NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG Ô TÔ ppt

Nghiên cứu dao động ô tô với mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng, độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy… Vì vậy nghiên cứu dao đ

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG Ô TÔ

Ô tô là một hệ dao động phức tạp nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với đường có biên dạng phức tạp Dao động ô tô không những ảnh hưởng tới con người (lái xe và hành khách), hàng hóa chuyên chở, độ bền của cụm tổng thành,

độ an toàn chuyển động của ô tô mà còn ảnh hưởng đến tuổi thọ của đường Đặc biệt trong quá trình chuyển động, khi ô tô dao động làm phát sinh tải trọng động rất lớn tác động lên hệ thống khung vỏ của ô tô, các chi tiết, cơ cấu tổng thành… ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chúng

Việc nghiên cứu dao động của ô tô được chia làm 3 hướng:

- Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường

- Nghiên cứu dao động của ô tô

- Nghiên cứu cảm giác của con người, sự an toàn của hàng hóa chuyên chở

1.1.1 Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường

Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường được tiến hành bằng thực nghiệm và

lý thuyết nhằm xác định quy luật kích thích dao động của ô tô Bằng các phương pháp đo ghi biên dạng mặt đường khác nhau, tiến hành xử lý các kết quả nhận được bằng thống kê Các đặc tính thống kê của biên dạng bề mặt đường phản ánh sự thay đổi của chúng trong điều kiện sử dụng dưới tác dụng của ô tô, thời gian, điều kiện khí hậu và môi trường … Bằng các đặc tính thống kê biên dạng đường, người ta xây dựng mô hình về biên dạng đường để làm cơ sở cho tính toán sau này

1.1.2 Nghiên cứu dao động ô tô

Nghiên cứu dao động ô tô với mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng, độ ổn định chuyển động, độ bền và

độ tin cậy… Vì vậy nghiên cứu dao động ô tô phải xác lập mối quan hệ giữa dao động với các chỉ tiêu khai thác trên

Nghiên cứu lý thuyết dao động ô tô thường được tiến hành như sau:

- Thay thế ô tô bằng hệ dao động tương đương, tùy theo quan điểm và mục đích nghiên cứu

- Thiết lập mô hình toán học (Hệ phương trình chuyển động) trên cơ sở sử dụng các phương pháp của cơ học giải tích hoặc nghuyên lý Dalambe

- Giải hệ phương trình nhờ máy tính điện tử hoặc máy tính số Phân tích các thông số đầu vào của hệ trên cơ sở các giả thuyết về dao động tuyến tính hoặc phi tuyến tính, kích thích dao động làm hàm điều hòa hay ngẫu nhiên

Một trong những bài toán cơ bản khi nghiên cứu dao động ô tô là làm rõ ảnh hưởng của sự thay đổi các thông số của hệ dao động

Việc nghiên cứu thực nghiệm dao động ô tô có ý nghĩa rất quan trọng bởi

vì khi tiến hành thử nghiệm người ta giải quyết các vấn đề như: Bằng cách nào

để kích thích cho ô tô dao động, gia công xử lý các số liệu thực nghiệm

Dao động của ô tô nằm trong một dải tần số rộng có thể phân ra dao động của khối lượng treo ở tần số thấp, dao động của khối lượng không được treo ở tần số cao, dao động của thân vỏ xe ở dung động và phát ồn…

1.1.3 Nghiên cứu cảm giác của con người

Nghiên cứu cảm giác của con người trên ô tô là công việc khó khăn, vì phải xác định mức mệt mỏi về thần kính và thể xác cũng như sự phản ứng của các cơ quan, bộ phận của người lái và hành khách

Để có thể tạo ra một hệ dao động có chất lượng tốt cần thiết phải nghiên cứu dao động ô tô trong mối liên hệ tổng thể “Đường – Ô tô – Con người” (Hình 1.1) Các kết quả nghiên cứu dao động ô tô sẽ góp phần nâng cao chất lượng thiết kế chế tạo ô tô góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năng suất vận chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống “Đường – ô tô – con người” trong nghiên cứu

dao động của ô tô

1.2 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG VÀ ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ

Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã đưa ra một số chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau:

1.2.1 Tần số dao động

Trong sinh hoạt hàng ngày do phải di chuyển từ chỗ này đến chỗ khác nên con người quen với nhịp điệu bước đi, trung bình một phút con người có thể thực hiện được 60 90  bước đi Khi quan niệm con người thực hiện bước đi là thực hiện một dao động thì con người đã quen với tần số dao động 60 90  lần/phút Tần số dao động của ô tô nằm trong giới hạn sau:

- Đối với xe con: n  k 60 90  lần/phút 1 1, 5Hz 

- Đối với xe tải : n  k 90 120  lần/phút 1, 6 2Hz 

Ở Việt Nam chỉ số này đang được đề nghị nhỏ hơn 2,5Hz đối với các ô tô sản xuất lắp ráp trong nước

1.2.2 Gia tốc dao động

Gia tốc dao động là thông số quan trọng để đánh giá độ êm dịu chuyển động, nó kể đến ảnh hưởng đồng thời của biên độ và tần số dao động Vì dao động tự do tắt dần chỉ tồn tại trong một số chu kỳ, do vậy việc xác định gia tốc dao động sẽ có ý nghĩa lớn khi nghiên cứu dao động cưỡng bức với sự kích thích của mặt đường Giá trị gia tốc giới hạn theo các phương OX (phương dọc xe),

OY (phương ngang xe), OZ (phương thẳng đứng) được xác định bằng thực nghiệm như sau:

1.2.3 Hệ số êm dịu chuyển động (K)

Hệ số êm dịu chuyển động K phụ thuộc vào tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động, phương dao động và thời gian tác dụng của nó đến con người Nếu K là hằng số thì cảm giác khi dao động sẽ không thay đổi

Hệ số K được xác định theo công thức:

T RMS Z Z t dt

T

  : Với T là thời gian tác dụng

Nếu con người chịu dao động ở tư thế nằm thì K y giảm đi một nửa Hệ số

K càng nhỏ thì con người càng dễ chịu đựng dao động và độ êm dịu càng cao K=0,1 tương ứng với ngưỡng kích thích, khi ngồi lâu trên xe giá trị giới hạn [K]=10-25; khi đi ngắn [K]=25-63

Trong thực tế đối với ô tô, dạng điển hình dao động là ngẫu nhiên, khi đó nhờ phân tích phổ dao động, giá trị hệ số K được xác định theo công thức:

2

1

n i i



Trong đó: K i: Hệ số êm dịu của thành phần tần số thứ i;

n: Số thành phần tần số của hàm ngẫu nhiên, Giá trị K có thể xác định bằng tính toán lý thuyết hoặc bằng thực nghiệm

1.2.4 Đánh giá theo công suất dao động

Chỉ tiêu này được dựa trên giả thiết, cảm giác của con người khi chịu dao động phụ thuộc vào công suất dao động truyền cho con người

Công suất trung bình truyền đến con người được xác định theo công thức:

1 lim ( ) ( )

N  K RMS Z K RMS Z K RMS X K RMS Y (1.5) Theo thí nghiệm, trị số cho phép N cnhư sau:

N c 0, 2 0, 3(w)  Tương ứng với cảm giác thoải mái

N c  6 10(w) Giới hạn cho phép đối với ô tô có tính cơ động cao

Các nghiên cứu chỉ ra, những tác động phụ tuyền qua chân không lớn như những tác động truyền qua ghế ngồi vì trong tư thế đứng tác động của dao động

bị yếu đi bởi các khớp xương của chân Các dao động con người chịu trong tư thế ngồi sẽ làm tổn thương cột sống

1.2.5 Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động

Tổ chức quốc tế và tiêu chuẩn hóa ISO đưa ra năm 1969 cho phép đánh giá tác dụng của dao động lên con người khi đi trên ô tô Cảm giác được đánh giá theo ba mức: Thoải mái, mệt mỏi và mức giới hạn Sự khác nhau giữa tiêu chuẩn ISO so với các tiêu chuẩn khác ở chỗ có tính đến thời gian tác động của dao động Để đánh giá cảm giác, người ta sử dụng dao động thẳng đứng điều hòa tác dụng lên người ngồi và đứng trong 8 giờ Nếu tần số tác động ở trong giới hạn nhạy cảm nhất với dao động của con người (4-8 HZ) thì bình phương gia tốc trung bình đối với các giới hạn:

1.3 HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ

Nhiệm vụ của hệ thống treo trên ô tô là nối đàn hồi giữa khối lượng không được treo (cầu xe, bánh xe) với khối lượng được treo (thân xe) tạo thành một hệ thống dao động

Cấu tạo hệ thống treo gồm: Phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi và phần tử dẫn hướng Mỗi phần tử lại có nhiệm vụ khác nhau:

- Phần tử đàn hồi có tác dụng làm giảm nhẹ các tải trọng tác động từ bánh

xe lên thân xe và tạo ra tần số dao động phù hợp với con người

-Phần tử giảm chấn có tác dụng dập tắt dao động của khối lượng được treo

và không được treo

- Phần tử dẫn hướng có nhiệm vụ truyền lực dọc và lực ngang từ bánh xe lên thân xe

Hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo bị động trên ô tô vẫn còn sự mâu thuẫn giữa độ an toàn chuyển động và độ êm dịu chuyển động trên ô tô Hệ số cản giảm chấn thấp thì độ êm dịu chuyển động tăng nhưng độ an toàn chuyển

động giảm Ngược lại, khi hệ số cản giảm chấn cao thì độ an toàn chuyển động tăng nhưng độ êm dịu chuyển động lại giảm (hình 1.2)

Hình 1.2 Sự phụ thuộc của hệ số cản giảm chấn đến độ êm dịu và độ an toàn

chuyển động của ô tô

Độ an toàn chuyển động của ô tô chủ yếu bị giới hạn bởi dịch chuyển thẳng đứng của bánh xe, dịch chuyển xoay của thân xe, góc lắc dọc và lắc ngang của thân xe trong quá trình phanh hoặc vào khúc cua Độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể đánh giá thông qua dịch chuyển thẳng đứng, gia tốc thẳng đưng

và gia tốc lắc dọc của thân xe

Ô tô dao động chủ yếu do kích thích từ mấp mô mặt đường Hiện nay, hệ thống treo bị động (hình 1.3a) được coi là tốt nhất chỉ có thể đúng với một loại đường nhất định vì các thông số cấu thành nên ( lò xo và bộ giảm chấn) đã được người kỹ sư thiết kế từ trước Ưu điểm của hệ thống treo này là giá thành rẻ, tốn rất ít nhiên liệu cho hệ thống treo Song nhược điểm lại là độ êm dịu chuyển động kém, chỉ đáp ứng được cho một số loại đường, độ an toàn chuyển động không cao

a) b) c)

Hình 1.3 Mô hình các hệ thống treo

a) Hệ thống treo bị động; b) Hệ thống treo bán tích cực; c) Hệ thống treo tích cực

Z S – Dịch chuyển khối lượng được treo; Z u – Dịch chuyển khối lượng không được treo;

C S – Độ cứng của phần tử đàn hồi; K S – Hệ số cản của giảm chấn; K S (t) – Hệ số cản giảm chấn bán tích cực; C t – Độ cứng của lốp; F a – Lực của bộ phát động thủy lực của

hệ thống treo tích cực

Do vậy, để đáp ứng các chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động trên tất cả các loại đường khác nhau thì các đặc tính của hệ thống treo cần phải thay đổi trong quá trình ô tô chuyển động phù hợp với các đặc tính của đường và vị trí khung vỏ xe được điều khiển nhờ hệ thống điều khiển tự động Tùy thuộc vào khả năng điều khiển các thông số của hệ thống treo có điều khiển, người ta phân thành hai loại: Hệ thống treo bán tích cực (hệ thống treo chỉ

có thông số của giảm chấn được điều khiển) và hệ thống treo tích cực hoàn toàn (hệ thống treo tích cực) Trong hai loại trên, hệ thống treo tích cực đang được

nghiên cứu ứng dụng trên nhiều dòng xe hiện đại và sẽ lại hệ thống treo của tương lai

Hệ thống treo tích cực (hình 1.3c) bao gồm bộ phát động thủy lực, bộ điều khiển và bộ cảm biến Hệ thống treo này đòi hỏi phải có năng lượng cung cấp cho hệ thống lớn, giá thành cao, trọng lượng lớn và phức tạp Đây là nhược điểm chính của hệ thống treo này

Để khắc phụ nhược điểm của hệ thống treo tích cực, người ta đưa ra hệ thống treo bán tích cực với giảm chấn mắc song song với phần tử đàn hổi (hình 1.3b) ngày nay được sử dụng nhiều trên ô tô do có những ưu điểm: Kết cấu đơn giản, năng lượng cung cấp cho hệ thống ít, dễ điều khiển và đáp ứng khá tốt yêu cầu về độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ THỐNG

TREO TÍCH CỰC

2.1 MỘT SỐ GIẢM CHẤN TÍCH CỰC

2.1.1 Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục

Kết cấu của giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục gần giống với giảm chấn thông thường, sự khác biệt là có thể thay đổi lỗ tiết lưu dầu để thay đổi hệ số cản của giảm chấn Giảm chấn có ưu điểm là hệ số cản thay đổi nhanh, chính xác, van tiết lưu có thể thay đổi với dải tần số đóng mở từ

0 100Hz Trên hình 2.1 thể hiện kết cấu của giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục

b)

a) Hình 2.1 Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu

thay đổi liên tục a- Sơ đồ thủy lực; b- mặt cắt ngang của giảm

chấn

1- van trượt; 2- nam châm điện; 3- bộ biến đổi vị trí; 4- piston van một chiều

a - kết cấu; b - các phần tử

1 – Piston phản ứng; 2 - Đế piston; 3 – Piston; 4 – Cán piston

Nguyên lý làm việc được thể hiện ở hình 2.3:

- Ở trạng thái trả (hình 2.3c): Piston đi từ dưới lên trên còn chất lỏng MR

di chuyển từ trên xuống dưới qua các lỗ tiết lưu, piston phản ứng sẽ di chuyển lên để bù vào lượng chất lỏng MR do cần pisto chiếm chỗ

- Ở trạng thái nén (hình 2.3 b): Piston di chuyển từ trên xuống dưới còn chất lỏng thì ngược lại di chuyển từ dưới lên trên, piston phản ứng di chuyển xuống dưới tạo không gian cho piston đi xuống

Hình 2.3 Nguyên lý làm việc của giảm chấn MR

a - sơ đồ nguyên lý ; b - trạng thái nén ; c - trạng thái trả

Điều đặc biệt ở giảm chấn tích cực loại này là chất lỏng MR : Nó bao gồm một chất lỏng, trong chất lỏng đó có một tỉ lệ nhất định các hạt sắt rất nhỏ Các hạt này được phủ một lớp nhằm không cho chúng dính vào nhau khi va chạm Khi tiếp xúc với từ trường, các hạt có kích thước micro phân tán hỗn loạn trong chất lỏng sẽ sắp xếp lại một cách có chật tự theo đường sức từ của từ trường, lúc này độ nhớt của chất lỏng thay đổi là nguyên nhân làm thay đổi áp lực của dòng chất lỏng lên lỗ tiết lưu Áp lực thay đổi tỉ lệ trực tiếp với lực cần thiết để dịch chuyển cần piston Hiểu một cách khái quát thì độ nhớt của chất lỏng MR là hàm của cường độ dòng điện Các tín hiệu dòng điện này được truyền đi từ ECU của

hệ thống treo sau khi đã phân tích các tín hiều từ các cảm biến khác Nguyên lý hoạt động của chất lỏng MR được thể hiện qua hình 2.4

Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của MR

Độ nhớt của giảm chấn dễ dàng thay đổi được theo cường độ dòng điện, mối quan hệ giữa lực cản của giảm chấn với cường độ dòng điện chạy qua cuộn nam châm điện được thể hiện ở hình 2.5

Hình 2.5 Đường đặc tính của giảm chấn tích cực MR

2.1.3 Giảm chấn tích cực ER

Hình 2.6 Sơ đồ kết cấu thể hiện nguyên lý làm việc của giảm chấn ER

1 – Trục giảm chấn; 2 – Cơ cấu biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay; 3,9 – Đệm; 4 – Stator; 5 – Chất ER; 6 – Rotor; 7 – Cực dương; 8 – Cực âm

Với thiết kế gồm có các điện cực tiếp đất, phân tách nhau bởi các miếng điệm và liên kết với stator bởi các rãnh then dẫn hướng Stator được nối với cực

âm và cố định cứng vững với bộ phận không được treo Các cực dương cũng được phân tác với nhau bằng các miếng đệm được gắn kết với rotor thông qua các rãnh then dẫn hướng, được kết nối điện bằng các chổi than Trục rotor được

