Original Title: Numerical Comparison of PI and Neural Network-Based Controllers for the Hydrostatic Unit in Hydro-mechanical Transmissions of Self-propelled Vehicles
Source: doi.org/10.31817/vjas.2024.7.4.04
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការប្រៀបធៀបជាលេខរវាងឧបករណ៍បញ្ជា PI និងឧបករណ៍បញ្ជាផ្អែកលើបណ្ដាញសរសៃប្រសាទសម្រាប់អង្គភាពអ៊ីដ្រូស្តាទិកក្នុងប្រព័ន្ធបញ្ជូនចលនាអ៊ីដ្រូមេកានិកនៃយានជំនិះស្វ័យចលករ

ចំណងជើងដើម៖ Numerical Comparison of PI and Neural Network-Based Controllers for the Hydrostatic Unit in Hydro-mechanical Transmissions of Self-propelled Vehicles

អ្នកនិពន្ធ៖ Dang Ngoc Danh (Faculty of Engineering, Vietnam National University of Agriculture), Bui Viet Duc (Institute of Engineering Technology Development, Vietnam National University of Agriculture), Nguyen Thi Hue (Institute of Engineering Technology Development, Vietnam National University of Agriculture), Vu Cong Canh (Institute of Engineering Technology Development, Vietnam National University of Agriculture)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2024, Vietnam Journal of Agricultural Sciences

វិស័យសិក្សា៖ Control Engineering

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ឯកសារនេះដោះស្រាយបញ្ហានៃការគ្រប់គ្រងយ៉ាងច្បាស់លាស់លើអង្គភាពអ៊ីដ្រូស្តាទិក (Hydrostatic unit) នៅក្នុងប្រព័ន្ធបញ្ជូនចលនាអ៊ីដ្រូមេកានិកនៃយានជំនិះកសិកម្ម ដែលតែងតែរងឥទ្ធិពលពីលក្ខណៈមិនលីនេអ៊ែរ និងការរំខានមិនស្គាល់អត្តសញ្ញាណផ្សេងៗ។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការសិក្សានេះប្រើប្រាស់កម្មវិធី Matlab/SIMULINK ដើម្បីបង្កើតម៉ូដែលក្លែងធ្វើប្រព័ន្ធបញ្ជូនចលនា និងប្រៀបធៀបដំណើរការរវាងឧបករណ៍បញ្ជាពីរប្រភេទក្រោមលក្ខខណ្ឌបន្ទុកខុសៗគ្នា។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
PI Controller
ឧបករណ៍បញ្ជា PI (សមាមាត្រ-អាំងតេក្រាល)
ងាយស្រួលប្រើប្រាស់ ជាទូទៅត្រូវបានគេយកទៅអនុវត្តយ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងឧស្សាហកម្ម និងមិនតម្រូវឱ្យមានការគណនាស្មុគស្មាញច្រើននោះទេ។ ដំណើរការមិនសូវបានល្អនៅពេលប្រព័ន្ធមានការប្រែប្រួលបន្ទុកខ្លាំងនិងលឿន ហើយវាពិបាកក្នុងការគ្រប់គ្រងប្រព័ន្ធដែលមិនមានលីនេអ៊ែរ (Nonlinear systems)។ កំហុសអតិបរមា ១,៦០ rpm និង RMS ០,៥៤ rpm ចំពោះបន្ទុកប្រែប្រួលយឺត ហើយកំហុសកើនឡើងដល់ ៨,២០ rpm និង RMS ៣,៥០ rpm ពេលជួបបន្ទុកជីពចរ។
