Ứng dụng giải thuật di truyền cho bài toán điều khiển tối ưu đa mục tiêu

Lại Khắc Lãi và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 86(10): 213 - 218

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 213 http://www.lrc-tnu.edu.vn

ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN

CHO BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU ĐA MỤC TIÊU

Lại Khắc Lãi1*, Đặng Ngọc Trung2

1Đại học Thái Nguyên, 2ĐTrường ĐH Kỹ Thuật Công nghiệp- ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Trong thực tế hiện nay hầu hết các bài toán điều khiển trong các dây chuyền công nghệ là bài toán

tối ưu đa mục tiêu.Việc ứng dụng các giải thuật tính toán tiến hóa hứa hẹn nhiều triển vọng. Bài

báo này trình bày một ứng dụng mới để giải bài toán tối ưu đa mục tiêu đó là dùng thuật toán giải

thuật di truyền (GA-Genetic Algorithm), nội dung bài báo cho thấy tính ưu việt của giải thuật di

truyền với quá trình tìm kiếm cực trị toàn cục.

Từ khóa: Điều khiển tối ưu, Đa mục tiêu, Giải thuật di truyền.



ĐẶT VẤN ĐỀ

Bài toán tối ưu đa mục tiêu có mặt hầu hết

trong các bài toán điều khiển dây chuyền

công nghệ hiện đại trong công nghiệp nói

riêng và mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác. Tuy

nhiên chưa có nhiều nghiên cứu về các bài

toán này. Hiện nay các đề tài khoa học chủ

yếu mới chỉ giải quyết và ứng dụng các bài

toán tối ưu một mục tiêu. Ví dụ ta xét công

nghệ gia nhiệt phôi kim loại trong lò nung là

một trong những quá trình có tham số biến

đổi chậm, trong đó các hàm mục tiêu đặt ra

với lò gia nhiệt như sau: nung nhanh nhất

hoặc nung chính xác nhất, nung ít bị Ôxi

hóa nhất; trong các bài toán điều khiển mức

của dây truyền sản xuất nước ngọt thì các

hàm mục tiêu có thể là: ổn định mức dung

dịch H chính xác nhất hoặc thời gian ổn

định nhanh nhất...

Đã có nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau

nhằm giải quyết các loại bài toán này, song

gần đây việc ứng dụng các giải thuật tính toán

tiến hóa đã bắt đầu cho thấy được ưu điểm nổi

bật.Tuy vậy những nghiên cứu về lĩnh vực

này trong nước ta chưa nhiều, nhất là chưa

đưa ra được những mô hình ứng dụng thực tế

cụ thể trong khi nhu cầu ứng dụng lại rất cao,

đã có một số tác giả đề cập và nghiên cứu ví

dụ như: trong [2] tác giả Nguyễn Mạnh Xuân

đã sử dụng giải thuật tiến hóa để tìm lời giải

tối ưu cho các hàm mục tiêu trong mô hình



Tel: 0913 507464

bài toán phân bố dòng chảy và xử lý nước

thải; trong [5] tác giả Lại Khắc Lãi đề cập đến

việc sử dụng giải thuật di truyền để tối ưu hóa

suy luận mờ... các kết quả nghiên cứu này

mới chỉ dừng lại ở các hàm mục tiêu có sẵn,

tính thực tiễn chưa cao. Đây chính là lý do mà

đề tài này tập trung chủ yếu vào việc xây

dựng bài toán tối ưu nhiều mục tiêu cho dây

chuyền công nghệ thực tế và ứng dụng giải

thuật di truyền (Genetic Algorithm – GA) để

giải quyết bài toán tối ưu đó.

Nội dung bài báo với kết quả chạy chương

trình tính toán bằng giải thuật di truyền và mô

phỏng điều khiển với đối tượng là mức dung

dich H trong bình trộn khuấy cho thấy tính

ưu việt của việc sử dụng giải thuật di truyền

với quá trình tìm kiếm cực trị toàn cục trên

cơ chế chọn lọc thích nghi tự nhiên và cơ

chế song song ẩn cho những bài toán tối ưu

hoặc tối ưu đa mục tiêu và có thể triển khai

để áp dụng rộng rãi cho nhiều đối tượng

điều khiển và trong nhiều lĩnh vực như: khí

tượng, thủy văn…

GIẢI THUẬT DI TRUYỀN

Khái quát giải thuật di truyền

Giải thuật di truyền (GA – Genetic Algorithm)

là giải thuật tìm kiếm, chọn lựa các giải pháp

tối ưu để giải quyết các bài toán thực tế khác

nhau, dựa trên cơ chế chọn lọc của tự nhiên:

Từ tập lời giải ban đầu, thông qua nhiều

bước tiến hóa, hình thành tập lời giải mới