3.3.3 Quy tắc mờ
Các luật mờ là cơ sở trong khi thiết kế hệ thống điều khiển bằng phương pháp logic mờ. Đó là một cách thơng minh để mơ tả cách các đầu vào sẽ tương tác với nhau để đưa ra đầu ra cần thiết ở dạng dần dần. Quy tắc mờ “if-then” được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng kết hợp phương pháp mờ trong khi thiết kế hệ thống. Nó là sự tổng quát hóa của suy luận logic được gọi là modus
ponens. Đó là một quy tắc giúp chúng tơi đưa ra kết luận bằng cách sử dụng một hội đồng chuyên gia [2].
Các quy tắc mờ chủ yếu có hai thành phần:
i) If –part: Nó cịn được gọi là tiền đề hoặc tiền đề. Một ví dụ sẽ là Nếu tốc độ cao, thì hãy áp dụng một chút nghỉ. Một ví dụ khác là Nếu thu nhập thấp, thì việc khấu trừ thuế thấp.
“Antecedent có thể kết hợp nhiều điều kiện bằng cách sử dụng AND, OR và NOT”.
Một ví dụ về điều này sẽ là; Nếu tốc độ cao và lưu lượng truy cập cao
Một ví dụ khác sẽ là; Nếu thu nhập cao Và số người phụ thuộc thấp.
ii) Phần sau đó: Nó cịn được gọi là phần hậu quả hoặc phần kết luận. Nó là một phần của quy tắc quyết định hành động được thực hiện khi điều kiện cụ thể được thỏa mãn. Một ví dụ sẽ là; Nếu thu nhập cao thì số thuế được khấu trừ cao. “Hệ quả có thể hiện diện ở ba dạng: Hệ quả nghiêm trọng, hệ quả mờ và hệ quả chức năng”.
3.2.3.1 Cơ chế suy luận dựa trên quy tắc mờ
Cơ chế suy luận dựa trên quy tắc mờ bao gồm ba phần là đối sánh mờ, suy luận mờ và tổ hợp mờ.
a) So khớp mờ
So khớp mờ là một q trình tính tốn mức độ tối đa mà dữ liệu đầu vào có thể phù hợp với điều kiện của các quy tắc mờ. Trong trường hợp có nhiều điều kiện và tiền đề bao gồm các điều kiện được kết nối bởi AND, thì kết hợp được sử dụng để kết hợp mức độ phù hợp của từng điều kiện.
b) Suy luận mờ
Khi kết hợp mờ đã được thực hiện, thì suy luận mờ được sử dụng cho mỗi quy tắc để đưa ra kết luận dựa trên mức độ phù hợp của chúng. Có hai phương
pháp để đưa ra kết luận đó là phương pháp cắt và phương pháp chia tỷ lệ. Phương pháp cắt bớt phần trên cùng của hàm thành viên có giá trị cao hơn mức đối sánh. Phương pháp chia tỷ lệ thu nhỏ hàm thành viên tương ứng với mức độ phù hợp.
c) Kết hợp mờ
Tổ hợp mờ kết hợp rút ra kết luận của tất cả các luật mờ. Sự kết hợp này được thực hiện bằng cách chồng tất cả các kết luận được suy ra mờ về một biến. Có thể có hoặc khơng có chồng chéo. Trong trường hợp đầu ra sắc nét, sự chồng chéo sẽ có dạng rời rạc. Đối với các trường hợp tổng quát hơn hoặc phức tạp hơn, kết luận thơng qua chồng chất dựa trên các tốn tử phân chia mờ như max. hoặc tối thiểu.
Suy luận mờ là quá trình xây dựng ánh xạ từ một đầu vào cho trước đến một đầu ra bằng cách sử dụng logic mờ. Đối với đồ án này, các quy tắc IFTHEN đã được quyết định để chẩn đoán giữa đầu vào và đầu ra của các biến. Trong khi, mối liên hệ giữa trượt lỗi và tốc độ thay đổi trượt đã được quyết định bằng cách sử dụng OR được hiểu là hoạt động kết nối.
Bảng 3. 1 Luật điều khiển mờ cho mơ hình mơ phỏng ABS
Lỗi trượt/Tốc độ thay đổi trượt
NL ZE PL
NL DPL DPS HOLD
NS DPL DPS HOLD
ZE DPS HOLD IPS
PS HOLD IPS IPL
PL HOLD IPS IPL
3.4 Kết luận chương 3
Điều khiển logic mờ là một loại điều khiển thông minh và ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu trong và ngoài nước. Việc thiết kế bộ
điều khiển logic mờ cho điều khiển ABS cũng khơng cịn mới lạ trên thế giới nhưng việc này được cho là tương đối mới đối với Việt Nam. Vậy nên chương này nghiên cứu phần thiết kế bộ điều khiển logic mờ cho mơ hình ABS mà tơi đang thực hiện mô phỏng, đưa ra được các lý thuyết cơ bản về logic mờ, các bước để có thể xây dựng một thuật tốn mờ đơn giản cho các mơ hình mơ phỏng.
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB – SIMULINK MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH ABS 4.1 Giới thiệu phần mềm Matlab – Simulink
4.1.1 Matlab – Simulink
Simulink là một phần mềm đồ hoạ, định hướng sơ đồ khối dùng để mô phỏng các hệ động lực. Đây là sản phẩm nằm bên trong Matlab và sử dụng nhiều hàm của Matlab và cũng có thể trao đổi qua lại với mơi trường Matlab để tăng thêm khả năng mềm dẻo của nó.