đỡ bởi các vòng bi phía dưới, có thể chịu được cả lực dọc trục và hướng kính Rotor được làm bằng thủy tinh epoxy G – 11, một vật liệu dẫn điện và có độ bền

cơ học cao Các khoảng cách giữa hai điện cực được làm đầy bằng chất lỏng ER qua lỗ thông phía trên và dưới

Chuyển động tịnh tiến được biến thành chuyển động quay thông qua cơ cấu vít me bi, và được kết nối chặt chẽ trên rotor với một đai ốc liên kết Việc sử dụng cơ cấu vit me bi không gây va đập và truyền chuyển động Điện áp có thể được cung cấp cho rotor thông qua một chổi than ở phía dưới thay vì kết nối cố định

1 Van khóa; 2 Bộ nối van; 3 Ổ bi tiếp xúc góc; 4 Cửa thoát chất lỏng trên; 5 Miếng làm kín; 6 Đệm kín có lò xo; 7 Ống lót thép; 8 Những điện cực dương;

9 Những điện cực âm; 10 Tấm ngăn;

11 Rotor; 12 Then dẫn hướng rotor; 13,14: Vòng đệm chữ O; 15 Giá đỡ làm kín; 16 Cửa thoát chất lỏng ER dưới;

17 Bộ nối van; 18 Van khóa; 19 Dây điện; 20 Tai trên giảm chấn; 21 Những chốt hãm; 22 Đai ốc bi; 23 Đai ốc nối;

24 Vít me bi; 25 Bệ tựa ổ bi; 26 Chốt gài; 27 Nắp trên; 28 Vòng đệm cách điện; 29 Tấm ngăn ở đáy then; 30 Then dẫn hướng stator; 31 Đầu nối bulong hở; 32 Chốt dẫn điện; 33 Tấm kim loại;

34 Ống dẫn điện; 35 Đai ốc nối ren thanh nối dây điện loại O cả hai đầu ;

36 Nắp dưới; 37 Chốt gài; 38 Stator;

39 Chốt điện cacbon có lò xo; 40 Tai dưới giảm chấn

Hình 2.7 Kết cấu của giảm chấn tích cực ER

Cũng giống như giảm chấn tích cực loại MR giảm chấn tích cực loại ER cũng sử dụng một chất đặc biệt đó là một chất lỏng dẫn điện Chất lỏng dẫn điện này cũng bao gồm các hạt có độ dẫn điện rất cao có kích thước 0,1 100 m  trộn trong chất lỏng cách điện (tỉ lệ giữa các hạt và chất lỏng vào khoảng từ 1 đến hàng trục nghìn lần) Sự có mặt của các hạt mang điện này không làm thay đổi đặc tính của các chất lỏng trong điều kiện bình thường Trái lại khi chất lỏng đặt

trong điện trường, các hạt mang điện sẽ bị phân cực và hình thành các sợi dọc theo phương điện trường Khi đó đặc tính của chất lỏng (thể hiện rõ nhất là độ nhớt) sẽ thay đổi đáng kể và phụ thuộc vào cường độ điện trường Một đặc điểm rất tốt của chất lỏng này là lại trở về trạng thái ban đầu khi không chịu cường độ điện trường Do đó làm thay đổi đặc tính của giảm chấn Nguyên lý hoạt động của chất lỏng được mô tả qua hình 2.8

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của chất lỏng ER

a-Nguyên lý hoạt động; b-Khi xuất hiện chuyển động quay giữa rotor và stator

Đường đặc tính của giảm chấn nên được điều chỉnh phù hợp với điều kiện

ô tô chuyển động trong thực tế: Vận tốc xe, điều kiện đường xá…Nhiệm vụ của

bộ điều khiển được thiết kế nhằm theo dõi các đặc tính mong muốn của giảm chấn bằng cách kiểm soát điện thế đầu vào U Hình 2.9 mô tả đường đặc tính của giảm chấn ER Trong đó đường liền đánh dấu lực tối thiểu giảm chấn (U=0), đường chấm biểu thị lực cực đại của giảm chấn (U=5KV)

Hình 2.9 Đường đặc tính giảm chấn ER

μA được gọi là hàm thuộc (hàm phụ thuộc) của tập A

Như vậy có thể sử dụng hàm thuộc để biểu diễn tập hợp, trong tập hợp kinh điển hàm thuộc chỉ nhận hai giá trị “0” và “1”

