Luận Văn Ứng dụng NeuroFuzzy trong điều khiển nhiệt độ

Ưùng dụng NeuroFuzzy trong điều khiển nhiệt độ
LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cơ trong trường ĐH Kỹ Thuật đã dạy dỗ cho đến ngày hơm nay, đặc biệt là các thầy cơ trong bộ mơn Điều Khiển Tự Động.
Xin chân thành cảm ơn văn phịng bộ mơn, đặc biệt là cơ Ngọc đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn thầy Lê Tuấn Anh, người đã gợi ý và hướng dẫn thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Và xin cảm ơn tất cả những người đã gián tiếp tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Dù đã cố rất gắng nhưng vẫn khơng tránh khỏi sai sĩt, xin được học hỏi những lời chỉ dẫn. Xin cảm ơn rất nhiều.


LỜI TỰA
Đề tài này được thực hiện trong khuơn khổ một mơn học do trường ĐH Kỹ Thuật qui định với số tín chỉ là 10. Thơng qua đĩ, sinh viên cĩ một học kỳ để tự học, tự đánh giá khả năng của mình và trình bày thành luận văn dựa trên những hiểu biết của mình.
Tên của đề tài là ứng dụng NeuroFuzzy để điều khiển nhiệt độ cho thấy đề tài khơng mới nhưng phương pháp điều khiển thì rất mới : đĩ là ứng dụng NeuroFuzzy, một lĩnh vực cịn khá mới mẽ trong điều khiển tự động, là sự kết hợp của hai lĩnh vực trí khơn nhân tạo : logic mờ và mạng neuron nhằm tận dụng ưu điểm của cả hai. Nhằm để chứng tỏ ưu điểm của phương pháp này, đề tài điều khiển một đối tượng cụ thể là một lị nướng dân dụng.
Luận văn trình bày đề tài được chia làm 5 phần lớn :
ã Phần 1 : Giới thiệu.
ã Phần 2 : Lý thuyết.
ã Phần 3 : Thiết kế.
ã Phần 4 : Kết qua điều khiển.
ã Phần 5 : tài liệu tham khảo.
Trong mỗi phần cĩ nhiều chương nhỏ trải rộng từ hệ thống, phần cứng, phần mềm với tổng số trang là 183.
Do lượng nội dung viết thì nhiều mà khuôn khổ luận văn cĩ giới hạn nên chỉ trình bày các giải thuật mà khơng trình bày chương trình. Tuy nhiên, nếu muốn tham khảo thì sử dụng đĩa CD-ROM kèm theo cĩ chứa chương trình nguồn lẫn chương trình đã biên dịch (cho phép cài lên máy tính).
Thực ra tác giả cịn muốn trình bày nhiều hơn nữa nhưng đành phải rút gọn nên khơng thốt khỏi tình trạng thiếu trước hụt sau. Ngồi ra, do mỗi phần được viết trong các khoản thời gian khác nhau nên không tránh khỏi vấn đề không nhất quán trong trình bày. Lối văn phong cũng khơng được khoa học cho lắm.
Mong rằng người đọc sẽ thơng cảm mà bỏ qua những thiếu sĩt đĩ. Xin chân thành cảm ơn.

