CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
3.2. Giới thiệu về Logic mờ và bộ điều khiển mờ
Cho đến nay, điều khiển mờ đó khẳng định được vị trớ khỏ quan trọng trong kỹ thuật điều khiển hiện đại. Điều khiển mờ cho độ chớnh xỏc đỏng kể và khả năng thực hiện vỡ tớnh đơn giản trong cấu trỳc của hệ thống. Những ứng dụng rộng rói của điều khiển mờ như: điều khiển nhiệt độ, điều khiển giao thụng vận tải, điều khiển trong cỏc lĩnh vực sản xuất hàng húa cụng nghiệp, …
Khi tổng hợp và thiết kế cỏc bộ điều khiển theo phương phỏp kinh điển, chỳng ta cú thể gặp bế tắc khi bài toỏn cú độ phức tạp đỏng kể, độ phi tuyến lớn, thường xuyờn thay đổi trạng thỏi và cấu trỳc của đối tượng, … và khi thực hiện nú thỡ cú thể phải chi phớ lớn mà độ tin cậy lại khụng cao. Cú thể khắc phục những đặc điểm này khi thực hiện thiết kế và thực hiện bộ điều khiển dựa trờn cơ sở logic mờ. Cỏc bộ điều khiển được thiết kế trờn cơ sở logic mờ được gọi là bộ điều khiển mờ. Chỳng cú chung một đặc điểm là làm
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 61 Chuyờn ngành tự động húa
việc theo nguyờn tắc sao chộp lại kinh nghiệm, tri thức của con người trong quỏ trỡnh điều khiển và vận hành cỏc hệ thống mỏy múc.
3.2.1. Bộ điều khiển mờ cơ bản
Một bộ điều khiển mờ cơ bản thường bao gồm cỏc khõu: fuzzy húa, thiết bị hợp thành (thiết bị thực hiện luật hợp thành) và khõu giải mờ. Một bộ điều khiển mờ chỉ gồm 3 thành phần trờn gọi là bộ điều khiển mờ cơ bản.
Hỡnh 3.1: Bộ điều khiển mờ cơ bản
Do bộ điều khiển mờ cơ bản chỉ cú khả năng xử lý cỏc giỏ trị tớn hiệu hiện thời nờn nú thuộc nhúm cỏc bộ điều khiển mờ tĩnh.
Hỡnh 3.2: Một bộ điều khiển mờ động
Để mở rộng miền ứng dụng của chỳng vào cỏc bài toỏn điều khiển động, cỏc khõu động học cần thiết sẽ được đưa thờm vào bộ điều khiển mờ cơ bản.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 62 Chuyờn ngành tự động húa
Cỏc khõu động đú chỉ cú nhiệm vụ cung cấp thờm cho bộ điều khiển mờ cơ bản cỏc giỏ trị đạo hàm hay tớch phõn của tớn hiệu. Cựng với những khõu động bổ xung này, bộ điều khiển khụng cũn là bộ điều khiển mờ cơ bản nữa mà đơn thuần nú được gọi là bộ điều khiển mờ.
* Khõu mờ hoỏ: Cú nhiệm vụ biến đổi giỏ trị rừ đầu vào thành một miền giỏ trị mờ với hàm liờn thuộc đó chọn ứng với biến ngụn ngữ đầu vào đó được định nghĩa từ trước.
* Khối hợp thành: Biến đổi cỏc giỏ trị mờ của biến ngụn ngữ đầu vào thành cỏc giỏ trị mờ của biến ngụn ngữ đầu ra theo cỏc luật hợp thành.
* Khối luật mờ (suy luận mờ): Bao gồm tập cỏc luật “NẾU … THè …” dựa vào cỏc luật mờ cơ bản, được thiết kế và viết ra cho thớch hợp với từng biến và giỏ trị của cỏc biến ngụn ngữ theo quan hệ mờ vào/ra.
Khối luật mờ và khối hợp thành là phần cốt lừi của bộ điều khiển mờ, vỡ nú cú khả năng mụ phỏng những suy đoỏn của con người để đạt được mục tiờu điều khiển mong muốn nào đú.
* Khối giải mờ: Biến đổi cỏc giỏ trị mờ đầu ra thành cỏc giỏ trị rừ để điều khiển đối tượng.
3.2.1.1. Mờ hoỏ
Cỏc tớn hiệu điều khiển (gồm tớn hiệu điều khiển chủ đạo và cỏc tớn hiệu trạng thỏi, …) là cỏc “tớn hiệu rừ” nờn để bộ điều khiển mờ hiểu được chỳng thỡ cỏc tớn hiệu đú cần được mờ hoỏ.
Mờ hoỏ được định nghĩa như là sự ỏnh xạ cỏc giỏ trị thực x*є U thành tập cỏc giỏ trị mờ A xỏc định trờn tập nền U. Nguyờn tắc chung của việc thực hiện mờ hoỏ là:
* Từ tập cỏc giỏ trị thực đầu vào sẽ tạo ra tập mờ A với hàm thuộc cú giỏ trị đủ rộng tại cỏc điểm rừ x* (Nếu cú nhiễu ở đầu vào thỡ việc mờ hoỏ sẽ gúp phần khử nhiễu).
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 63 Chuyờn ngành tự động húa
* Việc mờ hoỏ phải tạo điều kiện đơn giản cho tớnh toỏn sau này.
