Một số kết quả nghiên cứu trong điềukhiển mờ, tối ưu tham số mờ và tối ưu hệ luật điều khiển mờ trong điều khiển dao động kết cấu có thể được liệt kê và phân tích như sau:
Dựa trên lý thuyết tập mờ do Zadeh đưa ra năm 1965, bộ điều khiển mờ rất linh hoạt, dễ sử dụng và đã được ứng dụng thành công trong nhiều bài toán lý thuyếtcũng như thực tiễn nói chung và trong điều khiển dao động của các kết cấu trong thực tế.
Bài toán ổn định bền vững cho các hệ thống mờ để điều khiển xe tải đã được thực hiện trong [22].
Kỹ thuật giám sát mờ để điều khiển chủ động kết cấu nhà cao tầng bị kích thích bởi động đất bằng cách điều chỉnh độ lợi điều khiển được thiết kế trước tại mọi thời điểm sử dụng trạng thái của kết cấu thông qua cơ chế suy luận mờ đã được đề suất trong [23].
Trong tài liệu tham khảo [24] đã thiết kế một bộ điều khiển mờ bán chủ động sử dụng một giẩm chấntừ động lực học để giảm đáp ứng động đất của một kết cấu nhà ba tầng dựa trên phương pháp suy luận mờ của Mamdani.
Nhiều ứng dụng của bộ điều khiển mờ trong các lĩnh vực khác nhau đã được đề cập trong [20, 25, 26].
Một cách tiếp cận cho các mô hình mờ và điều khiển mờ các hệ thống phi
tuyến với các tham số không chắc chắn được trình bày dựa trên ba loại mô hình mờ,
gồm mô hình mờ Mamdani, mô hình mờ Takagi-Sugeno và mô hình mờ hypebol
với một số bài toán quan trọng trong hệ thống điều khiển mờ [27].
Trong tài liệu [28] đã nghiên cứu vấn đề thiết kế bộ lọc của bộ điều khiển mờ mờ H∞ dựa trên mô hình mờ Takagi-Sugeno để ước lượng tín hiệu của các hệ thống thời gian rời rạc phi tuyến với nhiều thời gian trễ và nhiễu có giới hạn không xác định.
Hai loại bộ điều khiển, bộ điều khiển kết cấu thay đổi và bộ điều khiển mờ trượt, để giảm đáp ứng động của một tòa nhà với thiết bị điều khiển khối lượng chủ động đã được phát triển trong [29].
Trong [30] hai bộ điều khiển mờ, trong trường hợp có và không có kiến thức/kinh nghiệm về quy trình điều khiển, cho các hệ thống phi tuyến thời gian rời rạc được đề suấtvới mục đích ổn định hệ thống.
Tài liệu [31] đã thiết kế bộ điều khiển logic mờ cho kết cấu nhiều bậc tự do với thiết bị điều khiển khối lượng chủ động để triệt tiêu các dao động do động đất
gây ra.
Trong [32] tính ổn định bền vững của hệ thống điều khiển được nối mạng
thông qua công cụ ước lượng mờ được nghiên cứu, trong đó đối tượng được điều khiển là một mô hình hệ thống phi tuyến với nhiễu bên ngoài, có thể được biểu diễn bằng mô hình mờ Takagi-Sugeno.
Các tác giả [33] trình bày nghiên cứu tổng quan về các kỹ thuật điều khiển thông minh, bao gồm cả điều khiển logic mờ và điều khiển mạng nơ ron, cho các ổ đĩa động cơ DC không chổi than để cung cấp hướng dẫn và tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư làm việc trong lĩnh vực này.
Trong [34] bộ điều khiển H∞ dựa trên mô hình mờ Takagi–Sugeno cho một phần tửxe ô tô hai bậc tự do bán chủ động thiết bị cản từ biến (magnetorheological) có kể đến động lực học của máy kích động đã được nghiên cứu trong bộ điều khiển tổng hợp.