MỤC LỤC
Phần 1. Giới thiệu 9
Chương 1. Giới thiệu đề tài 10
1. Nhiệm vụ của đề tài 11
2. Thực hiện 11
Phần 2. Lý thuyết 12
Chương 1. Logic mờ 13
1. Sơ lược về logic mờ 13
1.1. Quá trình phát triển của logic mờ 13
1.2. Cơ sở tốn học của logic mờ 13
1.3. Logic mờ là logic của con người 16
1.4. So sánh logic mờ với lý thuyết xác suất thống kê 16
2. Các khái niệm dùng trong logic mờ 17
2.1. Tập hợp mờ và độ phụ thuộc 17
2.2. Hàm phụ thuộc 18
2.3. Biến ngơn ngữ 18
2.4. Luật mờ 19
3. Tính tốn mờ 19
3.1. Mờ hĩa 19
3.2. Tính luật mờ 19
3.3. Suy luận mờ 20
3.4. Giải mờ 21
Chương 2. Mạng Neuron 23
1. Sơ lược về mạng neuron 23
1.1. Quá trình phát triển 23
1.2. Mạng neuron là gì ? 24
1.3. Cấu trúc của não 24
2. Mơ hình hĩa mạng neuron 26
2.1. Yêu cầu khi lập mơ hình một neuron 26
2.2. Lập mơ hình neuron 26
3. Học hỏi trong mạng neuron 28
4. Giải thuật học perceptron 30
4.1. Mơ tả giải thuật 30
4.2. Phân loại với mơ hình perceptron 31
4.3. Tĩm tắt giải thuật 33
4.4. Hạn chế 34
4.5. Nhận xét 34
5. Giải thuật học delta 35
5.1. Đạo hàm 35
5.2. Mơ tả luật học delta 36
5.3. Một số hàm truyền và đạo hàm của nĩ 37
5.4. Tĩm tắt giải thuật 38
6. Giải thuật delta tổng quát 39
6.1. Mơ hình perceptron đa tầng 39
6.2. Luật học delta tổng quát 39
6.3. Tĩm tắt giải thuật 41
7. Độ hiệu quả của mạng neuron 41
Chương 3. NeuroFuzzy 44
1. Sơ lược về NeuroFuzzy 44
2. Kết hợp neuron và mờ 45
2.1. Biểu diễn luật If-Then theo cấu trúc mạng neuron 45
2.2. Neuron mờ 48
3. Học hỏi trong NeuroFuzzy 50
3.1. Sửa đổi hàm phụ thuộc 51
4. Nhận xét 54
Chương 4. Vi điều khiển 55
1. Vi điều khiển họ MCS-51 55
2. Vi điều khiển AT89C52 56
2.1. Cấu tạo chân 56
2.2. Sơ đồ khối 57
2.3. Mơ tả chức năng các chân 57
2.4. Các thanh ghi chức năng 59
2.5. Bộ nhớ dữ liệu 61
2.6. Đặc tính bộ dao động 62
2.7. Chế độ lười 62
2.8. Chế độ hạ nguồn 62
2.9. Trạng thái của một số chân trong chế độ hạ nguồn và chế độ lười 62
2.10. Các thơng số kỹ thuật 63
Chương 5. ADC ICL7109CPL 67
1. Sơ lược các phương pháp biến đổi AD 67
1.1. Biến đổi AD dùng bộ biến đổi DA 67
1.2. Bộ biến đổi Flash AD 70
1.3. Bộ biến đổi AD theo hàm dốc dạng lên xuống 71
1.4. Bộ biến đổi AD dùng chuyển đổi áp sang tần số 71
1.5. Bộ biến đổi AD theo tích phân hai độ dốc 71
2. ICL7109CPL 72
2.1. Cấu tạo chân 73
2.2. Mơ tả chức năng các chân 73
2.3. Quá trình biến đổi AD 75
2.4. Lựa chọn giá trị 76
2.5. Giao tiếp trực tiếp với ICL7109CPL 77
Chương 6. MAX232 78
1. Chuẩn RS-232-C 78
1.1. Các đầu nối 80
1.2. Mơ tả chân 80
2. MAX232 và họ IC dùng biến đổi TTLRS-232-C 81
2.1. Cấu tạo chân 81
2.2. Mơ tả chức năng chân 81
2.3. Sơ đồ khối và mạch tiêu biểu 81
Chương 7. Các IC khác 83
1. OP07 83
2. MOC3020 83
3. RAM 6264 84
4. Chốt 74573 84
5. BTA16 84
Chương 8. Thermocouple 85
1. Sơ lược về các dụng cụ đo nhiệt độ 85
1.1. Buổi ban đầu của thiết bị đo nhiệt độ 85
1.2. Các loại cảm biến hiện tại 86
2. Thermocouple 87
2.1. Hiệu ứng Seebeck 87
2.2. Cách đo hiệu điện thế 88
2.3. Bù nhiệt mơi trường 90
2.4. Các loại thermocouple 90
2.5. Một số nhiệt độ chuẩn 91
Phần 3. Thiết kế 92
Chương 1. Phần cứng 93
1. Cấu trúc tổng quát 93
2. Khối xử lý trung tâm 94
3. Phân vùng địa chỉ 96
4. Khối bộ nhớ và nguồn backup 97
5. Khối hiển thị 98
6. Khối biến đổi AD 102
7. Khối cảm biến và gia cơng 105
8. Khối bàn phím 108
8.1. Chương trình con GET_KEY 109
8.2. Chương trình con IN_HEX 111
9. Truyền thơng nối tiếp 112
10. Khối mạch cơng suất 114
11. Nguồn cung cấp 115
12. Cách cân chỉnh mạch 115
13. Xử lý 16-bit trên vi điều khiển 8-bit 118
13.1 Chương trình con cộng 16-bit 119
13.2. Chương trình con đổi dấu một số 119
13.3. Chương trình con nhân số 16-bit cho số 8-bit 119
13.4. Chương trình con chia số 16-bit cho số 8-bit 120
Chương 2. Hệ thống 122
1. Thiết kế hệ mờ 122
1.1. Các nguyên tắc trong thiết kế 122
1.2. Thiết kế hệ mờ cho điều khiển nhiệt độ 125
1.3. Thiết kế hệ luật 126
1.4. Tính luật và giải mờ 127
2. Thiết kế hệ NeuroFuzzy 127
2.1. Tập dữ liệu học 127
2.2. Thay đổi hệ mờ 127
Chương 3. Phần mềm 129
1. Pha hoạt động 129
1.1. Khuơn dạng luật của hệ 130
1.2. Giải thuật điều khiển 130
1.3. Xử lý mờ 131
1.4. Tính độ phụ thuộc 132
1.5. Giải mờ theo CoM 136
2. Pha học 137
3. Chương trình trên kit AT89C52 137
3.1. Nhập dữ liệu 139
3.2. Hoạt động 144
3.3 Phân bố tài nguyên 145
3.4. RAM ngoại 147
4. Chương trình trên máy tính 149
4.1. Qui định kiểu dữ liệu 150
4.2. Giới thiệu chương trình NF Control 151
4.3. Giới thiệu chương trình fuzzyTech 156
4.4. Giao tiếp giữa NF Control và FuzzyTech 160
Phần 4. Kết quả điều khiển 171
Chương 1. Điều khiển thực tế 172
1. Điều khiển 100C 173
2. Điều khiển 125C 174
3. Điều khiển 150C 175
4. Điều khiển 175C 176
5. Điều khiển 200C 177
6. Điều khiển 225C 178
7. Điều khiển 250C 179
8. Điều khiển tổng hợp lần thứ nhất 180
9. Điều khiển tổng hợp lần thứ hai 181
Phần 5. Tài liệu tham khảo 182