................................... 22 Hình 2.7 Sơ đồ khối con Make R Monic của khối ước lượng trực tiếp................. 22 Hình 2.8. Sơ đồ khối con Tính [R,S] của khối ước lượng trực tiếp........................ 22 Hình 2.9. Sơ đồ khối con Tính phi của khối ước lượng trực tiếp ........................... 22 Hình 2.10. Sơ đồ khối con Tính u_f và y_f của khối ước lượng trực tiếp .............. 23 Hình 2.11. Sơ đồ khối và bảng thông số khối ước lượng gián tiếp ........................ 23 Hình 2.12. Sơ đồ khối bên trong khối ước lượng gián tiếp.................................... 24 Hình 2.13. Sơ đồ khối con Tính thông số mô hình đối tượng từ giá trị ước lượng ......................................................................................................... 24 Hình 2.14. Sơ đồ khối và bảng thông số khối thiết kế bộ điều khiển bằng phương pháp đặt cực không khử zero ..................................................................... 25 Hình 2.15. Sơ đồ khối bên trong khối thiết kế bộ điều khiển bằng phương pháp đặt cực không khử zero.................................................................................... 26 Hình 2.16. Sơ đồ khối và bảng thông số khối thiết kế bộ điều khiển bằng phương pháp đặt cực có khử zero ........................................................................... 27 Hình 2.17. Sơ đồ khối bên trong khối thiết kế bộ điều khiển bằng phương pháp đặt cực có khử zero .................................................................................. 27 Hình 2.18. Sơ đồ khối và bảng thông số khối điều khiển thích nghi .................... 28 Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Hình 2.19. Sơ đồ khối bên trong khối điều khiển thích nghi ................................. 29 Hình 2.20. Sơ đồ khối và bảng hướng dẫn công thức tính hàm tổn thất................. 29 Hình 2.21. Sơ đồ khối bên trong khối hàm tổn thất............................................... 30 Hình 3.1. Sơ đồ khối bộ điều khiển thích nghi ..................................................... 31 Hình 3.2. Thư viện khối neural mờ thích nghi trực tiếp......................................... 32 Hình 3.3. Sơ đồ khối và bảng thông số nhập vào của khối sai số bám.................. 32 Hình 3.4. Sơ đồ khối bên trong của khối sai số bám ............................................ 33 Hình 3.5. Sơ đồ khối và bảng các thông số nhập vào của khối ước lượng trực tuyến.......................................................................................................... 33 Hình 3.6. Sơ đồ khối bên trong của khối ước lượng trực tuyến ............................ 34 Hình 3.7. Sơ đồ khối và bảng các thông số nhập vào của khối điều khiển trượt ... 34 Hình 3.8. Sơ đồ khối bên trong của khối điều khiển trượt .................................... 35 Hình 3.9. Sơ đồ khối và bảng các thông số nhập vào của khối nhận dạng neural mờ ............................................................................................................ 36 Hình 3.10. Sơ đồ khối bên trong của khối nhận dạng neural mờ ........................... 36 Hình 3.11.Sơ đồ khối và bảng các thông số nhập vào của khối Neural Fuzzy Singleton ................................................................................................... 37 Hình 3.12. Sơ đồ khối bên trong của khối Neural Fuzzy Singleton với 9 tập mờ .. 38 Hình 3.13. Tập mờ ngõ vào x dạng Gaussian........................................................ 39 Hình 3.14. Sơ đồ khối và bảng các thông số nhập vào của khối điều khiển neural mờ thích nghi trực tiếp sử dụng 5 tập mờ. ....................................... 40 Hình 3.15. Sơ đồ khối bên trong của khối điều khiển neural mờ thích nghi trực tiếp sử dụng 5 tập mờ ......................................................................... 