Trong [35], các bài toán điều khiển ổn định và bên vững đối với hệ thống mờ thời gian rời rạc theo mô hình mờ Takagi-Sugeno với nhiều trạng thái trễ đã được khảo sát.
Mối quan hệ giữa logic mờ và quá trình gia công đã được đề cập trong [36]
với các phân tích được thực hiện trên các kỹ thuật logic mờ được sử dụng trong quá trình gia công liên quan đến dự đoán, lựa chọn, giám sát, điều khiển và tối ưu hóa
quá trình gia công.
b. Điều khiển mờ tối ưu dựa trên sự thay đổi các tham số của hàm thuộc của các biến ngôn ngữ đầu vào và đầu ra:
Một số thuật toán tối ưu, chẳng hạn như thuật toán di truyền (GA) hoặc tối ưu hóa bầy đàn (PSO), v.v., đã được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển mờ tối ưu dựa trên các hàm mục tiêu là giảm thiểu năng lượng điều khiển hoặc đáp ứng của kết cấu để nâng cao hiệu suất điều khiển trong điều khiển dao động kết cấu.
Thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu dựa theo sự di chuyển liên tục của đàn kiến, được mã hóa theo luật để thiết kế bộ điều khiển mờ và ứng dụng vào điều khiển đamục tiêu của robot di động bám theo quỹ đạo đã được đề suất trong [37].
Trong tài liệu [38] đã thiết kế bộ điều khiển logic mờ tối ưu đa mục tiêu cho các kết cấu xây dựng chịu tải động đấtđể giảm thiểu hai mục tiêu, gia tốc cực đại và chuyển vị tương đối của kết cấu.
Bộ điều khiển mờ trượt dựa trên thuật toán di truyền để giảm các đáp ứng động cũng như đảm bảo an toàn và ổn định của một kết cấu tòa nhà chịu các tác động bên ngoài đã được thiết kế trong [39].
Thiết kế tối ưu đa mục tiêu được áp dụng để tối ưu hóa bộ điều khiển logic mờ trong việc giảm đáp ứng động của kết cấu chịu tải động đất trong [40] sử dụng các tham số của hàm liên thuộc đầu vào và đầu ra làm biến thiết kế.
Trong tài liệu [41] thuật toán di truyền được sử dụng để xác định hình dạng tối ưu và loại hàm liên thuộc trong một hệ thống mờ.
Các vấn đề về thiết kế tối ưu bộ điều khiển mờ trong điều khiển chủ động các công trình chịu động đất được trình bày trong [7-9] bằng cách điều chỉnh các tham số của các hàm liên thuộc đầu vào vàđầu ra dựa trên quan điểm đa mục tiêu.
Việc sử dụng tối ưu hóa bầy đán với sự kết hợp của các biến liên tục và rời rạc để thiết kế tối ưu bộ điều khiển mờ đã được đề suất trong [10] để điều khiển chủ động các dầm áp điện thông minh, trong đó các tham số (tọa độ các đỉnh) của hàm liên thuộc hình tam giác và hình thang được coi là các biến thiết kế.
Trong tài liệu [11] các tham số của hàm liên thuộc đầu vào đã được điều chỉnh để tăng hiệu suất của bộ điều khiển trong điều khiển vị trí và hướng của tay
máy song 3-RRR (revolute-revolute-revolute) mà không làm tăng mô-men xoắn điều khiển tối đa của hệ thống.
Một hệ thống điều khiển mờ tối ưu đa mục tiêu để giảm đáp ứng của một tòa nhà cao tầng bị kích động bởi tải trọng gió đã được đề suấttrong [12], trong đó các
tham số của hàm liên thuộc Gaussian của các biến đầu vào và đầu ra được điều chỉnh trong quá trình tối ưu hóa.
