XÂY DỰNG hệ THỐNG điều KHIỂN TRỰC THĂNG KHÔNG NGƯỜI lái GIẢ lập BẰNG mô HÌNH kết hợp GA – FL

Luận văn, khóa luận, chuyên đề, tiểu luận, quản trị, khoa học, tự nhiên, kinh tế

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TRI THỨC NGUYỄN THANH BÌNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỰC THĂNG KHÔNG NGƯỜI LÁI GIẢ LẬP BẰNG MÔ HÌNH KẾT HỢP GA – FL KHOÁ LUẬN CỬ NHÂN TIN HỌC TP. HCM, NĂM 2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TRI THỨC NGUYỄN THANH BÌNH - 0112174 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỰC THĂNG KHÔNG NGƯỜI LÁI GIẢ LẬP BẰNG MÔ HÌNH KẾT HỢP GA – FL KHÓA LUẬN CỬ NHÂN TIN HỌC GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS. LÊ HOÀNG THÁI NIÊN KHÓA 2001 - 2005 Lời cảm ơn ---------------------------------------------------------------------------------------------- LỜI CẢM ƠN ---oOo--- Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến tất cả Thầy Cô trong khoa Công nghệ Thông tin trường Đại học Khoa học Tự nhiên, những người đã tận tâm truyền dạy những kiến thức quý báu cho chúng em. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Hoàng Thái, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và động viên em trong suốt thời gian qua. Những lời chỉ dẫn, những tài liệu và sự khích lệ của Thầy đã giúp em rất nhiều để hoàn thiện luận văn này. Xin cảm ơn bác Nguyễn Đình Sáo – Căn cứ trưởng ga trực thăng sân bay Tân Sơn Nhất thuộc Công ty bay dịch vụ Miền Nam – đã giúp cháu rất nhiều trong việc tìm kiếm tài liệu, kiến thức về máy bay trực thăng. Xin gởi lời cảm ơn rất nhiều đến toàn thể gia đình, bạn bè. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2005 Nguyễn Thanh Bình ---------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------- NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Giáo viên hướng dẫn TS. Lê Hoàng Thái ---------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------- NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Giáo viên phản biện ThS. Đinh Nguyễn Anh Dũng ---------------------------------------------------------------------------------------------- Mục lục ---------------------------------------------------------------------------------------------- MỤC LỤC ---oOo--- Lời cảm ơn Đề cương chi tiết Mục lục Danh sách hình, bảng, từ viết tắt Tóm tắt luận văn Mở đầu Chương 1. Mô hình kết hợp Thuật giải di truyền – Logic mờ 1 1.1.Giới thiệu…………………………………………….…………………………….…2 1.2. Kết hợp Thuật giải di truyền và Logic mờ trong thực tế………………………….…2 Kết hợp GA và FL trong việc điều khiển trực thăng không người lái .3 Sơ đồ giải quyết bài toán…………………………….……………………………… 4 1.3. Kết luận chương 1 4 Chương 2. Tổng quan về hệ thống điều khiển trực thăng không người lái……………… .5 2.1. Giới thiệu…………………………………………………………… …………… 6 2.2. Các vấn đề trong việc điều khiển trực thăng .……………………………………… 8 2.3. Biến trạng thái (state variables)…………………………………………………… 11 2.4. Sơ đồ hệ thống điều khiển ………………………………………………………….14 2.4.1. Sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển máy bay trực thăng ………………….14 2.4.2. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển logic mờ … .…………………………….………14 2.5. Kết luận chương 2 15 Chương 3. Điều khiển bay tự động bằng bộ luật logic mờ …………………… . ………16 3.1. Giới thiệu……………………………………………………………………………17 3.2. Cấu trúc bộ điều khiển logic mờ ………………………………………………… .17 3.2.1. Bộ điều khiển mờ cổ điển và bộ điều khiển mờ phân tán ……………………17 3.2.2. Ứng dụng bộ điều khiển phân tán để thiết kế bộ điều khiển logic mờ 18 3.2.3. Biến đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển logic mờ ……………………………22 ---------------------------------------------------------------------------------------------- Mục lục ---------------------------------------------------------------------------------------------- 3.2.4. Bộ luật tổng quát …… .……………………………………………………24 3.3. Thiết kế bộ luật tổng quát … …………………………………………………… .25 3.4. Kết luận chương 3 26 Chương 4. Phương pháp mở rộng bộ luật điều khiển bằng Thuật giải di truyền……… 27 4.1. Giới thiệu …………………………………………………………….…………… 28 4.2. Sự mã hoá biến và xây dựng hàm thích nghi… ……………….………………… 29 4.2.1. Mã hoá biến…………………………………………………………………… 29 4.2.2. Xây dựng hàm thích nghi……………………………………………………….29 4.3 Kết luận chương 4 .30 Chương 5. Giải quyết bài toán.…………………… ………………… ……………….31 5.1. Giới thiệu……………………………………………………… .…………………32 5.2. Xây dựng bộ luật cơ bản .…… …………………………………………………32 5.2.1. Sơ đồ thuật toán .…………………………………………………………32 5.2.2. Mô tả sơ đồ.….…… …………………………………….….