Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật số 130 tháng 10-2009

ISSN - 1859 - 0209<br /> Häc viÖn kü thuËt qu©n sù<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T¹p chÝ<br /> Khoa häc<br /> vµ<br /> Kü thuËt<br /> J o u r n a l o f S c i e n c e a n d T e c h n i q u e<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Sè 130<br /> 10-2009<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hμ néi<br />  T¹p chÝ<br /> Khoa häc vμ Kü thuËt<br /> <br /> <br /> <br /> Tæng biªn tËp<br /> GS TSKH Ph¹m ThÕ Long<br /> <br /> Phã Tæng biªn tËp<br /> PGS TS Vò Thanh H¶i<br /> <br /> <br /> Héi ®ång Biªn tËp<br /> <br /> GS TS NguyÔn Xu©n Anh, PGS TS Ph¹m Huy Ch−¬ng, PGS TS §inh ThÕ C−êng,<br /> PGS TS NguyÔn T¨ng C−êng, PGS TSKH NguyÔn C«ng §Þnh, TS Ph¹m Trung Dòng,<br /> PGS TS NguyÔn §øc HiÕu, PGS TS NguyÔn L¹c Hång, TS TrÇn TÊn Hïng, PGS TS Vò §øc LËp,<br /> PGS TS Vò §×nh Lîi, GS TS Hoμng Xu©n L−îng, PGS TS Vò NhËt Minh, PGS TS Lª Kú Nam,<br /> TS Vò H÷u NghÞ, PGS TS §inh V¨n Phong, PGS TS Vò Quèc Trô<br /> <br /> <br /> <br /> TH− Ký biªn tËp<br /> ThS NguyÔn Xu©n Minh<br />  Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> Journal of<br /> Science<br /> and<br /> Technique<br /> No.130 (10-2009)<br /> <br /> EDITORIAL BOARD<br /> <br /> Pham The Long (Editor-in-chief)<br /> Vu Thanh Hai (Vice Editor-in-chief)<br /> Nguyen Xuan Anh<br /> Pham Huy Chuong<br /> Dinh The Cuong<br /> Nguyen Tang Cuong<br /> Nguyen Cong Dinh<br /> Pham Trung Dung<br /> Nguyen Duc Hieu<br /> Nguyen Lac Hong<br /> Tran Tan Hung<br /> Vu Duc Lap<br /> Vu Dinh Loi<br /> Hoang Xuan Luong<br /> Vu Nhat Minh<br /> Le Ky Nam<br /> Vu Huu Nghi<br /> Dinh Van Phong<br /> Vu Quoc Tru<br /> EXECUTIVE SECRETARY<br /> <br /> Nguyen Xuan Minh<br /> <br /> Office: 100 Hoang Quoc Viet Str., Nghia Tan, Cau Giay Dist., Ha Noi<br /> P.O. Box: 7EN-280, Nghia Tan, Cau Giay, Ha Noi<br /> Tel: 069.515304<br /> E-mail: tapchi@lqdtu.edu.vn<br />  phßng th«ng tin kh - cn - mt/ Häc viÖn kTQS<br /> <br /> <br /> <br /> C¸c Ên phÈm:<br /> <br /> ™ T¹p chÝ Khoa häc vµ Kü thuËt xuÊt b¶n 6 sè/n¨m<br /> <br /> ™ B¶n tin ®iÖn tö<br /> <br /> ™ C¸c chuyªn ®Ò vµ th«ng tin phôc vô l·nh ®¹o kh«ng ®Þnh kú<br /> <br /> C¸c dÞch vô:<br /> <br /> ™ Cung cÊp th«ng tin theo ®Þa chØ vµ hái ®¸p<br /> <br /> ™ Th«ng tin th− môc chuyªn ®Ò<br /> <br /> ™ Cung cÊp b¶n sao tµi liÖu gèc, b¶n dÞch, b¨ng ghi ©m, ghi h×nh vÒ CT-XH vµ KHCN<br /> <br /> ™ ViÕt c¸c chuyªn ®Ò, tæng quan, ph©n tÝch theo yªu cÇu<br /> <br /> ™ Qu¶ng c¸o cho c¸c ®¬n vÞ nghiªn cøu vµ kinh doanh<br /> <br /> §Þa chØ liªn hÖ<br /> <br /> Ban T¹p chÝ KH vµ KT, Phßng Th«ng tin KH-CN-MT, Häc viÖn KTQS.<br /> <br /> Hßm th−: 7EN-280, 100 Hoµng Quèc ViÖt, NghÜa T©n, CÇu GiÊy, Hµ Néi.<br /> <br /> Tel.: 069.515304<br /> <br /> E-mail: tapchi@lqdtu.edu.vn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hoan nghªnh mäi ý kiÕn ®ãng gãp cña ®éc gi¶<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T¹p chÝ khoa häc vμ kü thuËt<br /> GiÊy phÐp xuÊt b¶n sè 261/GP-BVHTT ngµy 9/05/2001<br /> In t¹i x−ëng in Häc viÖn Kü thuËt Qu©n sù.