Bảng 4 .5 Các tham số sử dụng trong giải thuật DE dùng với hệ SMD
Bảng 4.8 Thông số vật lý của mơ hình bồn nước liên kết dùng trong mô phỏng
Symbol Physical Signification Value (unit)
A1 Diện tích tiết diện bồn 1 16.619 (cm2)
A2 Diện tích tiết diện bồn 2 16.619 (cm2)
b1 Diện tích tiết diện van xả 1 0.4 (cm2) b2 Diện tích tiết diện van xả 2 0.5 (cm2)
C Hệ số xả 0.8
g Gia tốc trọng trường 981 (cm/s2)
Gc Hệ số bơm 6.94 (cm3/(s.V))
Quy trình xây dựng bộ điều khiển gồm 2 bước là nhận dạng mơ hình ngược tiếp theo đó là xây dựng hàm thích nghi
89
Mơ hình ngược Fuzzy nhiều lớp được huấn luyện bằng giải thuật DE. Trong môi trường mô phỏng, tập dữ liệu dùng huấn luyện được thu thập với thời gian lấy mẫu 1s. Dữ liệu dùng trong huấn luyện được thể hiện màu xanh trong Hình 4.31. Trong đó, giá trị ngõ vào là điện áp được tạo ngẫu nhiên trong khoảng 3 đến 13V, điện áp thay đổi mỗi 100s.
Hình 4.31. Dữ liệu dùng huấn luyện và nhận dạng mơ hình
Dữ liệu dùng đánh giá được thể hiện bằng màu đỏ ở Hình 4.31. Dữ liệu dùng đánh giá là một tập khác so với dữ liệu dùng trong nhận dạng.
Mơ hình ngược Fuzzy nhiều lớp được xây dựng với 4 ngõ vào (yd[n], y[n-1], u[n-1], u[n-2]) với 3 hàm liên thuộc, 1 ngõ ra (u[n]), tương ứng 2 mơ hình Fuzzy T-S trong
lớp ẩn với tổng số luật là 36. Số luật mờ mơ hình đề xuất nhỏ hơn nhiều so với 162 luật mờ của mơ hình Fuzzy truyền thống với cùng cấu hình trên. Các tham số được huấn luyện bằng giải thuật tiến hóa vi sai nâng cao (DE). Kết quả đánh giá theo phương pháp dự báo. Hình 4.32 cho thấy kết quả đánh giá. Kết quả cho thấy ngõ ra của mơ hình Fuzzy bám sát với ngõ ra mong muốn.
90
Hình 4.32. Kết quả đánh giá mơ hình.
Bước 2. Xây dựng giải thuật điều khiển thích nghi
Sai số hệ thơng được chọn như sau:
d
e y y (3.41)
Với ydlà tín hiệu tham chiếu Chọn mặt trượt bằng chính sai số:
s e (3.42) Trong mơ phỏng, ta thực hiện 3 thí nghiệm với 3 giải thuật khác nhau để so sánh chất lượng của giai thuật đề xuất. Đầu tiên là giải thuật đề xuất (IFC+AF), tiếp theo là giải thuật điểu khiển ngược tối ưu (IFC) và cuối cùng là giải thuật điều khiển mơ hình Fuzzy thích nghi (AFC). Tất cả các thí nghiệm chạy trên cùng một mơ hình, cùng tín hiệu đặt.
91
Giải thuật thích nghi được khởi tạo với 5 hàm liên thuộc dạng Gauss với các tham số
3và trung bình lần lượt là [0, 7.5, 15, 22.5, 30].
Các tham số thích nghi được khởi tạo ngẫu nhiên. Các giá trị ngẫu nhiên được khởi tạo trong mô phỏng lần lượt là [8.573, 0.1714, 4.537, 0.0326, 6.109].
Thực hiện 5 kết quả so sánh với các tham số điều khiển khác để lấy kết quả đánh giá chất lượng bộ điều khiển đề xuất: K=5, = 10 (Thí nghiệm A); K=5, = 2 (Thí nghiệm B); K=5, = 0.3 (Thí nghiệm C); K=20, = 2 (Thí nghiệm D); K=50, = 2 (Thí nghiệm E).
Trường hợp A, Hình 4.33 thể hiện kết quả so sánh khi điều khiển mực nước với K=5
và = 10. Trong trường hợp này, chất lượng bộ điều khiển đề xuất thể hiện tốt hơn so với các giải thuật điều khiển thích nghi và bộ điều khiển ngược.
92
Hình 4.34. So sánh các bộ điều khiển áp dụng cho hệ bồn nước liên kết – Thí nghiệm B
Trường hợp B, Hình 4.34 thể hiện kết quả so sánh khi điều khiển mực nước với K=5
và = 2. Trong trường hợp này, chất lượng bộ điều khiển đề xuất tiếp tục thể hiện tốt hơn so với các giải thuật điều khiển thích nghi và bộ điều khiển ngược.
Đặt biệt, trong trường hợp C (Hình 4.35). Với các hệ số điều khiển được chọn lần lượt
K=5 và = 0.3, chất lượng bộ điều khiển đề xuất vẫn thể hiện tốt hơn với tiêu chuẩn trung bình bình phương sai số. Tuy nhiên kết quả ngõ ra của mơ hình với giải thuật thích nghi thông thường xuất hiện giao động do các hệ số quá lớn, đối với giải thuật đề xuất, nhờ có mơ hình điều khiển ngược tối ưu nên chất lượng điều khiển tốt hơn thấy rõ.
Sang thí nghiệm C và D (Hình 4.36, Hình 4.37), khi tăng hệ số ổn định (K), chất lượng bộ điều khiển tốt hơn, bộ điều khiển đề xuất tiếp tục cho chất lượng điều khiển vượt trội khi so sánh với 2 giải thuật cịn lại.
Hình 4.38 thể hiện kết quả của 5 thí nghiệm trong 50s đầu tiên. Có thể thấy rõ hơn trong lần thí nghiệm C, kết quả điều khiển mức nước với K=5 and = 0.3. Ngõ ra giao động với vì hệ số thích nghi q lớn. Sang lần thí nghiệm D, E khi tăng hệ số ổn định (K) của bộ điều khiển, kết quả cho thấy đạt kết quả tốt hơn.
93
Hình 4.35 So sánh các bộ điều khiển áp dụng cho hệ bồn nước liên kết – Thí nghiệm C
94
Hình 4.37 So sánh các bộ điều khiển áp dụng cho hệ bồn nước liên kết – Thí nghiệm E
95