Chương 3 Cơ sở lý thuyết về hệ logic mờ 3.1 Khái niệm về tập mờ
3.4 Phương pháp tổng hợp bộ điều khiển mờ
Trong thực tế, nhiều giải pháp tổng hợp bộ điều khiển kinh điển thường bị bế tắc khi gặp những hệ thống có độ phức tạp cao, độ phi tuyến lớn, trạng thái hay cấu trúc của
đối tượng thường xuyên bị thay đổi,... Những khó khăn đó sẽ không còn là vấn đề nan giải khi bộ điều khiển được thiết kế dựa trên cơ sở logic mờ
3.4.1 Phân loại bộ điều khiển mờ 3.4.1.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh
Bộ điều khiển mờ tĩnh chính là bộ điều khiển mờ cơ bản chỉ gồm có các khâu : mờ hoá, thiết bị hợp thành và giải mờ. Bộ điều khiển mờ tĩnh chỉ có khả năng xử lý các tín hiệu hiện thời nên nó ít được dùng trong thực tế
3.4.1.2 Bộ điều khiển mờ động
Để mở rộng miền ứng dụng của chúng vào các bài toán điều khiển động, các khâu
động học cần thiết sẽ được nối thêm vào phía trước bộ điều khiển mờ cơ bản. Các khâu
động học đó chỉ có nhiệm vụ cung cấp thêm cho bộ điều khiển mờ cơ bản các giá trị
đạo hàm hay tích phân của tín hiệu. Khi đó bộ điều khiển mờ này được gọi là bộ điều khiển mờ động
3.4.2 Nguyên lý điều khiển mờ
Về nguyên tắc, hệ thống điều khiển mờ cũng không có gì khác so với các hệ thống
điều khiển tự động thông thường khác. Sự khác biệt ở đây chính là bộ điều khiển mờ làm việc có tư duy như "bộ não" dưới dạng trí tuệ nhân tạo. Hệ thống điều khiển mờ do
đó cũng có thể được coi như là một hệ thống mạng neuron hay đúng hơn là một hệ ...dt
∫
d ....
dt
Bé §K mê cơ bản
x(t) y
H-3.11 : Bộ điều khiển mờ động
sở luật điều khiển thích hợp.
- Giao diện đầu ra gồm khâu giải mờ và các khâu tác động trực tiếp tới đối tượng (như khâu khuếch đại, khâu hạn chế,...).
Trái tim của các bộ điều khiển mờ chính là các luật điều khiển mờ có dạng các mệnh đề hợp thành theo cấu trúc "Nếu... Thì...." và nguyên tắc triển khai các mệnh đề hợp thành đó có tên là nguyên tắc Max-Min hay Sum-Min,... Mô hình của luật điều khiển được xây dựng theo nguyên tắc thích hợp và được gọi là luật hợp thành. Thiết bị thực hiện luật hợp thành trong bộ điều khiển mờ được gọi là thiết bị hợp thành mờ. Để thiết bị hợp thành thực hiện luật điều khiển làm việc đúng chế độ phải chọn cho nó các biến ngôn ngữ hợp lý có khả năng biểu diễn các đại lượng vào/ra chuẩn và phù hợp với luËt ®iÒu khiÓn
H-3.12 : Hệ kín phản hồi âm với sự tham gia của bộ ĐK mờ
3.4.3 Nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ
Nguyên tắc tổng hợp một bộ điều khiển mờ hoàn toàn dựa trên cơ sở toán học, cách
định nghĩa các biến ngôn ngữ vào ra và phương pháp lựa chọn luật điều khiển.
Trong quá trình xây dựng một bộ điều khiển mờ, người thiết kế hệ thống luôn đặt ra câu hỏi là làm thế nào để tổng hợp được các bộ điều khiển mờ có chất lượng điều khiển tốt thoả mãn các yêu cầu chất lượng đặt ra. Câu trả lời không đơn giản vì cho đến nay những lý thuyết nghiên cứu về điều khiển mờ chưa được hoàn thiện như lý thuyết về các phương pháp điều khiển khác. Hơn nữa cho đến bây giờ vẫn chưa có các nguyên tắc chuẩn mực cho việc thiết kế cũng như khảo sát tính ổn định, tính bền vững, chất lượng điều khiển cũng như quá trình quá độ của hệ thống sử dụng bộ điều khiển mờ. Vì
lý do đó các nhà nghiên cứu về lý thuyết điều khiển mờ đã đề ra một số nguyên tắc khi tiến hành xây dựng một bộ điều khiển mờ như sau:
- Không bao giờ lại thiết kế một bộ điều khiển mờ để giải quyết vấn đề mà có thể dễ dàng thực hiện bằng các bộ điều khiển kinh điển (bộ điều khiển P, PI, PD, PID hay bộ
điều khiển phản hồi trạng thái,...). Nhưng nếu cần thì có thể nghĩ đến giải pháp kết hợp giữa các phương pháp điều khiển kinh điển với điều khiển mờ vì cách này sẽ kết hợp
được ưu điểm của cả hai phương pháp điều khiển nêu trên.
- Khi tổng hợp các luật điều khiển mờ cần lưu ý đến tính phi tuyến khá mạnh của bộ
điều khiển mờ. Vì đây là lý do gây khó khăn và phức tạp cho người thiết kế trong việc tổng hợp được các bộ điều khiển mờ có chất lượng điều khiển tốt thoả mãn các yêu cầu chất lượng đặt ra.
- Đối với các hệ thống cần độ an toàn cao thì việc sử dụng bộ điều khiển mờ có nhiều hạn chế. Lý do là vì những yêu cầu về chất lượng và mục đích của hệ thống chỉ có thể xác định được qua thực nghiệm.
- Bộ điều khiển mờ phải được thiết kế và phát triển dựa trên thực nghiệm. Ngoài ra trong quá trình xây dựng các luật điều khiển mờ, cần tận dụng tối đa những hiểu biết và kinh nghiệm của con người về hệ thống để đưa ra được các luật điều khiển tốt nhất.
- Đặc tính phi tuyến tĩnh của bộ điều khiển mờ có thể thay đổi linh hoạt khi thay đổi vị trí và hình dạng của các hàm liên thuộc. Do vậy hoàn toàn có thể áp dụng thuật toán
®iÒu khiÓn thÝch nghi.
Đây cũng chính là những nguyên nhân dẫn đến việc thiết kế bộ điều khiển mờ mặc dù đã có mô hình toán học của đối tượng.
3.4.4 Các bước thực hiện khi xây dựng một bộ điều khiển mờ
Định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào ra
Định nghĩa tập mờ (giá trị ngôn ngữ) cho các biến vào/ra
Xác định miền giá trị vật lý cho các biến ngôn ngữ vào/ra
Xác định số lượng tập mờ cần thiết
Xác định kiểu hàm liên thuộc
Rời rạc hoá các tập mờ
Xây dựng các luật điều khiển (các mệnh đề hợp thành)
Chọn thiết bị hợp thành mờ (max-Min hay sum-Min,...)
Chọn phương pháp giải mờ
Tối ưu hệ thống