Cú nhiều phương phỏp mờ hoỏ, nhưng thụng thường cú thể dựng một trong ba phương phỏp sau:
* Mờ hoỏ đơn trị (singleton): Từ cỏc điểm giỏ trị thực x*є U, lấy cỏc giỏ trị đơn trị của tập mờ A, nghĩa là hàm thuộc cú dạng:
1 Nếu x=x*
àA(x) =
0 Nếu x≠x*
* Mờ hoỏ Gaus (Gaussian): Từ cỏc điểm giỏ trị thực x*єU, lấy cỏc giỏ trị trong tập mờ A với hàm thuộc cú dạng Gaus.
* Mờ hoỏ hỡnh tam giỏc (triangular): Từ cỏc điểm giỏ trị thực x*єU, lấy cỏc giỏ trị của tập mờ A với hàm thuộc cú dạng hỡnh tam giỏc hay hỡnh thang.
Mờ hoỏ đơn trị cho phộp tớnh toỏn về sau rất đơn giản nhưng khụng khử được nhiễu đầu vào, mờ hoỏ Gaus hay mờ hoỏ hỡnh tam giỏc khụng những cho phộp tớnh toỏn về sau tương đối đơn giản mà cũn đồng thời cú thể khử nhiễu đầu vào.
3.2.1.2. Sử dụng luật hợp thành
Trước khi ỏp dụng phương phỏp hợp thành, cần phải xỏc định cẩn thận trọng số của cỏc luật. Mỗi luật đều cú trọng số là một số dương thuộc khoảng [0,1]. Núi chung trọng số này thường là 1, trong quỏ trỡnh hợp thành cú thể thay đổi trọng số của nú tuỳ theo cỏc yếu tố khỏc hoặc giải bài toỏn tối ưu hoỏ trọng số.
Khi trọng số thớch hợp đó được xỏc định cho mỗi luật thỡ phương phỏp hợp thành được thực hiện. Hệ quả là một tập mờ được đại diện bởi một hàm thuộc gọi là tập mờ đầu ra.
Cú thể sử dụng cỏc phương phỏp hợp thành theo luật: max -MIN, max- PROD, Zadeh, Lukasiewicz, Dienes-Rescher.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 64 Chuyờn ngành tự động húa
3.2.1.3. Sử dụng cỏc toỏn tử mờ - khối luật mờ
Mỗi một đầu vào đó mờ hoỏ sẽ được sử dụng trong mệnh đề tương ứng với mỗi luật.
Nếu mệnh đề của luật cú nhiều thành phần thỡ cần sử dụng cỏc toỏn tử để thu được một con số đại diện cho kết quả của mệnh đề trong luật đú. Đầu vào của toỏn tử mờ là hai hay nhiều hơn cỏc giỏ trị liờn thuộc từ cỏc biến đầu vào đó được mờ hoỏ. Đầu ra là một giỏ trị thực.
Xột hệ mờ với nhiều đầu vào và một đầu ra, nếu cú n đầu vào và m đầu ra thỡ ta cú thể tỏch ra thành m hệ, mỗi hệ cú n đầu vào và một đầu ra.
Luật mờ cơ sở là luật chứa một tập cỏc luật “NẾU … THè …” cú dạng sau: RU(k) : nếu x1 là A1kvà...và Akn thỡ y là Bk
Trong đú : A
k
i và Bk là cỏc tập mờ trong Ui є Rn
Nếu cú m luật mờ cơ sở thỡ k = 1..m.
Luật mờ trờn được gọi là luật mờ chớnh tắc. Từ luật mờ chớnh tắc, ta cú một số mệnh đề khỏc: * Mệnh đề bộ phận: Nếu x1 là A1k và...xm là Akm thỡ y là Bkvới m < n *Mệnh đề hoặc : Nếu x1 là A1k và...xm là Akm hoặc xm+1 là Akm1 và ....và xn là Akn *Mệnh đề đơn trị: y là Bk *Mệnh đề thay đổi từ từ: Chẳng hạn: nếu x càng nhỏ thỡ y càng lớn. 3.2.1.4. Giải mờ
Với bộ điều khiển mờ tổng hợp như trờn cho dự với một hay nhiều luật điều khiển (mệnh đề hợp thành), cũng chưa thể ỏp dụng được trong điều khiển
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 65 Chuyờn ngành tự động húa
đối tượng vỡ đầu ra vẫn đang chỉ là giỏ trị mờ B’. Một bộ điều khiển mờ hoàn chỉnh phải cú thờm khõu giải mờ.
Giải mờ là sự ỏnh xạ từ tập mờ B’ (đầu ra của khối hợp thành và suy luận mờ) thành giỏ trị đầu ra rừ y’. Như vậy nhiệm vụ của giải mờ là tỡm một giỏ trị rừ ở đầu ra làm đại diện cho tập mờ B’, đú chớnh là đại lượng điều khiển đối tượng.
Khi giải mờ cần chỳ ý:
*Việc tớnh toỏn cần đơn giản: đõy là điều quan trọng để giảm thời gian tớnh toỏn vỡ cỏc bộ điều khiển mờ thường đũi hỏi làm việc thời gian thực.
*Tớnh liờn tục: một sự thay đổi nhỏ trong tập mờ B’ chỉ làm thay đổi nhỏ trong kết quả giải mờ, nghĩa là khụng gõy ra thay đổi đột biến giỏ trị giải mờ y’.
*Tớnh hợp lý của kết quả: điểm rừ y’ là điểm đại diện của tập mờ B’, điều này cú thể cảm nhận trực giỏc tớnh hợp lý của kết quả khi đó cú hàm thuộc của tập mờ B’.
Cú 3 phương phỏp giải mờ thường dựng là: phương phỏp cực đại, phương phỏp trọng tõm và phương phỏp trung bỡnh tõm.