Neural Network-Based Controller
ឧបករណ៍បញ្ជាផ្អែកលើបណ្ដាញសរសៃប្រសាទ (NN)
មិនទាមទារម៉ូដែលគណិតវិទ្យាពេញលេញនៃប្រព័ន្ធនោះទេ (Model-free) និងមានភាពរឹងមាំព្រមទាំងអាចឆ្លើយតបបានយ៉ាងល្អចំពោះការប្រែប្រួលបន្ទុកលឿននិងមិនរំពឹងទុក។ តម្រូវឱ្យមានដំណើរការបណ្តុះបណ្តាល (Training) វ៉ិចទ័រទម្ងន់នៃបណ្តាញ និងអាចមានភាពស្មុគស្មាញក្នុងការរៀបចំជាងឧបករណ៍បញ្ជា PI ធម្មតា។ កាត់បន្ថយកំហុសអតិបរមាបាន ២១,៦% (មកត្រឹម ៦,៤៣ rpm) និងកំហុស RMS បាន ២៧,៤% (មកត្រឹម ២,៥៤ rpm) ធៀបនឹង PI ក្នុងលក្ខខណ្ឌបន្ទុកជីពចរ។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការសិក្សានេះពឹងផ្អែកទាំងស្រុងលើការក្លែងធ្វើកុំព្យូទ័រ (Computer Simulation) ដូច្នេះការចំណាយចម្បងគឺទៅលើកម្មវិធីនិងកម្លាំងម៉ាស៊ីនកុំព្យូទ័រ។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះធ្វើឡើងដោយអ្នកស្រាវជ្រាវនៅសាកលវិទ្យាល័យកសិកម្មជាតិវៀតណាម ដោយផ្អែកទាំងស្រុងលើទិន្នន័យក្លែងធ្វើ (Simulation data) តាមរយៈកម្មវិធីកុំព្យូទ័រ មិនមានការធ្វើតេស្តលើត្រាក់ទ័រពិតប្រាកដនោះទេ។ ទោះបីជាលទ្ធផលគួរឱ្យកត់សម្គាល់ក្ដី ការខ្វះខាតការធ្វើតេស្តជាក់ស្តែងនៅក្នុងស្ថានភាពស្រែចម្ការ ឬអាកាសធាតុពិតប្រាកដ អាចជះឥទ្ធិពលដល់ដំណើរការពេលយកទៅអនុវត្តផ្ទាល់។ សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ការសាកល្បងជាក់ស្តែងលើតំបន់ដីស្រែដែលមានលក្ខណៈប្លែកៗគ្នាគឺមានសារៈសំខាន់ណាស់ដើម្បីធានាប្រសិទ្ធភាព។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

ការស្រាវជ្រាវនេះមានសក្តានុពលខ្ពស់សម្រាប់ការអភិវឌ្ឍវិស័យកសិកម្មនៅកម្ពុជា ពិសេសក្នុងការធ្វើទំនើបកម្មគ្រឿងចក្រកសិកម្មឱ្យស៊ីប្រេងតិច និងមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។

សរុបមក ការអភិវឌ្ឍបច្ចេកវិទ្យាបញ្ជាឆ្លាតវៃ (NN Controller) លើប្រព័ន្ធបញ្ជូនចលនា អាចជួយកសិករកម្ពុជាបង្កើនផលិតភាពការងារ ខណៈពេលកាត់បន្ថយការចំណាយលើឥន្ធនៈបានយ៉ាងច្រើន។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃប្រព័ន្ធបញ្ជូនចលនា និងការបញ្ជា: ស្វែងយល់ពីគោលការណ៍ដំណើរការនៃប្រព័ន្ធ Hydro-mechanical transmissions រួមទាំងយន្តការរបស់ស៊ើវ៉ូវ៉ាល់ (Servo valve) និងឧបករណ៍បញ្ជាប្រភេទ PI ដោយប្រើប្រាស់ឯកសារយោង និងវគ្គសិក្សាតាមអ៊ីនធឺណិត។
  2. អនុវត្តការប្រើប្រាស់កម្មវិធីសាកល្បង: ចាប់ផ្តើមរៀនប្រើប្រាស់កម្មវិធី Matlab/SIMULINK ដោយប្រើប្រាស់ Simscape library ដើម្បីបង្កើតគំរូសៀគ្វីអ៊ីដ្រូលីក និងម៉ូដែលម៉ាស៊ីនចំហេះក្នុង (ICE) សាមញ្ញ។