<br />  THỂ LỆ VIẾT VÀ GỬI BÀI<br /> CHO TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT<br /> <br /> 1. Bài gửi đăng phải là công trình nghiên cứu của tác giả, chưa đăng và chưa gửi đăng<br /> ở bất kỳ tạp chí nào khác.<br /> <br /> 2. Bài gửi đăng bằng tiếng Việt hoặc tiếng Anh, được đánh máy vi tính, in trên 1 mặt<br /> giấy khổ A4 thành 2 bản (phông chữ Times New Roman, cỡ chữ 12; lề trên và lề dưới<br /> 4cm; lề phải và lề trái 3cm).<br /> <br /> 3. Các hình vẽ phải rõ ràng, chuẩn xác. Nếu bài có ảnh thì ảnh phải rõ nét. Hình vẽ và<br /> ảnh phải được chú thích đầy đủ.<br /> <br /> 4. Các công thức và các thông số có liên quan phải được chế bản bằng Equation hoặc<br /> Mathtype (kể cả công thức hoặc các thành phần của công thức có trên các dòng văn bản).<br /> <br /> 5. Tài liệu tham khảo, trích dẫn phải có đủ các thông tin theo trình tự sau: Họ tên tác<br /> giả (hoặc chủ biên), tên sách (tên bài báo / tạp chí, tên báo cáo khoa học), nơi xuất<br /> bản, nhà xuất bản, năm xuất bản, trang trích dẫn.<br /> <br /> 6. Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị, nơi làm việc, số điện thoại của tác giả kèm theo một<br /> đĩa mềm hoặc CD chứa nội dung bài báo.<br /> <br /> 7. Bài viết phải có tên bằng tiếng Việt và tiếng Anh. Mỗi bài cần có kèm theo phần tóm<br /> tắt bằng tiếng Việt (cỡ chữ 10, tối đa là 150 từ) cung cấp những thông tin cần thiết<br /> về những kết quả chính của bài viết .<br /> <br /> 8. Cấu trúc bài báo gồm các phần: dẫn nhập, nội dung khoa học của bài và kết luận<br /> (viết thành mục riêng). Bài báo phải đưa ra được các kết quả nghiên cứu mới hoặc<br /> các ứng dụng mới hay phải nêu được hiện trạng, những hướng phát triển cơ bản của<br /> vấn đề được đề cập, khả năng nghiên cứu, phát triển và ứng dụng tại Việt Nam. Bài giới<br /> thiệu tổng quan không quá 10 trang; công trình nghiên cứu và triển khai ứng dụng không<br /> quá 8 trang.<br /> <br /> 9. Với bài thông tin khoa học; tin ngắn khoa học kỹ thuật, quân sự: Là các bài dịch,<br /> tổng thuật, tổng quan về các vấn đề khoa học - kỹ thuật, quân sự có tính thời sự.<br /> <br /> 10. Bài không đăng không trả lại bản thảo.<br />  MỤC LỤC<br /> NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Trang<br /> ‰ Võ Minh Phổ. Một số tính chất của hàm toàn phương lồi ngặt bị nhiễu<br /> giới nội. 5-11<br /> ‰ Phan Thị Hương. Về định lý giới hạn trung tâm cho Martingale và<br /> xích Markov. 12-21<br /> ‰ Bùi Quốc Hưng. Bài toán Dirichlet đối với phương trình elliptic cấp 2<br /> nửa tuyến tính trong miền không bị chặn. 22-32<br /> ‰ Dương Tử Cường, Trần Cao Trưởng. Sử dụng đặc trưng MFCC và<br /> mô hình lượng tử hoá véctơ trong bài toán xác thực người nói tiếng<br /> Việt không phụ thuộc vào từ khoá. 33-42<br /> ‰ Đỗ Việt Bình, Nguyễn Hiếu Minh, Hoàng Nam. Nâng cao hiệu quả<br /> thực hiện các thuật toán mật mã vành elliptic trên FPGA. 43-53<br /> ‰ Phạm Văn Đa. Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi cho đối tượng phi<br /> tuyến trên cơ sở lôgic mờ. 54-62<br /> ‰ Hoàng Mạnh Thắng. Đánh giá khả năng mở bảo hiểm của cơ cấu ly tâm<br /> kiểu băng kim loại cuộn tròn trong ngòi đạn bằng phương pháp bắn thử. 63-72<br /> ‰ Đặng Ngọc Thanh, Nguyễn Thế Dũng, Đàm Việt Phương. Thiết kế<br /> buồng đốt động cơ tên lửa nhiên liệu lỏng dùng hỗn hợp hydro và kerosen. 