Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên: Thiết kế cảm biến mềm dùng mạng Nơ Ron nhân tạo dùng cho cảm biến cặp nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN “THIẾT KẾ CẢM BIẾN MỀM DÙNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO DÙNG CHO CẢM BIẾN CẶP NHIỆT” Thuộc nhóm nghành khoa học: Điện – Điện Tử TP.Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2016. 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ CẢM BIẾN MỀM DÙNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO DÙNG CHO CẢM BIẾN CẶP NHIỆT Thuộc nhóm nghành khoa học: Sinh viên thực hiện: Dân tộc: Lớp: Khoa: Nguyễn Văn Tuấn Kinh Tự Động Hóa Điện – Điện Tử Giới tính: Nam Năm thứ: 3/4,5 Ngành học: GVHD: Tự Động Hóa và Điều Khiển Ks. Lê Mạnh Tuấn 2 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................v DANH MỤC BẢNG BIỂU. .........................................................................................vi DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT.......................................................................vi LỜI GIỚI THIỆU..........................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI....................................................................1 1.1 Giới thiệu về đề tài...............................................................................................1 1.1.1 Tính cấp thiết. ...................................................................................................1 1.1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài........................................................................1 1.2 Giới thiệu về cảm biến.........................................................................................1 1.2.1 Cảm biến mềm...................................................................................................1 1.2.2 So sánh giửa cảm biến thô và cảm biến mềm..................................................2 1.3 Ứng dụng của bộ cảm biến mềm........................................................................3 1.4 Đối tượng nghiên cứu..........................................................................................3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................5 2.1 Mạng nơ ron nhân tạo.........................................................................................5 2.1.1 Giới thiệu về mạng nơ ron nhân tạo................................................................5 2.1.2 Tế bào nơ ron và mạng nơ ron nhân tạo.........................................................5 2.1.2.1 2.1.2.2 2.1.3 2.1.3.1 2.1.3.2 2.1.3.3 2.1.3.4 2.1.4 2.1.5 2.1.5.1 2.1.5.2 2.1.5.3 2.1.6 2.1.6.1 2.1.6.2 Tế bào nơ ron.....................................................................................................5 Mạng nơ ron nhân tạo. ......................................................................................9 Mạng truyền thẳng 1 lớp..................................................................................9 Thuật toán học Perceptron. ...............................................................................9 Adaline và mạng tuyến tính..............................................................................11 Perceptron với hàm tác động bán tuyến tính...................................................12 So sánh perceptron với Adaline.......................................................................13 Mạng truyền thẳng nhiều lớp.........................................................................14 Các phương pháp huấn luyện mạng..............................................................15 Học có giám sát. ..............................................................................................15 Học cũng cố. ....................................................................................................16 Học không có giám sát.....................................................................................16 Thuật toán huấn luyện. ..................................................................................17 Thuật toán Gradient Descent...........................................................................17 Thuật toán Newton...........................................................................................18 iii 2.1.6.3 2.1.6.4 Thuật toán Gauss – Newton.............................................................................19 Thuật toán Levenberg Marquardt....................................................................20 2.2 Cảm biến. ...........................................................................................................21 2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thermocouple. .....................................21 2.2.2 Phân tích khâu điều hòa tín hiệu...................................................................22 2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.2.3 2.2.2.4 2.2.3 2.2.3.1 2.2.3.2 2.2.3.3 Khuếch đại.......................................................................................................22 Tuyến tính hóa..................................................................................................22 Cách ly. ............................................................................................................22 Mạch lọc...........................................................................................................23 Các bước xây dựng bộ cảm biến mềm...........................................................24 Chọn dữ liệu và lọc..........................................................................................24 Chọn kiểu hồi quy và cấu trúc mô hình...........................................................25 Thành lập mô hình.(ước lượng mô hình và chuẩn hóa mô hình)....................26 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ĐỀ TÀI...........................................................................27 3.1 Thu thập dữ liệu................................................................................................27 3.2 Tiền xử lý dữ liệu...............................................................................................27 3.3 Xây dựng mạng nơ ron.....................................................................................27 3.3.1 Chọn số lớp cho mạng nơ ron........................................................................27 3.3.2 Chọn số nơ ron lớp ẩn mạng 2 lớp.................................................................28 CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT..........................................................................................29 4.1 Kết quả của đề tài..............................................................................................29 4.2 Hạn chế của đề tài. ............................................................................................29 4.3 Hướng phát triển...............................................................................................29 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................30 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Tế bào nơ ron nhân tạo....................................................................................6 Hình 2.2: Hàm nấc...........................................................................................................7 Hình 2.3: Hàm dấu. .........................................................................................................7 Hình 2.4: Hàm tuyến tính................................................................................................7 Hình 2.5: Hàm dốc bảo hòa.............................................................................................8 Hình 2.6: Hàm tuyến tính bảo hòa...................................................................................8 Hình 2.7: Hàm dạng S đơn cực .......................................................................................9 Hình 2.8: Hàm dạng S lưỡng cực....................................................................................9 Hình 2.9: Mạng Perceptron. ..........................................................................................10 Hình 2.10: Mạng tuyến tính (a) và Adaline (b).............................................................11 Hình 2.11: Học có giám sát...........................................................................................16 Hình 2.12: Học cũng cố.................................................................................................16 Hình 2.13: Học không có giám sát................................................................................17 Hình 2.14: Mô tả thuật toán Gradient Descent..............................................................17 Hình 2.15: Mô tả hình học của phương pháp Newton ..................................................18 Hình 2.16: Cấu tạo của thermocouple...........................................................................21 Hình 2.17: Cách ly bằng Opto.......................................................................................23 Hình 2.18: Cách ly bằng biến áp...................................................................................23 Hình 2.19: Tổng quan các bước thiết kế bộ cảm biến mềm..........................................24 Hình 3.1: Cấu trúc mạng 2 lớp......................................................................................28 Hình 3.2: Cấu trúc mạng 3 lớp......................................................................................28 Hình 3.3: Chọn số lớp ẩn...............................................................................................28 v ... - tailieumienphi.vn