  3. សិក្សាពីការរចនាបណ្តាញសរសៃប្រសាទ (Neural Networks): ស្រាវជ្រាវពីទម្រង់ Artificial Neural Networks លក្ខណៈ Two-layer និងយន្តការអាប់ដេតទម្ងន់តាមរយៈ Back-propagation technique រួចសាកល្បងសរសេរកូដនៅក្នុង Matlab
  4. បង្កើតម៉ូដែលក្លែងធ្វើរួម (Build Simulation Model): ប្រើប្រាស់គំនូសបំព្រួញ (Block diagrams) ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងឯកសារ (Figure 6, 7, 10) ដើម្បីបង្កើតការសាកល្បងប្រៀបធៀបរវាង PI និង NN Controllers ក្រោមលក្ខខណ្ឌបន្ទុកប្រែប្រួលផ្សេងៗ។
  5. អភិវឌ្ឍទៅកាន់ការធ្វើតេស្តជាក់ស្តែង (Prototyping): បន្ទាប់ពីក្លែងធ្វើជោគជ័យ សហការជាមួយរោងជាងមេកានិកក្នុងស្រុក ដើម្បីដំឡើងក្បួនដោះស្រាយ (Algorithm) នេះទៅក្នុងកុំព្យូទ័រឧស្សាហកម្ម ឬ Microcontrollers ដូចជា Raspberry PiArduino Portenta រួចធ្វើតេស្តជាមួយម៉ាស៊ីនអ៊ីដ្រូស្តាទិកខ្នាតតូចជាក់ស្តែង។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Hydro-mechanical transmission (ប្រព័ន្ធបញ្ជូនចលនាអ៊ីដ្រូមេកានិក) ប្រព័ន្ធបញ្ជូនថាមពលដែលច្របាច់បញ្ចូលគ្នានូវយន្តការបញ្ជូនកម្លាំងតាមរយៈកង់ធ្មេញ (Mechanical path) និងយន្តការបញ្ជូនតាមរយៈសម្ពាធសប់រាវ (Hydrostatic path) ដើម្បីឱ្យម៉ាស៊ីនអាចដំណើរការបានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាពក្នុងល្បឿនប្រែប្រួលដោយរក្សាកម្លាំងបានល្អ។ ដូចជាការជិះកង់ដែលមានប្រអប់លេខធម្មតារួមផ្សំជាមួយម៉ូទ័រជំនួយ ដែលចេះប្តូរកម្លាំងអូសទាញដោយស្វ័យប្រវត្តិដើម្បីសន្សំកម្លាំងអ្នកធាក់នៅពេលផ្លូវទួលឬរលាក់។
Hydrostatic unit (អង្គភាពអ៊ីដ្រូស្តាទិក) សមាសធាតុសំខាន់មួយនៃប្រព័ន្ធបញ្ជូនចលនា ដែលប្រើប្រាស់សម្ពាធនៃវត្ថុរាវ (ប្រេងអ៊ីដ្រូលីក) ដើម្បីបញ្ជូនកម្លាំងបង្វិលពីម៉ាស៊ីនទៅកាន់កង់អូសទាញ។ នៅក្នុងនេះមានសមាសភាពរងដូចជា បូម និងម៉ូទ័រអ៊ីដ្រូលីក។ ដូចជាសឺរាំងពីរតភ្ជាប់គ្នាដោយបំពង់ទុយោទឹក ដែលនៅពេលអ្នកសង្កត់សឺរាំងម្ខាង សម្ពាធទឹកនឹងរុញសឺរាំងម្ខាងទៀតឱ្យធ្វើចលនា។
Proportional-Integral (PI) controller (ឧបករណ៍បញ្ជាសមាមាត្រ-អាំងតេក្រាល) ក្បួនដោះស្រាយគណិតវិទ្យាដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងឧស្សាហកម្ម ដើម្បីគណនានិងកែតម្រូវកំហុសរវាងលទ្ធផលដែលចង់បាន និងលទ្ធផលជាក់ស្តែង ដោយពឹងផ្អែកលើទំហំកំហុសបច្ចុប្បន្ន (Proportional) និងផលបូកកំហុសដែលកើនឡើងពីអតីតកាល (Integral)។ ដូចជាអ្នកបើកបរឡានដែលសម្លឹងមើលកុងទ័រល្បឿន (ជាន់ហ្គែរតាមល្បឿនដែលខ្វះ) និងចងចាំថាខ្លួនជាន់ហ្គែរតិចពេកយូរហើយទើបមិនដល់គោលដៅ (ជាន់ថែមបន្តិចទៀតដើម្បីបំបាត់ការយឺតយ៉ាវ)។
