CHƢƠNG 2 : PHÉP KÉO THEO
3.2. Quá trình điều khiển với yếu tố mờ, không chắc chắn
Lý thuyết điều khiển đã được phát triển rất mạnh mẽ và đã tìm được những lĩnh vực ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, trong các hệ thống hóa học, ...
Các phương pháp điều khiển truyền thống yêu cầu phải hiểu rõ bản chất của các đối tượng điều khiển thơng qua các mơ hình tốn học và trong nhiều ứng dụng thực tế ta thấy :
+ Các phƣơng trình tốn lý phức tạp với bậc phi tuyến cao.
+ Các đối tƣợng điều khiển nằm thƣờng có những tác động nhiễu và người ta rất khó xác định được đặc trưng.
=> Những đối tƣợng phức tạp như vậy thường nằm ngoài khả năng giải
quyết của phương pháp điều khiển truyền thống.
=> Trong q trình tự động hóa ngƣời ta phải nhờ vào khả năng sử lý
tình huống của con ngƣời và phải thiết kế các thiết bị sử dụng việc điều khiển
bằng tay. Việc con người có khả năng điều khiển các quá trình như vậy chứng tỏ rằng các q trình đó đã được phản ánh và mơ phỏng đúng đắn bằng mơ hình nào
Hình 3.1: Hàm chuẩn hợp nhất
lũy đẳng maxemin
và maxemax e 1 e 1 0 max(x,y) min(x,y) e 1 e 1 0 min(x,y) max(x,y) Hình 3.2: Hàm chuẩn hợp nhất
lũy đẳng max1-emax
đó trong đầu óc của người điều hành. Các mối quan hệ trong q trình điều khiển này, khơng phải được biểu thị bằng các mơ hình tốn lý mà bằng các mơ hình ngơn ngữ với các thơng tin khơng chính xác, khơng chắc chắn( Những thơng tin mờ, có tính ước lệ hay định tính).
=> Mục tiêu cội nguồn của phƣơng pháp điều khiển mờ là nhằm vào việc xây dựng các phương pháp có khả năng bắt trước cách thức con người điều khiển.
Vì đối tượng điều khiển là một hệ phức tạp, có những bản chất chưa rõ và khơng thể biểu thị bằng các mơ hình tốn lý nên người « chun gia » điều hành các hệ thống chỉ có thể quan sát thơng tin vào-ra để phán đốn hành vi của hệ thống và trên cơ sở kinh nghiệm đó điều khiển hệ thống. Nhận thức của hành vi của hệ thống này được thâu tóm dưới dạng mơ hình mờ gồm các mệnh đề IF... THEN .... (các luật) với các dữ liệu ngôn ngữ mô tả mối quan hệ giữa các biến vào, các biến ra. Việc mô phỏng hành vi của người điều hành bằng một thuật toán, thuật tốn này tính được bằng máy tính, chính là phương pháp lập luận mờ đa điều kiện đã trình bày ở trên.
Như vậy các phương pháp điều khiển mờ đều gắn với các phương pháp lập luận mờ và chúng có những đặc điểm sau :
i, Nó dựa trên các thơng tin vào-ra quan sát được trên các đối tượng điều khiển, khơng địi hỏi phải hiểu bản chất để mơ hình hóa tốn học đối tượng như trong lý thuyết điều khiển truyền thống.
ii, Mơ hình định tính dựa trên ngơn ngữ (hay mơ hình được biểu thị nhờ tri thức có chun gia) : Thay vì phải mơ hình hóa bằng các phương trình tốn lý, phương pháp điều khiển mờ đòi hỏi phải thu thập được tri thức để thiết lập mơ hình hóa định tính về đối tượng điều khiển. Tri thức này có thể thu thập từ các chuyên gia hay từ các thuật tốn phân tích, khai thác dữ liệu mờ : phát hiện ra các luật từ đống dữ liệu quan sát được.
iii, Giảm độ phức tạp tính tốn nhờ mơ hình định tính, tuy khơng có được tính chính xác mà mơ hình tốn học định lượng có được.
Ví dụ: Ta hãy xét bài toán điều khiển mực nước. Không phụ thuộc vào
lượng nước chảy ra khỏi bình ta phải chỉnh van cho mực nước trong bình là h ln khơng đổi. Tất nhiên rằng bài tốn điều khiển này đã được giải quyết rất đơn giản và có thể gặp nó trong những thiết bị gia đình thơng dụng. Nhưng ở đây ta đề cập lại nó từ phương diện điều khiển mờ để thơng qua đó hiểu rõ hơn về bản chất của một bộ điều khiển mờ.
Hình dung bộ điều khiển là con người. Vậy thì con người sẽ điều chỉnh van đóng/mở nước vào như thế nào? Ta có thể dựng vào kinh nghiệm để nói rằng họ sẽ điều chỉnh van theo bốn nguyên tắc như sau:
i, Nếu mực nước là thấp nhiều thì van ở mức độ mở to ii, Nếu mực nước là thấp ít thì van ở mức độ mở nhỏ iii, Nếu mực nước là đủ thì van ở vị trí đóng
iv, Nếu mực nước là cao thì van ở vị trí đóng
Một bộ điều khiển làm việc theo luật như trên thay thế con người sẽ được gọi là điều khiển mờ. Khác hẳn với những phương pháp kinh điển, điều khiển mờ khơng cần đến mơ hình hóa tốn học của đối tượng.
Bốn nguyên tắc điều khiển trên, trong điều khiển mờ được gọi là bốn mệnh đề hợp thành. Kinh nghiệm điều khiển mực nước nói chung gồm cả bốn nguyên tắc đó được gọi là luật hợp thành.
h
Như vậy, bộ điều khiển mờ có thể được hiểu là một bộ điều khiển làm việc theo nguyên tắc tự động hóa những kinh nghiệm điều khiển của con người. Những kinh nghiệm này phải được đúc kết lại luật hợp thành gồm nhiều mệnh đề hợp thành với cấu trúc chung như sau : Nếu X=Ai thì Y=Bi