2.1 Sơ lược về lý thuyết điều khiển mờ
2.1.6 Bộ điều khiển mờ
a) Cấu trúc một bộ điều khiển mờ
Một bộ điều khiển mờ gồm 3 khâu cơ bản:
+ Khâu mờ hoá: biến các giá trị rõ đầu vào thành giá trị mờ
+ Hệ luật mờ: tập các luật “NẾU … THÌ …” đây có thể coi như “bộ não”
của bộ điều khiển mờ.
+ Thiết bị hợp thành : biến đổi các giá trị đã được mờ hóa ở đầu vào thành các giá trị mờ đầu ra theo luật hợp thành nào đó.
+ Giải mờ: Biến giá trị mờ đầu ra của khối thiết bị hợp thành thành giá trị
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 39
rõ gồm bốn phần : Mờ hóa, hệ luật mờ, thiết bị hợp thành, giải mờ tạo thành bộ điều khiển mờ cơ bản. Những bộ điều khiển mờ thường có thêm 2 phần nữa là tiền xử lý và hậu xử lý:
Tiền xử lý : Xử lý tín hiệu trước khi đi vào bộ điều khiển mờ cơ bản.
- Lượng tử hóa hoặc làm tròn các giá trị đo.
- Chuẩn hóa hoặc chuyển giá trị đo về khoảng giá trị chuẩn.
- Lọc nhiễu.
- Lấy vi phân, hoặc tích phân của tín hiệu vào.
Hậu xử lý : Xử lý tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển mờ cơ bản
- Chuyển tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển mờ cơ bản thành tín hiệu vật lý.
- Lấy tích phân tín hiệu ra bộ điều khiển mờ cơ bản.
b) Các bước thiết kế bộ điều khiển mờ
B1 : Định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào/ra.
B2 : Xác định các tập mờ cho từng biến vào/ra (mờ hoá).
+ Miền giá trị vật lý của các biến ngôn ngữ.
+ Số lượng tập mờ.
+ Xác định hàm thuộc.
+ Rời rạc hoá tập mờ.
B3 : Xây dựng luật hợp thành.
B4 : Chọn thiết bị hơp thành.
B5 : Giải mờ và tối ưu hoá.
Hai bước thiết kế đầu tiên ((1) và (2)) chỉ ra rằng, trong việc thiết kế một bộ điều khiển mờ, trước tiên phải nhận diện được các biến trạng thái chính của quá trình và các biến điều khiển và xác định một tập các thuật ngữ (ký hiệu) để
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 40
miêu tả giá trị của mỗi biến (ngôn ngữ ). Ví dụ một tập các thuật ngữ như {nhỏ, trung bình, rộng } không thể thỏa mãn trong một vài lĩnh vực, việc sử dụng một tập năm số hạng như {rất nhỏ, nhỏ, trung bình, rộng, rất rộng } có thể thay thế được. Do đó số lượng các tập mờ của không gian vào ra sẽ được chọn đủ rộng để cung cấp một lượng thích hợp và còn đủ nhỏ để tiết kiệm không gian bộ nhớ.
Số lượng này có ảnh hưởng cơ bản đến chất lượng của bộ điều khiển có thể thu được. Hơn nũa các kiểu khác nhau của các hàm liên thuộc, ví dụ đều, tam giác, hình thang, và kiểu hình chuông, có thể được dùng làm giá trị ngôn ngữ của mỗi biến ngôn ngữ.
Với các bước thiết kế (3), (4) không có một phương pháp, hệ thống nào để thực hiện việc xây dựng luật hợp thành, thiết kế thiết bị hợp thành. Hầu hết các nhà thiết kế sử dụng các kinh nghiệm nghiên cứu và các kết quả để đưa ra những hướng dẫn cho những sự lựa chọn này.
Một số phương pháp để tạo nên các luật điều khiển mờ. Một sự kết hợp của chúng có thể là cần thiết để xây dựng một phương pháp hiệu quả cho việc tạo nên các luật điều khiển mờ :
Kinh nghiệm chuyên gia và sự hiểu biết của kỹ sư điều khiển: các luật điều khiển mờ được thiết kế nhờ việc xem xét các hoạt động của con người và hiểu biết của các kỹ sư điều khiển. Đặc biệt hơn, chúng ta có thể hỏi một chuyên gia để biểu diễn tri thức của người này trong thuật ngữ tập mờ. Chúng ta có thể hỏi một kỹ sư điều khiển để liệt kê số các phương thức dựa trên sự hiểu biết của người này về quá trình được điều khiển.
Dựa trên mô hình mờ hoặc phân tích đặc tính của một quá trình điều khiển : trong trường hợp này, các luật điều khiển mờ được tạo ra dựa trên hoặc là mô hình mờ hoặc phân tích đặc tính của quá trình điều khiển. Nếu chúng ta
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 41
có một mô hình mờ của quá trình hoặc nếu chúng ta biết một vài tính chất có ích của quá trình, chúng ta có thể thiết kế hay sinh ra một tập các luật điều khiển mờ để đạt được hoạt động tối ưu.
Dựa trên việc học ( hay tự tổ chức ) : rất nhiều FLC đã xây dựng để mô phỏng khả năng ra quyết định của con người. Ngày nay rất nhiều sự nghiên cứu cố gắng định hướng vào việc mô phỏng việc học của con người, chủ yếu là khả năng tạo nên các luật điều khiển mờ và sửa chữa chúng dựa trên kinh nghiệm ( hay sự hoạt động của hệ thống)
Những lưu ý khi thiết kế BĐK mờ
- Không bao giờ dùng điều khiển mờ để giải quyết bài toán mà có thể dễ dàng thực hiện bằng bộ điều khiển kinh điển.
- Không nên dùng BĐK mờ cho các hệ thống cần độ an toàn cao.
- Thiết kế BĐK mờ phải được thực hiện qua thực nghiệm. Vì bộ điều khiển mờ làm việc theo nguyên tắc sao chép lại kinh nghiệm, tri thức của con người trong điều khiển, vận hành máy móc. Do vậy, chất lượng của bộ điều khiển phụ thuộc phần lớn vào kiến thức, kinh nghiệm và sự hiểu biết của các chuyên gia về hệ thống đó, người đã trực tiếp điều khiển hệ thống đó bằng tay.