T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 3
(43)
/
N¨m 2007
86

ANFIS VÀ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI
VN TRÍ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ THÔNG SỐ VÀ TẢI THAY ĐỔI
Phạm Hữu Đức Dục (Trường CĐ Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp I) -
Lại Khắc Lãi (Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên)
1. Mở đầu
ANFIS là một loại mạng nơron mờ nổi tiếng được Jang (1992) đề xuất sử dụng luật học
mờ TSK (Takasi -Sugeno- Kang). Luật học mờ thứ j của ANFIS là
j
R
có dạng sau:
IF
1
x
is
j
1
A
AND
2
x

j
i
là biến ngôn ngũ mờ ứng với biến đầu vào đầu
vào
i
x
;
Rp
j
1
∈
là hệ số của hàm tuyến tính
j
f ; i = 1, 2,..., n; j = 1, 2, ..., M .
Cấu trúc ANFIS gồm 6 lớp như sau:
Lớp 1: Là lớp đầu vào, mỗi nơron thứ i có một tín hiệu vào
i
x
.
Lớp 2: Mỗi phần tử là một hàm liên thuộc )x(
ij
i
A
µ .
Lớp 3: Mỗi phần tử
j
R tương ứng thực hiện một luật thứ j:
∏
=
=

M
1j
jj
j

L
ớ
p 5: M
ỗ
i ph
ầ
n t
ử
th
ứ
j th
ự
c hi
ệ
n phép tính:
)xpp(
n
1i
i
j
i
j
0
j
∑

1j
j
M
1j
jj
fµµfµy

Sai l
ệ
ch trung bình bình ph
ươ
ng gi
ữ
a hàm
đầ
u ra mong mu
ố
n y
d
và hàm
đầ
u ra th
ự
c y:

2
M
1j
n
1i

2
1
)yy(
2
1
E








∑








∏
µ
∑





đầ
u ra y c
ủ
a ANFIS bám theo
đượ
c
đầ
u ra mong mu
ố
n
d
y
c
ầ
n tìm
đượ
c lu
ậ
t c
ậ
p nh
ậ
t b
ộ
các thông s
ố

đ
i
ề

t c
ậ
p nh
ậ
t giá tr
ị
c
ủ
a b
ộ
các thông s
ố

đ
i
ề
u
ch
ỉ
nh này khi s
ử
d
ụ
ng hàm liên thu
ộ
c d
ạ
ng Gaussian
ở
l

t chi
ề
u có thông s
ố
và t
ả
i thay
đổ
i.
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 3
(43)
/
N¨m 2007
87
2. Luật cập nhật bộ các thông số bộ điều chỉnh, ứng dụng điều chỉnh thích nghi vị
trí động cơ điện một chiều có thông số và tải thay đổi
Vấn đề đặt ra là cần tìm các luật cập nhật bộ các thông số điều chỉnh ở các lớp 2 và 5 cho
ANFIS. Sử dụng hàm liên thuộc dạng Gaussian ở lớp 2 có dạng

22
).(2)(
)(
j
i
j

∂
∂
−=+ )()()1(
))x(())x(ax)(yf)(yy(
M
1j
j
2
i
j
i
ji
j
i
ijm
∑
µδµ−−−
=
;
δδ
ηδ
δ
ηδδ
−=
∂
∂
−=+ )()()1( t
E
tt
j

là các h
ệ
s
ố
h
ọ
c.
- Lu
ậ
t c
ậ
p nh
ậ
t b
ộ
thông s
ố

đ
i
ề
u ch
ỉ
nh
j
i
p

ở
l

là h
ệ
s
ố
h
ọ
c.
Khi
độ
ng c
ơ
m
ộ
t chi
ề
u làm vi
ệ
c v
ớ
i t
ả
i thay
đổ
i, làm cho nhi
ệ
t
độ
c
ủ
a

ủ
a
độ
ng c
ơ

ả
nh
h
ưở
ng x
ấ
u
đế
n
đặ
c tính v
ị
trí c
ủ
a nó. Ph
ầ
n này trình bày m
ộ
t
ứ
ng d
ụ
ng c
ủ

ả
i nh
ỏ
.
S
ơ

đồ

đ
i
ề
u ch
ỉ
nh thích nghi v
ị
trí
độ
ng c
ơ

đ
i
ệ
n 1 chi
ề
u theo mô hình m
ẫ
u
đ

đị
nh
đ
i
ệ
n áp
đ
i
ề
u khi
ể
n u (ho
ặ
c h
ệ
s
ố

đ
i
ề
u ch
ỉ
nh thích nghi K
U
) sao cho v
ị
trí th
ự
c q c

ứ
ng minh
đượ
c r
ằ
ng:
)(
1
4321
eceFeFe
c
u
mba
+++−=
v
ớ
i
qqe
m1
ɺɺɺɺɺɺ
−=
; qqe
m
ɺɺɺɺ
−=
2
;
qqe
m3
ɺɺ

