Thiết kế bộ điều khiển Learning FeedForward cho các hệ thống chuyển động điện cơ

Header Page of 133 I HC THI NGUYấN TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP N TT NGHIP Thiết kế điều khiển Learning FeedForward cho hệ thống chuyển động điện Hc viờn: Lõm Hong Bỡnh Giỏo viờn hng dn: Ts Nguyn Duy Cng Chuyờn ngnh: T ng Hoỏ Khoỏ:K10 Thỏi Nguyờn, thỏng 10 nm 2009 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn Footer Page of 133 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 133 MC LC Chng 1: Gii thiu 1.1 Tng quan v Learning Control (LC) 1.2 Learning Control (LC) l gỡ 1.3 Phn hi sai s t hc 1.3.1 Mt s vớ d v ma sỏt c lp 1.4 iu khin truyn thng t hc 13 1.4.1 u vo ca mng BSN . 14 1.4.2 S phõn b B-Spline trờn u vo ca mng BSN 14 1.4.3 S la chn cỏc c cu hc 15 1.4.4 S la chn tc hc 15 1.5 ng dng minh ho: H thng ng c chyn ng tuyn tớnh. 18 1.6 B cc lun vn. 21 Chng 2: Cỏc chuyn ng lp . 22 2.1 Gii thiu 22 2.2 Cỏc gi nh .22 rng ca ni suy B-Spline ... 27 Thut toỏn 2.2.1 (Tớnh toỏn giỏ tr n nh nh nht ca d da trờn mụ hỡnh chi tit ca h thng iu khin) .27 Chng 3: Thit k ng dng .34 3.1 Gii thiu 34 3.1.1 B iu khin phn hi .34 3.1.2.Cỏc u vo ca khõu truyn thng 34 3.1.3.Cu trỳc ca khõu truyn thng 35 3.1.4 Phõn b B-Spline 35 3.1.5 T l hc .35 3.1.6 Luyn cỏc chuyn ng .... 36 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn Footer Page of 133 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 133 3.2 LiMMS . ..36 3.2.1 Thit lp. 36 3.2.2 Th t thit k mt h thng Time-indexed LFFC . 37 3.2.3 Cỏc thớ nghim kim chng cho h thng Time-indexed LFFC . 40 3.2.4 Thit k mt LFFC ti gin. 48 3.2.5 Kt lun 62 3.3 Kt qu mụ phng bng phn mm 20-sim63 3.3.1 Mng FeedBack 64 3.3.2 LFFC cú ViscouNeural.65 3.3.3 LFFC cú CoulombNeural v ViscouNeural.66 3.3.4 LFFC cú CoulombNeural, ViscouNeural, CoggingNeural 68 3.3.5 LFFC cú CoulombNeural, ViscouNeural, CoggingNeural, InertialNeural 69 Chng 4: Kt lun..71 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn Footer Page of 133 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 133 Ti liu tham kho [1] Learning feed Forward Control Theory, Design and Applications Wubbe Jan Roelf Velthuis - 1970 [2] Function Approximation for Learning Control, a key sample based approach B.J de Kruif - 1976 [3] Intelligent Control part MRAS Author prof Dr.ir Job van Amerongen March 2004 [4] Advanced Controllers for Electromechanical Motion Systems Dr Nguyen Duy Cuong University of Twente, March, 2008 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn Footer Page of 133 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 133 Li núi u Điều khiển chuyển động (motion control) liên quan việc sử dụng lực để điều khiển di chuyển đối t-ợng điều khiển hệ thống đ-ợc sử dụng rộng rãi ứng dụng công nghiệp nh- đóng gói, in, dệt, hàn, nh- nhiều ứng dụng khác Hiện nay, phần lớn loại hình điều khiển chuyển động đ-ợc thực cách sử dụng động điện, điều quan tâm thiết kế Các hệ điều khiển chuyển động phức tạp có nhiều vấn đề khác cần đ-ợc xem xét, ví dụ nh-: - Giảm thiểu ảnh h-ởng nhiễu hệ thống - Suy yếu tác động xấu nhiễu đo - Sự thay đổi thông số cấu trúc không rõ đối t-ợng điều khiển Rất khó để tìm ph-ơng pháp thiết kế mà giải đồng thời tất vấn đề nêu trên, đặc biệt ph-ơng pháp điều khiển truyền thống mà thiết kế điều khiển liên quan tới th-ơng thảo mục tiêu mang tính đối ng-ợc Để khắc phục khó khăn nêu, điều khiển Learning FeedForward (LFF) đ-ợc giới thiệu nghiên cứu Thc hin lun tt nghip khuụn kh chng trỡnh o to Thc s ngnh t ng húa ca trng i hc K thut Cụng