Neural network-based control (ការគ្រប់គ្រងផ្អែកលើបណ្ដាញសរសៃប្រសាទ) ប្រព័ន្ធបញ្ជាដែលប្រើប្រាស់ក្បួនរៀនសូត្រពីកំហុស (Machine Learning) តាមលំនាំនៃប្រព័ន្ធសរសៃប្រសាទខួរក្បាល ដើម្បីទស្សន៍ទាយ និងបញ្ចេញសញ្ញាគ្រប់គ្រងប្រព័ន្ធបានត្រឹមត្រូវ ដោយមិនចាំបាច់មានរូបមន្តគណិតវិទ្យាថេរប្រាប់វាពីមុននោះទេ។ ដូចជាក្មេងម្នាក់រៀនជិះកង់ ដែលដំបូងចេះតែដួល ប៉ុន្តែក្រោយមកខួរក្បាលចេះស្វ័យតម្រូវការរក្សាលំនឹងដោយខ្លួនឯងតាមបទពិសោធន៍រាល់ពេលដែលរៀបនឹងដួល។
Model-free control (ការគ្រប់គ្រងមិនពឹងផ្អែកលើម៉ូដែលគណិតវិទ្យា) វិធីសាស្ត្រនៃការរចនាឧបករណ៍បញ្ជាដោយមិនចាំបាច់ស្គាល់ ឬបង្កើតរូបមន្តគណិតវិទ្យាស្មុគស្មាញដែលតំណាងឱ្យចលនារូបវន្តនៃប្រព័ន្ធទាំងមូលនោះទេ ប៉ុន្តែវាពឹងផ្អែកលើទិន្នន័យជាក់ស្តែងនិងការឆ្លើយតបចេញចូលរបស់ប្រព័ន្ធ។ ដូចជាចុងភៅដែលភ្លក់រសជាតិសម្លរួចថែមគ្រឿងបណ្តើរៗឱ្យត្រូវមាត់ ដោយមិនចាំបាច់ដឹងពីរូបមន្តគីមីនៃអំបិលឬស្ករ និងប្រតិកម្មរបស់វានៅក្នុងឆ្នាំងនោះទេ។
Internal combustion engine (ICE) (ម៉ាស៊ីនចំហេះក្នុង) ម៉ាស៊ីនដែលបង្កើតថាមពលមេកានិក (កម្លាំងបង្វិល) តាមរយៈការដុតបញ្ឆេះល្បាយឥន្ធនៈនិងខ្យល់នៅខាងក្នុងទីតាំងបិទជិតមួយហៅថាស៊ីឡាំង ដែលកម្លាំងផ្ទុះនោះរុញច្រានពីស្តុងឱ្យមានចលនាចុះឡើង។ ដូចជាការដុតផាវក្នុងបំពង់ដែកបិទជិតមួយ ដែលកម្លាំងផ្ទុះនឹងរុញច្រានគម្របបំពង់ឱ្យហោះឡើងលើ ដើម្បីបង្កើតជាកម្លាំងចលករ។
Back-propagation (បច្ចេកទេសបង្វិលត្រឡប់រកកំហុស) ក្បួនហ្វឹកហាត់នៅក្នុងបណ្តាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិត ដែលគណនាទំហំកំហុសនៅចុងបញ្ចប់ រួចបញ្ជូនទិន្នន័យកំហុសនោះត្រឡប់មកថយក្រោយវិញតាមលំដាប់ស្រទាប់ ដើម្បីកែតម្រូវទម្ងន់ (Weights) នៃទំនាក់ទំនងរវាងណឺរ៉ូននីមួយៗឱ្យកាន់តែសុក្រឹតនៅជំហានបន្ទាប់។ ដូចជាគ្រូបាញ់ធ្នូដែលបាញ់ខុសគោលដៅ ហើយគាត់ធ្វើការគិតបញ្ច្រាសមកវិញថា កំហុសមកពីកម្លាំងខ្យល់ ឬការទាញខ្សែធ្នូ រួចកែតម្រូវកម្លាំងដៃខ្លួនឯងសម្រាប់ព្រួញក្រោយ។
Continuously variable transmissions (CVTs) (ប្រព័ន្ធបញ្ជូនចលនាប្រែប្រួលជាបន្តបន្ទាប់) ប្រអប់លេខនៃយានយន្តដែលអាចផ្លាស់ប្តូរសមាមាត្រលេខ (Transmission ratio) បានយ៉ាងរលូនគ្មានព្រំដែនកំណត់នៅគ្រប់ចន្លោះល្បឿន ខុសពីប្រអប់លេខធម្មតាដែលមានត្រឹម ៤ ឬ ៥ លេខថេរ។ ដូចជាការឡើងសំឡេងវិទ្យុដោយបង្វិលប៊ូតុងតូចដែលសំឡេងឡើងបន្តិចម្តងៗយ៉ាងរលូន ខុសពីការចុចប៉ូតុងដែលឡើងលោតកម្រិតៗ។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