ệ
n áp
đ
i
ề
u ch
ỉ
nh u c
ấ
p cho
độ
ng c
ơ
1
chi
ề
u ph
ụ
thu
ộ
c 4
đạ
i l
ượ
ng sai l
ệ
ch: e
1
, e
2

ẫ
u mô t
ả

ở
hình 1, trong
đ
ó b
ộ

đ
i
ề
u ch
ỉ
nh ANFIS có
nhi
ệ
m v
ụ
t
ạ
o ra
đ
i
ệ
n áp
đ
i
ề

ộ

đ
i
ề
u ch
ỉ
nh ANFIS có 4
đầ
u vào là
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 3
(43)
/
N¨m 2007
88

e
1
, e
2
, e
3
, e
4
, mỗi đại lượng mờ ở đầu vào có 5 hàm liên thuộc dạng Gausian )(

is
j
A
3
AND
4
e
is
j
A
4
THEN
∑
+=
=
4
1i
i
j
i
j
0
j
eppu

với
i
e
, u tương ứng là các biến đầu vào, đầu ra; )(
i

A
e)e(
δ−−
=µ
; thực hiện luật mờ thứ j:
∏
µ=µ
=
4
1i
i
j
i
j
)e(
; mỗi phần tử N tính:
∑
µµ=µ
=
5
1j
jj
j
; tín hiệu đầu ra có dạng:
∑∑∑
===
==
5
1
5

c
E
)t(c)1t(c η−=
∂
∂
η−=+ ))e(())e(ae)(qu)(qq(
5
1j
j
2
i
j
i
ji
j
i
ijm
∑
µδµ−−−
=

δδ
ηδ
δ
ηδδ
−=
∂
∂
−=+ )()()1( t
E

j
i
p
j
i
j
i
tp
p
E
tptp
ηη
−=
∂
∂
−=+ )()()1(
∑
µµ−
=
5
1j
jjim
e)qq(

Mô hình mẫu
Động cơ
một chiều
Bộ
điều chỉnh
ANFIS

e
1

e
1
e
2

e
3 +
m
q
ɺɺɺ
+
m
q
ɺɺ
+
m
q
ɺɺɺ

+
q
ɺ

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ

1
1.2

Hình 3a

0 500 1000 1500 2000
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
Hình 3b

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
0
5
10
15
20
25
30
Hình 3c
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
0
0.5
1
1.5

e

u
Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6
•
••
•
•
••
•

N
N
∑
)e(
1
A
1
1
µ

4321
e e e e

)e(
4
A


•
••
•
•
••
•

•
••
•
•
••
•

•
••
•
•
••
•

•
••
•
•
••
•

.

.
.
4321
e e e e

4321
e e e e

.
.
.
i
e

N
1
1
A

j
1
A

5
1
A

1
i
A

phần ứng R(Ω)
Điện cảm
L (H)
Mômen tải
Mc(Nm)
Mômen quán tính
tải J (kgm2)
Vị trí q (rad) trước khi
sử dụng ANFIS
Điện áp điều chỉnh u (V)
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 3
(43)
/
N¨m 2007
90

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7

1
= 0.4111, 0.3250, -0.3814, 0.0058, 0.0227; δ
2
=0.0126, 0.0055, -0.1299,-0.0001,0.0526;
δ
3
=-0.0005, 0.0093, 1.0118, 0.0059, 0.0001; δ
4
=0.0129,0.0001, 0.0817, 0.1103,-0.0163;
và bộ thông số điều chỉnh ở lớp 5 tại thời điểm tính thứ 500:
p
1
= 0.9423, 0.3418, 0.4040, 0.3077, 0.4116; p
2
= 0.2859, 0.3941, 0.5035, 0.7220, 0.3062;
p
3
= 0.1122, 0.4433, 0.4668, 0.0147, 0.6641; p
4
= 0.7241, 0.2816, 0.2618, 0.7085, 0.7839;
Sai lệch vị trí trung bình bình phương nhỏ hơn 0.03.
3. Kết luận
Sử dụng ANFIS đóng vai trò là bộ điều chỉnh trong điều chỉnh thích nghi vị trí động cơ
điện một chiều có thông số R, L và tải thay đổi trong vùng phụ tải nhỏ có ưu điểm là tìm được
trực tiếp tín hiệu điện áp điều chỉnh u đặt vào động cơ không cần thực hiện nhận dạng hệ thống,
do đó làm tăng được khả năng tác động nhanh của hệ thống mà vẫn bảo đảm được sai lệch vị trí
ở trong giới hạn cho phép. Bộ điều chỉnh này là một bộ điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm,
ưu điểm nổi bật là các thông số của hàm liên thuộc của các biến ngôn ngữ đầu vào và các hệ số
điều chỉnh của hàm đầu ra ANFIS được cập nhật tự động theo sai lệch điều khiển, điều này làm
tăng độ thông minh của bộ điều chỉnh.