nghip Thỏi Nguyờn, Tụi c giao ti: Thiết kế điều khiển Learning FeedForward cho hệ thống chuyển động điện Lun phõn tớch cỏc quỏ trỡnh ng hc i tng thụng qua mụ hỡnh toỏn hc t ú a v chng minh tớnh phự hp ca cỏc phng ỏn iu khin, cui cựng l tin kim chng trờn phn mm mụ phng 20-sim Lun c trỡnh by chng: Chng 1: GII THIU Tng quan v Learning control Chng 2: PHN TCH N NH CA H THNG LFFC PH THUC THI GIAN Trong chng ny cp n b iu khin LFFC ph thuc thi gian v phõn tớch tớnh n nh ca h thng ph thuc vo thi gian T ú tỡm cụng thc tớnh giỏ tr nh nht ca rng mng B-Spline S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn Footer Page of 133 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 133 Chng 3: THIT K NG DNG Trong cỏc chng trc, mt s v LFFC ó c cp n chng ny s s dng cỏc kin thc cú c nhm thc hin thit k mt b LFFC thc t Chng 4: KT LUN Sau thi gian thc hin, n bn lun ca tụi ó hon thnh Trc thnh cụng ny tụi xin gi li cm n chõn thnh ti thy TS Nguyn Duy Cng, ngi ó trc tip hng dn, giỳp tụi hon thnh ti ny, tụi cng xin c by t lũng bit n ti cỏc anh cỏc ch trng i hc K Thut Cụng Nghip cng nh gia ỡnh, bn bố ó to iu kin giỳp tụi quỏ trỡnh lm lun Ngy 30 thỏng 10 nm 2009 Hc viờn Lõm Hong Bỡnh S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn Footer Page of 133 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng of 133 2: Phõn tớch n nh ca h thng LFFC ph thuc thi gian Chng 2: PHN TCH N NH CA H THNG LFFC PH THUC THI GIAN 2.1 Gii thiu Trong chng ny cp n b iu khin LFFC ph thuc thi gian v phõn tớch tớnh n nh ca h thng ph thuc vo thi gian Xỏc nh giỏ tr nh nht ca rng mng B-Spline 2.2 Cỏc gi nh cú th phõn tớch tớnh n nh ca cỏc thụng s LFFC chỳng ta gi thit nh sau: i tng cn iu khin l i tng (single input - single output ) SISO LTI B iu khin phn hi, C, l tuyn tớnh, cỏc hng s thi gian v cỏc thụng s c chn cho vũng phn hi l n nh Lut hc ri rc Tp khu kh h i i k C (2.1) Tp kh h i k (vi h l thi gian mu) c thay th bi cụng thc tng ng di dng liờn tc : Tp i C i t uC t dt Tp i t dt (2.2) Phõn b B-spline gi thit l ng dng Gi thit cú N B-pline cú phõn b ng b trờn phm vi u vo, [0, Tp] (s), nh trờn Footer Page 7Sofhúa 133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 22 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng of 133 2: Phõn tớch n nh ca h thng LFFC ph thuc thi gian hỡnh bng thụng ( rng) d(s) ca cỏc cụng thc c s cho cỏc tớn hiu t ti N1 c cho bi quan h sau: d 2Tp N s (2.3) thnh phn B-spline th i c nh ngha nh sau: d d 2t d i for i t (i 1) d 2 di 2t d d i t for i t i d 2 (2.4) Thnh phn thay th (2.4) lut hc (2.2) c cho bi trng s thớch nghi sau: d ( i ) d i C i d t d i u C t dt d d d d 2 i d ( i ) t d i dt d d i i di t u C t dt d (2.5) i i di t dt d Mu s ca (2.5): d ( i ) d i t d i dt d d d i i di t dt d (2.6) S dng (2.6), ú cú th n gin hoỏ cụng thc ca trng s (2.5) : d ( i 1) i C d i 4t d 2i d2 uC t dt C d i d i di t d2 uC t dt (2.7) iu ny ng ý rng vic hc l tuyn tớnh u C(t) v k t õy ta s coi vũng lp Footer Page 8Sofhúa 133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 23 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng of 133 2: Phõn tớch n nh ca h thng LFFC ph thuc thi gian thớch nghi feed-forward l tuyn tớnh vũng phn hi cng l tuyn tớnh, phn tớn hiu ch o cú th t ti giỏ tr bng phõn tớch tớnh n nh (xem hỡnh 2.1) giỏ tr mong i ú l uF = H thng ny l n nh nu mt tớn hiu feed-forward ban u c la chn l nht thỡ s khụng cú kt qu u khụng gii hn ca i tng tớn hiu feed-forward (ban u) c xỏc nh bi cỏc giỏ tr (u) ca trng s t BSN UF + - C + y P Hỡnh 2-1: Ch s thi gian ca LFFC r = mng B-spline