Mô tả quá trình và các kết quả mô phỏng

3 ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT THÍCH NGHI PHÂN LY DÙNG MẠNG NƠ-RON

4.1.3 Mô tả quá trình và các kết quả mô phỏng

Trong luận án này con lắc ngược xoay đã được tiến hành mô phỏng theo cả hai phương pháp điều khiển DNNSMC đã được trình bày trong chương hai và phương pháp DANSMC đã được trình bày trong chương ba.

Mô phỏng điều khiển DNNSMC

- Thành phần điều khiển tương đương của điều khiển DNNSMC là một mạng nơ- ron truyền thẳng có một ngõ vào là tín hiệu mặt trượt và một ngõ ra cung cấp tín hiệu điều khiển. Mạng nơ-ron N có 12 nơ-ron ở lớp ẩn.

- Các thông số của bộ điều khiển DNNSMC được chọn như sau γ1 =5; γ2 =3,

3 1

γ = , φ1=5.

- Giá trị ban đầu của Eđược chọn là 0. Quá trình thực hiện mô phỏng cho thấy:

- Kết quả đáp ứng của hệ thống hội tụ ngay trong phiên điều khiển đầu tiên và không thay đổi ở các phiên điều khiển sau đó. Thành phần điều khiển bền vững giữ vai trò chính trong đáp ứng của hệ thống. Việc cập nhật cho các thành phần điều khiển cần được dừng lại sau khi đã đạt các yêu cầu điều khiển, vì khả năng một số thông số của bộđiều khiển vượt quá các giá trị cho phép để mô phỏng.

- Hình từ 4.5 cho thấy biên độ của tín hiệu điều khiển lớn và dao động mạnh trong quá trình quá độ.

- Hình 4-6 là đáp ứng của tín hiệu trượt và các hình 4-7 và 4-8 là đáp ứng của các quỹ đạo pha của các biến trạng thái xung quanh mặt trượt, cho thấy hiện tượng dao động mạnh của các biến trạng thái khi tiếp xúc với mặt trượt.

Mô phỏng điều khiển DANSMC

- Điều khiển DANSMC là một mạng nơ-ron truyền thẳng có một ngõ vào là tín hiệu mặt trượt và một ngõ ra cung cấp tín hiệu điều khiển. Mạng nơ-ron N có 12 nơ- ron ở lớp ẩn nhưng có bốn ngõ vào là các ngõ vào trạng thái. Các thông số của bộđiều khiển DANSMC được lựa chọn như sau. Hệ số học µ=0.01; c1 =4, c2 =1, ρ =10

4 =

φ , γ =0.6.

- DASMC đòi hỏi một quy trình huấn luyện mạng chặt chẽ. Phiên huấn luyện đầu được thực hiện với con lắc có góc lệch nhỏ (50 so với phương thẳng đứng). Góc lệch ban đầu của con lắc tăng dần ở những phiên huấn luyện sau, mỗi lần tăng 50 cho đến khi góc lệch ban đầu đạt 300. Với mỗi góc lệch, việc huấn luyện được thực hiện hai lần. Như vậy quy trình huấn luyện mạng nơ-ron để điều khiển cho con lắc ngược bao gồm 12 phiên huấn luyện, mỗi phiên huấn luyện kéo dài 100s. Hình 4-9 là kết quả của quá trình huấn luyện mạng, các đường đáp ứng màu đỏ là các kết quả của phiên huấn luyện đầu, các đường đáp ứng màu xanh dương là các kết quả của các phiên huấn luyện sau, và cuối cùng các đường đáp ứng màu đen là kết quả của phiên huấn luyện cuối cùng. Hình 4-10 là kết quả đáp ứng của tín hiệu trượt qua các phiên huấn luyện tương ứng. Hình 4-11, 4-12, 4-13 là các kết quả điều khiển và các đáp ứng quỹ đạo pha của điều khiển DANSMC lên con lắc ngược.

- Kết quả qua các phiên huấn luyện cho thấy chất lượng điều khiển tăng dần sau mỗi phiên huấn luyện, đáp ứng của hệ thống hội tụ sau quá trình huấn luyện.

