Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động dùng PLC-CQM1H CPU51 có khả năng quản lý thời gian làm việc của nhân viên và đóng cắt các thiết bị điện khi không cần thiết
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3 (43) / Năm 2007 86 ANFIS V NG DNG IU KHIN THCH NGHI VN TR NG C IN MT CHIU Cể THễNG S V TI THAY I Phm Hu c Dc (Trng C Kinh t - K thut Cụng nghip I) - Li Khc Lói (Trng H K thut cụng nghip H Thỏi Nguyờn) 1. M u ANFIS l mt loi mng nron m ni ting c Jang (1992) xut s dng lut hc m TSK (Takasi -Sugeno- Kang). Lut hc m th j ca ANFIS l j R cú dng sau: IF 1 x is j 1 A AND 2 x is j 2 A AND n x is j n A THEN +== = n 1i i j i j 0 j xppfy vi: i x , y tng ng l cỏc bin vo, ra; )x(A i j i l bin ngụn ng m ng vi bin u vo u vo i x ; Rp j 1 l h s ca hm tuyn tớnh j f ; i = 1, 2, ., n; j = 1, 2, ., M . Cu trỳc ANFIS gm 6 lp nh sau: Lp 1: L lp u vo, mi nron th i cú mt tớn hiu vo i x . Lp 2: Mi phn t l mt hm liờn thuc )x( ij i A à . Lp 3: Mi phn t j R tng ng thc hin mt lut th j: = = n i i j ij x 1 )( àà . L p 4: M i ph n t N t ng ng th c hi n phộp tớnh: àà=à = M 1j jj j L p 5: M i ph n t th j th c hi n phộp tớnh: )xpp( n 1i i j i j 0 j +à = . L p 6: Cú m t ph n t th c hi n phộp tớnh giỏ tr u ra: = = === M 1j j j M 1j j M 1j jj fààfày Sai l ch trung bỡnh bỡnh ph ng gi a hm u ra mong mu n y d v hm u ra th c y: 2 M 1j n 1i ) i x( j i A M 1j j n 1i ) i x( j i A d 2 M 1j j M 1j jj d2d fy 2 1 fy 2 1 )yy( 2 1 E à à= à à== = = = = == E l c c ti u hay u ra y c a ANFIS bỏm theo c u ra mong mu n d y c n tỡm c lu t c p nh t b cỏc thụng s i u ch nh cho cỏc hm liờn thu c l p 2 v b thụng s { } , .p, .,p,p,p j i j 2 j 1 j 0 l p 5. Bi bỏo ny a ra lu t c p nh t giỏ tr c a b cỏc thụng s i u ch nh ny khi s d ng hm liờn thu c d ng Gaussian l p 2, sau ú ng d ng lu t ú i u ch nh thớch nghi v trớ ng c i n m t chi u cú thụng s v t i thay i. Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3 (43) / Năm 2007 87 2. Lut cp nht b cỏc thụng s b iu chnh, ng dng iu chnh thớch nghi v trớ ng c in mt chiu cú thụng s v ti thay i Vn t ra l cn tỡm cỏc lut cp nht b cỏc thụng s iu chnh cỏc lp 2 v 5 cho ANFIS. S dng hm liờn thuc dng Gaussian lp 2 cú dng 22 ).(2)( )( j i j ii j i cx i A ex à = Do khuụn kh bi bỏo cú hn, nờn khụng trỡnh by phn chng minh chi tit, phn ny ch cung cp cỏc cụng thc kt qu cỏc lut cp nht ú. - Lut cp nht b thụng s iu chnh khi s dng hm liờn thuc dng Gausian lp 2: c j i j i c j i j i tc c E tctc = =+ )()()1( ))x(())x(ax)(yf)(yy( M 1j j 2 i j i ji j i ijm àà = ; = =+ )()()1( t E tt j i j i j i j i ))(())()()(( 1 32 = M j ji j iji j iijm xxaxyfyy àà ; v i ,,, cba l cỏc h s h c. - Lu t c p nh t b thụng s i u ch nh j i p l p 5 cú d ng nh sau: p j i j ip j i j i tppEtptp ==+ )()()1( àà = M 1j jjim x)yy( ; v i p l h s h c. Khi ng c m t chi u lm vi c v i t i thay i, lm cho nhi t c a ng c v m c t hoỏ c a m ch t thay i d n n s thay i c a cỏc thụng s R v L c a ng c nh h ng x u n c tớnh v trớ c a nú. Ph n ny trỡnh by m t ng d ng c a ANFIS i u ch nh thớch nghi v trớ ng c i n m t chi u cú thụng s R, Lv t i thay i trong vựng ph t i nh . S i u ch nh thớch nghi v trớ ng c i n 1 chi u theo mụ hỡnh m u ó trỡnh by t i [3]. V n t ra l ng c i n 1 chi u khi cú cỏc thụng s l R, L v t i (M C , J) thay i c n xỏc nh i n ỏp i u khi n u (ho c h s i u ch nh thớch nghi K U ) sao cho v trớ th c q c a ng c 1 chi u bỏm theo c v trớ m u q m lm cho sai l ch v trớ e q nh nh t. [3] ó ch ng minh c r ng: )( 1 4321 eceFeFe c u mba +++= v i qqe m1 = ; qqe m = 2 ; qqe m3 = ; dm qqe = 4 ; 3b2a eF,eF l phộp thay th g n ỳng t ng ng cho )qbqb(),qaqa( mmmm . Nh v y i n ỏp i u ch nh u c p cho ng c 1 chi u ph thu c 4 i l ng sai l ch: e 1 , e 2 , e 3 , e 4 . S ng d ng ANFIS i u khi n thớch nghi v trớ ng c m t chi u theo mụ hỡnh m u mụ t hỡnh 1, trong ú b i u ch nh ANFIS cú nhi m v t o ra i n ỏp i u ch nh thớch nghi u sao cho v trớ th c q c a ng c 1 chi u bỏm theo c v trớ c a mụ hỡnh m u q m l d ng hm b c ba. B i u ch nh ANFIS cú 4 u vo l Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3 (43) / Năm 2007 88 e 1 , e 2 , e 3 , e 4 , mi i lng m u vo cú 5 hm liờn thuc dng Gausian )( i A x j i à (i = 1, 2, 3, 4; j = 1, 2, 3, 4, 5), cú 1 u ra l in ỏp u. Hỡnh 1: S ng dng ANFIS iu khin thớch nghi v trớ ng c mt chiu theo mụ hỡnh mu S dng lut hc dng TSK th j ca ANFIS l j R cú dng sau: IF 1 e is j 1 A AND 2 e is j 2 A AND 3 e is j A 3 AND 4 e is j A 4 THEN += = 4 1i i j i j 0 j eppu vi i e , u tng ng l cỏc bin u vo, u ra; )( i j i xA l cỏc bin ngụn ng m; Rp j 1 l h s ca hm tuyn tớnh j u (i = 1, 2, 3, 4; j = 1, 2, 3, 4, 5); hm liờn thuc )e( i A j i à l dng Gaussian: 2 j i 2 j i i j i ).(2)ce( i A e)e( =à ; thc hin lut m th j: à=à = 4 1i i j i j )e( ; mi phn t N tớnh: àà=à = 5 1j jj j ; tớn hiu u ra cú dng: === == 5 1 5 1 5 1 j jj j j j jj uuu ààà ; hm sai lch v trớ: 2 m )qq( 2 1 E = . Cỏc lut cp nht b thụng s iu chnh hm liờn thuc s dng cho lp 2, lp 5: c j i j i c j i j i )t(c c E )t(c)1t(c = =+ ))e(())e(ae)(qu)(qq( 5 1j j 2 i j i ji j i ijm àà = = =+ )()()1( t E tt j i j i j i j i ))e(())e(ae)(qu)(qq( 5 1j j 3 i j i j 2 i j i ijm àà = p j i j i p j i j i tp p E tptp = =+ )()()1( àà = 5 1j jjim e)qq( Mụ hỡnh mu ng c mt chiu B iu chnh ANFIS q d u Nhiu ti _ q _ q _ q q m _ e 4 e 3 e 2 e 1 e 1 e 2 e 3 + m q + m q + m q + q Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3 (43) / Năm 2007 89 Hỡnh 2: S cu trỳc b iu chnh s dng ANFIS to in ỏp iu chnh u ng dng b iu chnh s dng ANFIS (hỡnh 2) iu khin v trớ khp rụbụt truyn ng bi ng c in 1 chiu cú s liu l: K=6,1(Nm/A); B=1,5(Nm/rad/s); à=0,05; K e =0,4819 (Vs/rad); cỏc th biu din s thay i ca cỏc thụng s ca ng c 1 chiu l in tr phn ng R(), in cm L(H) cựng th biu din s thay i ca cỏc thụng s ph ti l mụmen cn M C (Nm), mụmen quỏn tớnh ti J(kgm 2 ) c minh ho t hỡnh 3a n 3d di õy. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Hỡnh 3a 0 500 1000 1500 2000 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 Hỡnh 3b 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 5 10 15 20 25 30 Hỡnh 3c 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Hỡnh 3d 0 500 1000 1500 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Hỡnh 3e 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 -0.3 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Hỡnh 3f 4 e u Lp 1 Lp 2 Lp 3 Lp 4 Lp 5 Lp 6 N N )e( 1 A 1 1 à 4321 e e e e )e( 4 A 5 4 à 1 1 à 1 à j à 5 à 1 1 uà 5 5 uà . . . . . . . . . . . . j R 5 R 5 5 à j i à j j u à . . . 4321 e e e e 4321 e e e e . . . i e N 1 1 A j 1 A 5 1 A 1 i A j i A 5 i A 1 4 A 5 4 A j 4 A 1 R 1 e V trớ mu qm(rad) in tr phn ng R() in cm L (H) Mụmen ti Mc(Nm) Mụmen quỏn tớnh ti J (kgm2) V trớ q (rad) trc khi s dng ANFIS in ỏp iu chnh u (V) T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3 (43) / N¨m 2007 90 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Hình 3g Hình 3: Các đồ thị biểu diễn thông số và tải của động cơ một chiều (từ hình 3a đến hình 3d); các đồ thị kết quả quá trình điều chỉnh trước và sau khi sử dụng ANFIS (hình 3e và hình 3g); đồ thị điện áp điều chỉnh u(V) là tìn hiệu đầu ra của bộ điều chỉnh sử dụng ANFIS (hình 3f) Tiến hành lập trình trên MATLAB có được đồ thị biểu diễn vị trí động cơ q(rad) trước và sau khi điều chỉnh, vị trí mẫu q m (rad), điện áp điều chỉnh u(V) (từ hình 3e đến hình 3g) cùng các bộ thông số điều chỉnh ở lớp 2 và lớp 5 được cập nhật tự động theo sai lệch ở đầu vào ANFIS. Ví dụ tại thời điểm tính thứ 500, bộ thông số điều chỉnh ở lớp 2: c 1 =-0.0209, -0.0016, -0.0464, 0.0097, 0.0044; c 2 =-0.0019,0.0012, -0.0487, 0.0095, 0.0173; c 3 = 0.0134, 0.0063, 0.0549, 0.0073, 0.0144;c 4 = -0.0058,0.0120, 0.0338, 0.0245, 0.0109; δ 1 = 0.4111, 0.3250, -0.3814, 0.0058, 0.0227; δ 2 =0.0126, 0.0055, -0.1299,-0.0001,0.0526; δ 3 =-0.0005, 0.0093, 1.0118, 0.0059, 0.0001; δ 4 =0.0129,0.0001, 0.0817, 0.1103,-0.0163; và bộ thông số điều chỉnh ở lớp 5 tại thời điểm tính thứ 500: p 1 = 0.9423, 0.3418, 0.4040, 0.3077, 0.4116; p 2 = 0.2859, 0.3941, 0.5035, 0.7220, 0.3062; p 3 = 0.1122, 0.4433, 0.4668, 0.0147, 0.6641; p 4 = 0.7241, 0.2816, 0.2618, 0.7085, 0.7839; Sai lệch vị trí trung bình bình phương nhỏ hơn 0.03. 