73-81<br /> ‰ Phạm Thế Phiệt. Ảnh hưởng diện tích lỗ thông khí tới lực đẩy trong hệ<br /> thống nhiều động cơ tên lửa nhiên liệu rắn. 82-89<br /> ‰ Chu Văn Đạt, Nguyễn Thế Minh, Nguyễn Quán Thăng. Phương<br /> pháp xác định vị trí có tải trọng tác dụng lớn nhất lên cần máy xúc thuỷ<br /> lực gầu ngược. 90-99<br /> ‰ Phạm Văn Thoan. Nghiên cứu trạng thái ứng suất và chương trình<br /> thiết kế phần kết cấu nhịp cầu vượt dạng bản bê tông cốt thép trên trụ<br /> đơn-tròn tại nút giao cắt khác mức. 100-110<br /> THÔNG TIN KHOA HỌC<br /> ‰ Hà Nguyên Bình. Kính ngắm đêm kích thước nhỏ. 111-115<br /> <br /> TIN NGẮN KTQS<br /> ‰ Súng trường bắn tỉa AWM. 116-117<br /> ‰ Pháo M777 Howitzer. 117-118<br /> ‰ Vũ khí vi sóng có thể phá huỷ các loại vũ khí từ xa. 119-120<br /> <br /> <br /> 3<br />  CONTENTS<br /> SCIENTIFIC RESEARCH Page<br /> ‰ Vo Minh Pho. Some Properties of Strictly Convex Quadratic Functions<br /> with Bounded Perturbation. 5-11<br /> ‰ Phan Thi Huong. On Central Limit Theorem for Martingales and<br /> Markov Processes. 12-21<br /> ‰ Bui Quoc Hung. The Dirichlet Problem for a Class of Semilinear<br /> Elliptic Equations on an Unbounded Domain. 22-32<br /> ‰ Duong Tu Cuong, Tran Cao Truong. Vietnamese Text-independent<br /> Speaker Verification using MFCC Feature and Vector Quantization. 33-42<br /> ‰ Do Viet Binh, Nguyen Hieu Minh, Hoang Nam. Increasing Efficient<br /> Implementation of Elliptic Curve Cryptography on FPGA. 43-53<br /> ‰ Pham Van Da. Synthesizing an Adaptive Controller for Non-linear<br /> Object Based on Fuzzy Logic. 54-62<br /> ‰ Hoang Manh Thang. Estimating the Arming Action of Centrifugal<br /> Safety Mechanics Metallic Roll Type in Fuzes by Firing Method. 63-72<br /> ‰ Dang Ngoc Thanh, Nguyen The Dung, Dam Viet Phuong. Designing the<br /> Fluid Rocket Chamber using Combination of Hydrogen Peroxide and<br /> Kerosene. 73-81<br /> ‰ Pham The Phiet. Influence of Opening Area Flow of Propellant Gas in<br /> the System of Solid Rocket Engines. 82-89<br /> ‰ Chu Van Dat, Nguyen The Minh, Nguyen Quan Thang. A Method of<br /> Determining the Position with the Largest Load of Excavator’s Boom. 90-99<br /> ‰ Pham Van Thoan. Studying on Stress States and Designing Program for<br /> Reinforced Concrete Slab Deck of Overbridge on Column Piers at<br /> Different Level Intersections. 100-110<br /> <br /> INFORMATION<br /> ‰ Ha Nguyen Binh. Nightscope’s Small Types. 111-115<br /> <br /> S&T NEWS<br /> ‰ Accuracy International AWM. 116-117<br /> ‰ M777 Howitzer. 117-118<br /> ‰ Microwaves Could Defuse Bombs from afar. 119-120<br /> <br /> <br /> 4<br /> Journal of Science and Technique.