Giới thiệu chung
Thực tế ứng dụng của kỹ thuật điều khiển mờ cho thấy rằng không phải cứ thay thế một bộ điều khiển kinh điển bằng một bộ điều khiển mờ thì sẽ có
một hệ thống tốt hơn. Trong nhiều trường hợp đặc biệt, để hệ thống có đặc tính động học tốt và bền vững cần phải thiết kế thiết bị điều khiển lai giữa bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển kinh điển. Từ đó dẫn đến khái niệm “hệ mờ lai” và lĩnh vực thiết kế, ứng dụng bộ điều khiển mờ lai để nâng cao chất lượng hệ thống. Hệ điều khiển mờ lai sẽ phát huy hết các ưu điểm củ nộ điều khiển mờ và bộ điều khiển rõ.
Hệ mờ lai (Fuzzy - hybird) là một hệ thống điều khiển tự động trong đó thiết bị điều khiển gồm hai thành phần:
- Phần thiết bị điều khiển rõ (thường là bộ điều khiển kinh điển PID) - Phần thiết bị điều khiển mờ
Sử dụng bộ điều khiển mờ lai sẽ phát huy được ưu điểm của cả bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển rõ (hay bộ điều khiển PID kinh điển). Ta xét hệ thống điều khiển có hai cấu trúc vòng, một trong hai vòng điều khiển sử dụng bộ điều khiển mờ. Vì vậy có hai khả năng kết hợp là:
- Khả năng 1: Bộ điều khiển mờ được sử dụng ở mạch vòng điều khiển trong; mạch vòng điều khiển ngoài sử dụng bộ điều khiển kinh điển PID. Bộ điều khiển mờ lai xây dựng theo phương pháp này được gọi là bộ điều khiển mờ lai kinh điển .
- Khả năng 2: Bộ điều khiển kinh điển PID được sử dụng ở mạch vòng điều khiển trong; mạch vòng điều khiển ngoài sử dụng bộ điều khiển sử dụng bộ điều khiển mờ để chỉnh định tham số cho bộ điều khiển PID. Bộ điều khiển mờ lai xây dựng theo phương pháp này được gọi là bộ điều khiển mờ lai chỉnh định tham số bộ điều khiển PID.
Bộ điều khiển mờ lai kinh điển
Khi thiết kế bộ điều khiển mờ lai kinh điển, trước hết ta có thể thiết kế bộ điều khiển mờ ở mạch vòng trong mà chưa cần quan tâm đến điều kiện ổn định của hệ thống. Sau đó, khi thiết kế bộ điều khiển PID ở mạch vòng ngoài
ta mới cần xét tới vấn đề ổn định .Như vậy bộ điều khiển PID ở mạch vòng ngoài sẽ thực hiện chức năng giám sát ổn định hệ thống, còn bộ điều khiển mờ ở mạch vòng trong sẽ đảm bảo chất lượng điều chỉnh cho hệ thống. Chức năng giám sát của bộ điều khiển PID ở mạch vòng ngoài được lý giải như sau: nếu bộ điều khiển mờ ở mạch vòng trong hoạt động tốt tức là đảm bảo chất lượng điều chỉnh cho hệ thống thì bộ điều khiển PID ở mạch vòng ngoài không tham gia vào công việc điều chỉnh. Khi bộ điều khiển mờ ở mạch vòng trong hoạt động tốt, có khuynh hướng gây mất ổn định cho hệ thống thì bộ điều khiển PID ở mạch vòng ngoài sẽ can thiệp nhằm đưa hệ thống về trạng thái ổn định.
Hình 2.14: Mô hình bộ điều khiển mờ lai kinh điển
Bộ điều khiển mờ lai cascade
Hình 2.15: Cấu trúc hệ mờ lai Cascade
Trong hệ mờ lai khác được biểu diễn như Hình 2.15, ở trong đó phần bù tín hiệu điều chỉnh u được lấy ra từ bộ điều khiển mờ.
Trong trường hợp hệ thống có cấu trúc như trên thì việc chọn các đại lượng đầu vào của hệ mờ phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể. Tất nhiên các
Bộ điều khiển mờ y Đối tượng Bộ điều khiển kinh điển u x u - + y Đối tượng Bộ điều
khiển PID Bộ điều khiển mờ
e x
Thiết bị đo lường
đại lượng thường được sử dụng làm tín hiệu vào của hệ mờ là tín hiệu chủ đạo
x, sai lệch e, tín hiệu ra y cùng với các đạo hàm hoặc các tích phân của các đại lượng này. Về nguyên tắc có thể sử dụng các đại lượng khác của đối tượng cũng như sử dụng các nhiễu xác định được.