Nhận dạng mờ bền vững hệ phi tuyến

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẶNG ĐẮC CHI NHẬN DẠNG MỜ BỀN VỮNG HỆ PHI TUYẾN CHUYÊN NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN HỌC KỸ THUẬT Mà SỐ NGÀNH: 2.05.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2003 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: GS.TSKH NGUYỄN THÚC LOAN Th.S HUỲNH THÁI HOÀNG Cán chấm nhận xét 1: TSKH HỒ ĐẮC LỘC Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN ĐỨC THÀNH Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 10 năm 2003 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐẶNG ĐẮC CHI Phái: nam Ngày tháng năm sinh: 26 – 10 – 1974 Nơi sinh: Ninh Bình Chuyên ngành: Điều Khiển Học Kỹ Thuật Khóa: 12 (2001 – 2003) I TÊN ĐỀ TÀI: NHẬN DẠNG MỜ BỀN VỮNG HỆ PHI TUYẾN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ™ Giới thiệu tổng quan ™ Lý thuyết nhận dạng ™ Lý thuyết nhận dạng dùng logic mờ thuật giải nhận dạng bền vững ™ Ứng dụng để nhận dạng hệ thống hai bồn nước ghép nối tiếp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS.TSKH NGUYỄN THÚC LOAN Th.S HUỲNH THÁI HOÀNG VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: TSKH HỒ ĐẮC LỘC ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: TS NGUYỄN ĐỨC THÀNH …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1CÁN BỘ NHẬN XÉT GS.TSKH Nguyễn Thúc Loan TSKH Hồ Đắc Lộc TS Nguyễn Đức Thành Th.S Huỳnh Thái Hoàng Nội dung đề cương Luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua ngày 25 tháng 10 năm 2003 TRƯỞNG PHÒNG QLKH – SĐH CHỦ NHIỆM NGÀNH TS Nguyễn Đức Thành LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn tất thầy cô môn Điều khiển tự động môn khác hết lòng truyền đạt trang bị kiến thức q báu cho suốt thời gian học Cao học Đặc biệt, chân thành cảm ơn GS TSKH Nguyễn Thúc Loan Th.S Huỳnh Thái Hoàng tận tình hướng dẫn giúp đỡ, động viên, cung cấp thông tin tài liệu liên quan đến đề tài tạo điều kiện tốt để hoàn thành luận án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn tất thầy cô Phòng Quản Lý Khoa Học – Sau Đại Học Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM tạo điều kiện tốt cho hoàn thành khóa học Tôi xin cảm ơn thầy cô khoa Điện Công Nghiệp, Ban Giám Hiệu trường Kỹ Thuật Cao Thắng động viên tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian học Xin cảm ơn bạn khóa học giúp đỡ có ý kiến đóng góp, giúp đỡ tài liệu suốt thời gian học thực luận án Xin gởi lời cảm ơn sau sắc đến người thân gia đình cha mẹ, em yêu thương quan tâm dành điều kiện thuận lợi tốt cho học tập TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng năm 2003 Học viên Đặng Đắc Chi LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT Nhận dạng hệ thống công việc phải làm muốn xây dựng điều khiển cho đối tượng Phương pháp dựa sở quan sát tín hiệu vào u(t) tín hiệu y(t) đối tượng để xây dựng mô hình đối tượng Trong năm gần đây, vấn đề nhận dạng bền vững quan tâm, Mục đích nhận dạng bền vững xây dựng bước nhận dạng xác định tập mô hình không chắn bao gồm mô hình tham số danh định với tập mô hình không chắn Có nhiều nghiên cứu vấn đề nhận dạng bền vững (Milanese Vicno 1991, Ninness Goodwin 1995, Milanese et al 1996, Garulli et al 1999) Nhưng nghiên cứu chủ yếu nghiên cứu hệ thống tuyến tính có nghiên cứu nhận dạng cho hệ thống phi tuyến (Smith Dullerud 1999, Alesandri et al 1999) Do đó, mục tiêu luận văn dùng mô hình mờ để nhận dạng bền vững hệ phi tuyến phương pháp nhận dạng tập hợp thành viên Trong thuật toán tìm đường biên giới hạn tham số mô hình có dạng hình hộp đa diện phẳng (Parallelotope) hình cầu ellip (Ellipsoid) giới thiệu Các thuật toán áp dụng để nhận dạng hệ thống hai bồn nước ghép nối tiếp để tìm mô hình danh định với tập mô hình không chắn Luận văn chia làm chương: Chương - TỔNG QUAN Giới thiệu tổng quát khái niệm nhận dạng Trong chương giới thiệu sơ lược nhận dạng bền vững, nhận dạng logic mờ, cuối chương nêu rõ mục đích luận văn LUẬN VĂN THẠC SĨ Chương - LÝ THUYẾT NHẬN DẠNG HỆ THỐNG Trong chương giới thiệu mô hình thường dùng cho hệ tuyến tính bất biến, hệ phi tuyến Đồng thời giới thiệu cách xây dựng dự báo cho hệ Cuối chương giới thiệu phương pháp ước lượng tham số mô hình phương pháp đánh giá mô hình Chương 3- NHẬN DẠNG MỜ BỀN VỮNG HỆ PHI TUYẾN Xây dựng mô hình mờ để mô tả đôùi tượng thực Mục đích chương giới thiệu hai thuật giải tìm đường biên xấp xỉ giới hạn tham số mô hình mô hình bị tác động nhiễu có biên độ biết trước, đường biên có dạng đa diện song song đường biên có dạng mặt cầu ellip Từ áp dụng thuật giải vào mô