(Luận văn thạc sĩ hcmute) nhận dạng và phân loại các tín hiệu quá độ dựa vào mạng neuron kết hợp với phân tích wavelets

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TẤN ĐỜI NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC TÍN HIỆU QUÁ ĐỘ DỰA VÀO MẠNG NƠRON KẾT HỢP VỚI PHÂN TÍCH WAVELETS NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TẤN ĐỜI NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC TÍN HIỆU QUÁ ĐỘ DỰA VÀO MẠNG NƠRON KẾT HP VỚI PHÂN TÍCH WAVELETS Chuyên ngành: Thiết Bị Mạng Nhà Máy Điện Mã số ngành: 60 52 50 Thành Phố Hồ Chí Minh, Tháng 08 Năm 2005 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC TÍN HIỆU QUÁ ĐỘ DỰA VÀO MẠNG NƠRON KẾT HP VỚI PHÂN TÍCH WAVELETS Chuyên ngành: Thiết Bị Mạng Nhà Máy Điện Mã số ngành: 60 52 50 Họ Tên Học Viên: NGUYỄN TẤN ĐỜI Người Hướng Dẫn: TS NGUYỄN HỮU PHÚC Thành Phố Hồ Chí Minh, Tháng 08 Năm 2005 Luan van CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Giáo viên hướng dẫn: ( ghi họ tên, chức danh khoa học, học vị quan công tác ) Giáo viên chấm nhận xét 1: ( ghi họ tên, chức danh khoa học, học vị quan công tác ) Giáo viên chấm nhận xét 2: ( ghi họ tên, chức danh khoa học, học vị quan công tác ) Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM Ngày … Tháng … Năm …… Có thể tìm hiểu luận văn thạc só Thư Viện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật T.P Hồ Chí Minh Luan van LÝ LỊCH TRÍCH NGANG - Họ tên: Nguyễn Tấn Đời - Ngày sinh: 07 – 03 – 1974 - Nơi sinh: Thị xã Bến Tre - Địa liên lạc:  BM Điện tử Công nghiệp, Khoa Điện Tử, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM 08 – 8960985 ntdoi@yahoo.com  43/12 Đường KP3 P.Linh Trung Q.Thủ Đức 08 – 222 159 - 0983 222 159 Quá trình đào tạo:  1980 – 1991: học cấp 1, Thị Xã Bến Tre  1992 – 1997: học đại học ngành Kỹ thuật Điện – Điện Tử Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM  2003 – 2005: học cao học ngành Điện Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM - Quá trình công tác:  1997 – 2004: Giảng dạy BM Điện tử, Khoa Điện – Điện Tử, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM  2004 – nay: Giảng dạy BM Điện tử Công nghiệp, Khoa Điện Tử Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, người thực xin bày tỏ lòng biết ơn Thầy NGUYỄN HỮU PHÚC, người tận tình hướng dẫn trình thực đề tài Người thực chân thành cảm ơn Thầy Quyền Uy nh, chủ nhiệm ngành giúp đỡ tạo nhiều điều kiện để đề tài hoàn thành thời hạn Người thực xin gởi lới cám ơn đến quý Thầy Cô Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, Trường ĐH Bách Khoa TPHCM giảng dạy giúp đỡ trình học thực đề tài Người thực xin gởi đến quý Thầy Cô Anh Chị Phòng QLKH -–QHQT - Sau ĐH Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM có nhiều giúp đỡ trình học thực đề tài Xin gởi đến bạn học viên khóa lớp CH Điện Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM có nhiều ý kiến quý báu cho người thực trình thực đề tài Sau cùng, người thực xin gởi đến người thân gia đình lời cám ơn động viên giúp đỡ suốt thời gian thực đề tài TPHCM, Ngày 30 tháng 08 năm 2005 Người Thực Hiện NGUYỄN TẤN ĐỜI TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ii TÓM TẮT Nội dung luận văn trình bày theo chương, bao gồm chương Mở đầu Kết luận, với chương nội dung đề tài đưa Chương 1: Giới thiệu đề tài đưa hướng giải nêu lên phạm vi giới hạn đề tài Chương 2: Trình bày chất lượng điện với đặc điểm tượng độ xảy hệ thống điện Chương 3: Giới thiệu lý thuyết wavelets phân tích wavelets Chương 4: Giới thiệu mạng nơron đặc điểm loại mạng nơron, qui tắc học hoạt động mạng Chương 5: Giới thiệu Simulink Matlab phần mềm ATP–EMTP Mô Matlab ATP–EMTP mạch tạo dạng sóng độ: Sóng Sin chuẩn, Võng điện áp, Tăng điện áp, Méo họa tần, Nhấp nháy điện áp, Mất điện tạm thời Đóng cắt tụ điện Chương 6: Trình bày việc áp dụng phân tích wavelets đa phân giải MRA mạng nơron xác suất PNN Đưa nội dung tính toán cách thực việc phân tích phân loại tượng độ phân tích wavelets mạng nơron Chương 7: Trình bày kết mô nội dung tính toán chương 6, với thực giao diện cho người sử dụng Chương 8: Rút kết luận đưa hướngphát triển cho đề tài tương lai TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TOÙM TAÉT MUÏC LUÏC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM 2.1.1 Định nghóa chất lượng điện 2.1.2 Tầm quan trọng chất lượng điện 2.2 CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 2.2.1 Dao động độ 2.2.2 Thay đổi áp thời gian dài 2.2.3 Thay đổi áp thời gian ngắn 2.2.4 Mất cân điện áp 2.2.5 Méo họa tần 2.2.6 Nhấp nháy điện áp 2.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯNG ĐIỆN NĂNG 2.3.1 Giới thiệu 2.3.2 Đánh giá chất lượng điện 2.3.3 Thiết bị đo chất lượng điện CHƯƠNG 3: WAVELETS PHÂN TÍCH WAVELETS 3.1 GIỚI THIỆU VỀ WAVELETS 3.1.1 Định nghóa Wavelets 3.1.2 Phân tích Wavlets 3.2 BIẾN ĐỔI WAVELETS 3.2.1 Biến đổi Wavelets liên tục 3.2.2 Biến đổi Wavelets rời rạc CHƯƠNG 4: MẠNG NƠRON 4.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG NƠRON 4.1.1 Định nghóa mạng nơron 4.1.2 Hoạt động mạng nơron 4.1.3 Các thành phần mạng nơron 4.2 HUẤN LUYỆN MẠNG NƠRON 4.2.1 Học có giám sát/ Học có thầy TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 Luan van i ii iii 1 3 3 5 9 10 13 13 14 15 15 18 21 21 22 23 24 24 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iv 4.2.2 Học không giám sát/ Học thầy 4.2.3 Tốc độ học 4.2.4 Các luật học 4.3 GIỚI THIỆU CÁC LOẠI MẠNG NƠRON 4.3.1 Mạng Lan truyền ngược 4.3.2 mạng LVQ 4.3.3 Mạng Xác suất 4.3.4 Maïng Hopffield 4.3.5 Mạng Tự xếp CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ 5.1 MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB 5.1.1 Giới thiệu Power System Blockset Toolbox 5.1.2 Mạch mô phoûng 5.2 MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM ATP 5.2.1 Giới thiệu ATP 5.2.2 Mạch kết mô CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH WAVELETS MẠNG NƠRON TRONG PHÂN TÍCH PHÂN LOẠI QUÁ ĐỘ 6.1 ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH WAVELETS 6.1.1 Phân tích đa phân giải 6.1.2 Định lý Parseval 6.1.3 Phân tích tín hiệu độ Wavelets 6.2 PHÂN LOẠI TỰ ĐỘNG BẰNG MẠNG NƠRON 6.2.1 Mô hình mạng nơron Xác suất 6.2.2 Nhận dạng tượng độ mạng nơron Xác suất CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ NHẬN DẠNG 7.1 XÂY DỰNG GIẢI THUẬT 7.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ NHẬN DẠNG 7.2.1 Nhận dạng qua đặc trưng lượng 7.2.2 Mẫu huấn luyện nhận dạng tự động 7.3 CHƯƠNG TRÌNH GIAO DIỆN 7.3.1 Giới thiệu GUI 7.3.2 Phaân tích nhận dạng tín hiệu giao diện CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN 8.1 KẾT LUẬN 8.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 Luan van 25 25 25 25 25 27 28 29 30 32 32 33 34 34 38 41 41 42 42 47 47 49 50 52 52 61 63 63 65 68 68 69 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ : Các vấn đề chất lượng điện quan tâm nhiều nước giới có nhiều tài liệu đề cập đến đề tài Việt Nam nay, vấn đề chất lượng điện chưa quan tâm nhiều tương lai tiêu chí quan trọng để người tiêu dùng lựa chọn nhà cung cấp điện Do đó, tìm hiểu chất lượng điện vấn đề liên quan công việc cần thiết thời gian Hiện có nhiều kỹ thuật để phân tích, xử lý phân loại, nhận dạng tín hiệu Đặc biệt kỹ thuật phân tích wavelets hiệu phân tích tín hiệu động, không mang tính chu kỳ, mạng nơron thích hợp cho việc phân loại tự động nhiều tín hiệu khác Nhận thấy tầm quan trọng vấn đề trên, người thực chọn đề tài Nhận Dạng Phân Loại Các Tín Hiệu Quá Độ Dựa Vào Mạng Nơron Kết Hợp Với Phân Tích Wavelets để thực luận văn tốt nghiệp Đề tài dùng để nhận dạng phân loại nhanh tượng độ hệ thống điện như: Võng điện áp, Tăng điện áp, Méo họa tần, Nhấp nháy điện áp, Mất điện áp Đóng cắt tụ điện đường dây Khi nhận biết tượng giúp người vận hành hệ thống có thao tác xử lý thích hợp để nâng cao chất lượng điện 1.2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ: Được phân công Phòng quản lý sau đại học Ban chủ nhiệm ngành với đồng ý giáo viên hướng dẫn, người thực giải đề tài theo hướng kết hợp nghiên cứu lý thuyết mô máy tính 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: Do thời gian thực đề tài 06 tháng bị hạn chế thiết bị nên người thực phải thu hẹp phạm vi nghiên cứu Nội dung đề tài giới hạn việc mô kết phân loại số tín hiệu có sẵn máy tính Chấp nhận liệu tín hiệu độ tạo máy tính, chưa thử nghiệm việc xử lý thời gian thực Ngoài đề tài giới hạn việc nhận biết tượng độ khác nhau, không quan tâm đến việc nhận biết khác biệt loại độ TP HỒ CHÍ MINH Luan van 30 – 08 – 2005 PHỤ LỤC D MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH: I CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH WAVELETS DWT db4: Chương trình phân tích DWT 13 cấp, vẽ dạng sóng theo thời gian, vẽ phân bố lượng tính thời gian xảy cho loại độ Đây chương trình tổng quát cho loại tín hiệu: Pure Sin, Voltage Sag, Voltage Swell, Harmonic, Voltage Flicker, Voltage Interruption Capacitor Switching, biến liệu lệnh Load đặt X Muốn phân tích cho loại thay biến X tên tập tin chứa liệu Ví dụ: Pure Sin: X=sin01; Voltage Sag: X=SA01; Voltage Swell: X=SW01; Harmonic: X=HA10; Flicker: X=FL10; Voltage Interruption: X=IN10; Capacitor Switching: X=CL00 % nhap du lieu qua load X; s=vU; % phan tich wavelet db4 [C,L] = wavedec(s,13,'db4'); for i=1:13 P{i} = wrcoef('d',C,L,'db4',i);% dinh ly Parseval E(i)=sqrt((sum(P{i}.^2))/length(P{i}));% trich dac trung nang luong End % ve hinh cac thong so phan tich figure(1); subplot(4,1,1);plot(s);axis([1 5001 min(s) max(s)]); title('PHAN TICH WAVELET db4'); subplot(4,1,2);plot(abs(P{1}));axis([1 5001 max(abs(P{1}))]); ylabel('P1'); subplot(4,1,3);plot(abs(P{2}));axis([1 5001 max(abs(P{2}))]); ylabel('P2'); subplot(4,1,4);plot(abs(P{3}));axis([1 5001 max(abs(P{3}))]); ylabel('P3'); figure(2); bar(E);axis([0 14 ceil(max(E*10))/10]); xlabel('13 MUC NANG LUONG CUA X'); title('CAC MUC NANG LUONG'); % tinh thoi gian xay qua k=length(s)\5001; maxchuky2=0; temp=abs(P{3}); temp(1:10)=0; temp(k*4991:k*5001)=0; TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 Luan van PHUÏ LUÏC totaltime=k*(5001-ceil(5001/18/4)); begintime=ceil(k*5001/18/8); deltatime=ceil(k*5001/18/4); runtime=begintime; i=1; while (runtime2)|(length(pointmax)==3 & ( temp1>2 |temp2>2 ) ) | ( length(pointmax)==4 & temp1>2) tbegin=(begintime+(pointmax(1))*deltatime+find(temp(begintime+deltatime* (pointmax(1)1):begintime+deltatime*pointmax(1))==point(pointmax(1))))*0.3/5000; tend=(begintime+(pointmax(2)-1)*deltatime+find(temp(begintime+deltatime* (pointmax(2)-1) :begintime+deltatime*pointmax(2)) ==point(pointmax(2))))*0.3/5000; t=tend-tbegin; else pointmax=find(point>1/10*max(point)); pointm=find(point>0.8*max(point)); if length(pointmax)2 ) ) | ( length(pointmax)==4 & temp1>2 ) tbegin = (begintime+(pointmax(1)-1)*deltatime+find(temp(begintime+deltatime* (pointmax(1)-1):begintime+deltatime*pointmax(1))==point(pointmax(1))))* 0.3/5000; tend = (begintime+(pointmax(2)1)*deltatime+find(temp(begintime+deltatime*(pointmax(2)-1):begintime+ deltatime*pointmax(2))==point(pointmax(2))))*0.3/5000; t=tend-tbegin;%thoi gian xay qua else pointmax=find(point>1/10*max(point)); pointm=find(point>0.8*max(point)); if length(pointmax)