3. Kết luận Sử dụng ANFIS đóng vai trò là bộ điều chỉnh trong điều chỉnh thích nghi vị trí động cơ điện một chiều có thông số R, L và tải thay đổi trong vùng phụ tải nhỏ có ưu điểm là tìm được trực tiếp tín hiệu điện áp điều chỉnh u đặt vào động cơ không cần thực hiện nhận dạng hệ thống, do đó làm tăng được khả năng tác động nhanh của hệ thống mà vẫn bảo đảm được sai lệch vị trí ở trong giới hạn cho phép. Bộ điều chỉnh này là một bộ điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm, ưu điểm nổi bật là các thông số của hàm liên thuộc của các biến ngôn ngữ đầu vào và các hệ số điều chỉnh của hàm đầu ra ANFIS được cập nhật tự động theo sai lệch điều khiển, điều này làm tăng độ thông minh của bộ điều chỉnh. TÓM TẮT Bài báo này đề xuất luật học cập nhật thông số điều chỉnh cho hàm liên thuộc dạng Gausian cho các biến ngôn ngữ mờ ở đầu vào và các hệ số của hàm tuyến tính của hàm đầu ra cho bộ điều chỉnh thích nghi sử dụng ANFIS (Adaptive Network-based Fuzzy Inference System) và ứng dụng chúng trong điều khiển thích nghi vị trí động cơ điện một chiều có thông số R, L và tải thay đổi trong vùng phụ tải nhỏ. Vị trí q (rad) sau khi đã sử dụng ANFIS Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3 (43) / Năm 2007 91 Summary ANFIS AND APPLY ADAPTIVE CONTROL THE POSITION OF THE DIRECT ENGINE WHEN CHANGE IN THE PARAMETERS AND LOADS This paper proposes the update parameters learning rules for Gaussian membership fuctions of the fuzzy linguistics variable in the inputs and coefficients of the linear functions in the output for the adaptive controler uses ANFIS (Adaptive Network-based Fuzzy Inference System) and apply in adaptive control the position of the direct engine when change the R, L parameters and loads in low load area. Ti liu tham kho [1]. Somlo J., lantos b., Pham Thuong Cat, (1997), Advance Robot Control, Akademiai Kiado - Budapest. [2]. Chin Teng Lin, c.s. George Lee, (1996), Neural fuzzy systems, Prentice Hall Internatinal, Inc. [3]. Pham Hu c Dc, Nguyn Cụng Hin.(2005), ng dng ca b iu khin nron m trong iu khin thớch nghi v trớ ng c in mt chiu, Tuyn tp cỏc bỏo cỏo khoa hc Hi ngh Ton quc ln th VI v T ng hoỏ, 101-106. . là các thông số của hàm liên thuộc của các biến ngôn ngữ đầu vào và các hệ số điều chỉnh của hàm đầu ra ANFIS được cập nhật tự động theo sai lệch điều khi n,. nhỏ có ưu điểm là tìm được trực tiếp tín hiệu điện áp điều chỉnh u đặt vào động cơ không cần thực hiện nhận dạng hệ thống, do đó làm tăng được khả năng