41 Hình 3.16. Sơ đồ khối và bảng các thông số nhập vào của khối điều khiển neural mờ thích nghi trực tiếp sử dụng 9 tập mờ................................................... 42 Hình 3.17. Sơ đồ khối bên trong của khối điều khiển neural mờ thích nghi trực tiếp sử dụng 9 tập mờ. ........................................................................ 43 Hình 4.1. Thư viện khối tự chỉnh định được links vào Simulink Matlab 7.04 ...... 45 Hình 4.2. Sơ đồ khối bộ tự chỉnh định trực tiếp .................................................... 46 Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Hình 4.3. Sơ đồ khối bộ tự chỉnh định gián tiếp.................................................... 47 Hình 4.4. Mô hình ước lượng bài toán trên. .......................................................... 49 Hình 4.5. Vector tham số theta và nhiễu cộng vào hệ thống.................................. 50 Hình 4.6. Tập dữ liệu vào ra thu thập trong quá trình ước lượng. ......................... 50 Hình 4.7. Mô hình mô phỏng bộ chỉnh định gián tiếp dùng phương pháp đặt cực khử zero (zero=-0.84) ................................................................... 51 Hình 4.8. Bộ chỉnh định thích nghi gián tiếp khử zero(zero =-0.84)...................... 52 Hình 4.9. Tín hiệu nhiễu. ..................................................................................... 52 Hình 4.10. Hàm tổn thất. ..................................................................................... 52 Hình 4.11. Mô hình mô phỏng bộ chỉnh định gián tiếp dùng phương pháp đặt cực không khử zero (zero=-0.84). .................................................................... 53 Hình 4.12. Bộ chỉnh định thích nghi gián tiếp không khử zero(zero=-0.84). ......... 54 Hình 4.13. Tín hiệu nhiễu ..................................................................................... 54 Hình 4.14. Hàm tổn thất ....................................................................................... 54 Hình 4.15. Mô hình mô phỏng bộ chỉnh định trực tiếp.......................................... 55 Hình 4.16. Bộ chỉnh định thích nghi trực tiếp. ...................................................... 56 Hình 4.17. Tín hiệu nhiễu. .................................................................................... 56 Hình 4.18. Hàm tổn thất. ..................................................................................... 56 Hình 4.19. Cánh tay máy một bậc tự do................................................................ 57 Hình 4.20. Khối simulink cánh tay máy một bậc tự do. ....................................... 62 Hình 4.21. Mô hình ước lượng cánh tay máy một bậc tự do.................................. 62 Hình 4.22. Tín hiệu nhiễu ..................................................................................... 63 Hình 4.23.Vector tham số và sự thay đổi của khối lượng vật nặng....................... 64 Hình 4.24. Tập dữ liệu vào ra cần ước lượng. ...................................................... 64 Hình 4.25. Tín hiệu nhiễu ..................................................................................... 64 Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Hình 4.26. Vector tham số và sự thay đổi của khối lượng vật nặng...................... 65 Hình 4.27. Tập dữ liệu vào ra cần ước lượng. ...................................................... 65 Hình 4.28. Mô hình mô phỏng bộ chỉnh định trực tiếp.......................................... 65 Hình 4.29. Tín hiệu nhiễu và khối lượng vật nặng. ............................................... 66 Hình 4.30. Bộ chỉnh định thích nghi trực tiếp với tín hiệu đặt là hàm nấc. ............ 67 Hình 4.31. Bộ chỉnh định thích nghi trực tiếp với tín hiệu đặt là hàm nấc và Sin...67 Hình 4.32. Tín hiệu nhiễu và khối lượng vật nặng. ............................................... 68 Hình 4.33. Bộ chỉnh định thích nghi trực tiếp với tín hiệu đặt là hàm nấc. ............ 68 Hình 4.34. Bộ chỉnh định thích nghi trực tiếp với tín hiệu đặt là hàm nấc và Sin...69 Hình 4.35. Mô hình mô phỏng bộ chỉnh định gián tiếp. ........................................ 70 Hình 4.36. Tín hiệu nhiễu và khối lượng vật nặng. ............................................... 71 Hình 4.37. Bộ chỉnh định thích nghi gián tiếp dùng phương pháp đặt cực với tín hiệu đặt là hàm nấc .................................................................................... 71 Hình 4.38. Bộ chỉnh định thích nghi gián tiếp dùng phương pháp đặt cực với tín hiệu đặt là hình Sin .................................................................................... 72 Hình 4.39. Tín hiệu nhiễu và khối lượng vật nặng. ............................................... 72 Hình 4.40. Bộ chỉnh định thích nghi gián tiếp dùng phương pháp đặt cực với tín hiệu đặt là hàm nấc ................................................................................... 73 Hình 4.41. Bộ chỉnh định thích nghi gián tiếp dùng phương pháp đặt cực với tín hiệu đặt là hàm nấc và Sin ......................................................................... 73 Hình 4.42. Mô hình toán bồn nước đôi. ................................................................ 74 Hình 4.43. Khối Simulink bồn nước đôi. .............................................................. 76 Hình 4.44. Mô hình ước lượng bồn nước đôi. ....................................................... 76 Hình 4.45. Tín hiệu nhiễu. .................................................................................... 77 Hình 4.46. Vector tham số và kích thước van xả................................................... 77 Hình 4.47. Tập dữ liệu ước lượng ......................................................................... 77 Hình 4.48. Mô hình mô phỏng bộ chỉnh định trực tiếp.......................................... 78 Hình 4.49. Tín hiệu nhiễu ..................................................................................... 79 Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Hình 4.50. Độ cao của mực nước dùng bộ chỉnh định trực tiếp với tín hiệu đặt là hình Sin ..................................................................................................... 79 Hình 4.51.Tín hiệu điều khiển và kích thước van xả. ............................................ 79 Hình 4.52. Độ cao của mực nước dùng bộ chỉnh định trực tiếp với tín hiệu đặt là hàm nấc ..................................................................................................... 80 Hình 4.53.Tín hiệu điều khiển và kích thước van xả ............................................. 80 Hình 4.54. Độ cao của mực nước dùng bộ chỉnh định trực tiếp với tín hiệu đặt là hình sin ...................................................................................................... 80 Hình 4.55.Tín hiệu điều khiển và kích thước van xả ............................................. 80 Hình 4.56. Mô hình mô phỏng bộ chỉnh định gián tiếp. ........................................ 81 Hình 4.57. Tín hiệu nhiễu. .................................................................................... 82 Hình 4.58. Độ cao của mực nước dùng bộ chỉnh định gián tiếp với tín hiệu đặt là hình Sin ..................................................................................................... 82 Hình 4.59. Tín hiệu điều khiển và sự thay đổi kích thước van xả. ......................... 82 Hình 4.60. Độ cao của mực nước dùng bộ chỉnh định gián tiếp với tín hiệu đặt là hàm nấc ..................................................................................................... 83 Hình 4.51. Tín hiệu điều khiển và sự thay đổi kích thước van xả. ......................... 83 Hình 4.62. Độ cao của mực nước dùng bộ chỉnh định trực tiếp với tín hiệu đặt là hình nấc ..................................................................................................... 83 Hình 4.63.Tín hiệu điều khiển và kích thước van xả ............................................. 83 Hình 5.1. Thư viện khối neural mờ thích nghi trực tiếp trong Simulink của Matlab 7.04 ........................................................................................................... 