hình mờ để tìm tham số cần nhận dạng mô hình mờ Chương –ỨNG DỤNG NHẬN DẠNG HỆ HAI BỒN NƯỚC Mục đích chương dùng đối tượng hai bồn nước ghép nối tiếp (coupled-tank) dùng để kiểm nghiệm lại thuật giải chương Cuối luận văn số kết luận hướng phát triển đề tài LUẬN VĂN THẠC SĨ ABSTRACT Identification systems is one of the first things to when building controller for plants This method based on observement input signals u(t) and output signals y(t) of plants to define models In recent years, the robust identification problem has being interested The main purpose of robust identification is constructing the identification steps define a set uncertain model which contain a nominal parameter model and with a set of uncertain model There were many researches into the robust identification (Milanese and Vicno 1991, Ninness and Goodwin 1995, Milanese et al 1996, Garulli et al 1999) But in these research were mainly studying in linear systems, while there was very few of researching in nonlinear identification (Smith and Dullerud 1999, Alesandri et al.1999) Therefore, the purpose of this thesis is using fuzzy models to robust idetification nonlinear systems by set membership method In there, the algorithms find limit bound of parameter model by parallelotope and ellipsoid shapes are introduced These algorithms are applied to identification coupledtank system to find nominal model and set model uncertain The thesis is divided into chapter Chapter THE GENERAL We introduce generally notion basis about identification And cursory introduction about robust identification, identify by fuzzy logic, and the final of this chapter will point out the purpose of the essay Chapter IDENTIFICATION SYSTEM LITERATURE In this chapter, we introduce the models use for invariant linear systems, nonlinear systems And introducing the way to build predictors for that systems LUẬN VĂN THẠC SĨ In the end of this chapter, we will introduce the estimate parameter methods and model validation methods Chapter ROBUST FUZZY IDENTIFICATION of NONLINEAR SYSTEMS Buiding a fuzzy model to describe the real object The main purpose of this chapter is introduce two algorithm to find approximate touch-line which is limited by parameters of model when the model is influenced by crepe which has been known before That is the touchline which has parallelotope and ellipssoid shapes And then, it will apply this algorithm into fuzzy model to find out the parameter of fuzzy model must be defined Chapter ROBUST IDENTIFY APLICATION FOR COUPLED - TANK The purpose of this chapter applies algorithms in chapter for coupledtank Concludes the thesis and introduces some perspectives of the work LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC Trang Chương : TỔNG QUAN I-1 1.1- Giới thiệu chung nhận dạng hệ thống I-2 1.2- Sơ lược trình phát triển logic mờ I-3 1.3- Nhận dạng hệ thống dùng logic mờ I-4 1.4- Nhận dạng bền vững I-7 1.5- Mục đích luận văn I-9 1.6- Nội dung luận văn I-10 Chương : LÝ THUYẾT NHẬN DẠNG HỆ THỐNG II-1 2.1- Giới thiệu nhận dạng II-1 2.1.1- Mô hình II-1 2.1.2- Phương pháp bình phương tối thiểu II-3 2.2- Các bước nhận dạng hệ thống II-4 2.2.1- Các vấn đề hệ thống II-4 2.2.2- Đánh giá mô hình II-6 2.3- Cấu trúc mô hình hệ tuyến tính bất biến II-8 2.3.1- Mô hình hệ tuyến tính tổng quát II-8 2.3.2- Mô hình chuổi hàm sở trực giao II-16 2.4- Cấu trúc mô hính hệ phi tuyến II-18 2.4.1- Mô hình đặc tuyến phi tuyến II-18 2.4.2- Mô hình hộp đen phi tuyến II-21 2.4.3- Mô hình mờ II-25 2.5- Các phương pháp ước lượng tham số II-29 2.5.1- Lý thuyết chung II-29 2.5.2- Tối thiểu sai số dự báo II-31 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2.5.3- Mô hình hồi qui tuyến tính phương pháp bình phương tối thiểu II-34 2.5.4- Ước lượng tham số dùng lý thuyết xác suất thống kê phương pháp hợp lý cực đại 2.5.5- Phương pháp tương quan 2.6- �hương Ứng Dụng Nhận Dạng Bền Vững Hệ Hai Bồn Nước ... NHẬN DẠNG MỜ BỀN VỮNG HỆ PHI TUYẾN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ™ Giới thiệu tổng quan ™ Lý thuyết nhận dạng ™ Lý thuyết nhận dạng dùng logic mờ thuật giải nhận dạng bền vững ™ Ứng dụng để nhận dạng. ..Ứng Dụng Nhận Dạng Bền Vững Hệ Hai Bồn Nước Trang IV - 19 Kết nhận dạng vạch mệnh đề kết luận 4.3- NHẬN DẠNG BỀN VỮNG HỆ THỐNG THỰC Trong mục sử dụng chương trình xây dựng để nhận dạng đối tượng ...Chương Ứng Dụng Nhận Dạng Bền Vững Hệ Hai Bồn Nước Trang IV - 28 TÓM TẮT Trong chương ứng dụng mô hình mờ phương pháp nhận dạng bền vững tập hợp thành viên để nhận dạng đối tượng phi tuyến hai bồn