Khi h thng c iu khin phn hi n nh u ch cú th vt quỏ gii hn tớn hiu feed-forward uF(t) tr nờn quỏ gii hn iu ny mun núi rng ớt nht trng s ó t ti giỏ tr vụ cựng ln Do ú, nu cỏc trng s ó c thớch nghi theo cỏch gi nguyờn giỏ tr chn, h thng l n nh, nu khụng h thng l khụng n nh Giỏ tr ca cỏc trng s cũn li b chn nu: Mi trng s thớch nghi theo hng ỳng (v phớa uF(t) = 0), cú ngha l: i for i i for i (2.8) Cỏc trng s khụng thớch nghi quỏ mnh: i 2i for i i 2i for i Footer Page 9Sofhúa 133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 24 (2.9) http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 10 of 133.2: Phõn tớch n nh ca h thng LFFC ph thuc thi gian Kt hp (2.8) v (2.9) ta thu c: i 2i for i 2i i for i (2.10) Lu ý rng (2.10) l iu kin ch khụng phi l iu kin cn Vn l chn bng thụng ( rng) d v tc hc C phự hp vi (2.10) gii quyt ny, ta gi thit rng hỡnh dng ca tớn hiu feed-forward uF(t) l dng tam giỏc S la chn ny c thỳc y bi thc t l cỏc kinh nghim ó ch rng xy hot ng khụng n nh u ca BSN s cú dng tam giỏc nh x vo/ra ny cú th thc hin bng cỏch chn trng s nh w i = g vi i = 1, 3, v wi = -g vi i = 2,4 vi g R+ xem hỡnh 2.2 g uF t -g d Hỡnh 2.2: Tớn hiu phn hi u vo Tớn hiu uF(t) cú th c vit di dng chui Furiờ: u F t cos n t n1,3,5 n 8g (2.11) vi n 2n rads1 d Footer Page 10 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 25 (2.12) http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 68 of 133.1: Gii thiu hp quỏ trỡnh lm vic ti thiu cú th khụng cũn c bo m b iu khin c s dng nh mt thit b ghộp thờm cho mt b iu khin ó cú sn S n nh lõu di cn phi c bo m Vic t hc cú th c thc hin mt cỏch liờn tc hoc c thc hin trc hnh Vic hc liờn tc c yờu cu cỏc thụng s ca i tng thay i sut quỏ trỡnh hnh Vớ d, hao mũn hay chu nh hng ca mụi trng Trong trng hp ny, mt b iu khin phi cú kh nng m bo vic hc n nh bt chp cỏc iu kin hnh thay i nh th no 1.3 B iu khin hc sai s phn hi Mt b LC thỳ v cho cỏc cỏnh tay robot m phi bỏm mt cỏch ngu nhiờn theo cỏc ng dn Núi chung b iu khin ny c bit n vi cỏi tờn l b iu khin hc sai s phn hi: B iu khin (Feedback Error Learning FEL) H thng LC bao gm phn: B iu khin Feef-forward c biu th bng F, ngha l hm/ỏnh x uF = F(r) Mt b iu khin Feed-forward thụng thng cú th c s dng bự thờm cho cỏc h thng ng hc v theo cỏch ny s thu c bỏm chớnh xỏc cao Khi b iu khin feed-forward bng vi i tng nghch o F = P -1, thỡ u ca i tng, y, s bng tớn hiu t , r r (n) r r + - Hàm xấp xỉ C UF + + P y Hỡnh 1.2 B iu khin FEL Footer Page 68 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 69 of 133.1: Gii thiu i tng P, luụn chu s tỏc ng ca nhiu Cỏc loi nhiu bao gm c nhiu ngu nhiờn v nhiu cú bn cht tỏi sinh Nhng nhiu tỏi sinh tỏi din ging mt chuyn ng c th c lp li iu ny cú ngha rng chỳng cú th c xem xột nh mt hm trng thỏi ca i tng, x, xem hỡnh 1.3 d(x) x u + + y P Hỡnh 1.3 i tng v nhiu phỏt sinh 1.3.1 Mt vớ d v v trớ ma sỏt c lp Ging nh i tng ng hc, cỏc nhiu tỏi sinh cú th c bự bi mt b iu khin feed-forward bự chớnh xỏc cho h thng ng hc v nhiu tỏi sinh, yờu cu cn phi cú mt mụ hỡnh chi tit S khụng chớnh xỏc v mụ hỡnh cú th lm cho b iu khin feed-forward hnh kộm Khi mt mụ hỡnh chớnh xỏc khú cú th xỏc nh c, thỡ mt phng phỏp thay th cú th c thc hin Thay vỡ i thit k mt b iu khin feed-forward da trờn nhng c im c bn ca mụ hỡnh thc hin b iu khin feed-forward ging nh l mt hm xp x, vớ d nh l U F F r , Trong sut quỏ trỡnh iu khin, quan h vo/ra ca hm xp x c t thớch ng hc cỏc i tng nghch o v bự cỏc nhiu phỏt sinh Khú khn chớnh õy l la chn tớn hiu hc m ch c mi quan h vo/ra ca hm xp x phi c tng thớch nh th no Tớn