Bảng 1 Bộ trọng số thu được sau phiên huấn luyện đầu tiên

wij w1j w2j w3j W4j w5j w6j w7j w8j w9j w10j W11j w12j wi1 0.8357 0.6199 -0.3127 0.7982 -0.3983 -0.2088 -0.9049 0.2824 0.6109 -0.6678 -0.5409 0.9022 wi2 1.0756 0.7254 0.3246 0.3969 0.8537 -0.2045 -1.1342 -0.5196 0.6558 -0.4991 0.2204 -1.0258 wi3 -1.1331 -0.5603 0.0523 -0.0297 -0.9353 0.8002 0.2923 -0.7181 -0.2560 -0.6950 -0.2992 -0.6003 wi4 0.5880 0.2877 -0.9488 0.4259 -0.3909 0.7158 0.4586 0.2995 -0.5382 0.3293 -0.4050 -0.8155 w0 w01 w02 w03 W04 w05 w06 w07 w08 w09 w010 w011 w012 -1.4200 0.3310 -0.2827 -0.3638 -0.8512 -0.4471 0.7198 0.2254 0.7138 -0.1431 0.5159 1.3807

Bảng 2 Bộ trọng số thu được sau phiên huấn luyện cuối

wij w1j w2j W3j W4j w5j w6j w7j w8j w9j w10j w11j w12j wi1 0.7567 0.6189 -0.3213 0.4863 -0.5475 -0.1762 -0.7791 0.0688 0.6773 -0.6620 -0.3839 0.6884 wi2 1.3158 0.6626 0.4419 0.8866 1.0106 -0.0859 -1.3458 -0.8786 0.3617 -0.4937 -0.1623 -2.1752 wi3 -1.2511 -0.5770 -0.1019 -0.1168 -0.9138 0.7843 0.4471 -0.4666 -0.2598 -0.7503 -0.0156 -0.4538 wi4 0.3718 0.3204 -1.0768 0.6244 -0.5324 0.6191 0.6913 0.4838 -0.5208 0.3302 -0.3298 -0.8418 w0 w01 w02 W03 W04 w05 w06 w07 w08 w09 w010 w011 w012 -1.9297 0.1073 -0.3982 -1.5145 -1.1318 -0.4213 1.2154 1.2645 0.9767 0.3649 1.2111 3.5392

So sánh giữa hai phương pháp điều khiển DNNSMC và DANSMC

Theo dõi tiến trình thực hiện và thông qua kết quả thu được từ việc mô phỏng hai phương pháp điều khiển DNNSMC và DANSMC lên cùng đối tượng con lắc ngược xoay cho thấy:

- Phương pháp điều khiển DANSMC đòi hỏi một quá trình huấn luyện mạng qua nhiều phiên huấn luyện trong khi phương pháp DNNSMC cho kết quả gần như tức thời.

- Đáp ứng của vị trí con lắc (góc β ) của cả hai phương pháp xem như tương đương trong khi đó đáp ứng vị trí của cánh tay con lắc (góc α) của phương pháp DNNSMC có độ lệch (hình 4.11)

- So sánh các đáp ứng của các tín hiệu điều khiển trên các hình 4.4, 4.11 và 4.14 cho thấy tín hiệu điều khiển DANSMC biên độ nhỏ hơn rất nhiều lần so với tín hiệu điều khiển DNNSMC.

- So sánh đáp ứng tín hiệu trượt và các quỹ đạo pha của điều khiển DNNSMC (hình 4.5, 5.6, 4.7, 4.8) và các đáp ứng của điều khiển DANSMC (hình 4.12, 4.13) cho thấy với điều khiển DNNSMC vẫn còn hiện tượng dao động tắt dần xung quanh mặt trượt còn với điều khiển DANSMC các quỹ đạo pha có dạng hàm trơn bậc hai. Việc chọn giá trị của ρ chỉ ảnh hưởng đến độ vọt lố của các biến trạng thái khi tiếp xúc với mặt trượt.

Hình 4-8 Quỹđạo pha các biến trạng thái của điều khiển DNNSMC trong quá trình quá độ

Hình 4-10 Đáp ứng của tín hiệu trượt qua các phiên huấn luyện của điều khiển DANSMC

Khi thay đổi các thông số của con lắc ngược, điều khiển DNNSMC yêu cầu cần phải khởi động lại các thông số của hệ thống và huấn luyện trở lại. Trong khi đó điều khiển DANSMC có khả năng thích nghi và tự thay đổi các thông số bên trong bộđiều khiển cho phù hợp với thông số mới của đối tượng.