86 Hình 5.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thích nghi trực tiếp................................ 87 Hình 5.3. Cánh tay mềm dẻo hai bậc tự do ........................................................... 88 Hình 5.4. Cánh tay mềm dẻo đơn ......................................................................... 88 Hình 5.5. Mô hình cánh tay mềm dẻo đơn. ........................................................... 89 Hình 5.6. Mô hình thay thế đơn giản cánh tay mềm dẻo ....................................... 90 Hình 5.7. Biểu diễn vị trí cánh tay trong tọa độ Oxy ............................................. 94 Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Hình 5.8. Mô hình Simulink mô phỏng hệ thống cánh tay mềm dẻo ..................... 97 Hình 5.9. Sơ đồ khối Commands ........................................................................ 98 Hình 5.10. Sơ đồ simulink của khối Subsystem. ................................................... 98 Hình 5.11. Khối điều khiển thích nghi trực tiếp sử dụng 9 tập mờ và 5 tập mờ ..... 99 Hình 5.12. Sơ đồ simulink của khối Flexible link. ............................................... 100 Hình 5.13. Sơ đồ simulink của khối Safety. ......................................................... 100 Hình 5.14. Sơ đồ simulink của khối Measurement. .............................................. 101 Hình 5.15. Kết nối thiết bị với máy tính tại phòng thí nghiệm.............................. 101 Hình 5.16. Card Quanser PCI MultiQ.................................................................. 103 Hình 5.17. Bộ khuếch đại công suất (UPM)......................................................... 106 Hình 5.18. Sơ đồ kết nối động cơ ........................................................................ 107 Hình 5.19. Mô hình Simulink điều khiển cánh tay mềm dẻo thực. ...................... 108 Hình 5.20.Khối Flexible link(Real Model) mô hình thực ..................................... 108 Hình 5.21. Quỹ đạo chuyển động của đỉnh tip bám theo tín hiệu đặt là hình bì Thư........................................................................................................... 110 Hình 5.22. Sai số trên các trục tọa độ x và y ........................................................ 110 Hình 5.23.Tín hiệu nhiễu cộng vào hệ thống........................................................ 111 Hình 5.24. Quỹ đạo chuyển động của đỉnh tip bám theo tín hiệu đặt là hình bì Thư.......................................................................................................... 111 Hình 5.25. Sai số trên các trục tọa độ x và y ........................................................ 112 Hình 5.26. Quỹ đạo chuyển động của đỉnh tip ..................................................... 113 Hình 5.27. Sai số trên các trục tọa độ x và y ........................................................ 114 Hình 5.28.Vị trí của đỉnh tip so với trục x và trục y ............................................. 114 Hình 5.29.Tín hiệu nhiễu cộng vào hệ thống........................................................ 115 Hình 5.30. Quỹ đạo chuyển động của đỉnh tip ..................................................... 115 Hình 5.31. Sai số trên các trục tọa độ x và y ........................................................ 116 Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Hình 5.32. Vị trí của đỉnh tip so với trục x và trục y ............................................ 116 Hình 5.33.Quỹ đạo chuyển động của đỉnh tip ...................................................... 117 Hình 5.34.Sai số trên các trục tọa độ x và y ......................................................... 117 Hình 5.35. Vị trí của đỉnh tip so với trục x và trục y ............................................ 118 Hình 5.36.Tín hiệu nhiễu cộng vào hệ thống........................................................ 118 Hình 5.37.Quỹ đạo chuyển động của đỉnh tip. ..................................................... 119 Hình 5.38. Sai số trên các trục x và y................................................................... 119 Hình 5.39.Vị trí của đỉnh tip so các trục x và y .................................................... 120 Hình 5.40.Quỹ đạo chuyển động của đỉnh tip ...................................................... 120 Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy Chương 1: Tổng quan 1.1. Tổng quát về Simulink và thư viện các khối của Matlab. Với sự phát triển của xã hội ngày nay các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp ngày càng xâm nhập vào đời sống con người nhiều hơn. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu điều khiển ngày càng cao về chất lượng điều khiển hệ thống là rất quan trọng. Mà các hệ thống thực đều có tính phi tuyến cao, nhạy cảm với nhiễu từ môi trường tác động lên hệ thống điều khiển. Với hệ thống phi tuyến không thể điều khiển đạt được chỉ bằng kỹ thuật cổ điển. Do đó, các nhà nghiên cứu trong những năm gần đây đã nhúng các bộ điều khiển thông minh như: điều khiển Nơron, điều khiển mờ, giải thuật di truyền, điều khiển thích nghi và bền vững đã nhanh chóng được hưởng ứng, mang đầy hứa hẹn với những hệ thống phi tuyến trong tương lai. Nhưng để có thể nhúng giải thuật vào hệ thống điều khiển người ta cần phải có một phần mềm hỗ trợ các thuật toán. Mà mạnh nhất trong tất cả các phần mềm đó chính là Matlab. Với Matlab chúng ta không những có thể lập trình theo hướng m-file hay S-function mà nó còn cho chúng ta một thư viện khối giao diện dễ nhìn để mô phỏng lý thuyết trước khi đưa ra áp dụng thực tế. Đó chính là thư viện Simulink của Matlab. Simulink là một tích hợp ưu việt trong Matlab, ngoài giao diện dễ nhìn nó có thể liên kết được với m-file, S-function, C++… file làm cho việc thực hiện sơ đồ mô phỏng của chúng ta dễ dàng hơn.Trong thư viện khối Simulink của Matlab có rất nhiều khối cơ bản khác nhau như: thư viện khối liên tục, thư viện khối rời rạc, thư viện khối các phép tính …Từ những thư viện khối cơ bản này, các nhà nghiên cứu xây dựng thành các hệ thống, các bộ điều khiển, các bộ ước lượng … để phục vụ cho công việc mô phỏng của chính mình. Ngày nay lĩnh vực điều khiển tự động đang trên đà phát triển nên việc sử dụng Simulink của Matlab cũng ngày càng phổ biến hơn. Mặc dù các thư viện khối Simulink đã và đang được mở rộng nhưng nhìn chung vẫn chưa thực sự có một thư viện dành riêng cho lĩnh vực điều khiển tự động. Vì vậy một câu hỏi đặt ra cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực Trang số - 1- Luận văn thạc sỹ - Phùng Đức Huy điều khiển tự động là: Tại sao chúng ta không dựa trên nền thư viện khối của Simulink để tạo ra một thư viện khối dành riêng cho lĩnh vực Điều khiển tự động ở Việt Nam? 1.2. Một số kết quả nghiên cứu thư viện khối điều khiển thích nghi dựa trên Simulink của Matlab. Để trả lời câu hỏi trên, các nhà nghiên cứu trong chuyên môn điều khiển tự động đã bắt tay vào việc tạo ra thư viện riêng cho chính mình. Ban đầu họ tạo ra những thư viện nhỏ, riêng chỉ dành phục vụ cho chính bản thân của mình hay phục vụ cho một lĩnh vực nhỏ có liên quan. Như trong việc thiết kế các khối thích nghi thông thường thì có Stefan Solyom và Anders Robertsson [1] thuộc Khoa Điều khiển tự động của Viện khoa học Lund thiết kế thư viện điều khiển thích nghi trực tiếp vào tháng 9 năm 2004, hay giáo sư Lennart Ljung [2] thiết kế thư viện điều khiển thích nghi để lái xe vào năm 2000 hay tiến sĩ Ľuboš Čirka và tiến sĩ Miroslav Fikar [3] thuộc trường Đại học kỹ thuật Slovak tại Bratislava nghiên cứu thư viện các bộ nhận dạng hệ SISO và MIMO vào năm 2007... Với Stefan Solyom và Anders Robertsson [1], chỉ từ những khối cơ bản trong Simulink, họ đã thành công trong việc thiết kế được thư viện dành cho điều khiển thích nghi trực tiếp động cơ DC-servo của riêng mình. Hình 1.1. Thư viện khối điều khiển thích nghi trực tếp của Viện khoa học Lund Trang số - 2-