hiu hc cú th thu c theo rt nhiu cỏch Theo lý thuyt ó chng minh ch rng u ca Footer Page 69 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 70 of 133.1: Gii thiu b iu khin phn hi c s dng lm tớn hiu hc (hỡnh 1.2) thỡ quan h vo/ra ca hm xp x hi t ti i tng nghch o v giỏ tr bự ca nhiu tỏi sinh Loi hm xp x m chỳng ta s dng õy l mng nron MLP r d ,1d ,1d ,1 d , 2d , 2d , d ,3d ,3d ,3 R T (1.1) Trong trng hp cỏnh tay bc t (Degrees Of Freedom DOF) s dng kinh nghim, u vo ca MLP bao gm gúc khp t d v o hm bc bc ca chỳng: Trong u uF c xột di dng lc xon ng c; (cụng thc 1.2) F u F R T (1.2) B iu khin phn phn hi Nh ó c núi ti, b iu khin phn hi trng thỏi, em li cỏc tớn hiu hc cho b iu khin feed-forward Hn th, nú xỏc nh quỏ trỡnh bỏm cc tiu ti thi im bt u hc Cui cựng, b iu khin phn hi bự cỏc nhiu ngu nhiờn B iu khin FEL ó c thc hin nhiu ng dng ca nhiu tỏc gi; vớ d nh l: - H thng phanh t ng cho ụtụ - iu khin h thng camera - iu khin cỏnh tay robot - Mỏy hn Cỏc ng dng ch rng b iu khin FEL ó ci thin mt cỏch rừ rng da trờn quỏ trỡnh hnh ca b iu khin phn hi v cỏc ng dng ny cng ch cú th thu c cht lng bỏm cao m khụng cn mụ hỡnh m rng Cỏch hot ng ca mt b FEL c so sỏnh vi cỏch hot ng ca h thng iu khin thớch nghi Kt lun rng, trng hp mụ hỡnh i tng chớnh xỏc c s dng cỏc h thng iu khin thớch nghi, quỏ trỡnh bỏm ca b iu khin thớch nghi v ca b iu khin FEL l tng t nh Khi FEL hi t chm hn Footer Page 70 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 71 of 133.1: Gii thiu b iu khin thớch nghi, tỡnh ny b iu khin thớch nghi c a chung hn Tuy nhiờn cha cú mt mụ hỡnh i tng chớnh xỏc, thỡ b iu khin thớch nghi s khụng th thu c hiu sut bỏm nh mong mun B iu khin FEL khụng phi tri qua iu ny v nú em li h s bỏm chớnh xỏc Kh nng ny nõng cao gi thit rng b FEL cú phự hp cho hang lot cỏc ng dng m rng thc t cỏc i tng thng khú cú mt mụ hỡnh chớnh xỏc Cõu hi t l nu xột v mt thng mi thỡ nờn s dng b iu khin no? tr li cho cõu hi ny chỳng s i ỏnh giỏ xem b iu khin FEL cú ỏp ng c y cỏc ch tiờu cht lng m ta ó a mc 1.2 hay khụng D dng s dng trờn h thng iu khin cú sn S m rng nht i vi h thng iu khin cú sn l hm xp x Khi h thng iu khin c thc hin bng phn mm iu ny yờu cu ớt cú s thay i v cú th d dng c thc hin S hp nht cỏc kin thc quan trng thit k Khi cu trỳc ca i tng ng hc c xỏc nh, thỡ mng MLP b iu khin feed-forward cú th tỏch thnh mt vi mng MLP nh hn Mi mt mng ny s bự cho mt phn riờng bit ca i tng ng hc Nhng thớ nghim ó ch rng mng ny ó nõng tc hc lờn ỏng k S n nh c xỏc lp iu ny ó c chng minh bng lý thuyt rng b iu khin FEL s dng cho iu khin cỏnh tay robot cho kt qu hi t Vi cỏc h thng khỏc, s n nh cha c xột n trờn phng din lý thuyt ỏp ng ngn hn tt Trong quỏ trỡnh hc, sai s bỏm s dn hi t n giỏ tr cc tiu ca nú Ging nh s n nh, ỏp ng ngn hn cng cha c xột ti trờn phng din lý thuyt Hm xp x phự hp cho vic iu khin Rt nhiu cỏc giỏ tr thc ca b mt LC ph thuc vo loi hm xp x c s dng Mc dự thc t l b iu khin Footer Page 71 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 10 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 72 of 133.1: Gii thiu FEL cng t c cht lng bỏm cao nhng cỏch hc khụng phi l ti u cho mng MLP Yờu cu b nh nh Mt s nhng thuc tớnh tt ca MLP l nú cú th xp x cỏc hm mc tiờu a chiu vi mt s ớt cỏc thụng s Do ú tng dung lng b nh ca mỏy tớnh yờu cu cho vic thc hin l rt nh Tn kộm cho vic tớnh toỏn giỏ tr Vic tớnh toỏn u ca mng MLP v trng s ca b thớch nghi bao gm mt s lng ln cỏc tớnh toỏn phc Do ú, vi mt s ng dng iu khin thi gian thc thỡ loi mng mng nron ny cú th khụng phự hp C ch hc hi t chm v tri qua vựng giỏ tr cc tiu cc b C ch hc d dng t c ti vựng giỏ tr cc tiu cc b Hm trng lng ca mng kt thỳc vựng cc tiu no ph thuc vo hm trng lng ban u ca mng Do ú nú cn phi thc hin nhiu th nghim hun luyn mng vi cỏc ci t hm trng lng ban u khỏc nhau, thu c bỏm chớnh xỏc cú th chp nhn c Cú kh nng tng quỏt hoỏ tt Mt thun li thc t l mi quan h vo ch cú th thớch ng ton b ú l MLP cú kh nng tng quỏt tt quỏ trỡnh hun luyn c thc hin mt cỏch tng th Khi mt h thng chuyn ng phi hnh tc thp, b iu khin FEL cú khuynh hng a hiu sut kộm iu ny l thc t mng MLP gp khú khn vic hc cỏc d liu cú tng quan vi mc cao Khi cỏc d liu cú tng quan vi mc cao, mng cú khuynh hng chun hoỏ tớn hiu theo d liu cui cựng, kt qu l a kh nng khỏi quỏt hoỏ kộm S trn tru ca cỏc giỏ tr xp x l khụng hon ton iu khin c S lng cỏc thụng s ca mt b MLP quyt nh tớnh chớnh xỏc cc i ca giỏ tr xp x Nú khụng m bo c trn tru nht nh Nh vic hc, mng MLP cú th xp x rt gn cỏc hm mc tiờn phm vi u vo v rt chớnh xỏc phn cũn li Footer Page 72 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 11 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 73 of 133.1: Gii thiu Nhỡn vo cỏc thuc tớnh trờn, ta cú th kt lun rng trng hp m cỏch hc tt, b iu khin FEL cú kh nng ỏp ng rt tt Cỏc nghiờn cu khỏc nhm mc ớch khc phc cỏc tn ti ca b iu khin FEL Theo ú ta s gii thiu túm lc phng phỏp: phng phỏp u thay i cu trỳc ca b iu khin hc Trong phng phỏp cũn li loi hm xp x khỏc c s dng Trc tiờn, phng phỏp th nht cú th ci thin cỏch hc bng cỏch chn cỏc u vo khỏc cho hm xp x Sai s tớn hiu c thờm vo nh mt u vo ca b xp x, iu ny s lm thay i b iu khin LC t ch hon ton l b iu khin feed-forward nguyờn bn chuyn sang b iu khin feed-forward (hỡnh 1.4) Cỏc thớ nghim ó ch rng b LC ny khc phc c mt s li ca b iu khin FEL gc r(n) r Hàm xấp xỉ UF + r + - + y P C Hỡnh 1.4 Hc theo sai s phn hi Phng thc th l s dng nhiu b iu khin feed-forward, mi mt b c hun luyn thc hin mt nhim v c th Mt mng neural giỏm sỏt hc xem l b feed-forward no c s dng cho nhim v no B LC ny ó c kim tra trờn tay mỏy m phi thc hin cỏc chuyn ng vi cỏc i tng cú trng lng khỏc Sau hc, mi b iu khin feed-forward ó hc s phi m Footer Page 73 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 12 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 74 of 133.1: Gii thiu nhim cho mt i tng xỏc nh Mng giỏm sỏt ó hc t b iu khin feedforward no c ỏp dng cho i tng ú Khi mng MLP l nguyờn nhõn chớnh gõy nờn cỏc khú khn ca iu khin FEL, mt phng phỏp rừ rng õy l phi tỡm nhng hm xp x khỏc Mng MLP c thay th bi mng (Cerebellar Model Articulation Controller CMAC) Mng CMAC ph thuc vo cỏc lp mng nron m lm vic vi hm c s Trong trng hp mng CMAC, hm c s bao gm cỏc hm a thc thụng minh m cú giỏ tr khỏc khụng trờn phn khụng gian u vo mi im khụng gian u vo p cỏc hm c s chng chộo lờn Thụng s ca p c bit n nh l mt thụng s khỏi quỏt hoỏ v cú th c la chn bi nh thit k u ca mng CMAC l tng cỏc trng s ca hm c lng c s Vic hc c tin hnh bng cỏch mụ phng theo cỏc trng s ca mng, ch khụng phi l theo bn thõn cỏc hm c s Tt c iu ny nhm mc ớch ci thin nhng sau: hi t nhanh hn Khi vic hc din mt cỏch cc b, ch cú s nh cỏc hm trng lng c thớch nghi, gõy hi t nhanh Cú th hc cỏc d liu tng quan Cỏc vựng ca hm c s ó c trn ln, iu ny cú ớch cho quỏ trỡnh hc cỏc d liu tng quan Khụng cú cc tiu cc b C cu hc khụng tri qua vựng cc tiu cc b Tuy nhiờn mt bt li l ngi thit k b iu khin phi la chn s phõn phi ca cỏc hm c s iu ny yờu cu phi cú mt s kin thc nn tng v ỏnh x vo/ra theo mong mun v vic iu chnh s phõn phi ca hm c s l cn thit trc t c hiu sut cú th chp nhn c Cỏc nghim thớ ó ch rng vic