Ứng dụng logic mờ trong bài toán điều khiển

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