Ứng dụng logic mờ trong bài toán điều khiển
Ứng dụng logic mờ trong bài toán điều khiển Nhóm 10 Hanoi, January 11, 2012 Nội dung Phương pháp tiếp cận Giới thiệu điều khiển mờ Khái niệm cơ bản Bộ điều khiển mờ Mô hình ứng dụng điều khiển mờ Tài liệu tham khảo Phương pháp tiếp cận Các thực tế: Điều khiển học & logic mờ đều là những đề tài rộng Học theo giáo trình điều khiển mờ, chuyên ngành điều khiển tự động Mục tiêu: có hiểu biết chi tiết, không dừng lại ở overview Tiếp cận đề tài: Làm bài tập Giới thiệu điều khiển mờ Đặt vấn đề Logic: cách lập luận để ai cũng đồng tình với mình Logic Aristotle/logic nhị phân: 1/0; Đúng/sai; A/không-A logic nhị phân vẫn rất đúng với nhiều trường hợp, nhưng có hạn chế ?ai thích đi học: thích đi học 75%; ghét đi học 25% _ Nghịch lý Russell quý tộc Anh, nhà toán học, nhà Văn, Nobel Văn học Russell(1872-1970): Khai sinh logic mờ Nghịch lý Russell: 1) 2) A={Quả lê} x A x là quả lê A A ① x==khôngA={mọi thử không phải quả lê} A② Vì tập chứa mọi thứ không phải quả lê tập chứa chính nó (vì ②: A) )mâu thuẫn với ① Logic nhị phân không thể tự chứng minh chính nó và Russell bỏ nghề toán khi hiểu được điều này Bài toán hãm phanh tàu điện Các tham số liên quan: khoảng cách, vận tốc, gia tốc Phương pháp truyền thống cần quan tâm: Trọng lượng xe Lực kéo đầu máy Ma sát … Phương trình vi phân bất tuyến tính phức tạp & không chính xác Giải quyết bằng fuzzy-logic Giới thiệu điều khiển mờ Lý thuyết logic mờ sáng tạo bởi: Lofti Zadeh năm 1965 Mamdani dùng fuzzy-logic điều khiển máy Năm 1970 tại trường Mary Queen, Ebrahim hơi nước Năm 1983 tại Nhật, Fuji Electronic ứng dụng điều khiển máy xử lý nước Năm 1987, Hitachi áp dụng vào điều khiển tàu điện ngầm Khái niệm cơ bản Khái niệm cơ bản Tập rõ: tập số nguyên tố P={2,3,5…}, số thực R Tính mờ trong khái niệm: đi nhanh, đi chậm… không có 1 giá trị định lượng Tập mờ F xác định trên tập kinh điển B có phần tử dạng: (x,μF(x)) với: x∈ B μF(x): B [0,1] μF: hàm thuộc; B: tập nền Ví dụ 1 Thiết kế điều khiển tự động máy điều hòa: 2 đầu vào:Ti đo nhiệt độ trong nhà; To đo nhiệt độ bên ngoài 1 đầu ra: tốc độ quạt Thông số: Tầm nhiệt quan tâm: [0oC, 50oC] Tốc độ quạt: [0, 600 vòng/phút] Tính tốc độ quạt với: Ti = 27oC To = 32oC Ví dụ 1 Bước 1: Xác định biến ngôn ngữ I/O Bước 2: xác định tập mờ: o o o Ti,To:{Lạnh,Vừa,Nóng} tương ứng {20 C,25 C,30 C} V:{Zero,Chậm,Trung bình,Nhanh,Max} tương ứng {0,150,300,450,600} Hàm thuộc Chọn hàm thuộc tam giác Xét Ti*=27oC và To*=32oC μ (Ti*) = μ(27oC) = {0; 0,6; 0,4} μ (To*) = μ(32oC) = {0; 0; 1} Ví dụ 1 Bước 3: luật hợp thành mờ Bước 4+5: Giải mờ Chọn thiết bị hợp thành max-min Nhanh: 0,6 Max: 0,4 Sử dụng phương pháp độ cao: Ví dụ 2 Dùng điều khiển mờ điều khiển bơm và van giữ mức nước trong hệ thống: Ví dụ 2 Sơ đồ khối điều khiển: • Có 4 đầu vào: sai lệch eZ1, eZ2; đạo hàm sai lệch de1, de2 • Có 3 đầu ra: control1, Các biến ngôn ngữ: E={âm lớn,âm nhỏ, bằng không,dương nhỏ,dương lớn} control2, control3 D={giảm nhanh,giảm vừa,không đổi tăng vừa,tăng nhanh} C={đóng nhanh,đóng chậm,không đổi,mở chậm,mở nhanh} Hàm thuộc Sử dụng phân phối chuẩn: Gaussian • Luật hợp thành Kết quả Chiều cao bồn: height = 1m Diện tích đáy area = 0.125m2 Lưu lượng max: 1lit/s Diện tích ống dẫn: 0.001m Zđặt=[0.5 0.3]; Zinit = [0 0] Mô hình ứng dụng điều khiển mờ Mô hình ứng dụng Hệ mờ lai không thích nghi Hệ mờ lai cascade Mô hình ứng dụng Công tắc mờ Điều khiển mờ có hệ thống giám sát Tài liệu tham khảo Slide: Biểu diễn tri thức không chắc chắn Tiếp cận mờ PGS.TS Lê Thanh Hương, ĐHBK HN Giáo trình: Điều khiển mờ PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hà, ĐHBK TP.HCM Nhận dạng quá trình phi tuyến MIMO sử dụng hệ nơron mờ thích nghi Nguyễn Quốc Định, ĐHBK Đà Nẵng What’s fuzzy logic? IBM Example of a Mamdani/Larsen fuzzy controller M.Beale and H.Demuth, Fuzzy System Toolbox Giáo trình: Công nghệ tính toán mềm Bộ môn tự động, ĐHBK TP.HCM Lịch sử môn luân lý Fuzzy Nguyễn Viết Sơn Thành viên Casting Nhiệm vụ Lê Ngọc Sơn Tổng quan điều khiển mờ Vũ Thị Thúy Hoàn Mô hình mờ Tagaki-Sugeno Nguyễn Văn Kha Lý thuyết bộ điều khiển mờ Vũ Văn Quyết Xây dựng 2 ví dụ thực tế mô tả ứng dụng bộ điều khiển mờ Lương Quy Thọ Phụ lục 1: controller 3 If If If If If If If If If If If If If If If error1=NB and de1=DB Then control=CF error1=NB and de1=DM Then control=CS error1=NB and de1=ZR Then control=CS error1=NM and de1=DB Then control=CS error1=PB and de1=IB Then control=OF error1=PB and de1=IM Then control=OF error1=PB and de1=ZR Then control=OF error1=PM and de1=IB control= OF Then error1≠NB and error2=NB and de1≠DB and de2=DB Then control=OF error1≠NB and error2=NB and de1≠DB and de2=DM Then control=OF error1≠NB and error2=NB and de1≠DB and de2=ZR Then control=OF error1≠NB and error2=NM and de1≠DB and de2=DB Then control=OS error1≠NB and error2=NM and de1≠DB and de2=DM Then control=OS error1≠PB and error2=PB and de1≠IB and de2=IB Then control=CF error1≠PB and error2=PB and de1≠IM and de2=IB Then control=CS