thay th mng MLP bi mng CMAC em li mt quỏ trỡnh hc tt hn v bỏm chớnh xỏc hn 1.4 iu khin truyn thng t hc Trong lun ny mt h thng LC c xột cú cu trỳc tng t nh cu Footer Page 74 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 13 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 75 of 133.1: Gii thiu trỳc ca b iu khin FEL (hỡnh 1.2) Tuy nhiờn, phn feed-forward ca b iu khin LC c thc hin ging nh mng B-Spline (BSN) thay vỡ mng MLP Loi iu khin FEL c gi l LFFC Phng phỏp BSN cng tng t nh phng phỏp CMAC Ging nh mng CMAC, mng BSN s dng cỏc hm c bn cũn gi l B-Spline xp x hoỏ Trong thit k LFFC cỏc thụng s sau ca BSN phi c la chn : 1.4.1 u vo ca mng BSN i vi cỏc h thng chuyn ng, cỏc u vo ca BSN bao gm cỏc v trớ t, r, v cỏc o hm ca nú (xem hỡnh 1.2) 1.4.2 S phõn b B-Spline trờn u vo ca mng BSN u ca BSN l tng trng lng ca cỏc B- spline c lng Do ú, s lng ca cỏc B-Spline v cỏc v trớ ca chỳng quyt nh tớnh chớnh xỏc ca giỏ tr xp x Cỏc tớn hiu ớch cú dng trn cú th c xp x mt cỏch chớnh xỏc vi mt s lng thp cỏc B-Spline rng Cỏc tớn hiu cú dao ng ln yờu cu mt s lng ln cỏc B-Spline hp (xem hỡnh 1.5) uF Hm xp x r[m] B-splines r[m] ==Hm mc tiờu ==Hm xp x Hỡnh 1.5 ỏnh x BSN Footer Page 75 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 14 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 76 of 133.1: Gii thiu Mt kh nng riờng bit ca vic phõn b cỏc B-Spline cú th c to trờn c s kin thc ca i tng nghch o v ca cỏc nhiu, hoc nh mt tin trỡnh lp i lp li s dng cỏc d liu thc nghim 1.4.3 S la chn cỏc c cu hc T hc vớ d nh l s thớch nghi ca cỏc trng s mng cú th c tin hnh sau mi mt mu - c bit ti gi l hc trc tuyn hoc sau mi chuyn ng ó c thc hin xong - c gi l off-line learning Lut online learning nh sau: wi i (r )e(r ) (1.3) Ns V lut offline learning nh sau: wi ( r )e( r ) i i j j Ns (r ) i i (1.4) j vi: rj: u vo ca BSN Trong LFFC u vo bao gm c v trớ t v o hm ca nú f , rj rj , rj , i (rj ) : thnh phn ca B-Spline th I i (rj ) 0.1 i : s thớch nghi ca trng s B-Spline th i : t l hc < e(rj ) : Sai s xp x c to bi mng, LFFC e(rj) l u ca b iu khin phn hi uC; Ns: S lng cỏc mu u vo 1.4.4 S la chn tc hc Tc hc cng ln thỡ hi t ca k thut hc cng nhanh Tuy nhiờn mt tc hc m ln thỡ s lm cho giỏ tr xp x thờm nhy cm vi nhiu v cú th l nguyờn nhõn gõy mt n nh Footer Page 76 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 15 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 77 of 133.1: Gii thiu Bng vic s dng BSN, ta ó cú cỏc u im sau: Khụng cú cc tiu cc b u ca BSN l mt hm trng s tuyn tớnh iu ny cú ngha l cỏc k thut hc c a (1.3) v (1.4) khụng tri qua vựng cc tiu cc b iu ny nhn mnh rng cỏc trng s u ca BSN khụng nh hng n chớnh xỏc t hiu chnh cui cựng Hc cc b Khi B-Spline cú mt nn tng chc chn, ỏnh x vo/ra ca BSN cú th thớch nghi mt cỏch cc b Vic hun luyn mt chuyn ng mi khụng nht thit phi nh hng ti kh nng hiu chnh cỏc chuyn ng ó hc trc ú Hn th na, nn tng chc chn ca B-Spline ch cú mt s lng nh cỏc trng s gúp phn cho u ra, quỏ trỡnh hun luyn, ch cú cỏc trng s cn cn c ỏp ng iu ny trỏi ngc vi MLP ni m tt c cỏc trng s ca mng b thay i sut quỏ trỡnh hc Do ú, BSN hi t nhanh hn nhiu so vi MLP S chớnh xỏc iu chnh trn ca quan h vo/ra l xỏc nh c bng cỏch chn phõn b B-spline Vic chn B-spline m cú nn tng vng chc hn, lm cho BSN cú c giỏ tr xp x d liu cao tn chớnh xỏc hn Khi m, s gii hn ca c cu chp hnh, vớ d, vi mt giỏ tr xp x trn hn ca d liu c yờu cu mt phn xỏc nh ca khụng gian u vo, B-spline nờn c s dng cú mt nn tng rng hn hoc thc bc cao hn Trong trng hp ca MLP, ngi dựng khụng th xỏc nh c trn ca cỏc phn khỏc khụng