THÔNG TIN TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Tên đề tài luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo cho hệ thống điều khiển tàu thủy”
Chuyên ngành: Khoa học Hàng hải Mã số: 9840106
Nghiên cứu sinh: Võ Hồng Hải
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Phạm Kỳ Quang
2. PGS. TS. Nguyễn Phùng Hưng
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
1. Mục đích nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu phát triển ứng dụng bộ điều khiển PID dựa trên mạng nơ-ron thích nghi cho hệ thống điều khiển hướng đi tàu thủy. Thiết kế bộ điều khiển PID nơ-ron thích nghi theo mô phỏng và thực nghiệm.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án:
Đối tượng nghiên cứu của luận án:
– Hệ thống điều khiển hướng đi của tàu thủy, tập trung vào hệ thống máy lái tự động tàu thủy.
– Phạm vi nghiên cứu của luận án:
– Nghiên cứu các thuật toán điều khiển thích nghi dựa trên sự kết hợp giữa mạng nơ-ron nhân tạo và điều khiển PID thông thường.
– Đề xuất phát triển thuật toán và ứng dụng vào thiết kế máy lái tự động sử dụng bộ điều khiển PID nơ-ron thích nghi cho điều khiển hướng đi tàu thủy.
– Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng bộ điều khiển được đề xuất. Đánh giá chất lượng bộ điều khiển PID nơ-ron thích nghi so với bộ điều khiển PID thông thường.
– Thực nghiệm trên mô hình tàu thu nhỏ trong bể thử trường Đại học Giao thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh.
3. Phương pháp nghiên cứu của luận án
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu thực nghiệm, để làm nổi bật tính khoa học và tính thực tiễn của vấn đề cần giải quyết, cụ thể:
– Nghiên cứu lý thuyết.
– Phân tích, tổng hợp hệ thống điều khiển PID thông thường và mạng nơ-ron nhân tạo;
– Nghiên cứu phát triển thuật toán điều khiển PID nơ-ron thích nghi cho hệ thống điều khiển hướng đi tàu thủy;
– Xây dựng mô hình nhận dạng tàu thủy bằng mạng nơ-ron nhân tạo;
– Thiết kế máy lái tự động sử dụng thuật toán PID dựa trên mạng nơ-ron truyền thẳng để điều khiển hướng đi tàu thủy; Mô phỏng trên máy tính.
– Nghiên cứu thực nghiệm.
– Thiết kế mô hình tàu thủy và ứng dụng bộ điều khiển PID nơ-ron vào điều khiển trong môi trường thực;
So sánh với bộ điều khiển PID thông thường để chứng minh tính hiệu quả của bộ điều khiển PID nơ-ron thích nghi.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học của luận án:
– Xây dựng cơ sở lý thuyết kết hợp bộ điều khiển PID và mạng nơ-ron nhân tạo để thiết kế hệ thống điều khiển hướng đi tàu thủy. Kết quả nghiên cứu đạt được đã góp phần hoàn thiện một phần về cơ sở lý luận khoa học liên quan đến vấn đề nghiên cứu của luận án và đóng góp nhất định cho khoa học hàng hải.
– Đề xuất phát triển thuật toán, tận dụng ưu điểm của bộ điều khiển PID và mạng nơ-ron nhân tạo để nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển hướng đi, tăng khả năng thích nghi và độ chính xác dẫn đường;
– Cải tiến bộ điều khiển PID và mạng nơ-ron lan truyền ngược với thuật toán huấn luyện tăng cường và bộ nhận dạng nơ-ron cho bộ điều khiển nhằm tăng cường độ chính xác dẫn đường và thích nghi với nhiễu loạn môi trường.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án:
– Kết hợp chặt chẽ cơ sở lý thuyết điều khiển tự động và ứng dụng vào thực tiễn thiết kế máy lái tự động tàu thủy;
– Kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu tiếp theo, nhất là ứng dụng điều khiển thông minh vào hệ thống dẫn đường tàu thủy như giảm lắc tàu thủy, định vị động…
5. Những điểm đóng góp mới của luận án
Luận án đã kế thừa, phát triển lý thuyết và ứng dụng kỹ thuật điều khiển PID với mạng nơ-ron nhân tạo trong điều khiển tàu thủy. Cụ thể:
– Tận dụng khả năng điều khiển và dễ phát triển của BĐK PID để thiết kế sơ bộ, kết hợp với BĐK nơ-ron, nhằm điều khiển hướng đi tàu thủy.
– Bộ điều khiển PID với các tham số Kp, Kỳ và Ka được điều chỉnh bằng mạng nơ-ron lan truyền ngược được tính toán mô phỏng tường minh. Khả năng tổng hợp và mô hình hóa trực tuyến của mạng nơ-ron giúp các tham số của BĐK PID được tinh chỉnh và lựa chọn trực tiếp theo thời gian, tính thích nghi của mạng nơ-ron trong điều khiển được tận dụng và phát huy. Phương pháp ứng dụng này không mới tại thời điểm nghiên cứu luận án nhưng cũng ít tác giả ứng dụng vào điều khiển tàu thủy. Đặc biệt, việc huấn luyện mạng trực tuyến liên tục trong quá trình điều khiển mà tác giả sử dụng trong công trình này, trong nghiên cứu ứng dụng loại này là mới và chưa có tác giả nào thực nghiệm.
– Thiết kế bộ nhận dạng mô hình tàu thủy theo phương pháp tín hiệu vào – ra được giới thiệu và ứng dụng. Bộ nhận dạng này sử dụng mạng nơ-ron nhiều lớp truyền thẳng nhưng được tác giả huấn luyện mạng theo phương pháp trực tuyến, tăng cường nên tốc độ thích nghi tốt, có khả năng nhận dạng mô hình tàu phi tuyến biến đổi theo thời gian chứ không chỉ mô hình tuyến tính tĩnh như các nghiên cứu trước đó. Với việc kết hợp mô hình nhận dạng nơ-ron này, phương pháp điều khiển được tiến hành kiểu điều khiển dự đoán theo thời gian thực, nâng cao tính thích nghi và chất lượng điều khiển.
6. Kết cấu của luận án
– Luận án gồm 96 trang A4 (không kể phụ lục) và thứ tự các phần như sau: Mở đầu; nội dung (chia thành 4 chương); kết luận và kiến nghị; danh mục các công trình khoa học đã công bố liên quan đến luận án (05 công trình); tài liệu tham khảo (63 tài liệu) và phụ lục (03 phụ lục).