-N.130(10-2009) - Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> <br /> TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI<br /> CHO ĐỐI TƯỢNG PHI TUYẾN TRÊN CƠ SỞ LÔGIC MỜ<br /> <br /> ThS Phạm Văn Đa*<br /> <br /> Bài báo trình bày việc tổng hợp bộ điều khiển thích nghi cho đối tượng phi tuyến dựa trên<br /> bộ điều khiển PID và bộ đánh giá mờ TSK. Lớp đối tượng phi tuyến nghiên cứu được mô tả<br /> bởi phần động học tuyến tính cơ bản bậc n và phần động học phi tuyến chưa biết thay đổi<br /> theo thời gian và có nhiễu phụ tải tác động lên hệ thống. Luật điều khiển được tổng hợp bảo<br /> đảm hệ thống ổn định và sai số bám tiệm cận về 0.<br /> <br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Các hệ thống điều khiển trong thực tế hầu hết là các hệ phi tuyến, người ta luôn<br /> nghiên cứu tìm ra những phương pháp điều khiển thích nghi nhằm nâng cao chất lượng<br /> điều khiển. Xu hướng sử dụng lý thuyết điều khiển hiện đại như lôgic mờ [2, 5] và<br /> mạng nơron [3, 4] để nhận dạng thành phần phi tuyến và tính toán lượng điều khiển để<br /> bù lại ảnh hưởng phi tuyến cũng được quan tâm. Trong [1] đưa ra phương pháp điều<br /> khiển mờ thích nghi bền vững, trên cơ sở đánh giá T-S (Takagi-Sugeno). Công trình [2]<br /> cũng dựa trên mô hình mờ Takagi-Sugeno-Kang (TSK) đánh giá, nhận dạng phần phi<br /> tuyến. Trong bài này sẽ tổng hợp bộ điều khiển thích nghi trên mô hình mờ TSK cho<br /> phần phi tuyến và PID cho thành phần tuyến tính, áp dụng cho lớp đối tượng phi tuyến<br /> có phần động học tuyến tính ở dạng tổng quát bậc n.<br /> Xét một lớp đối tượng điều khiển có động học cơ bản của phần tuyến tính trong<br /> trường hợp tổng quát là khâu quán tính bậc n như sau:<br /> Y (s ) c<br /> P(s ) = = n (1)<br /> U (s ) s + an−1s + an−2 s n−2 + ... + a1s + a0<br /> n −1<br /> <br /> <br /> <br /> với phần tuyến tính (1), người ta thường sử dụng bộ điều khiển PID ở dạng:<br /> u PID (t ) = u0 (t ) = k P e(t ) + k I ∫ e(t )dt + k D1 e&(t ) + k D2 &e&(t ) + ... + k Dn−1 e (n−1) (t ) (2)<br /> <br /> Với các điều kiện giới hạn là các tham số của đối tượng và các tham số của bộ PID<br /> đều dương (c, a n −1 , a n − 2 ,...a1 , a0 > 0 ; k P , k I , k D1 , k D2 ,..., k Dn −1 > 0).<br /> <br /> <br /> *<br /> Học viện KTQS.<br /> 54<br />  Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật.-Số 130(10-2009) - Học viện KTQS<br /> <br /> <br /> Thực tế đối tượng điều khiển phải được mô tả bằng mô hình bất định (3):<br /> y (n ) (t ) = −a n −1 y (n −1) (t ) − a n − 2 y (n − 2 ) (t ) − .... − a1 y& (t ) − a 0 y (t )<br /> (3)<br /> [( )<br /> + cu (t ) + c f y (t ), y& (t ), &y&(t ),..., y (n −1) (t ) + d (t ) , ]<br /> trong đó, f ( y, y& , &y&,..., y (n−1) ) là thành phần phi tuyến và ta giả thiết là hàm phi tuyến trơn<br /> (có đạo hàm), d(t) là nhiễu tác động vào hệ thống.<br /> Cấu trúc của hệ thống điều khiển (HTĐK) thích nghi trên cơ sở lôgic mờ, kết hợp với<br /> PID được xây dựng như hình 1. Như vậy, đối tượng (3) bao gồm sự có mặt đầy đủ của<br /> động học phần tuyến tính (1), phần phi tuyến và nhiễu. Nhiệm vụ của bài toán là xây<br /> dựng bộ điều khiển có khả năng đánh giá được phần động học thay đổi phi tuyến chưa<br /> biết của đối tượng, trên cơ sở đó tính toán lượng điều khiển thích nghi (bù phi tuyến)<br /> sao cho tín hiệu đầu ra của hệ thống luôn bám theo tín hiệu đặt ở đầu vào mong muốn.<br /> <br /> <br /> Đánh giá phi tuyến<br /> fˆ (.) bằng lôgic mờ/ fˆ (.)<br /> <br /> <br /> <br /> Tính toán y (n−1) (t ) y& (t )<br /> bù phi tuyến<br /> <br /> yd (t ) e(t ) (−) y (t )<br /> u (t ) Đối tượng<br /> Bộ ĐK<br /> PID điều khiển thực<br /> (− ) (− )<br /> d (t )<br /> Tính toán<br /> bù nhiễu<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ cấu trúc HTĐK thích nghi đối tượng phi tuyến<br /> trên cơ sở bộ đánh giá TSK kết hợp với PID.<br /> <br /> 2. Tổng hợp HTĐK thích nghi phi tuyến trên cơ sở lôgic mờ<br /> 2.1. Xây dựng bộ đánh giá mờ TSK để nhận dạng động học phi tuyến<br /> ( )<br /> Theo giả thiết ở trên thì f y, y& , &y&,..., y (n−1) có đạo hàm và có khả năng tuyến tính hoá<br /> từng đoạn. Khi đó mô hình mờ TSK [2, 5] sau là thích hợp để mô tả hàm f(.):<br /> Ri : IF y is Ai AND y& is B1,i AND .... y (n−1) is Bn−1,i<br /> <br /> 55<br /> Journal of Science and Technique.-N.130(10-2009) - Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> <br /> THEN f i = sn−1,i y (n−1) + sn−2,i y (n−2 ) + ... + s1,i y& + ti y + vi ; i = 1,2,..., M<br /> Nếu sử dụng bộ mờ hoá singleton và bộ giải mờ trung bình trọng tâm thì hàm phi<br /> tuyến f(.) có thể xấp xỉ với độ chính xác bất kỳ bằng đánh giá:<br /> M<br /> <br /> ∑μ i fi<br /> fˆ (.) = i =1<br /> M<br /> (4)<br /> ∑μ<br /> i =1<br /> i<br /> <br /> <br /> trong đó, μi là độ tin cậy của luật thứ i (có thể được tính bằng min{μiA , μ1B,i ,...., μ nB−1,i },<br /> hay tích {μiA .μ1B,i ......μ nB−1,i }). Mô hình mờ xấp xỉ hàm phi tuyến như hình 2.<br /> <br /> Bộ đánh giá mờ<br /> Cơ sở luật mờ<br /> <br /> fˆ ( y, y& ,..., y (n−1) )<br /> Mờ hoá Suy diễn mờ Giải mờ<br /> <br /> <br /> [y, y& ,..., y ( ) ]<br /> n −1 f ( y, y& ,..., y (n−1) )<br /> Hàm phi tuyến f(.)<br /> <br /> Hình 2. Mô hình mờ xấp xỉ hàm phi tuyến f(.).<br /> Khi đó ta viết lại (4) như sau:<br /> ( )<br /> fˆ y, y& ,..., y (n−1) = φ T (t )θ (t ) (5)<br /> trong đó,<br /> φ T (t ) = M<br /> 1<br /> [μ ψ<br /> 1<br /> T<br /> (t ) μ 2ψ T (t ) ]<br /> ... μ Mψ T (t )<br /> ∑μ<br /> i =1<br /> i<br /> <br /> <br /> ψ T (t ) = [y (n−1) (t ) ... y& (t ) y (t ) 1]<br /> các tham số chưa biết:<br /> θ (t ) = [θ1 (t ) θ 2 (t ) ... θ M (t )]; θ i (t ) = [sn−1,i sn−2,i ... s1,i ti vi ]<br /> <br /> 2.2. Điều khiển thích nghi trên cơ sở bộ đánh giá mờ TSK kết hợp với PID<br /> Biến đổi (3) ta được:<br /> 1<br /> [ ]<br /> u (t ) = y (n ) (t ) + a n −1 y (n −1) (t ) + a n − 2 y (n − 2 ) (t ) + .... + a1 y& (t ) + a 0 y (t )<br /> c (6)<br /> − f ( y (t ), y& (t ), &y&(t ),..., y (n −1) (t )) − d (t )<br /> <br /> <br /> 56<br />  Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật.-Số 130(10-2009) - Học viện KTQS<br /> <br /> <br /> Trong (6) có ba thành phần cơ bản: Thành phần tuyến tính thứ nhất ta có thể thay<br /> bằng thành phần danh định với bộ điều khiển PID; thành phần phi tuyến có thể được<br /> thay bằng phần đánh giá mờ TSK (5); thành phần bù nhiễu có thể thay cho tín hiệu<br /> nhiễu. Trên cơ sở đó ta có thể viết lại luật điều khiển (6) cho đối tượng (3) như sau:<br /> <br /> u (t ) =<br /> 1<br /> c<br /> ( )<br /> (d1 (t ) + u PID (t )) − fˆ y(t ), y& (t ),..., y (n−1) (t ) − f bu (t ) (7)<br /> <br /> trong đó,<br /> d1 = yd(n ) (t ) + an−1 yd(n−1) (t ) + ... + a1 y& d (t ) + a0 yd (t ) (8)<br /> Thay (7) vào (3) ta được:<br /> y (n ) (t ) = −an−1 y (n−1) (t ) − an−2 y (n−2 ) (t ) − ... − a1 y& (t ) − a0 y (t ) +<br /> ⎡1<br /> ( ) ⎤<br /> + c ⎢ yd(n ) (t ) + an−1 yd(n−1) (t ) + ... + a1 y& d (t ) + a0 yd (t ) + u PID (t ) − fˆ (.) − f bu (t )⎥<br /> ⎣c ⎦<br /> + c( f (.) + d (t ))<br /> <br /> ( )<br /> ⇔ yd(n ) (t ) − y (n ) (t ) + an−1 yd(n−1) (t ) − y (n−1) (t ) + ... + a1 ( y& d (t ) − y& (t )) + a0 ( yd (t ) − y (t ))<br /> ( )<br /> = −u PID (t ) − c f (.) − fˆ (.) − c(d (t ) − f bu (t )) (9)<br /> Định nghĩa sai số bám:<br /> e(t ) = yd (t ) − y (t ) (10)<br /> trong đó, yd(t) là quỹ đạo đặt điều khiển mong muốn. Từ (9) và (8) ta có:<br /> e (n ) (t ) + an−1e (n−1) (t ) + an−2 e (n−2 ) (t ) + ... + a1e&(t ) + a0 e(t ) +<br /> <br /> + k P e(t ) + k I ∫ e(t )dt + k D1 e&(t ) + k D2 e&&(t ) + ... + k Dn −1 e (n−1) (t )<br /> ( )<br /> = −c f (.) − fˆ (.) − c(d (t ) − f bu (t ))<br /> <br /> ( ) ( ) (<br /> ⇔ e (n ) (t ) + k Dn−1 + an−1 e (n−1) (t ) + k Dn −2 + an−2 e (n−2 ) (t ) + ... + k D1 + a1 e&(t ) +)<br /> ( )<br /> + (k P + a0 )e(t ) + k I ∫ e(t )dt = −c f (.) − fˆ (.) − c(d (t ) − f bu (t )) (11)<br /> <br /> Định nghĩa véctơ sai số bám:<br /> <br /> [<br /> E (t ) = ∫ e(t )dt e(t ) e&(t ) &e&(t ) ... e (n−1) (t ) ]<br /> T<br /> (12)<br /> và sai số đánh giá:<br /> θ e (t ) = θ ∗ (t ) − θ (t ) (13)<br /> trong đó, θ ∗ (t ) là tham số tối ưu của bộ đánh giá mờ TSK.<br /> 57<br /> Journal of Science and Technique.-N.130(10-2009) - Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> Khi đó có thể viết lại phương trình (11) ở dạng sau:<br /> E& (t ) = Ae E + B f + Bd − Bc Fbu (14)<br /> <br /> với<br /> ⎡ 0 1 0 0 . . 0 ⎤<br /> ⎢ 0 0 1 0 . . 0 ⎥<br /> ⎢ ⎥<br /> ⎢ 0 0 0 1 . . 0 ⎥<br /> ⎢ ⎥<br /> Ae = ⎢ . . . . . . . ⎥;<br /> ⎢ . . . . . . . ⎥<br /> ⎢ ⎥<br /> ⎢ 0 0 0 0 . . 1 ⎥<br /> ⎢(− k )<br /> ⎣ I (− k P − a0 ) (− k D1 − a1 ) (− k D2 − a2 ) . . (− k Dn −1 − a n −1 )<br /> ⎥<br /> ⎦<br /> ⎡ 0 ⎤ ⎡ 0 ⎤ ⎡0⎤<br /> ⎢ 0 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢0⎥<br /> ⎢ ⎥ ⎢ 0 ⎥ ⎢ ⎥<br /> ⎢ 0 ⎥ ⎢ 0 ⎥ ⎢0⎥<br /> ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥<br /> Bf = ⎢ 0 ⎥; Bd = ⎢ 0 ⎥; Bc = ⎢ 0 ⎥<br /> ⎢ . ⎥ ⎢ . ⎥ ⎢ . ⎥<br /> ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥<br /> ⎢ . ⎥ ⎢ . ⎥ ⎢ . ⎥<br /> ⎣ (<br /> ⎢− c f (.) − fˆ (.) ⎥<br /> ⎦ ) ⎢− cd ⎥<br /> ⎣ ⎦<br /> ⎢− c ⎥<br /> ⎣ ⎦<br /> Trong phương trình Lyapunov:<br /> AeT P + PAe = −Q (15)<br /> Q là ma trận đối xứng xác định dương, nếu tìm được ma trận P đối xứng xác định<br /> dương thoả mãn (15) thì hệ thuần nhất của (14) ổn định, chẳng hạn:<br /> ⎡ P1 ⎤ ⎡ p11 p12 . . p1,n +1 ⎤ ⎡q11 0 . . ⎤0<br /> ⎢P ⎥ ⎢ p p22 . . p2,n +1 ⎥ ⎥ ⎢0 q22 . . 0 ⎥⎥<br /> ⎢ 2 ⎥ ⎢ 21 ⎢<br /> P=⎢ . ⎥=⎢ . . . . . ⎥ ;Q = ⎢ . . . . . ⎥;<br /> ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥<br /> ⎢ . ⎥ ⎢ . . . . . ⎥ ⎢ . . . . . ⎥<br /> ⎢⎣ Pn +1 ⎥⎦ ⎢⎣ pn +1,1 pn +1, 2 . . pn +1,n +1 ⎥⎦ ⎢0<br /> ⎣ 0 . . qn+1,n+1 ⎥⎦<br /> qii > 0, i = 1,2,..., n + 1.<br /> Ta chọn luật thích nghi cho bộ đánh giá mờ TSK:<br /> θ&(t ) = −θ e (t ) = cγφ (t )Pn+1 E; γ > 0 (16)<br /> <br /> ( )<br /> Thành phần bù nhiễu: f bu = − D u + ε sign(Pn+1 E ) (17)<br /> 58<br />  Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật.-Số 130(10-2009) - Học viện KTQS<br /> <br /> <br /> với các giới hạn:<br /> <br /> d (t ) ≤ D u ; f (.) − fˆopt (.) ≤ ε (18)<br /> <br /> Du là giá trị xác định, ý nghĩa của nó chính là giới hạn trên của nhiễu tác động vào hệ<br /> thống, còn ε là một hệ số, nó chính là sai số cho phép khi tính toán nhận dạng thành<br /> phần phi tuyến, fˆopt (.) là đánh giá của hàm phi tuyến f (.) , phụ thuộc vào sai số đánh<br /> <br /> giá và fˆopt (.) = φ T (t )θ ∗ (t ).<br /> <br /> Véctơ sai số bám E(t) (12) sẽ tiệm cận về 0 nếu thoả mãn các điều kiện (16) ÷ (18).<br /> Chúng ta sẽ khẳng định điều đó bằng định lý 1 của Lyapunov nếu chọn hàm V(.) như sau:<br /> 1 T 1<br /> V ( E ,θ e ) = E PE + θ eT θ e ; γ > 0 (19)<br /> 2 2γ<br /> •<br /> với γ là hệ số dương bổ sung thoả mãn V (E ,θ e ) > 0 và V (E ,θ e ) < 0.<br /> <br /> Ta có thể chứng minh được V& (.) ≤ 0, khi đó hàm V(.) trở thành hàm Lyapunov của<br /> hệ thống trên và hệ ổn định tiệm cận.<br /> 2.3. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển thích nghi TSK-PID<br /> Sơ đồ cấu trúc HTĐK thích nghi đối tượng phi tuyến trên cơ sở bộ đánh giá TSK<br /> được thể hiện trên hình 3. Trong đó đối tượng điều khiển thực có cấu trúc như trên hình<br /> 4; khối tính toán bù nhiễu (17) và bộ đánh giá phi tuyến TSK (5).<br /> <br /> <br /> d (t )<br /> y d (t ) fˆ (.) (− ) y (t )<br /> e(t ) 1 u (t ) Đối tượng điều<br /> Bộ PID<br /> c khiển thực<br /> (− ) (− )<br /> 1<br /> (<br /> d 1 y d , y& d ,..., y d(n −1 ) )<br /> c f bu y (n−1) (t ) y& (t )<br /> <br /> Đánh giá TSK fˆ (.)<br /> Tính toán bù<br /> nhiễu fbu<br /> <br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ cấu trúc HTĐK thích nghi đối tượng phi tuyến trên cơ sở bộ đánh giá TSK.<br /> <br /> <br /> 59<br /> Journal of Science and Technique.-N.130(10-2009) - Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> <br /> d(t)<br /> y y<br /> c f(.)<br /> y (n −1) y (n −1)<br /> c<br /> 1 1 … 1<br /> u(t) s s y (n−2 ) s y(t)<br /> y (n −1)<br /> -an-1<br /> <br /> -an-2<br /> Đối tượng điều khiển thực<br /> -a0<br /> <br /> <br /> Hình 4. Sơ đồ khối của đối tượng điều khiển phi tuyến.<br /> <br /> 2.4. Mô phỏng khảo sát kết quả HTĐK thích nghi TSK-PID cho điều khiển vị trí<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Sơ đồ mô phỏng HTĐK thích nghi cho điều khiển vị trí<br /> sử dụng thuật toán bù phi tuyến thích nghi trên cơ sở đánh giá TSK.<br /> <br /> 60<br />  Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật.-Số 130(10-2009) - Học viện KTQS<br /> <br /> <br /> Hình 5 là chương trình mô phỏng HTĐK vị trí trên môi trường Matlab-Simulink.<br /> Trong đó có các khối cơ bản sau: Khối đối tượng phần tuyến tính; khối đối tượng phần<br /> phi tuyến và khối tạo nhiễu bên ngoài; khối bộ điều khiển PID ban đầu; khối đánh giá<br /> TSK; khối tính toán lượng bù ma sát và tính toán lượng bù nhiễu; khối tạo giá trị đặt<br /> yd(t) - quỹ đạo vị trí mong muốn; khối cài đặt ma trận Q và khối tính toán ma trận P.<br /> Chương trình bao gồm hai HTĐK, đó là HTĐK thích nghi sử dụng thuật toán bù phi<br /> tuyến thích nghi trên cơ sở đánh giá TSK, kết hợp PID và HTĐK chỉ sử dụng bộ điều<br /> khiển PID. Kết quả mô phỏng với trường hợp quỹ đạo vị trí đặt điều khiển là đường<br /> cong trên hình 6. Khi quỹ đạo vị trí đặt là hàm bậc nhất, kết quả như trên hình 7.<br /> <br /> <br /> <br /> y(t)_PID<br /> yd(t)<br /> <br /> <br /> yd(t)<br /> y(t)_TSK<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Đáp ứng của hệ thống thích nghi TSK và hệ PID khi quỹ đạo đặt là đường cong.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> y(t)_TSK y(t)_PID<br /> <br /> <br /> yd(t)<br /> yd(t)<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Đáp ứng của hệ thích nghi TSK và hệ PID khi quỹ đạo đặt là hàm bậc nhất.<br /> Nhận xét:<br /> Nhìn vào đáp ứng vị trí của HTĐK thích nghi với bộ đánh giá TSK và đáp ứng vị trí<br /> của HTĐK không thích nghi (chỉ sử dụng PID) ta thấy rằng, với HTĐK thích nghi trên<br /> cơ sở bộ đánh giá TSK thì quỹ đạo vị trí đầu ra của hệ thống bám theo quỹ đạo đặt ở<br /> đầu vào rất tốt. Đối với HTĐK không thích nghi thì quỹ đạo đầu ra của hệ thống bám<br /> theo quỹ đạo đặt điều khiển kém hơn nhiều.<br /> <br /> 61<br /> Journal of Science and Technique.-N.130(10-2009) - Military Technical Academy<br /> <br /> <br /> <br /> 3. Kết luận<br /> Bài báo đã phát triển được thuật toán điều khiển thích nghi mờ với bộ đánh giá TSK<br /> kết hợp với PID cho một lớp đối tượng phi tuyến, đảm bảo tính ổn định của hệ thống. Lớp<br /> đối tượng phi tuyến được nghiên cứu có phần động học tuyến tính cơ bản bậc n và động<br /> học phần phi tuyến chưa biết, thay đổi theo thời gian và có nhiễu tác động lên hệ thống.<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> 1. Yansheng Yang, Changjiu Zhou, Robust Adaptive Fuzzy Control for Permanent Magnet<br /> Synchronous Servomotor Drives / International Journal of Intelligent Systems, 500 Dover<br /> Road, Singapore 139651, Republic of Singapore, Vol. 20, 2005, pp. 153-171.<br /> 2. Siemens Pse Sro Slovakia, The Adaptive Control of Nonlinear Systems Using the T-S-K<br /> Fuzzy Logic, Acta Polytechnica Hungarica, Vol. 6, No. 2, 2009, pp. 5-16.<br /> 3. Huang, S. N., Tan, K, K., Lee, T. H., Acombined PID - Adaptive Controller for a Class of<br /> Nonlinear Systems / Automatica, 37, 2001, pp. 611-618.<br /> 4. Huang, S. N., Tan, K. K., Lee, T. H., Adaptive Friction Compensation Using Neural<br /> Network Approximations / IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics-Part C:<br /> Applications and Reviews, Vol. 30, No. 4, 2000, pp. 551-557.<br /> 5. Fei Mei, Zhihong Man, Thong Nguyen, Fuzzy Modelling and Tracking Control of<br /> Nonlinear Systems, GPO Box 252-65, Hobart, TAS 7001, Australia, 2003, pp. 902-906.<br /> <br /> ‰<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 62<br />