Điều khiển thông minh thiết kế bộ điều khiển cho hệ xe con lắc ngược

Điều khiển thông minh GVHD: TS Trần Đức Thiện SVTH: Văn Hồng Phước Tồn 19151298 Bùi Minh Khơi Thiết kế điều khiển cho hệ xe lắc ngược TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mục Lục Tổng quan hệ xe lắc ngược Thiết kế điều khiển mờ hệ xe lắc ngược Sử dụng giải thuật di truyền xác định thông số điều khiển PID hệ xe lắc ngược Sử dụng giải thuật di truyền xác định thông số điều khiển mờ hệ xe lắc ngược Kết luận hướng phát triển TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Tổng quan M =1.0 (kg): trọng lượng xe m = 0.1 (kg) trọng lượng lắc l = 1.0 (m): chiều dài lắc u: lực tác động vào xe (N) g = 9,81 gia tốc trọng trường (m/s2) x: vị trí xe (m) góc lắc phương thẳng đứng (rad) : Mơ hình xe lắc ngược TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ hình tốn học Động xe: Động lắc: WP mx P 2 myP 2 m ( x l cos ) 2 mx mlx cos WC 2 m ( l sin ) ml 2 Thế hệ thống: WD WP WC Mx Động hệ thống: 1 WT mgl cos 1 22 2 mx mlx cos ml Mx 2 ( M m ) x mlx cos ml Mơ hình xe lắc ngược 22 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ hình toán học Toán tử Lagrange L W W (M m)x T D Áp dụng công thức Euler-Lagrange d L L f dt x x d L L (+)ă+ă dt u ml (sin ) x mg cos sin M m m(cos ) u cos ( M m ) g sin ml(cos sin ) ml (cos ) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Thiết kế điều khiển mờ Phương pháp điều khiển mờ phương pháp điều khiển bắt chước trình xử lý thông tin không rõ ràng định điều khiển người Trong điều khiển, hệ mờ sử dụng điều khiển mơ hình để nhận dạng đối tượng Phân loại mờ Lý thuyết tập mờ Logic mờ suy luận mờ Nhận dạng mờ Điều khiển mờ Đo lường mờ TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Thiết kế dựa vào kinh nghiệm chuyên gia Chọn biến vào: Ta có phương trình vi phân thể mối quan hệ góc lệch lắc lực điều khiển xe sau: : Góc lệch lắc (rad) : Vận tốc lắc (rad/s) u cos x : Vị trí xe (m) x (: Tốc độ xe Chọn biến x u : Lực tác dụng vào xe (N) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Kết mơ Đáp ứng tín hiệu điều khiển u Tín hiệu ngõ x x Tín hiệu ngõ x so với giá trị đặt TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Dùng GA xác định thông số PID Theo lý thuyết điều khiển kinh điển, điều khiển PID điều khiển có tín hiệu tỷ lệ tuyến tính với tín hiệu vào, vi phân tín hiệu vào tích phân tín hiệu vào theo biểu thức u(t) KP e(t) KI t e( )d KD de (t ) dt Bộ điều khiển PID thiết kế tốt có khả điều khiển hệ thống với chất lượng độ tốt (đáp ứng nhanh, độ vọt lố thấp) triệt tiêu sai số xác lập, Quá trình chỉnh định thực nghiệm nhiều trường hợp khó khăn nhiều thời gian Một giải pháp đưa để khắc phục khó khăn sử dụng giải thuật di truyền tự chỉnh điều khiển PID cho hệ thống điều khiển tối thiểu tiêu chất lượng TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Dùng GA xác định thông số PID Bắt đầu Khởi động Giải thuật di truyền (Genetic Algorithm - GA) giải thuật tìm kiếm lời giải tối ưu ngun tắc đốn theo q trình tiến hóa quy luật di truyền sinh vật tự nhiên GA khơng đảm bảo tìm lời giải tối ưu tồn cục cho tốn, thơng thường GA tìm lời giải “đủ tốt” thời gian “chấp nhận được” Đánh giá Mã hóa Chọn lọc Lai ghép Đột biến Giải mã Đánh giá N Hội tụ Y Kết thúc TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ GA tìm thơng số PID Thiết lập khối dừng mơ tín hiệu phân kì Mơ hình hệ xe lắc ngược function y = fcn(e1,e2) if(abs(e1)>(0.3))||(abs(e2)>(3)) % giá trị góc lệch theta nằm khoảng (-0.3; 0.3) giá trị vị trí xe khoảng (-3; 3) y=1; else y=0; end TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mô GA tìm thơng số PID Mơ hình điều khiển PID Biểu tượng khối điều khiển PID TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ GA tìm thông số PID generation #143 of maximum 500 Kp1 = 69.4500 Ki1 = 45.1100 Kd1 = 29.4100 Kp2 = 9.6600 Ki2 = 0.4500 Kd2 = 8.9100 J = 81.1015 Mô hình mơ xe lắc ngược TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ GA tìm thơng số PID Sự thay đổi hàm thích nghi qua hệ TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ GA tìm thơng số PID Đáp ứng ngõ với thời gian mô 20 giây Đáp ứng ngõ với thời gian mô 50 giây TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Dùng GA tối ưu điều khiển mờ Trên sở lý thuyết tập mờ, lý thuyết suy luận mờ đưa nhằm mục đích biểu diễn tốn học suy luận không chắn người Bộ điều khiển Logic mờ Fuzzy chọn để điều khiển khả thích ứng với hệ thống khơng tuyến tính Khi thiết kế điều khiển mờ, mong muốn điều khiển cho kết “chấp nhận được” kết “tốt nhất” Dựa vào điều khiển mờ chương 2, nhóm chúng em áp dụng giải thuật di truyền xác định hệ số K1 , K2 , K3 , K4 , K5 khối tiền xử lý hậu xử lý TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Dùng GA tối ưu điều khiển mờ Mô hình hệ xe lắc ngược function y = fcn(e1,e2) if(abs(e1)>(0.3))||(abs(e2)>(3)) % giá trị góc lệch theta nằm khoảng (-0.3; 0.3) cịn giá trị vị trí xe khoảng (-3; 3) y=1; else y=0; end TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Dùng GA tối ưu điều khiển mờ Mơ hình mơ xe lắc ngược Nhập file“Fuzzy_81_Inverted_Pendulum.fis” TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Dùng GA tối ưu điều khiển mờ Sự thay đổi hàm thích nghi qua hệ Đáp ứng ngõ theta, x u TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Kết luận hướng phát triển Nhóm thiết kế thành cơng điều khiển mờ theo phương pháp chuyên gia cho hệ xe lắc ngược Thiết kế mô hình Simulink mơ hệ thống Điều khiển vị trí góc lệch lắc hệ Chất lượng điều khiển tốt, tín hiệu điều khiển ổn định Nhóm thành cơng việc sử dụng giải thuật di truyền GA để tìm thơng số tiền xử lí, hậu xử lí cho điều khiển mờ thông số PID cho hệ xe lắc ngược Chất lượng điều khiển mà GA tìm đáp ứng tốt Kế thừa ưu điểm cải tiến hạn chế, nhóm đưa số đề xuất, hướng phát triển để tối ưu hệ thống: Tối ưu giải thuật di truyền GA để tìm thơng số giúp điều khiển đáp ứng tốt vị trí đặt - Thiết kế mơ hình thật để khảo sát chất lượng hệ thống so với mô phỏng, từ đưa nhận xét trực quan xác - TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Thanks for watching TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat ... quan hệ xe lắc ngược Thiết kế điều khiển mờ hệ xe lắc ngược Sử dụng giải thuật di truyền xác định thông số điều khiển PID hệ xe lắc ngược Sử dụng giải thuật di truyền xác định thông số điều khiển. .. moi nhat Thiết kế điều khiển mờ Phương pháp điều khiển mờ phương pháp điều khiển bắt chước trình xử lý thông tin không rõ ràng định điều khiển người Trong điều khiển, hệ mờ sử dụng điều khiển mơ... tuyến tính Khi thiết kế điều khiển mờ, mong muốn điều khiển cho kết “chấp nhận được” kết “tốt nhất” Dựa vào điều khiển mờ chương 2, nhóm chúng em áp dụng giải thuật di truyền xác định hệ số K1 ,