Ứng dụng mạng noron để thiết kế bộ điều khiển theo mô hình mẫu cho một số đối tượng trong công nghiệp

Bài báo này trình bày một phương pháp để thiết kế bộ điều khiển cho một số đối tượng tuyến tính và phi tuyến theo mô hình mẫu để cải thiện nâng cao chất lượng điều khiển. Hệ thống nhận dạng và điều khiển dùng mạng nơron này có thể áp dụng cho một số đối tượng trong công nghiệp như: hệ thống xử lý nước thải và một số đối tượng động học phi tuyến khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng mạng noron để thiết kế bộ điều khiển theo mô hình mẫu cho một số đối tượng trong công nghiệpLê Thu ThủyTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ102(02): 105 - 109ỨNG DỤNG MẠNG NORON ĐỂ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THEO MÔ HÌNHMẪU CHO MỘT SỐ ĐỐI TƯỢNG TRONG CÔNG NGHIỆPLê Thu Thủy*Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái NguyênTÓM TẮTBài báo này trình bày một phương pháp để thiết kế bộ điều khiển cho một số đối tượng tuyến tínhvà phi tuyến theo mô hình mẫu để cải thiện nâng cao chất lượng điều khiển. Hệ thống nhận dạngvà điều khiển dùng mạng nơron này có thể áp dụng cho một số đối tượng trong công nghiệp như:hệ thống xử lý nước thải và một số đối tượng động học phi tuyến khác.Từ khóa:ĐẶT VẤN ĐỀ*Trong những năm gần đây mạng nơron nhântạo ANN (Artificial Neural Network) ngàycàng được ứng dụng rộng rãi trong nhậndạng, điều khiển. Đặc biệt trong lĩnh vực kỹthuật môi trường, ANN ngày càng chứng tỏđược vai trò trong nhận dạng và điều khiểncác quá trình xử lý phức tạp mà tỏ ra ưu điểmhơn so với phương pháp khác.NỘI DUNG NGHIÊN CỨUSử dụng mạng nơron để nhận dạng, điều khiểnđối tượng tuyến tính và đối tượng phi tuyến.Bộ điềukhiển bằngmạng nơronuyĐTĐKxeHình 1. Bộ điều khiển thể hiện bằng mạng nơ-rontrong cấu trúc điều khiển theo vòng hở- Điều khiển theo vòng kínxeĐưa ra một phương pháp ứng dụng mạng Nơron để thiết kế bộ điều khiển theo mô hình mẫucho một số đối tượng tuyến tính và phi tuyến._Bộ điềukhiển bằngmạngnơronyuĐTĐKPHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUCơ sở việc thiết kế bộ điều khiển bằngmạng NoronKhi thiết kế bộ điều khiển bằng mạng noron,gồm 2 bước:Hình 2. Bộ điều khiển bằng mạng nơron trongcấu trúc điều khiển theo vòng kín- Điều khiển với mô hình tham chiếu- Nhận dạng đối tượng;Bộ điềukhiểnbằng- Thiết kế bộ điều khiển nơron;Nhận dạng đối tượngmạngNhận dạng tham sốe-Nhận dạng mô hìnhNhận dạng hệ thống (Mô hình nhận dạngsong song và nối tiếp - song song)Thiết kế bộ điều khiển nơronxBộ điềukhiểnbằnguyĐTĐK- Điều khiển theo vòng hởHình 3. Mạng nơ ron được luyện bắt chướcbộ điều khiển*Tel: 0988 109808, Email: lethuthuy@tnut.edu.vn105Lê Thu ThủyTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆThiết kế điều khiển bằng mạng Nơron theomô hình mẫuymeMô hình mẫuReference input and target outputModel output1.51.5110.50.5-WeNN-W0NN controllerx102(02): 105 - 109Đốiu-y1020030-151.501020Tạo 1 tập mẫu P,TChọn cấu trúc mạng nơron NN controller.Kết hợp 2 mạng NN controller và mạng NNplant tạo thành mạng NN system sau đó dùngtập mẫu P,T huấn luyện mạng NN system saocho hàm mục tiêu:NJ = 1 ∑ e 2 ( k ) là bé nhấtN k =1ỨNG DỤNG MẠNG NORON THEO MÔHÌNH MẪU CHO MỘT SỐ ĐỐI TƯỢNGTUYẾN TÍNH VÀ PHI TUYẾNVới các đối tượng tuyến tínhNhận dạng đối tượng có hàm truyền:1(1)G (s) = 2s + 0.4s + 1Sử dụng mạng NN động học tuyến tính đểnhận dạng: với các tập mẫu vào (P), ra (T) đểluyện mạng như sau:Error of model and plantx 100.50-0.5-10510152025T1.41.61.21.4Hình 7. Các kết quả luyện mạngDùng sơ đồ Simulink để kiểm tra lại kết quả.Kết quả kiểm tra bằng Simulink:p{1}y {1}StepKet xuat thucp{2}Neural NetworkSai so1s2 +0.4s+111.2Mo hinh doi tuong1Ket xuat dich0.80.80.6Hình 8. Sơ đồ mô phỏng0.60.40.40.20.20510152025030051015202530Hình 5. Các tập mẫu (P) và (T)Tiến hành luyện mạng ta có được kết quả:Performanc e is 2.79546e-032, Goal is 1e-032010-510-1010Training-Blue Goal-Black301.61.80301Hình 4. Mạng nơ ron theo mô hình mẫu20-1510-2010-2510-3010012345677 Epoc hsHình 6. Các kỉ nguyên luyện mạng106Hình 9. Kết quả kiểm chứngLê Thu ThủyTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆVới các đối tượng phi tuyến.Bài toán : Bể xử lý nước thải.*. Nhận dạng hệ thống xử lý nước thảiSơ đồ hệ thống xử lý nước thải.nước thải có tínhacidunước thảitrung tínhMáy trộnHình 10. Sơ đồ xử lý hệ thống nước thảiPhương trình hệ thống là:- Mô hình toán học của quá trình xử lý nướcthải như sau [1]:V y& = Fa - Fy - ub – uy+ V là thể tích của bể chứa (L)+ F là tốc độ dòng chảy của chất thải có axít(L/sec)+ a nồng độ mol/l của nước thải có tính axít(moles/L)+ b nồng độ mol/l của ba zơ (moles/L)+ u là tốc độ dòng chảy của bazơ(L/sec)Thay các thông số của hệ thống xử lý nướcthải vào phương trình ta được:y& = 0.00005 - 0.05y - 0.0005u - 0.5uy (2)Để nhận dạng được hệ thống xử lý nước thải,tác giả sử dụng một mạng nơron gọi tênlàNN1 model. Mạng này có sơ đồ khối nhưhình sau:PHệthốngxử lýw,bNNPlantT102(02): 105 - 109Bộ thông số (P,T) được dùng để huấn luyệnmạng nơron của mô hình đối tượng.Sau khi huấn luyện mạng nơron, các thông sốcủa mạng nơron như sau.net.iw{1,1} = [-2.62550.2811 -0.61480.5481]net.b{1} = [5.4580 -1.54261.3953 0.0441]net.b{2} = 0. ...