gian u vo, thay vo ú MLP xỏc nh rừ v trớ ngun ca nú Cho ti mng CMAC cng ó nm bt c nhng thun li ó c lit kờ trờn ca mng BSN Chỳng ta chn BSN bi vỡ nú n gin Trong mng CMAC cỏc hm phõn b c bn l cỏc hm m mi giỏ tr u vo hm c s chớnh xỏc p cú mt nh lng ln hn Mt s hm phõn b tho iu Footer Page 77 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 78 of 133.1: Gii thiu ny v mi hm nh vy dn n mt giỏ tr xp x khỏc Ngi s dng phi chn hm phõn b no l cú kh nng xp x tt nht Hn th, vic chn lc mt giỏ tr xp x bng cỏch thờm mt s rng buc (thờm mt hm c s), kt qu s cú c hm phõn b c s khỏc iu ny cú th l khụng c nh mong mun cho lm S phõn b ca cỏc hm c bn BSN l khụng phc lm Hn ch chớnh ca cỏc BSN (v ca cỏc NN vi cỏc hm c bn) ú l s lng cỏc trng s mng tng theo hm m vi kớch thc ca khụng gian u vo S lng cỏc trng s mt BSN - N chiu c cho bi: N Nt N j (1.5) j Vi Nj l s lng ca B-Spline c nh ngha u vo th j Khi xột ti chớnh xỏc cú th s yờu cu nhiu B-Spline v vỡ vy giỏ tr ca Nj s ln hn, vớ d mt hm phi tuyn mc cao c xp x hoỏ, cỏc mng ny l khụng thc t s lng u vo quỏ ln iu ny c gi l sai lch v kớch thc v nú mang li mt s cỏc sau: S lng ln cỏc trng s mng Nu cỏc i tng ng hc cú thnh phn phi tuyn mc cao, mt hm phi tuyn mc cao cú th b ỏnh x bi mng B-Spline Mt mng m cú kh nng ỏnh x nhng phi tuyn ny mt cỏch chớnh xỏc s chim mt phn ln dung lng ln ca b nh mỏy tớnh Trong thc t, cỏc ngun b nh l cú gii hn, ú mng phc hp v ỏnh x chớnh xỏc ca nú phi c cõn bng vi Cỏc b hun luyn rng Khi thc thi mt s chuyn ng nh trc, ch cú cỏc trng s mng c lp bi cỏc u vo ca mng l c cp nht thớch ng mt s lng ln cỏc trng s mng, yờu cu cn phi cú mt s lng ln cỏc hun luyn chuyn ng iu ny s dn ti nhiu ln hun luyn nu Footer Page 78 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 17 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 79 of 133.1: Gii thiu mng c hun luyn trc tuyn vớ d sut quỏ trỡnh iu khin Kh nng khỏi quỏt kộm Vic bự ca b phi tuyn cú th yờu cu cỏc B-Spline hp tho cỏc yờu cu v chớnh xỏc Tuy nhiờn, vi cỏc BSpline hp, cỏc tớn hiu u ca mng rt khỏc cú th xy vi cỏc ng cong qu o m gn vi Vỡ lý ú, m cỏc b hun luyn rng c cp trờn ỏp ng c tt c nhng gỡ cn thit m phi a trc cp ti hiu qu li ớch thu c Cú th thy rng sai lch v kớch thc cú th gõy hi nghiờm trng ti giỏ tr thng mi ca LFFC Do ú, nờn c gng vt qua s sai lch v kớch thc 1.5 ng dng minh ho: H thng chuyn ng ng c tuyn tớnh Mt ng dng thỳ v ca LC l ng c tuyn tớnh ng b dựng nam chõm vnh cu Cỏc ng c tuyn tớnh thng c thit k thc hin cỏc chuyn ng tuyn tớnh vi chớnh xỏc nh hn mm vớ d nh ct lazer, mỏy quột, hoc cỏc mỏy thc hin nhim v gp - t ng c tuyn tớnh c xột õy cũn c gi l H thng chuyn ng ng c tuyn tớnh (Linear Motor Motion System LiMMS) c ch to bi Philips Cu trỳc ng c bao gm phn tnh bao ph bi kim loi v mt phn ng Phn ng ny cha cun in v lừi st xem hỡnh 1.6 Bng cỏch cung cp dũng in pha vo mi cun dõy ca phn ng s to mt chui lc hỳt v y gia cỏc cc v kim loi Kt qu l gõy s chuyn ng gia phn ng v phn tnh Cỏc hot ng c bn ca ng c l chuyn ng gia trng: trng lng ca phn ng vi mt ti (ti gi nh), mL, cú giỏ tr l 37(kg) Footer Page 79 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 18 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 80 of 133.1: Gii thiu translator A coils Permanent magnets S N B C S N S N A S N S N Base plate Hỡnh 1.6: Nguyờn lý lm vic ca ng c tuyn tớnh LiMMS Cỏc ng ch th l cỏc ng cong t hoỏ vi A B C l cỏc pha ca dũng ng c pha Trong quỏ trỡnh lm vic, phn ng s chu nh hng ca cỏc lc nhiu tn s cao gõy c gi l lc dao ng Lc ny c to bi nguyờn nhõn sau: Trc ht, mt tng tỏc trng in t mnh