Ứng dụng logic mờ và đại số gia tử trong điều khiển dựa trên mô hình tham số
MỤC LỤC
L ập luận xấp xỉ dựa trên mô hình tham số của các biến ngôn ngữ Trong ph ần này chúng ta phát triển một phương pháp lập luận xấp xỉ dựa trên
Vỡ hàm thuộc àσtrue của giỏ trị chõn lý mờ σtrue, theo phõn tớch như trờn, phản ánh mức tương thích mà giá trị A của biến X với giá trị tiền đề B trong lược đồ suy diễn (1.1), do đó giá trị D của biến Y nhận được theo lược đồ modus ponens tổng quát sao cho chúng ta cũng có cùng mức tương thích như giá trị A với giá trị B cho giá trị D với giá trị C của biến Y. Chúng tôi muốn nhấn mạnh rằng vì quan hệ thứ tự ≤D trong V được xác định dựa trên độ đo đặc tả của các giá trị chân lý ngôn ngữ, do đó cấu trúc địa số cảm sinh từ quan hệ thứ tự này thích hợp cho sự phân cấp và kế thừa về kiểu đối tượng với thông tin mờ, không chắc chắn.
K ết luận chương 1
Đặc biệt, như là nghiên cứu trong [16], logic mờ trên cơ sở của câcú trúc đại số này có thể được sử dụng như một cơ sở logic cho các hệ luập luận tự động với thông tin phân cấp và tính kế thừa ( sự phân cấp và kế thừa về kiểu đối tượng). Khi tổng hợp và thiết kế các bộ điều khiển the o phương pháp kinh điển, chúng ta có thể gặp bế tắc khi bài toán có độ phức tạp đáng kể, độ phi tuyến lớn, thường xuyên thay đổi trạng thái và cấu trúc của đối tượng, … và khi thực hiện nó thì có thể phải chi phí lớn mà độ tin cậy lại không cao.
B ộ điều khiển mờ cơ bản
Mờ hoá đơn trị cho phép tính toán về sau rất đơn giản nhưng không khử được nhiễu đầu vào, mờ hoá Gaus hay mờ hoá hình tam giác không những cho phép tính toán về sau tương đối đơn giản mà còn đồng thời có thể khử nhiễu đầu vào. Với bộ điều khiển mờ tổng hợp như trên cho dù với một hay nhiều luật điều khiển (mệnh đề hợp thành), cũng chưa thể áp dụng được trong điều khiển đối tượng vì đầu ra vẫn đang chỉ là giá trị mờ B’.
Nguyên lý điều khiển mờ
Chất lượng của một hệ điều khiển không chỉ được đánh giá qua độ chính xác của hệ thống mà trong nhiều trường hợp người ta còn quan đến các chỉ tiêu khác như độ dao động, tính bền vững (robust), vấn đề tiết kiệm năng lượng, …. Thành phần trọng tâm của bộ điều khiển mờ đó chính là hệ luật điều khiển, chúng là tập các mệnh đề hợp thành cùng cấu trúc NẾU … THÌ … và nguyên tắc triển khai các mệnh đề hợp thành đó có tên gọi là nguyên tắc max-MIN hay sum- MIN, … Mô hình R của luật điều khiển được xây dựng theo một nguyên tắc triển khai đã chọn trước và được gọi là luật hợp thành.
Nguyên t ắc thiết kế bộ điều khiển mờ
Nhưng thực tế lại không có một quy tắc nhất quán nào cho vấn đề chọn hàm thuộc mà ở đây chỉ có một cách đơn giản là chọn hàm thuộc từ những dạng hàm đã biết trước và mô hình hóa nó cho đến khi nhận được bộ điều khiển mờ làm việc như mong muốn. Trong việc xây dựng các luật điều khiển (mệnh đề hợp thành), cần lưu ý vùng xung quanh điểm không, không được tạo ra các “lỗ hổng”, bởi vì khi gặp các lỗ hổng xung quanh điểm làm việc bộ điều khiển sẽ không thể làm việc đúng như trình tự đã định sẵn.
