CHƯƠNG 4 THIẾT kế bộ điều KHIỂN mờ

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ4.1 CÁC BƯỚC TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ : Để xây dựng một bộ điều khiển mờ cơ bản , chúng ta thực hiện các bước sau:  Xác định các biến đầu vào và đầu

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ

4.1 CÁC BƯỚC TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ :

Để xây dựng một bộ điều khiển mờ cơ bản , chúng ta thực hiện các bước sau:

 Xác định các biến đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển

 Định nghĩa các tập mờ cho các biến đầu vào và đầu ra :

-Phân chia không gian xác định các biến đầu vào và dầu ra thành những đoạn giá trị khác nhau ( fuzzy partition )

-Dùng các biến ngôn ngữ đại diện cho cho các đoạn giá trị và định nghĩa hàm liên thuộc cho các biến ngôn ngữ đó Thông thường các tập mờ được chọn có hàm liên thuộc dạng tam giác hoặc hình thang và các tập mờ có hàm liên thuộc phủ lên nhau

 Xây dựng các qui luật điều khiển

 Lựa chọn luật hợp thành : thông thường người ta sử dụng một trong hai luật hợp thành max-min hoặc max-product

 Lựa chọn phương pháp giải mờ : có thể lựa chọn một trong các phương pháp sao cho có thể đáp ứng yêu cầu về chất lượng của hệ thống

 Tối ưu hệ thống

4.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO CÁNH TAY ROBOT :

Mô tả tổng quát về hoạt động của cánh tay robot

Cánh tay robot có không gian làm việc là một niền nằm trong mặt phẳng

YZ của hệ rục tọa độ Đề-các Do kết cấu cơ khí , không gian làm việc của cánh tay robot sẽ bị giới hạn Cánh tay robot chỉ có thể di chuyển đến một vị trí bên trong không gian làm việc của nó và không thể di chuyển đến một điểm bên ngoài không gian làm việc

Trong mỗi chu kỳ hoạt động , cánh tay robot sẽ được ra lệnh di chuyển đến một vị trí bên trong không ian làm việc của nó gọi là vị trí hoạch định Để thực hiện công việc này , bộ điều khiển của cánh tay robot sẽ so sánh vị trí hiện tại của cánh tay robot với vị trí hoạch định để xác định sai lệch của hai vị trí Tùy theo mức độ sai lệch lớn hay nhỏ , bộ điều khiển sẽ quyết định khoảng dịch chuyển của

Vị trí hiện tại

Z

•

(y,z)

•

(y1,z1)

Sai lệch theo trục tọa độ Y và sai lệch heo trục tọa độ Z là

∆y = y1 - y

∆z = z1 - z

Ngoài ra , chúng ta còn có thể xác dịnh sai lệch theo trục tọa độ Y và sai lệch theo trục tọa độ Z theo phương pháp gián tiếp như sau :

-Xác định sai lệch theo trục tọa độ Y:

Do sai lệch theo trục tọa độ Y và sai lệch theo trụ tọa độ Z độc lập với nhau nên khi xác định sai lệch heo trục Y ta không cần quan tâm đến sai lệch theo trục

Z Để đơn giản , ta giả sử sai lệch theo trục tọa độ Z là không có (∆Z=0)

Tại vị trí có ∆y = 0 (y1 = y) ,chúng ta có :

θ1 = θ1d = 90°

θ2 = θ2d = 90°

Eθ1 = θ1d - θ1 = 0

Eθ2 = θ2d - θ2 = 0

Trong đó θ1d và θ2d là giá trị của θ1 và θ2 tính tại vị trí có ∆y = 0

Z

θ2 θ1

•

B(y1=y,z1=z) A(y,z) O

Tại vị trí có ∆y > 0 (y1 > y) ,ta có :

θ1 > 90°

θ2 < 90°

Eθ1 = θ1d - θ1 < 0

Eθ2 = θ2d - θ2 > 0

Y

Z

θ2 θ1

•

B(y1=y,z1=z)

O

•

A(y,z)

Tại vị trí có ∆y < 0 (y1 < y) ,ta có :

θ1 < 90°

θ2 > 90°

•

B(y1=y,z1=z) A(y,z)•

Ta thấy rằng trong cả ba trường hợp Eθ1 = -Eθ2 Nếu chiều dài đoạn thẳng

OB không thay đổi thì giá trị của Eθ1 và Eθ2 chỉ phụ huộc vào ∆y Do đó ta có thể xác định ∆y thông qua cặp giá trị Eθ1 và Eθ2

-Xác định sai lệch theo trục tọa độ Z: cũng giống như khi xác định sai lệch

heo trục tọa độ Y , khi xác định sai lệch theo trục tọa độ Z ta cũng không quan tâm đến ∆y và để đơn giản ta giả sử ∆y = 0

Tại vị trí có ∆z = 0 (z1 = z) ,chúng ta có :

θ1 = θ1d = 45°

θ2 = θ2d = 45°

Eθ1 = θ1d - θ1 = 0

Eθ2 = θ2d - θ2 = 0

Trong đó θ1d và θ2d là giá trị của θ1 và θ2 tính tại vị trí có ∆z = 0

Z

θ1

θ2

•

A(y,z) B(y1=y,z1=z) O

Tại vị trí có ∆z > 0 (z1 > z) ,chúng ta có :