tn ti gia trng in t gõy bi nam chõm trờn phn tnh v lừi st trờn ú cú gn cỏc cun dõy ca phn ng Lừi st ny cú nhim v chớnh l tng hiu qu lm vic ca ng c Lc nhiu ny, c gi l lc cogging, c gng cn chnh lừi st v nam chõm n nh v trớ ca phn ng (v trớ cht) Lc cogging ny ch ph thuc vo mi qua h gia v trớ ca phn ng vi nam chõm Nú c lp vi dũng ng c n gin hoỏ mụ phng, lc cogging, F C[N] , c mụ hỡnh hoỏ bi dng nhiu u vo hỡnh sin vi biờn 10 [N] v bc súng 1,6.e-2(m) ph thuc vo v trớ ca ng c y[m]: FC(y) = 10sin (1.6e-2y) (1.6) Th hai l lc dao ng cú th c to bi sai s quỏ trỡnh o mch tc l cỏch cung cp dũng cho cun dõy Khi chuyn ng mt cun dõy thụng qua trng in t bin thiờn, mt t trng ngc s c to ph thuc vo tc ca cun dõy mt ng tuyn tớnh Nu dũng cp cho cun dõy Footer Page 80 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 19 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 81 of 133.1: Gii thiu khụng cõn xng vi mt t trng ngc thỡ ú lc dao ng s ph thuc vo v trớ v tc ca phn ng mt t trng ngc cú th tớnh toỏn c t mt mụ hỡnh chi tit ca phn ng v nam chõm trờn phn tnh iu ny yờu cu v v trớ v thuc tớnh in t ca trng in t phi c bit mt cỏch chớnh xỏc Trong trng hp LiMM s dng nam chõm giỏ r thỡ s dn ti dung sai v t tớnh ln Hn th na, cỏc nam chõm khụng c t v trớ chớnh xỏc cao nht nờn s khú cú th thu c mụ hỡnh cn thit tớnh toỏn s o mch v vy s gõy cỏc lc dao ng nh hng ny khụng c a vo mụ hỡnh mụ phng Cỏc nhiu khỏc tỏc ng lờn LiMMS l hin tng lc ma sỏt vũng bi gia phn ng v rónh dn hng nú Gi thit cỏc c tớnh ca c cu ma sỏt thc cú th c mụ t bi ng cong Stribeck, ngha l lc ma sỏt bao gm ma sỏt Coulomb ma sỏt, ma sỏt Stiction v ma sỏt Viscous Trong mụ hỡnh mụ phng ch xột ma sỏt Viscous dL = 10 [Nms]: FV y 10 y (1.7) Kt qu mụ hỡnh mụ phng nh hỡnh 1.7 y + y s mL r - FV + y s dL + FC coogging Hỡnh 1.7: mụ hỡnh LiMMS Chng s trỡnh by kt qu vi mt LiMMS thc Footer Page 81 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 20 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page Chng 82 of 133.1: Gii thiu 1.6 B cc lun Chng 2: Phõn tớch tớnh n nh ca cỏc ch s -Thi gian LFFC S n nh lõu di l mt ti sn cn thit cho mt hc iu khin cú th phõn tớch s n nh ca cỏc LFFC, ta xột mt loi chuyn ng c bit l chuyn ng lp Trong trng hp ny, LFFC s tr nờn tng t nh hai loi iu khin hc khỏc l: iu khin hc tng tỏc (Iterative Learning Control ILC) v iu khin lp (Repetitive Control RC) Vic phõn tớch tớnh n nh cht ch tn ti c hai b ILC v RC Trờn c s ú, vic mt s phõn tớch n nh ca LFFC s c thc hin Vic phõn tớch tớnh n nh s cho ta cỏi nhỡn sõu sc hot ng hc ca LFFC v cung cp cỏc quy tc cho vic la chn ỳng n cỏc tham s thit k Chng 3: Thit k ng dng chng ny, cỏc lý thuyt ó c lm rừ cỏc chng trc c s dng thc hin th tc thit k cho LFFC Th tc ny s c ỏp dng cho h thng LiMMS ó c trỡnh by phn 1.5 Chng 4: Tho lun Chỳng tụi s tho lun cỏc kt qu ca cỏc chng trc ú v rỳt kt lun Footer Page 82 S of húa133 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 21 http://www.lrc-tnu.edu.vn ... ứng dụng khác Hiện nay, phần lớn loại hình điều khiển chuyển động đ-ợc thực cách sử dụng động điện, điều quan tâm thiết kế Các hệ điều khiển chuyển động phức tạp có nhiều vấn đề khác cần đ-ợc... húa ca trng i hc K thut Cụng nghip Thỏi Nguyờn, Tụi c giao ti: Thiết kế điều khiển Learning FeedForward cho hệ thống chuyển động điện Lun phõn tớch cỏc quỏ trỡnh ng hc i tng thụng qua mụ hỡnh... đặc biệt ph-ơng pháp điều khiển truyền thống mà thiết kế điều khiển liên quan tới th-ơng thảo mục tiêu mang tính đối ng-ợc Để khắc phục khó khăn nêu, điều khiển Learning FeedForward (LFF) đ-ợc