…… ………… 32 5.2.3. Xây dựng bộ luật cơ bản………………………….….…………………………32 5.3. Mở rộng bộ luật cơ bản………………………….….………………………………34 5.3.1. Sơ đồ thuật toán…………….….…………….….…………….….…………….34 5.3.2. Xây dựng bộ luật cơ bản…………….….…………….….…………….….……34 5.4. Quá trình ra quyết định của bộ điều khiển …………….….…………….….………36 5.5. Kết quả thử nghiệm.….………………………….….………………………… 40 5.5.1 Xây dựng bộ luật cơ bản… ….…………………………………………………40 5.5.2. Mở rộng bộ luật cơ bản …………………………… .40 5.5.3. Điều khiển trực thăng ………………………………………………… .41 5.6. Kết luận chương 5 45 Kết luận và hướng phát triển……… ………………………………………………….46 Kết luận…………………………….…… …………………………… ………………46 Hướng phát triển……………………….… ……………………………………………46 Tài liệu tham khảo ………………………………………………………………………47 ---------------------------------------------------------------------------------------------- Mục lục ---------------------------------------------------------------------------------------------- Phụ lục A. Thuật giải di truyền. . . . . . . . …………………………………………….48 Phụ lục B. Logic mờ 58 Phụ lục C. Các màn hình giao diện……………………………………………………….62 Phụ lục D. Thiết kế luật cho từng khối .68 Phụ lục E. Bộ luật tổng quát (414 luật) trong điều khiển trực thăng….… .…………… 81 Phụ lục F. Một số đoạn code chính trong chương trình……………………….………….89 ---------------------------------------------------------------------------------------------- Danh sách hình, bảng, từ viết tắt ---------------------------------------------------------------------------------------------- • DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ giải quyết bài toán 4 Hình 2.1. Lực không khí sản sinh quanh máy bay trực thăng 9 Hình 2.2.a. Cấu trúc điều khiển của máy bay trực thăng .9 Hình 2.2.b. Ba bộ phận điều khiển chính trong khoang lái của trực thăng .10 Hình 2.3. Góc nghiêng (pitch) .13 Hình 2.4. Góc lệch (yaw) 13 Hình 2.5. Góc lộn vòng (roll) 14 Hình 3.1. Bộ điều khiển mờ cổ điển và bộ điều khiển phân tán .17 Hình 3.2. Vùng điều khiển cần gạt theo chiều ngang của bộ điều khiển mờ 19 Hình 3.3. Vùng điều khiển cần gạt theo chiều dọc của bộ điều khiển mờ 19 Hình 3.4. Vùng điều khiển bàn đạp của bộ điều khiển mờ .19 Hình 3.5. Vùng điều khiển cần nâng của bộ điều khiển mờ .19 Hình 5.1. Các bước tạo bộ luật cơ bản 32 Hình 5.2. Dùng GA tạo bộ luật mở rộng .34 • DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1. Mô tả đầu vào của mỗi khối điều khiển mờ 23 Bảng 3.2. Mô tả đầu ra và tổng số luật của mỗi khối điều khiển mờ 24 • DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT GA : Genetic Algorithms ( Thuật giải di truyền ) FL : Fuzzy Logic ( Logic mờ ) N : Negative St : Stable P : Postive Sm : Small M : Medium NB : Negative Big NM : Negative Medium NS : Neagative Small Z : Zero PS : Positive Small PM : Positive Medium PB : Po sitive Big ---------------------------------------------------------------------------------------------- Tóm tắt luận văn ---------------------------------------------------------------------------------------------- TÓM TẮT LUẬN VĂN Thông tin chung về đề tài: Tên đề tài: Xây dựng hệ thống điều khiển trực thăng không người lái giả lập bằng mô hình kết hợp GA – FL GVHD: TS. Lê Hoàng Thái Sinh viên thực hiện: MSSV: 0112174 Họ và tên: Nguyễn Thanh Bình Tóm tắt nội dung luận văn: - Tìm hiểu lý thuyết về Thuật giải di truyền và Logic mờ. - Nghiên cứu các vấn đề trong điều khiển máy bay trực thăng. - Thiết kế cấu trúc bộ điều khiển logic mờ cho máy bay trực thăng. - Ứng dụng Logic mờ để xây dựng bộ luật điều khiển cho máy bay trực thăng. - Mở rộng bộ luật điều khiển bằng Thuật giải di truyền. - Xây dựng chương trình giả lập trực thăng bay không người lái trên môi trường Visual C++ 6.0 Một số từ khóa chính liên quan đến nội dung đề tài: Fuzzy Logic, Genetic Algorithms, Helicopter, Flight Control. Lĩnh vực áp dụng: Điều khiển tự động Các thuật toán, phương pháp, quy trình chính được nghiên cứu, ứng dụng trong đề tài - Fuzzy Logic - Genetic Algorithms Các công cụ, công nghệ chính được nghiên cứu, ứng dụng trong đề tài Thư viện OpenGL. Xác nhận của GVHD TS. Lê Hoàng Thái ---------------------------------------------------------------------------------------------- . NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TRI THỨC NGUYỄN THANH BÌNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỰC THĂNG KHÔNG NGƯỜI LÁI GIẢ LẬP BẰNG MÔ HÌNH KẾT HỢP GA – FL. NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TRI THỨC NGUYỄN THANH BÌNH - 0112174 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỰC THĂNG KHÔNG NGƯỜI LÁI GIẢ LẬP BẰNG MÔ HÌNH KẾT HỢP