Hỡnh 3.3: Hệ kớn, phản hồi õm và bộ điều khiển mờ
Về nguyờn tắc, hệ thống điều khiển mờ cũng giống với cỏc hệ thống điều khiển bỡnh thƣờng khỏc. Sự khỏc biệt ở đõy là bộ điều khiển mờ làm việc cú tƣ duy nhƣ “bộ não” dƣới dạng trớ tuệ nhõn tạo. Chất lƣợng hoạt động của bộ điều khiển mờ phụ thuộc vào kinh nghiệm và phƣơng phỏp rỳt ra kết luận theo tƣ duy con ngƣời, sau đú đƣợc cài đặt trờn mỏy tớnh trờn cơ sở của logic
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
mờ. Hệ thống điều khiển mờ do đú cũng cú thể coi nhƣ là một hệ thống neuron, hay đỳng hơn là một hệ thống điều khiển đƣợc thiết kế mà khụng cần biết trƣớc mụ hỡnh toỏn học của đối tƣợng.
Hệ thống điều khiển mờ đƣợc thiết kế gồm cỏc thành phần:
*Giao diện đầu vào: Bao gồm khõu fuzzy húa và cỏc thành phần phụ trợ thờm để thực hiện cỏc bài toỏn động nhƣ tớch phõn, vi phõn, …
*Thiết bị hợp thành: Bản chất của thành phần này là sự triển khai luật hợp thành R đƣợc xõy dựng trờn cơ sở luật điều khiển hay nhƣ trong một số cỏc tài liệu khỏc cũn gọi là luật quyết định.
*Giao diện đầu ra (khõu chấp hành): gồm khõu giải mờ và cỏc khõu giao diện trực tiếp với đối tƣợng.
Nguyờn tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ hoàn toàn dựa vào những phƣơng phỏp toỏn học dựa trờn cơ sở định nghĩa cỏc biến ngụn ngữ (tập mờ) vào/ra và lựa chọn những luật điều khiển theo kinh nghiệm.
Trong sơ đồ ở hỡnh vẽ trờn, khõu đối tƣợng đƣợc điều khiển bằng đại lƣợng u là tớn hiệu đầu ra của bộ điều khiển mờ. Vỡ cỏc tớn hiệu điều khiển đối tƣợng là cỏc “tớn hiệu rừ” nờn tớn hiệu đầu ra của bộ điều khiển mờ trƣớc khi đƣa vào điều khiển đối tƣợng phải thụng qua khõu giải mờ nằm trong bộ giao diện đầu ra. Tớn hiệu ra y của đối tƣợng đƣợc đo bằng cảm biến và đƣợc xử lý sơ bộ trƣớc khi đƣa vào bộ điều khiển. Cỏc tớn hiệu này cũng là cỏc “tớn hiệu rừ”, do vậy để bộ điều khiển mờ cú thể hiểu đƣợc chỳng thỡ tớn hiệu y và ngay cả tớn hiệu đặt x cũng phải đƣợc mờ húa thụng qua khõu mờ húa trong bộ giao diện đầu vào.
Chất lƣợng của một hệ điều khiển khụng chỉ đƣợc đỏnh giỏ qua độ chớnh xỏc của hệ thống mà trong nhiều trƣờng hợp ngƣời ta cũn quan đến cỏc chỉ tiờu khỏc nhƣ độ dao động, tớnh bền vững (robust), vấn đề tiết kiệm năng lƣợng, …
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Thành phần trọng tõm của bộ điều khiển mờ đú chớnh là hệ luật điều khiển, chỳng là tập cỏc mệnh đề hợp thành cựng cấu trỳc NẾU … THè … và nguyờn tắc triển khai cỏc mệnh đề hợp thành đú cú tờn gọi là nguyờn tắc max- MIN hay sum- MIN, … Mụ hỡnh R của luật điều khiển đƣợc xõy dựng theo một nguyờn tắc triển khai đã chọn trƣớc và đƣợc gọi là luật hợp thành. Thiết bị thực hiện luật hợp thành trong bộ điều khiền gọi là thiết bị hợp thành.
Trong nhiều trƣờng hợp, cỏc thụng tin về sai lệnh giữa tớn hiệu chủ đạo x
và tớn hiệu ra y chƣa đủ để tạo ra một hệ luật điều khiển. Với cỏc bài toỏn điều khiển động, bộ điều khiển mờ cũn đũi hỏi phải cú cỏc thụng tin về đạo hàm của sai lệnh hay tớch phõn của sai lệnh để cung cấp thờm cỏc đại lƣợng đầu vào cho thiết bị hợp thành. Hầu hết cỏc đại lƣợng này phải đƣợc số húa một cỏch phự hợp cho thiết bị hợp thành. Tƣơng tự nhƣ vậy với cỏc giỏ trị ra của hệ thống, khụng phải trong trƣờng hợp nào cũng cần cỏc tớn hiệu ra rừ mà cú trƣờng hợp lại cần giỏ trị tớch phõn của tớn hiệu ra.
Chỳng ta cú thể thiết kế bộ điều chỉnh theo luật P (Propotional – Tỉ lệ), theo luật I (Integral – Tớch phõn) và theo luật D (Derivative – Vi phõn) nhƣ sau:
*Luật điều khiển P: uk = K.ek,, trong đú K là hệ số khuếch đại.
*Luật điều khiển I: uk uk ek
T1
1
1
, trong đú T1 là hằng số tớch
phõn.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hỡnh 3.4: Bộ điều khiển mờ PID
Hỡnh vẽ trờn là vớ dụ đơn giản về một hệ điều khiển mờ PID. Sai lệch giữa tớn hiệu đặt và tớn hiệu ra đƣợc đƣa vào bộ điều chỉnh theo luật P và D, sau đú đƣợc đƣa vào bộ điều khiển mờ. Bộ điều chỉnh I đƣợc dựng nhƣ một thiết bị chấp hành, đầu vào lấy sau bộ giải mờ và đầu ra đƣợc đƣa tới đối tƣợng.