Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 53 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Cấu trúc
B = {x R | x << 6}; hoặc tập hợp C gồm các số thực xấp xĩ bằng 3:
C = {x R | x≈ 6}
Như vậy, khác với tập hợp kinh điển A, từ “ định nghĩa kinh điển”của tập “mờ” B hoặc C không suy ra được hàm liên thuộc µB(x) hoặc µC(x) của chúng. Do đó ta có định nghĩa về tập mờ như sau.
Tập mờ F xác định trên tập kinh điển X là một tập mà mỗi phần tử của nó là một cặp giá trị (x, µF(x)) trong đó x ϵ X và µF là ánh xạ. µF: X→ [0,1]
Ánh xạ µF được gọi là hàm liên thuộc của tập mờ F. Tập kinh điển X được gọi là tập nền ( hay vũ trụ) của tập mờ F.
Mờ hóa định nghĩa như sự ánh xạ (sự làm tương ứng) từ lập các giá trị thực (giá trị rõ) x* U Rn thành lập các giá trị mờ ~ A' ở trong U. Hệ thống mờ như là một bộ xấp xỉ vạn năng. Nguyên tắc chung việc thực hiện mờ hóa là:
Biến tốc độ v, xác định trên nền các giá trị ngôn ngữ N, được gọi là biến ngôn ngữ. Do tập nền các tập mờ mô tả giá trị ngôn ngữ của biến ngôn ngữ tốc độ lại chính là tập V các giá trị của biến nên từ một giá trị vật lý xV có được một vecto µ gồm các độ phụ thuộc của x như sau:
Khâu thực hiện luật hợp thành gồm hai khối đó là khối luật mờ và khối hợp thành
Khối luật mờ (suy luận mờ) bao gồm tập các luật “Nếu … Thì” dựa vào các luật mờ cơ sở được người thiết kế viết ra cho thích hợp với từng biến và giá trị các biến ngôn ngữ theo quan hệ mờ Vào/Ra.
Khối hợp thành dùng để biến đổi các giá trị mờ hóa của biến ngôn ngữ đầu vào thành các gía trị mờ của biến ngôn ngữ đầu ra theo các luật hợp thành nào đó.
Khâu thực hiện luật hợp thành, có tên gọi là thiết bị hợp thành, xử lý vectorµ và cho giá trị mờ B’ của tập biến đầu ra.
µB’(y) = min {µA, µB(y)}, được gọi là quy tắc hợp thành MIN
Nội dung
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN MỜ Tiểu Luận HỌC VIÊN LỚP KHÓA GVHD : TRẦN QUỐC BẢO : TỰ ĐỘNG HÓA : 25 NIÊN KHÓA: 2012 – 2014 : TS NGUYỄN VĂN MINH TRÍ Tiểu luận mơn học Điều khiển mờ GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí ĐÀ NẴNG, 8/2013 MỤC LỤC PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ…………………………….3 1.1 Giới thiệu chung…………………………………………………….…….3 1.1.1 Định nghĩa tập mờ……………………………………………………4 1.1.2 Một vài dạng hàm liên thuộc thường sử dụng…………… ….5 1.2 Xây dựng mơ hình mờ cho đối tượng…………………………… …….6 1.2.1 Mơ hình mờ Mamdami …….…………………………………….…6 1.2.2 Mơ hình mờ Sugeno………………………………………… …….15 1.2.3.So sánh hai loại mơ hình…………………………………………….17 1.3 Tổng hợp điều khiển mờ…………………………………………….17 1.3.1 Cấu trúc điều khển mờ………………………………… … 17 1.3.2 Nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ…………………………….18 1.3.3 Các bước thực xây dựng điều khiển mờ…………… ….19 1.4 Kết luận…………………………………………………………… …….20 PHẦN II: CÁC BÀI TẬP…………………………………………………… ….21 2.1 Bài tập 1: Mơ hình Crane………………………………………… ……21 2.1.1 Xây dựng mơ hình tốn học crane…………………………… 21 2.2.2 Xây dựng điều khiển mờ……………………………………… 24 2.1.3 Mô Matlab Simulink………………………………… 27 2.2 Bài tập 2: Đối tượng lò nhiệt…………………………………… …….29 2.2.1 Xác định hàm truyền đối tượng lò nhiệt………………… …….29 2.2.2 Thiết kế điều khiển mờ PID cho lò nhiệt…………………… …31 2.2.3 Mơ Matlab Simulink……………………………………39 HVTH: Trần Quốc Bảo_Lớp Tự động hóa K25 Tiểu luận môn học Điều khiển mờ GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ 1.1 Giới thiệu chung Trong thập niên gần việc nghiên cứu thuật toán điều khiển tiếp cận với tư người gọi điều khiển trí tuệ nhân tạo, lĩnh vực phát triển mạnh mẽ Ưu điểm cuả điều khiển mờ so với phương pháp điều khiển kinh điển tổng hợp điều khiển mà không cần biết trước cấu trúc tham số hệ thống cách xác Những ứng dụng gần hệ điều khiển mờ mang lại nhiều hiệu đáng kể hệ điều khiển đại, giải nhiều toán điều khiển phức tạp mà trước chưa thể giải trọn vẹn Hệ điều khiển mờ sử dụng kinh nghiệm vận hành đối tượng sử lý điều khiển chuyên gia thuật toán điều khiển, hệ điều khiển mờ bước tiến tới tư người Việc ứng dụng kỹ thuật mờ thiết kế hệ điều khiển cho truyền động có cấu trúc tham số biến đỏi hướng nghiên cứu mẻ, nhiều tiềm để khai thác, hướng nghiên cứu có khả đáp ứng yêu cầu chất lượng hệ khắc phục nhược điểm hướng nghiên cứu khác Nhược điểm phương pháp để tổng hợp điều khiển mờ cần phải có kinh nghiệm chuyên gia để xây dựng luật điều khiển phù hợp Logic mờ (Fuzzy logic) dựa thông tin khơng đủ khơng xác, người suy luận đưa cách xử lý điều khiển xác hệ thống phức tạp đối tượng mà trước chưa giải Điều khiển mờ sử dụng kinh nghiệm vận hành đối tượng sử lý điều khiển chuyên gia thuật toán điều khiển, hệ điều khiển mờ bước tiến gần với tư người Điều khiển mờ thường sử dụng hệ thống sau đây: - Hệ thống điều khiển phi tuyến - Hệ thống điều khiển mà thông tin đầu vào đầu không đầy đủ, không xác định xác - Hệ thống điều khiển khơng xác định thơng số mơ hình đối tượng HVTH: Trần Quốc Bảo_Lớp Tự động hóa K25 Tiểu luận môn học Điều khiển mờ GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí Về nguyên lý, hệ thống điều khiển mờ gôm khối chức tương tự hệ điều khiển truyền thống, điểm khác biệt sử dụng điều khiển mờ Các nguyên lý điều khiển “mờ” chúng khác mệnh đề điều kiện, có cấu trúc: “Nếu …Thì …” theo hay nhiều điều kiện Vậy chất nguyên lý điều khiển mờ xây dựng mơ hình, xây dựng thuật tốn để điều khiển nguyên lý điều khiển mờ, nói cách khác làm cách để tổng quát hóa chúng thành nguyên lý điều khiển mờ chung từ áp dụng cho q trình tương tự… Điều khiển mờ chiếm vị trí quan trọng điều khiển khoa học kỹ thuật đại Kỹ thuật điều khiển đồng nghĩa với độ xác khả thực Những ứng dụng công nghiệp điều khiển mờ rộng rãi như: điều khiển nhiệt độ, điều khiển giao thông vận tải, điều khiển công nghiệp dân dụng… Trong thực tế, điêu khiển kinh điển thường bị bế tắc gặp toán phức tạp hệ thống cao, thường xuyên thay đổi trạng thái, cấu trúc tham số đối tượng… Bộ điều khiển thiết kế dựa sở logic mờ giải vấn đề đơn giản việc thực giải pháp Ưu điểm điều khiển mờ: So với giải pháp kỹ thuật áp dụng để tổng hợp hệ thống từ trước đến phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển mờ có ưu điểm rõ rệt sau đây: - Khối lượng công việc thiết kế giảm nhiều không cần phải sử dụng mơ hình đối tượng việc tổng hợp hệ thống Với toán thiết kế hệ thống điều khiển có độ phức tạp cao giải pháp sử dụng điều khiển mờ cho phép giảm khối lượng tính tốn giá thành sản phẩm - Logic mờ mơ hình hóa hàm phi tuyến với độ phức tạp cao - Bộ điều khiển mờ xây dựng dựa kinh nghiệm chuyên gia - Có thể kết hợp điều khiển mờ với nhiều kỹ thuật điều khiển thích hợp khác - Bộ điều khiển mờ dựa ngôn ngữ tự nhiên, gân gũi sống ngày - Bộ điều khiển mờ dễ hiểu dễ thay đổi so với điều khiển khác - Trong nhiều trường hợp điều khiển mờ làm việc làm việc ổn định hơn, bền vững chất lượng cao HVTH: Trần Quốc Bảo_Lớp Tự động hóa K25 Tiểu luận mơn học Điều khiển mờ GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí - Bộ điều khiển mờ có khả xử lý giá trị vào/ra biểu diễn dạng dấu phẩy động với độ xác cao nên có khả điều khiển đối tượng cách “rõ ràng” “chính xác” 1.1.1 Định nghĩa tập mờ: Logic mờ bắt đầu với khái niệm tập mờ Khái niệm tập hợp hình thành tảng logic định nghĩa xếp đặt chung vật, đối tượng chung tính chất, gọi phần tử tập hợp Ý nghĩa logic khái niệm tập hợp xác định chỗ vật đối tượng có hai khả phần tử tập xét không Xét tập hợp A Ánh xạ µA → {0,1} định nghĩa tập A sau: (1.1) Được gọi hàm liên thuộc cuả tập hợp A Một tập X ln có µX(x) =1, với x gọi không gian (tập nền) Một tập A có dạng A = {x ∈ X | x} thõa mãn số tính chất gọi có tập X, hay định nghĩa tập X Như lý thuyết kinh điển, hàm liên thuộc hoàn toàn tương đương với định nghĩa tập hợp Từ định nghĩa tập hợp A ta xác định hàm liên thuộc µA(x) cho tập hợp ngược lại từ hàm liên thuộc µA(x) tập hợp A hoàn toàn suy định nghĩa cho tập hợp A Tuy nhiên, cách biểu diễn hàm liên thuộc không phù hợp với tập hợp mô tả “mờ” tập B gồm số thực nhỏ nhiều so với 6: B = {x ∈ R | x >fuzzy, sử dụng Fuzzy logic tool box, Sau nhập thông số, luật hợp thành để tạo khối tính tốn cho KP ; KD ; KI KI HVTH: Trần Quốc Bảo_Lớp Tự động hóa K25 47 Tiểu luận môn học Điều khiển mờ GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí Hình 2.2.7 Biến vào điều khiển mờ Kp HVTH: Trần Quốc Bảo_Lớp Tự động hóa K25 48 Tiểu luận mơn học Điều khiển mờ GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí Hình 2.2.8 Biến vào điều khiển mờ Kd HVTH: Trần Quốc Bảo_Lớp Tự động hóa K25 49 Tiểu luận mơn học Điều khiển mờ HVTH: Trần Quốc Bảo_Lớp Tự động hóa K25 GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí 50 Tiểu luận môn học Điều khiển mờ GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí Hình 2.2.9 Biến vào điều khiển mờ Ki Ta có kết luật chỉnh định không gian sau : HVTH: Trần Quốc Bảo_Lớp Tự động hóa K25 51 Tiểu luận mơn học Điều khiển mờ GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí Luật chỉnh định KP không gian Luật chỉnh định KD không gian Luật chỉnh định KI không gian 2.2.3 Mơ Matlab Simulink Ta dùng chương trình Matlab Simulink để mô hệ thống với sơ đồ sau: HVTH: Trần Quốc Bảo_Lớp Tự động hóa K25 52 Tiểu luận môn học Điều khiển mờ GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí Hình 2.2.10 Sơ đồ khối hệ thống lò nhiệt dùng Fuzzy – PID điều khiển Hình 2.2.11 Đáp ứng ngõ phương pháp điều khiển Fuzzy – PID Nhận xét : Với Fuzzy – PID vừa chọn ta thấy đáp ứng yêu cầu đặt ra: sai số không 6%, thời gian độ nhanh cỡ 100s ổn định Ghi : - Bộ điều khiển mờ : file “Bai2_Kp”.fis”; “Bai2_Kd”.fis”; “Bai2_Ki”.fis”; - Sơ đồ khối điều khiển theo điều khiển mờ : file “Bai2_BaoK25.mdl” HVTH: Trần Quốc Bảo_Lớp Tự động hóa K25 53 ... động hóa K25 Tiểu luận môn học Điều khiển mờ GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí 1.2 Xây dựng mơ hình mờ cho đối tượng HVTH: Trần Quốc Bảo_Lớp Tự động hóa K25 10 Tiểu luận môn học Điều khiển mờ GVHD: TS... K25 Tiểu luận mơn học Điều khiển mờ GVHD: TS Nguyễn Văn Minh Trí Về nguyên lý, hệ thống điều khiển mờ gôm khối chức tương tự hệ điều khiển truyền thống, điểm khác biệt sử dụng điều khiển mờ Các... lượng điều khiển trình độ hệ thống sử dụng điều khiển mờ Vì lý nhà nguyên cứu lý thuyết điều khiển mờ đặt số nguyên tắc tiến hành xây dựng điều khiển mờ sau: - Không lại thiết kế điều khiển mờ để