K ết luận
Trong quá trình thử nghiệm cần đặc biệt kiểm tra xem nó có tồn tại “lỗ hổng” nào trong quá trình làm việc không, tức là xác định xem tập các luật điều khiển được xây dựng có đẩy đủ hay không để bổ xung. Chỉnh định bộ điều khiển theo các chỉ tiêu này chủ yếu được thực hiện thông qua việc điều chỉnh lại các hàm thuộc và bổ xung thêm các luật điều khiển hoặc sửa lại các luật điều khiển đã có.
Mô hình toán h ọc của đối tượng công nghệ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN MỨC CHO BALONG HƠI- NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Tín hiệu phản hồi đưa vào bộ điều chỉnh gồm:. + Phản hồi mức nước Balong + Phản hồi lưu lượng nước cấp. a) Hàm truyền đạt của khâu truyền động điện W3. Hệ thống truyền động điện của bộ điều chỉnh cấp nước Balong là động cơ một chiều quay van với công suất 1KW với điện áp định mức 220V. Đầu vào là điện áp, đầu ra là vận tốc góc. Với yêu cầu công nghệ của bộ điều chỉnh mức nước cho Balong thì hệ thống được thiết kế có đảo chiều. b) Hàm truyền đạt khâu tích phân. Do tín hiệu vào của van là vận tốc góc mà tín hiệu ra của khâu truyền động điện là tốc độ nên thêm khâu tích phân. Hàm truyền đạt của khâu tích phân có dạng:. Tín hiệu vào là vận tốc góc, tín hiệu ra là lưu lượng nước. Quan hệ giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của van là một khâu quán tính bậc nhất. Hàm truyền có dạng:. d) Hàm truyền đạt của Balong. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Tín hiệu vào là lưu lượng nước, nước được tạo thành hơi, tín hiệu ra là lưu lượng hơi. Quan hệ giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của Balong là một khâu quán tính bậc nhất có trễ. e) Hàm truyền đạt của cảm biến đo lưu lượng nước. Tín hiệu vào của bộ cảm biến là lưu lượng nước, tín hiệu ra là dòng một chiều từ 0÷5 mA, nên hàm truyền đạt của cảm biến đo lưu lượng nước là khâu tỷ lệ. f) Hàm truyền đạt của bộ cảm biến đo mức nước. Tín hiệu vào của cảm biến là mức nước, tín hiệu ra là dòng điện một chiều từ 0÷5mA.
Thi ết kế bộ điều khiển kinh điển cho mạch vòng trong
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Tín hiệu vào là lưu lượng nước, nước được tạo thành hơi, tín hiệu ra là lưu lượng hơi. Quan hệ giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của Balong là một khâu quán tính bậc nhất có trễ. e) Hàm truyền đạt của cảm biến đo lưu lượng nước. Tín hiệu vào của bộ cảm biến là lưu lượng nước, tín hiệu ra là dòng một chiều từ 0÷5 mA, nên hàm truyền đạt của cảm biến đo lưu lượng nước là khâu tỷ lệ. f) Hàm truyền đạt của bộ cảm biến đo mức nước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn.
Thi ết kế bộ điều khiển cho mạch vòng ngoài bằng tiêu chuẩn phẳng
Dùng tiêu chuẩn đối xứng để thiết kế mạch vòng điều khiển lưu lượng nước. Ta coi đối tượng có 2 hằng số thời gian lớn nên bộ điều khiển là PID có dạng.
Thi ết kế bộ điều khiển mờ tĩnh cho mạch vòng ngoài điều khiển mức nước
Độ phân giải của các dải trị phụ thuộc được chọn trước hoặc là cho các nhóm điều khiển mờ loại dấu phẩy động (các số dj biểu diễn dưới dạng dấu phẩy động có độ chính xác đơn) hoặc nguyên ngắn (giá trị phụ thuộc là các số nguyên có độ phụ thuộc là các số có độ dài 2 byte hoặc theo byte). Các tập mờ sau khi triển khai qua nhiều thiết bị hợp thành sẽ đưa về các giá trị thực theo cách thức giải mờ, cách thức này có ảnh hưởng không nhỏ đến trạng thái làm việc cúng như độ phức tạp của hệ thống.