Với Simulink chúng ta có thể xây dựng mơ hình mơ phỏng của hệ thống giống như khi ta vẽ sơ đồ khối. Simulink có một khối thư viện với nhiều chức năng khác nhau.
Để xây dựng mơ hình ta khởi động Matlab và khởi tạo Simulink, mở thư viện của khối Simulink sau đó chọn các nhóm thích hợp. Thư viện của Simulink thường có 8 nhóm:
- Nhóm Continuous và Discrete: chứa các khối cơ bản để xử lý tín hiệu liên tục và rời rạc;
- Nhóm Function & table: chứa các khối thực hiện việc gọi hàm từ Matlab, khối nội suy và khối hàm truyền;
- Nhóm Math: chứa các khối thực thi các hàm toán học;
- Khối Monlinear: chứa các khối phi tuyến;
- Nhóm Sinks & Systems: chứa các khối cơng cụ xử lý tín hiệu;
- Nhóm Sinks: chứa các khối thực hiện chức năng xuất kết quả;
- Nhóm Source: chứa các khối phát tín hiệu.
Để copy một khối từ thư viện vào cửa sổ của mơ hình, chọn khối, rê chuột để kéo khối đã chọn thả vào cửa sổ mơ hình. Trong cửa sổ mơ hình, nếu muốn
copy một khối, ấn phím Ctrl và rê chuột sang vị trí đặt bản copy; nếu muốn xố hãy chọn nó và ấn phím Delete.
Để thực hiện một q trình mơ phỏng ta tiến hành các bước: xây dựng mơ hình mơ phỏng; xác lập giá trị các thơng số của mơ hình; xác lập điều kiện đầu; lựa chọn cách thức xuất kết quả; điều khiển việc thực thi q trình mơ phỏng.
4.1.2 Matlab – State flow
Khái niệm Stateflow: thực hiện chức năng của một cơ cấu máy hữu hạn trạng thái của một mơ hình mơ phỏng trong Simulink. Một mơ hình mơ phỏng có thể bao gồm các khối của Simulink, các khối Toolbox và các khối của Stateflow. Một sơ đồ Stateflow tập hợp các đối tượng đồ hoạ và đối tượng phi đồ hoạ.
Trạng thái (State): mô tả phương thức hệ thống được điều khiển bởi các sự kiện, tình trạng làm việc hay không làm việc của các trạng thái luôn thay đổi theo các điều kiện và sự kiện. Có hai loại trạng thái là trạng thái loại trừ (OR) mô tả phương thức loại trừ lẫn nhau, trạng thái ngang hàng (AND).
Chuyển đổi (Transitions): Hành động chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác của hệ thống thơng qua một đối tượng gọi là “chuyển đổi”. Đó là đối tượng đồ hoạ (đối tượng nguồn) nối với một đối tượng khác (đối tượng đích), bằng một đường cong có mũi tên. Đối tượng nguồn là nơi chuyển đổi bắt đầu, đối tượng đích là nơi chuyển đổi kết thúc. Điểm phân chia một chuyển đổi thành các đoạn (hay nhánh) gọi là điểm nút. Chuyển đổi mặc định là một loại chuyển đổi đặc biệt, có đối tượng đích, khơng có đối tượng nguồn; chuyển đổi mặc định để báo cho Stateflow biết trạng thái con nào sẽ hoạt động ngay sau khi trạng thái mẹ được kích hoạt. Nhãn của một chuyển đổi xác định chuyển đổi đó; nhãn này có thể chứa một sự kiện, một điều kiện, một hoạt động có điều kiện hoặc một hoạt động chuyển đổi.
Sự kiện (Events): các sự kiện không phải là một đối tượng đồ hoạ nên không thể hiện trực tiếp trong sơ đồ Stateflow nhưng nó làm cho sơ đồ đó hoạt
động. Khi sự kiện bắt đầu xảy ra, các trạng thái của sơ đồ Stateflow được đánh giá. Sự truyền đi một sự kiện sẽ kích hoạt một chuyển đổi hoặc kích hoạt một hoạt động nào đó.
Dữ liệu (Data): chúng là những đối tượng phi đồ hoạ, được dùng để lưu giữ các giá trị bằng số trong sơ đồ Stateflow.
Điều kiện (Condition): là một mệnh đề logic, có giá trị đúng hoặc sai dùng để xác định một chuyển đổi xảy ra nếu mệnh đề đó đúng.
Hành động (Acstions): các hành động xảy ra khi khởi động mơ hình Stateflow, đó có thể là hành động chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác hoặc là hành động của một trạng thái. Các trạng thái có thể có các hành động đi vào, ở trong, đi ra và hành động nương theo sự kiện.
Matlab – Simulink, Matlab - Stateflow là công cụ hữu hiệu để mô phỏng các hệ thống các (hybrid systems) có bao hàm các q trình động lực liên tục hoặc gián đoạn và các ứng xử logic phức hợp. Với Stateflow có thể thực hiện các hệ thống điều khiển có giám sát các trạng thái và có thể ln tự thay đổi để phù hợp với đối tượng điều khiển.
Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực có ABS sẽ đựoc mơ phỏng bằng cơng cụ Matlab – Simulink; bộ điều khiển trung tâm trong mơ hình mơ phỏng được tổng hợp bằng cơng cụ Matlab – Stateflow [11].
4.2 Xây dựng mơ hình tốn của hệ thống ABS
Để mô phỏng động lực phanh của một chiếc xe, tôi sẽ thực hiện các mơ hình tốn học đơn giản (mơ hình một phần tư xe) cho cả xe và bánh xe.
4.2.1 Mơ hình xe