Hình dạng của các hàm liên thuộc của các biến ngôn ngữ đã được điều chỉnh trong [13] để cải thiện hiệu suất của bộ điều khiển logic mờ trong điều khiển tích cực hệ thống gạt mưa ô tô.
Tài liệu [14] việc triệt tiêu dao động của một tấm áp điện thông minh sử dụng bộ điều khiển mờ được tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh các tham số của các hàm liên thuộc hình thang và tam giác của các biến đầu vào và đầu ra đã được xem
xét.
Nhìn chung, các cách tiếp cận tối ưu bộ điền khiển mờ kể trên tập trung vào biến thiết kế là sự thay đổi hình dạng của các hàm liên thuộc của các biến trạng thái và biến điều khiển. Trong trường hợp hàm liên thuộc dạng tam giác, sự thay đổi của biến thiết kế được thể hiện như Hình 1.10. Như vậy, với biến ngôn ngữ được mờ hóa với n hàm liên thuộc tam giác sẽ có 3n biến thiết kế là tọa độ các đỉnh của các hàm liên thuộc. Cách tiếp này sẽ dẫn đến số lượng lớn biến thiết kế khi tối ưu các
bộ điều khiển mờ truyền thống.
Hình 1.10 Biến thiết kế khi tối ưu dạng của hàm thuộc tam giác
c. Điều khiển mờ tối ưu dựa trên việc xây dựng và tối ưu hệ luật:
Đối với mỗi lớp bài toán trong các ứng dụng thực tế, các hệ thống luật điều khiển mờ thường được sử dụng ở cùng một dạng. Ví dụ, các hệ thống luật điều khiển mờ trong điều khiển dao động của kết cấu có dạng phổ biến như được trình
bày trong [31, 42-45].
Do đó, các cơ sở luật mờ thông thường có thể không hoàn toàn thích hợp cho một đối tượng được điều khiển cụ thể. Do đó, việc điều chỉnh cơ sở luật của một mô hình được điều khiển là cần thiết để nâng cao hiệu quả của các bộ điều khiển mờ.
Các cách tiếp cận khác nhau đối với vấn đề tạo và điều chỉnh các luật mờ của bộ điều khiển mờ bằng cách sử dụng kết hợp phân cụm mờ và thuật toán di truyền đã được trình bày trong [46].
Trong [47] các phương pháp tạo và điều chỉnh các luật của hệ thống mờ đã được nghiên cứu. Phương pháp ràng buộc mức cắt α đã được đề suất trong [48] để giải quyết các bài toán tối ưu hóa phi tuyến có ràng buộc để điều chỉnhcác luật điều khiển của bộ điều khiển mờ.
Phương pháp học tập nơ ron sử dụng phương pháp phân cụm mờ đã được cải tiến để thiết kế các luật tối ưu của hệ thống mờ từ dữ liệu huấn luyện [49].
Tài liệu tham khảo [50] đã giới thiệu một cách tiếp cận tối ưu sử dụng tiến hóa cộng sinh để tạo ra và điều chỉnh cơ sở luật của bộ điều khiển mờ cho việc thiết kế hệ thống treo chủ động của mô hình một nửa xe ô tô.
Sự kết hợp giữa thuật toán di truyền và logic mờ để thiết kế và tối ưu hóa hệ thống điều khiển chủ động cho kết cấu tòa nhà đã được nghiên cứu trong [51] bằng cách điều chỉnh hệ số trọng số của cơ sở luật.
Phương pháp tiến hóa để tối ưu hóa sốlượng luật và hàm liên thuộc của bộđiều khiển mờ [52] đãđược sử dụng.
Trong [53] đã kết hợp các thuật toán học tập để tạo, điều chỉnh, thêm và loại bỏ
các luật của hệ thống mờ.
Tối ưu hóa bộđiều khiển Takagi-Sugeno-Kang với một số luật thích hợp [54]. Trong tài liệu [55] thuật toán di truyền đã được sử dụng để lựa chọn các luật mờ
của bộđiều khiển trong việc điều khiển chủđộng các kết cấu.
Với [56] bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu đã được thực hiện để thiết lập một cơ
sở luật mờ trong việc điều khiển tốc độ của xe tự lái.
Công cụ mờ (Fuzzy toolbox) của phần mềm Matlab cũng cung cấp một tùy chọn đểđiều chỉnh các luật mờ bằng trọng sốdương của mỗi luật [57].
Nhìn chung, các cách tiếp cận tối ưu bộ điền khiển mờ dựa trên tối ưu hệ luật mờ kể trên tập trung vào cấu trúc của luật điều khiển mờ có dạng như sau:
NẾU Chuyển vị = Giá trị ngôn ngữ ai và Vận tốc = Giá trị ngôn ngữ bi, THÌ Lực điều khiển = Giá trị ngôn ngữ ui.
Cấu trúc của luật điều khiển mờnày thay đổi khi thay đổi sốlượng luật hoặc giá trị ngôn ngữ của các biến (ai, bi, ui) như được thể hiện trên Hình 1.11.
Hình 1.11 Tối ưu hóa hệ luật
d. Nhận xét về điều khiển mờ truyền thống:
Qua nghiên cứu, phân tích các công trình công bố trên, có thể rút ra một số nhận xét như sau [1, 3, 58-60]:
Với các phương pháp điều khiển không sử dụng lý thuyết mờ: Đòi hỏi nhiều phép biến đổi và phép tính toán học để thu được giá trị của biến điều khiển đầu ra từ những giá trị của biến trạng thái đầu vào; khó thiết lập khi hệ phức tạp, phi tuyến; chưa tận dụng hết kinh nghiệm, suy luận định tính của con người khi thiết lập cơ sở luật điều khiển; khó sử dụng lại bộ điều khiển khi các tham số của hệ thay đổi (ví dụ độ cứng, khối lượng hay cản) vì luật điều khiển phụ thuộc vào những tham số này; có thể yêu cầu nhiều biến trạng thái đầu vào dẫn đến những bất lợi khi đo tín hiệu đầu vào cho bộ điều khiển.
Với các phương pháp điều khiển có sử dụng lý thuyết mờ truyền thống (FC):
Có nhiều ưu điểm như đơn giản vì sử dụng suy luận định tính thay cho biến đổi toán học; tận dụng được kinh nghiệm, suy luận định tính của con người khi thiết lập cơ sở luật điều khiển; tính khả thi cao ngay cả đối với hệ phức tạp, phi tuyến, chịu lực ngẫu nhiên và khó có lời giải tường minh; không phụ thuộc hoàn toàn vào các tham số của hệ nên có thể sử dụng lại khi hệ thay đổi; thông thường chỉ cần 02 biến trạng thái tỉ lệ - vi phân là đủ nên thuận lợi khi đo tín hiệu vào cho bộ điều khiển.
Tuy nhiên, những hạn chế sau không thể không kể đến đối với điều khiển mờ: Khi mờ hóa, cần phải thận trọng để thứ tự ngữ nghĩa vốn có của các giá trị ngôn ngữ được đảm bảo chặt chẽ; các phương pháp mờ hóa, suy luận mờ, khử mờ khá rắc rối về mặt thao tác; khó khăn khi tối ưu, vì cần nhiều tham số độc lập để thiết kế bộ điều khiển. Ngoài ra, khi tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh cơ sở luật mờ có thể dẫn đến các sự không đơn điệu của cơ sở luật đã điều chỉnh. Hiệu ứng này có thể không phù hợp với kết quả quan sát hoặc kiến thức và kinh nghiệm của người thiết kế khi tạo cơ sở luật cho các hệ thống vật lý. Những hạn chế này có thể dẫn
đến những khó khăn trong việc tối ưu bộ điều khiển mờ truyền thống trong điều khiển nói chung và điều khiển dao động kết cấu nói riêng.