Khi tổng hợp cỏc bộ điều khiển mờ cần lƣu ý đến tớnh phi tuyến khỏ mạnh của cỏc bộ điều khiển mờ. Phần lớn cỏc đối tƣợng điều khiển trong thực tế cú tớnh phi tuyến, phụ thuộc vào thời gian, cú hằng số trễ lớn và tham số rải. Đối với hệ thống nhƣ vậy việc ứng dụng kỹ thuật điều khiển mờ là rất thớch hợp. Tuy vậy, nền tảng cho sự ứng dụng thành cụng kỹ thuật điều khiển mờ là kiến thức, kinh nghiệm và sự hiểu biết của cỏc chuyờn gia về hệ thống đú. Trong quỏ trỡnh thiết kế bộ điều khiển mờ khụng nhất thiết phải biết trƣớc mụ hỡnh đối tƣợng điều khiển mà chỉ cần thể hiện những hiểu biết về đối tƣợng, qua cỏc biến ngụn ngữ thể hiện động học của đối tƣợng. Núi chung, qui trỡnh thiết kế bộ điều khiển mờ ngắn hơn qui trỡnh thiết kế bộ điều khiển
kinh điển. Cỏc bƣớc xõy dựng thiết bị điều khiển và chọn luật hợp thành khỏ tốn cụng khi thiết kế cỏc bộ điều khiển mờ. Cho đến nay vẫn chƣa cú cỏc nguyờn tắc chuẩn mực cho việc thiết kế khảo sỏt tớnh ổn định, chất lƣợng,… đối với cỏc bộ điều khiển mờ cũng nhƣ nguyờn lý tối ƣu cỏc bộ điều khiển mờ về mặt lý thuyết. Cỏc nguyờn tắc dƣới đõy là cần thiết khi lựa chọn cỏc bộ điều khiển :
Khụng bao giờ ỏp dụng bộ điều khiển mờ khi cú thể dễ dàng giải quyết tốt vấn đề bằng bộ điều khiển kinh điển. Khi ỏp dụng bộ điều khiển mờ, trƣớc hết cần đi phõn tớch, thu thập cỏc kinh nghiệm và thể hiện nú trờn cơ sở logic mờ. Một giải phỏp rất hiệu quả là kết hợp cỏc bộ điều khiển kinh điển với logic mờ để phỏt huy đƣợc ƣu điểm của cả hai kiểu bộ điều khiển.
Việc sử dụng bộ điều khiển mờ cho cỏc hệ thống yờu cầu độ an toàn cao vẫn cũn hạn chế do chỉ cú thể xỏc định đƣợc chất lƣợng của hệ thống bằng thực nghiệm.
Bộ điều khiển mờ phải đƣợc phỏt triển qua thực nghiệm.
Cỏc bước thiết kế bộ điều khiển mờ
Từ những phần trƣớc, chỳng ta cú thể thấy rằng cỏc phần chớnh của việc thiết kế một bộ điều khiển mờ thƣờng nhƣ sau:
Hai bƣớc thiết kế đầu tiờn (1) và (2) chỉ ra rằng, trong việc thiết kế một bộ điều khiển mờ, trƣớc tiờn, từ yờu cầu thiết kế đặt ra phải nhận diện đƣợc cỏc biến trạng thỏi chớnh của quỏ trỡnh và cỏc biến điều khiển và xỏc định tập cỏc thuật ngữ (ký hiệu) để miờu tả giỏ trị của mỗi biến ngụn ngữ. Vớ dụ, một tập cỏc thuật ngữ nhƣ nhỏ, trung bỡnh, rộng khụng thể thoả món trong một vài lĩnh vực và việc sử dụng một tập năm số hạng nhƣ rất nhỏ, nhỏ, trung
bỡnh, rộng, rất rộng cú thể thay thế đƣợc. Do đú, số lƣợngcỏc tập mờ của
khụng gian vào-ra sẽ đƣợc chọn đủ rộng để cung cấp một sự đủ thớch hợp và cũn đủ nhỏ để tiết kiệm khụng gian bộ nhớ. Số lƣợng này cú một ảnh hƣởng
cơ bản đến chất lƣợng của bộ điều khiển cú thể thu đƣợc. Hơn nữa, cỏc kiểu hỡnh dạng khỏc nhau của cỏc hàm liờn thuộc vớ dụ nhƣ là hỡnh tam giỏc, hỡnh thang, và kiểu hỡnh chuụng,… cú thể đƣợc dựng làm cỏc giỏ trị của mỗi biến ngụn ngữ cũng ảnh hƣởng khụng nhỏ đến chất lƣợng của bộ điều khiển mờ.
Thu thập các yêu cầu thiết kế. Chọn sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống, cách kết nối. Định nghĩa các biến vào và ra, giải giá
trị tuyệt đối của các biến.
Định nghĩa giá trị ngôn ngữ (tập mờ) của các biến vào và ra, lựa chọn các hàm liên thuộc cho các biến ngôn ngữ vào và ra.
Lựa chọn các luật điều khiển mờ.
Thiết kế thiết bị hợp thành (thiết bị suy diễn), bao gồm việc lựa chọn quan hệ mờ và các mệnh đề hợp thành, ph-ơng
pháp tính toán suy luận mờ.
Lựa chọn ph-ơng pháp giải mờ.
Hiệu chỉnh tối -u hệ thống.
ứng dụng thực tế
Hỡnh 1.6: Lưu đồ thiết kế một bộ điều khiển mờ
Với cỏc bƣớc thiết kế (4) và (5), khụng cú một phƣơng phỏp cú hệ thống nào để thực hiện việc thiết kế một thiết bị hợp thành và lựa chọn một bộ giải mờ. Hầu hết cỏc nhà thiết kế sử dụng cỏc kinh nghiệm nghiờn cứu và cỏc kết quả thực nghiệm để đƣa ra những hƣớng dẫn cho những sự lựa chọn này.
khiển trong điều kiện mụi trƣờng mụ phỏng (nếu nhƣ cú thể vỡ tạo mụ hỡnh toỏn học thớch hợp cho một hệ thống lớn phức tạp, phi tuyến là rất khú) hay trong mụi trƣờng làm việc thực tế. Khi hiệu chỉnh ta cú thể tận dụng kinh nghiệm đó cú về một số tớnh chất của bộ điều khiển kinh điển PID cho bộ điều khiển mờ. Nếu thiết kế dự đó hiệu chỉnh mà vẫn chƣa thoả món yờu cầu đặt ra thỡ ta lại phải quay trở lại bƣớc (1) để làm lại.
Bƣớc thiết kế thứ (3) trong việc xỏc định cỏc luật điều khiển mờ phụ thuộc rất lớn vào bản chất vật lý (trạng thỏi tự nhiờn vốn cú) của cỏc đối tƣợng đƣợc điều khiển. Núi chung, cú bốn phƣơng phỏp để tạo nờn cỏc luật điều khiển mờ và cỏc luật này khụng độc lập nhau. Một sự kờt hợp của chỳng cú thể là cần thiết để xõy dựng một phƣơng phỏp hiệu quả cho việc tạo nờn cỏc luật điều khiển mờ. Đú là bốn phƣơng phỏp:
Kinh nghiệm chuyờn gia và hiểu biết của kỹ sƣ điều khiển: Cỏc luật điều khiển mờ đƣợc thiết kế nhờ việc xem xột cỏc hoạt động của con ngƣời và/hoặc hiểu biết của cỏc kỹ sƣ điều khiển. Đặc biệt hơn, chỳng ta cú thể hỏi một chuyờn gia để biểu diễn tri thức của ngƣời này trong thuật ngữ tập mờ, đú là để biểu diễn phƣơng phỏp làm việc này trong cỏc luật mờ Nếu - Thỡ. Chỳng ta cũng cú thể hỏi một kỹ sƣ điều khiển để liệt kờ số cỏc phƣơng thức dựa trờn hiểu biết của ngƣời này về quỏ trỡnh đƣợc điều khiển. Cuối cựng, dựng thủ tục tỡm kiếm loại trừ để tạo nờn cỏc luật điều khiển mờ.
Mụ phỏng một hành động điều khiển của ngƣời vận hành: Chỳng ta cú thể mụ phỏng một hành động kỹ năng của ngƣời vận hành hay đặc tớnh điều khiển trong thuật ngữ của tập mờ sử dụng với dữ liệu vào - ra để liờn kết với cỏc hành động điều khiển của ngƣời vận hành. Sau đú chỳng ta cú thể nhận đƣợc "mụ hỡnh vào-ra" nhƣ là một bộ điều khiển mờ.
Dựa trờn một mụ hỡnh mờ hoặc phõn tớch đặc tớnh của một quỏ trỡnh điều khiển: Trong trƣờng hợp này, cỏc luật điều khiển mờ đƣợc tạo ra dựa trờn hoặc là mụ hỡnh mờ hoặc là phõn tớch đặc tớnh của quỏ trỡnh điều khiển.
Nếu chỳng ta cú một mụ hỡnh mờ của quỏ trỡnh hoặc nếu chỳng ta biết một vài tớnh chất cú ớch của quỏ trỡnh, chỳng ta cú thể thiết kế tạo ra một tập cỏc luật điều khiển mờ để đạt đƣợc hoạt động tối ƣu. Phƣơng phỏp này đƣợc ỏp dụng trong những hệ thống điều khiển thớch nghi mờ.
Dựa trờn việc học (hay tự tổ chức): rất nhiều bộ điều khiển mờ đó đƣợc xõy dựng để mụ phỏng khả năng ra quyết định của bộ nóo con ngƣời. Gần đõy, rất nhiều sự nghiờn cứu cố gắng định hƣớng vào việc mụ phỏng việc học của con ngƣời, chủ yếu là khả năng tạo nờn cỏc luật điều khiển mờ và sửa chữa chỳng dựa trờn kinh nghiệm hoạt động của hệ thống. Đõy là một hƣớng phỏt triển cao hơn của điều khiển thớch nghi mờ. Logớc mờ kết hợp với mạng Nơron nhõn tạo, ANN tạo nờn một hệ thống điều khiển tự thớch nghi với sự thay đổi của đối tƣợng điều chỉnh. Vớ dụ: Một cỏch phối hợp đơn giản nhất là ANN quan sỏt nhận dạng đối tƣợng sau đú căn cứ trờn những phiếm hàm mục tiờu điều khiển để thay đổi, tạo ra cỏc luật của bộ điều khiển mờ.
1.1.2.6. Kết luận
Phƣơng phỏp tổng hợp bộ điều khiển theo phƣơng phỏp mờ cú nhiều ƣu điểm hơn so với cỏc phƣơng phỏp tổng hợp bộ điều khiển trƣớc đõy:
- Giảm đƣợc khối lƣợng cụng việc do khụng phải xỏc định mụ hỡnh, giảm khối lƣợng tớnh toỏn mà bộ điều khiển vẫn làm việc tin cậy.
- Cấu trỳc đơn giản, dễ hiểu và khả năng thay đổi linh hoạt.
- Làm việc ổn định, bền vững, chất lƣợng cao, tăng độ tin cậy cho thiết bị và giảm giỏ thành sản phẩm trong nhiều trƣờng hợp.