Hàm thuộc trên được mở rộng để định nghĩa cho tập mờ, giá trị của hàm thuộc μF(x) trong tập mờ nhận giá trị trong đoạn [0; 1] thể hiện trọng số sự phụ thuộc của phần tử x vào tập mờ Tập mờ được định nghĩa như sau:

Tập mờ F xác định trên tập kinh điển X là một tập hợp mà mỗi phần tử của nó là một cặp (x, μF(x)) trong đó xX và μF(x) là giá trị hàm thuộc của phần

tử x vào tập mờ F Tập X được gọi là tập nền hay tập vũ trụ của tập mờ F

Các đặc tính của hàm phụ thuộc gồm độ cao, miền xác định, miền tin cậy: + Độ cao của tập mờ F còn gọi là độ phụ thuộc của hàm phụ thuộc là giá trị cận trên của hàm phụ thuộc, được ký hiệu là: sup F( )

1) μAUB(x) chỉ phụ thuộc vào μA(x) và μB(x)

2) μB(x) = 0 với mọi x thì μAUB(x) = μA(x)

3) Có tính chất giao hoán, μAUB(x) = μBUA(x)

4) Có tính chất kết hợp, μ(AUB)UC(x) = μAU(BUC)(x)

5) Có tính thông giảm, nếu A1A2 (A1B)  (A2B)

Để thỏa mãn 5 tính chất trên có nhiều công thức có thể sử dụng để định nghĩa hàm thuộc μAUB(x), thông thường sử dụng 5 công thức sau:

1) μAUB(x) = max{ μA(x), μB(x)} (Luật lấy max) (2.5a)

5) μAUB(x) = μA(x) + μB(x) - μA(x) μB(x) (Tổng trực tiếp) (2.5e)

Hình 2.11: Hàm thuộc của hai tập hợp có cùng không gian nền

a – Hàm thuộc của tập mờ A; b – Hàm thuộc của tập mờ B;

c – Hợp của hai tập mờ theo luật 2; d – Hợp của hai tập mờ theo luật max; e – Hợp hai tập mờ theo luật Lukasiewicz; f – Hợp hai tập mờ theo luật tổng trực tiếp

B Phép giao hai tập mờ:

Giao của hai tập mờ A và B có cùng tập nền X là tập mờ cũng xác định trên nền X có hàm thuộc μA∩B(x) thỏa mãn:

1) μA∩B(x) chỉ phụ thuộc vào μA(x) và μB(x)

2) μB(x) = 1 với mọi x thì μA∩B(x) = μA(x)

3) Có tính chất giao hoán, μA∩B(x) = μB∩A(x)

4) Có tính chất kết hợp, μ(A∩B)∩C(x) = μA∩(B∩C)(x)

5) Có tính không giảm, A1 A2  (A1 B)  (A2 B)

Cũng tương tự như phép hợp, có 5 công thức dùng để tính hàm thuộc

μA∩B(x) của phép giao

1) μA∩B(x) = min{ μA(x), μB(x)} (Luật lấy min) (2.6a)

Hình 2.12: Hàm thuộc của hai tập hợp có cùng không gian nền

a – Hàm thuộc của tập mờ A; b – Hàm thuộc của tập mờ B;

c – Giao của hai tập mờ theo luật min; d – Giao của hai tập mờ theo luật tích đại số;

C Phép bù của một tập mờ:

Tập bù của tập mờ A định nghĩa trên nền X là tập mờ Ac cũng xác định trên tập nền X có hàm thuộc μA

c(x) thỏa mãn:

1) μA

c(x) chỉ phụ thuộc vào μA(x)

2) Nếu μA(x) = 1 thì μA

c(x) = 0

3) Nếu μA(x) = 0 thì μAc(x) = 1

4) Nếu μA(x) ≤ μA(x) thì μA

c(x) ≥ μB

c(x)

Hình 2.13: Tập bù mạnh A c của tập mờ A

a – Hàm thuộc của tập mờ A; b – Hàm thuộc của tập mờ A c

2.2.1.1.3 Biến ngôn ngữ và giá trị của nó

Một đại lượng vật lý được định lượng dưới dạng ngôn ngữ (giá trị ngôn ngữ) Mỗi giá trị ngôn ngữ đó được xác định bằng một tập mờ định nghĩa trên tập nền các giá trị vật lý Như vậy biến vận tốc dịch chuyển piston có hai miền giá trị khác nhau:

Hay μA(x)  μB(y) với μA, μB [0; 1] (2.7b) Giá trị hợp thành của mệnh đề mờ là một tập mờ định nghĩa trên không gian nền của biến ngôn ngữ kết luận có hàm thuộc μA  B(y) nhận giá trị trong đoạn [0, 1] thoả mãn:

a) μA  B(y) chỉ phụ thuộc vào μA(x) và μB(y)

b) μA(x) = 0 thì và μA  B(y) = 1

c) μB(y) = 1 thì μA  B(y) = 1

d) μA(x) = 1 và μB(y) = 0 thì μA  B(y) = 0

e) μA1(x) ≤ μA2(x) thì μA1  B(y) ≤ μA2  B(y)

f) μB1(y) ≤ μB2(y) thì μA  B1(y) ≤ μA  B2(y)

Vậy bất cứ hàm μA  B(y) thoả mãn 5 điều kiện trên có thể sử dụng hàm thuộc cho tập mờ kết quả của mệnh đề hợp thành Do mệnh đề kinh điển luôn có giá trị đúng khi mệnh đề điều kiện sai do đó khi chuyển đổi tương đương từ

mệnh đề kinh điển sang mệnh đề hợp thành mờ như trên có nghịch lý, khi mệnh

đề điều kiện không thoả mãn (độ phụ thuộc bằng 0) nhưng mệnh đề kết luận có

độ thoả mãn cao nhất Đề khắc phục nhược điểm này có nhiều ý kiến đưa ra

nhưng nguyên tắc của Mamdani có tính thuyết phục hơn cả

Nguyên tắc Mamdani phát biểu như sau: “Độ phụ thuộc của mệnh đề kết

luận không đựơc lớn hơn độ phụ thuộc của điều kiện”

Với nguyên tắc của Mamdani giá trị của mệnh đề hợp thành được định

nghĩa như sau: Giá trị hợp thành của mệnh đề mờ là một tập mờ B’ định nghĩa trên nền Y (không gian nền của B) có hàm thuộc μ(μA, μB) thỏa mãn:

giảm chấn bằng 0 thì độ cứng giảm chấn trung bình” thể hiện trong hình 2.14

Hình 2.14: Minh họa quy tắc hợp thành mờ

a – Hàm thuộc vận tốc piston và độ cứng giảm chấn;

b – Quy tắc hợp thành MIN; c – Quy tắc hợp thành PRO

Luật hợp thành R biểu diễn một hay nhiều hàm thuộc cho một hay nhiều mệnh đề hợp thành, nói cách khác luật hợp thành được hiểu là một tập hợp của nhiều mệnh đề hợp thành Một luật hợp thành chỉ có một mệnh đề hợp thành được gọi là luật hợp thành đơn Ngược lại nếu có nhiều hơn một mệnh đề hợp thành gọi là luật hợp thành kép Phần lớn các hệ mờ trong thực tế đều có mô hình là luật hợp thành kép Như vậy kết quả của luật hợp thành bao gồm 2 phép toán: phép kéo theo (mệnh đề hợp thành) và phép hợp các hệ quả của mệnh đề kéo theo

2.2.1.1.5 Giải mờ

Có 3 phương pháp giải mờ chính là phương pháp cực đại, phương pháp điểm trọng tâm và phương pháp phân đôi diện tích

A Phương pháp cực đại:

Tư tưởng của phương pháp cực đại cho rằng, giá trị rõ y’ đại diện cho tập

mờ phải là giá trị có xác suất thuộc tập mờ lớn nhất Thực hiện theo phương pháp này gồm hai bước:

+ Xác định miền G chứa giá trị rõ y’, là miền mà tại đó hàm thuộc có giá trị cực đại

+ Xác định y’ có thể chấp nhận được, có ba nguyên lý: nguyên lý trung bình; nguyên lý cận trái; nguyên lý cận phải

- Nguyên lý trung bình: y’ là giá trị trung bình của giá trị cận trái và phải

của G (hình 2.15a)

- Nguyên lý cận trái: y’ là giá trị cận trái của G (hình 2.15b)

- Nguyên lý cận trái: y’ là giá trị cận phải của G (hình 2.15c)