θ1 < 45°

θ2 < 45°

Eθ1 = θ1d - θ1 > 0

Eθ2 = θ2d - θ2 > 0

Y

Z

θ2 θ1

•

B(y1=y,z1=z)

O

•

A(y,z)

Tại vị trí có ∆z < 0 (z1 < z) ,chúng ta có :

•

B(y1=y,z1=z)

•

A(y,z)

Ta thấy rằng trong cả ba trường hợp Eθ1 = Eθ2 Nếu chiều dài đoạn thẳng

OA không thay đổi thì giá trị của Eθ1 và Eθ2 chỉ phụ huộc vào ∆z Do đó ta có thể xác định ∆z thông qua cặp giá trị Eθ1 và Eθ2

4.2.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO CÁNH TAY ROBOT :

-Đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển mờ :

Bộ điều khiển mờ cho cánh tay robot sẽ nhận vào giá trị sai lệch giữa vị trí hoạch định và vị trí hiện tại của cánh tay robot Tùy theo sai lệch giữa hai vị trí này , bộ điều khiển sẽ co cánh tay robot di chuyển một khoảng cách phù hợp để cánh tay robot tiến dần đến vị trí hoạch định Do đó , đầu vào của bộ điều khiển sẽ là sai lệch giữa vị trí hoạch định và vị trí hiện tại của cánh tay robot , đầu ra của bộ điều khiển sẽ là khoảng cách mà cánh tay robot cần di chuyển

Sai lệch giữa vị trí hoạch định và vị trí hiện tại của cánh tay robot được xác định gián tiếp thông qua góc sai lệch Eθ1 và Eθ2 Như vậy đầu vào của bộ điều khiển sẽ là Eθ1 và Eθ2

Đầu ra của bộ điều khiển là độ dịch chuyển theo trục tọa độ Y và độ dịch chuyển theo trục tọa độ Z được ký hiệu là EY và EZ

-Định nghĩa các tập mờ cho đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển :

Các biến đầu vào Eθ1 , Eθ2 và các biến đầu ra EY , EZ sẽ có 7 tập mờ của các biến ngôn ngữ sau

+NB : Negative Big , Aâm nhiều

+NM : Negative Medium , Aâm vừa

+NS : Negative Small , Aâm ít

+ZE : Zero

+PS : Positive Small , Dương ít

+PM : Positive Mediun , Dương vừa

+PB : Positive Big , Dương nhiều

Hàm liên thuộc của các tập mờ sẽ được định nghĩa như hình vẽ sau

µ

NB NM NS 1 ZE PS PM PB

-6 -4 -2 0 2 4 6 E

θ 1

µ

NB NM NS 1 ZE PS PM PB

-6 -4 -2 0 2 4 6 E

θ 2

µ

NB NM NS 1 ZE PS PM PB

-7 -5 -3 -2 0 2 3 5 7 EZ

-Bộ luật điều khiển : áp dụng suy diễn mang tính tự nhiên của con người ,

chiến lược hiệu chỉnh cánh tay robot được chọn như sau :

+ Nếu không có sai lệch Thì cánh tay robot không di chuyển

+ Nếu sai lệch ít Thì cánh tay robot không di chuyển

+ Nếu sai lệch vừa Thì cánh tay robot di chuyển khoảng cách vừa + Nếu sai lệch lớn Thì cánh tay robot di chuyển khoảng cách lớn

Do ∆y và Eθ1 , Eθ2 , EY có mối quan hệ như sau :

∆y Eθ1 Eθ2 EY

< 0 > 0 < 0 >0

= 0 = 0 = 0 = 0

> 0 < 0 > 0 < 0

Kết hợp quan hệ trên với chiến lược hiệu chỉnh , ta xác định khoảng dịch chuyển của cánh tay robot theo trục tọa độ Y

+ Luật 1 : If Eθ1 is NB and Eθ2 is PB Then EY is NB

+ Luật 2 : If Eθ1 is NM and Eθ2 is PM Then EY is NM

+ Luật 3 : If Eθ1 is ZE and Eθ2 is ZE Then EY is ZE

+ Luật 4 : If Eθ1 is PM and Eθ2 is NM Then EY is PM

+ Luật 5 : If Eθ1 is PB and Eθ2 is NB Then EY is PB

Tương tự do ∆z và Eθ1 , Eθ2 , EZ có mối quan hệ như sau :

∆z Eθ1 Eθ2 EZ

< 0 < 0 < 0 >0

= 0 = 0 = 0 = 0

> 0 > 0 > 0 < 0

Kết hợp quan hệ trên với chiến lược hiệu chỉnh , ta xác định khoảng dịch chuyển của cánh tay robot theo trục tọa độ

+ Luật 1 : If Eθ1 is NB and Eθ2 is NB Then EZ is PB

+ Luật 2 : If Eθ1 is NM and Eθ2 is NM Then EZ is PM

+ Luật 3 : If Eθ1 is ZE and Eθ2 is ZE Then EZ is ZE

+ Luật 4 : If Eθ1 is PM and Eθ2 is PM Then EZ is NM

+ Luật 5 : If Eθ1 is PB and Eθ2 is PB Then EZ is NB

Bảng luật điều khiển theo trục tọa độ Y :

Eθ1

Eθ2

NB NM NS ZE PS PM PB

NS

PS

PM NM