Thi ết kế bộ điều khiển mờ động
Chọn thiết bị hợp thành và nguyên lý giải mờ Luật hợp thành Max – Min.
Chương trình và Kết quả mô phỏng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Sơ đồ và kết quả mô phỏng bộ điều khiển mờ tĩnh. * Kết quả mô phỏng. Hình 3.18: Kết quả mô phỏng mạch vòng ngoài có khâu trễ sử dụng bộ điều khiển mờ tĩnh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Sơ đồ và kết quả mô phỏng bộ điều khiển mờ động. * Kết quả mô phỏng. Hình 3.20: Kết quả mô phỏng mạch vòng ngoài có khâu trễ sử dụng bộ điều khiển mờ động. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. So sánh chất lượng khi dùng mờ tĩnh và mờ động. Khi so sánh ta coi như mạch vòng trong đã được thiết kế cho chất lượng đảm bảo. a) Kết quả mô phỏng sau khi thiết kế. • Vậy trong điều kiện làm việc, với những đối tượng có hệ số khuếch đại bị thay đổi thì tùy từng điều kiện mà ta chọn máy điều chỉnh: K thay đổi nhỏ thì chọn máy điều chỉnh PID và ngược lại K thay đổi lớn thì chọn máy điều chỉnh là mờ động hoặc mờ tĩnh.
K ết luận chương 3
Bộ điều khiển mờ sẽ phù hợp cho các đối tượng có hằng số thời gian lớn(vì thời gian tác động của FLC chậm hơn khá nhiều so với PID); FLC phù hợp cho các đối tượng mà luôn làm việc ở một giá trị đặt không đổi nhưng thông số của đối tượng thay đổi trong phạm vi lớn. Một cách tổng quát hơn như đã chứng minh trong tài liệu, mỗi miền ngôn ngữ của biến ngôn ngữ có thể được tiên đề hóa và được gọi là đại số gia tử AX = (X, G, H, ≤), trong đó H là tập thứ tự tuyến tính bộ phận.
Ứng dụng phương pháp luận xấp xỉ trong điều khiển mờ
(i) Sử dụng luật-điểm trung bình trong Công trình 2 theo nguyên tắc: “Nếu các luật - điểm có cùng hoành độ nhưng tung độ khác nhau, thì đường cong ngữ nghĩa định lượng đi qua luật-điểm trung bình có tung độ là trung bình các tung độ của các luật-điểm cùng hoành độ”. Bước 3: Giải nghĩa (Desemantization). Đơn giản là chúng ta thiết lập một ánh xạ để gán mỗi giá trị ngữ nghĩa, tức là giá trị thực trong đoạn [0,1], với một giá trị thực của miền giá trị của biến điều khiển. Rừ ràng là chỳng ta cú cơ sở để tin rằng phương phỏp vừa đề xuất đơn giản và hiệu quả hơn so với phương pháp điều khiển dựa trên lý thuyết tập mờ. 1) Thay vì xây dựng các hàm thuộc thì trong phương pháp này chúng ta chỉ cần xác định các tham số của hàm ĐLNN dựa vào Bước 1. 2) Phương pháp lập luận xấp xỉ dựa trên phương phá p nội suy cổ điển với đường cong thực là rất đơn giản, trực quan và cho kết quả đầu ra chính xác hơn. 3) Phương pháp đề xuất ở trên là rất linh hoạt vì chúng ta dễ dàng thay đổi các tham số của hàm ĐLNN để thích nghi với nhiều ứng dụng điều khiển khác nhau. 4) Không cần thiết sử dụng phương pháp khử mờ. 5) Tránh được các vấn đề phức tạp như xây dựng các hàm thuộc, chọn toán tử kéo theo, hợp thành các luật và khử mờ.
