TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Ứng dụng mạng nơ ron trong nhận dạng và điều khiển TẠ THỊ CHINH Ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Hoài Nam Viện Đ[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Ứng dụng mạng nơ-ron nhận dạng điều khiển TẠ THỊ CHINH Ngành Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hồi Nam Viện: Điện HÀ NỘI, 2020 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điều khiển Ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Ứng dụng mạng nơ-ron nhận dạng điều khiển TẠ THỊ CHINH Ngành Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hoài Nam Viện: Điện Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điều khiển Ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển HÀ NỘI, 2020 Chữ ký GVHD Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điều khiển Ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Tạ Thị Chinh Đề tài luận văn: Ứng dụng mạng nơ-ron nhận dạng điều khiển Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số HV: CB180117 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 29/10/2020 với nội dung sau: - Thống kí hiệu luận văn - Đã sửa chữa lỗi tả, bỏ đại từ ta phần tóm tắt kết luận chương - Đưa định nghĩa Robot công nghiệp vào mục 1.5 Ngày tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn TS Nguyễn Hoài Nam Tạ Thị Chinh CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điều khiển Ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới người trực tiếp hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Hoài Nam Thầy tạo điều kiện gợi mở cho tơi nhiều ý tưởng, ln tận tình hướng dẫn suốt thời gian nghiên cứu thực luận án Đồng thời xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô môn Điều khiển tự động – Viện Điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, nhiệt tình có góp ý xây dựng để tơi hồn thành luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn tới Ban giám hiệu, Viện đào tạo sau đại học, Viện điện - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho q trình học tập nghiên cứu để hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả Tạ Thị Chinh Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điều khiển Ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ii CHƯƠNG MẠNG NƠ-RON VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Lịch sử phát triển mạng nơ-ron 1.2 1.3 Mạng nơ-ron nhân tạo Ứng dụng mạng nơ-ron 1.4 Mơ hình nơ-ron nhân tạo 1.4.1 Mơ hình nơ-ron 1.4.2 1.5 Cấu trúc mạng Ứng dụng điều khiển .12 1.5.1 Nhận dạng hệ thống 12 1.5.2 1.5.3 Thiết kế điều khiển .12 Ứng dụng cánh tay Robot bậc tự .18 1.6 Kết luận chương 19 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO DỰA TRÊN MẠNG NƠ- RON 20 2.1 Phương pháp điều khiển dự báo .20 2.2 Phương pháp điều khiển dự báo dựa mạng nơ-ron 22 2.2.1 Nhận dạng dùng mạng nơ-ron 22 2.2.2 2.3 Phương pháp tối ưu 28 2.2.3 Mơ hình mạng nơ-ron 42 Kết luận chương 45 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO .46 3.1 3.2 Mơ hình tốn cánh tay máy bậc tự .46 Nhận dạng dùng mạng nơ-ron 47 3.3 3.4 Tuyến tính hóa mạng nơ-ron 52 Thiết kế điều khiển dự báo dùng mạng nơ-ron 54 3.5 3.6 Kết mô 57 Kết luận chương 58 KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 62 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điều khiển Ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mạng nơ-ron sinh học [8] Hình 1.2 Sơ đồ mơ hình nơ-ron đầu vào .4 Hình 1.3 Đồ thị hàm a=tansig(n) Hình 1.4 Mơ hình nơ-ron với R đầu vào Hình 1.5 Sơ đồ rút gọn nơ-ron với R đầu vào Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc lớp nơ-ron [3] Hình 1.7 Cấu trúc mạng nơ-ron lớp Hình 1.8 Sơ đồ rút gọn R đầu vào S nơ-ron Hình 1.9 Cấu trúc mạng nơ-ron lớp 10 Hình 1.10 Sơ đồ rút gọn mạng nơ-ron lớp 10 Hình 1.11 Sơ đồ mạng hồi quy 11 Hình 1.12 điều khiển theo nguyên tắc phản hồi đầu [2] 12 Hình 2.1 Cấu trúc hệ điều khiển dự báo .20 Hình 2.2 Đường đồng mức, véc-tơ gradient quỹ đạo tìm nghiệm tối ưu [2] 37 Hình 2.3 Nguyên tắc làm việc phương pháp tìm nghiệm có hướng (line search) [2] 38 Hình 3.1 Cánh tay máy bậc tự 47 Hình 3.2: Tín hiệu đầu vào mẫu 48 Hình 3.3 Tạo đầu mẫu từ mơ hình Simulink 48 Hình 3.4 Tín hiệu đầu mẫu .49 Hình 3.5 Cấu trúc mạng nơ-ron đối tượng nnp 50 Hình 3.6 Mơ hình huấn luyện cánh tay máy 50 Hình 3.7 Đáp ứng đầu mạng nơ-ron sai số 51 Hình 3.8 Đồ thị hàm mục tiêu 51 Hình 3.9 Tín hiệu điều khiển tối ưu 58 Hình 3.10 Đáp ứng đầu giá trị đặt .58 Bảng 2.1: Bảng cơng thức tính ma trận Hesse 34 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điều khiển Ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển i Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điều khiển Ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Giải thích IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineer IJCNN International Joint Conference on Neural Networks ANN Mạng nơ-ron nhân tạo IC Vi mạch ARMA Autoregressive moving average NNc Neural- network control NNp Neural-network plant NN Neural-network MAC Model Algorithmic Control DMC Dynamic Matrix Control GPC Generalized Predictive Control Anns Mạng nơ-ron nhân tạo RBF Radial Basis Function LTI tuyến tính tham số LM Levenberg Marquardt MPC Model Predictive Control LS Least Square MLP MultiLayer Preceptron Neural Networks Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điều khiển Ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển ii Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điều khiển Ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển