I HC THI NGUYấN TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP ***** - LUN VN THC S K THUT NGNH T NG HểA THIT K B IU KHIN M TRT IU KHIN TC NG C Hc viờn: Ngi HD khoa hc: H TH VIT NGA PGS TS NGUYN DON PHC THI NGUYấN 2008 I HC THI NGUYấN TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP ***** - LUN VN THC S K THUT NGNH T NG HểA THIT K B IU KHIN M TRT IU KHIN TC NG C Hc viờn: Ngi HD khoa hc: H TH VIT NGA PGS TS NGUYN DON PHC THI NGUYấN 2008 I HC THI NGUYấN TRNG HKT CễNG NGHIP CNG HO X HI CH NGHA VIT NAM c lp T Hnh phỳc THUYT MINH LUN VN THC S K THUT TI THIT K B IU KHIN M TRT IU KHIN TC NG C Hc viờn Lp Chuyờn ngnh Ngi HD khoa hc Ngy giao ti Ngy hon thnh KHOA T SAU I HC : H Th Vit Nga : Cao hc khoỏ : T ng hoỏ : PGS TS Nguyn Doón Phc : : NGI HNG DN HC VIấN Luận văn tốt nghiệp Lời nói đầu Hiện đất n-ớc ta thời kỳ đổi mới, thời kỳ công nghiệp hoá đại hoá với phát triển công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điện tử phát triển kỹ thuật điều khiển tự động hoá Hệ truyền động động phận quan trọng thiếu đ-ợc trình tự động hoá Hệ thống có chuyển động học (dây chuyền sản xuất, ng-ời máy ) hệ thống động điện làm khâu trung gian để chuyển hoá điện thành với đặc tính cần thiết Việc điều khiển xác dòng tạo nên chuyển động phức tạp dây chuyền công nghệ nhiệm vụ hệ thống truyền động động Một vấn đề quan trọng dây truyền tự động hoá việc điều chỉnh tốc độ động truyền động đ-ợc sử dụng rộng rãi có nhiều -u điểm bật với kỹ thuật vi xử lý công nghệ thông tin phát triển Việc thiết kế điều khiển theo ph-ơng pháp kinh điển phụ thuộc vào mô hình toán học hệ, việc mô tả hệ thống xác kết điều khiển có chất l-ợng cao Tuy nhiên việc xây dựng mô hình toán học xác hệ thống khó tr-ớc thay đổi tải, thay đổi thông số, nhiễu hệ thống Trong năm gần ngành khoa học đ-ợc hình thành phát triển mạnh mẽ điều khiển lôgic mờ mà công cụ toán học lý thuyết tập mờ Jadeh Khác hẳn với kỹ thuật điều khiển kinh điển hoàn toàn dựa vào độ xác tuyệt đối thông tin mà nhiều ứng dụng không cần thiết có đ-ợc, điều khiển mờ cóa thể xử lý thông tin không rõ ràng hay không đầy đủ thông tin mà xác nhận thấy đ-ợc quan hệ chúng với mô tả đ-ợc ngôn ngữ, cho định S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp xác Chính khả làm cho điều khiển mờ chụp đ-ợc ph-ơng thứ sử lý thông tin điều khiển ng-ời, giải thành công toán điều khiển phức tạp Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp vào nghiên cứu thuật toán điều khiển mờ ứng dụng điều khiển mờ tr-ợt điều khiển tốc độ động Tuỳ theo đối t-ợng mà áp dụng luật điều kiện khác nhau, nhiên điều khiển có đầy đủ -u điểm điều khiển mờ bản, nh-ng chúng đ-ợc tích hợp đơn giản, dễ hiểu, làm việc ổn định, có đặc tính động học tốt, tính bền vững cao làm việc tốt thông tin đối t-ợng không đầy đủ không xác Một số không chịu ảnh h-ởng nhiễu nh- thay đổi theo thời gian đối t-ợng điều khiển Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đến đồ án em hoàn thành với kết tốt Thành công phải kể đến giúp đỡ tận tình thày cô giáo môn ĐKTĐ tr-ờng Đại học Bách khoa Hà Nội, thày cô giáo tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái nguyên Đặc biệt Thầy PGS TS Nguyễn Doãn Ph-ớc ng-ời trực tiếp h-ớng dẫn tôi, hết lòng ủng hộ cung cấp cho kiến thức quý báu Tôi xin dành cho thầy lời cảm ơn sâu sắc Do thời gian, kiến thức kinh nghiệm thực tế có hạn nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đ-ợc ý kiến bảo thày cô giáo bạn bè đồng nghiệp để đồ án em đ-ợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Thái nguyên, ngày 15/5/2008 Học viên Hồ Thị Việt Nga S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Mục lục Nội dung Trang Giới thiệu chung điều khiển mờ vai trò Lời nói đầu Mục lục Ch-ơng I ứng dụng thực tế I.1 Cấu trúc I.2 Không gian Input Output I.3 Khâu mờ hoá I.4 Cơ sở luật mờ I.5 Mô tơ suy diễn I.6 Khâu giải mờ 10 I.7 ứng dụng 10 Ch-ơng II Lôgic mờ tập mờ 14 14 II.1 Kiến thức lôgic mờ II.1.1 Ôn nhanh lôgic mệnh đề cổ điển 14 II.1.2 Lôgic mờ 15 II.1.2.1 Phép phủ định 15 II.1.2.2 Một cách định nghĩa phần bù tập mờ 16 II.1.2.3 Phép hội 17 II.1.2.4 Định nghĩa tổng quát phép giao hai tập mờ 18 II.1.2.5 Phép tuyển 18 II.1.2.6 Định nghĩa tổng quát phép hợp hai tập mờ 19 II.1.2.7 Một số quy tắc với phép hội phép tuyển 20 II.1.2.8 Luật De Morgan 21 II.1.2.9 Phép kéo theo 22 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 24 II.1.2.10 Một số dạng hàm kéo theo cụ thể 24 II.1.3 Quan hệ mờ II.1.3.1 Quan hệ mờ phép hợp thành 24 II.1.3.2 Phép hợp thành 25 II.1.3.3 Tính chuyển tiếp 26 II.1.3.4 Ph-ơng trình quan hệ mờ 26 27 II.1.4 Suy luận xấp xỉ suy diễn mờ Ch-ơng III 33 điều khiển mờ III.1 Nguyên lý làm việc 35 III.2 Lý thuyết tập mờ điều khiển 39 III.2.1 Định nghĩa tập mờ 39 III.2.2 Phép suy diễn mờ 42 III.2.2.1 Xác định giá trị mệnh đề hợp thành 42 III.2.2.2 Phép tính suy diễn mờ 46 III.2.3 Phép hợp mờ 47 III.2.3.1 Xác định giá trị luật hợp thành 47 III.2.3.2 Phép tính hợp tập mờ 49 III.2.4 Giải mờ 50 III.2.4.1 Ph-ơng pháp điểm cực đại 51 III.2.4.2 Ph-ơng pháp điểm trọng tâm 52 III.3 Bộ điều khiển mờ III.3.1 Cấu trúc điều khiển mờ 56 56 III.3.1.1 Mờ hoá 57 III.3.1.2 Thiết bị hợp thành 58 III.3.1.3 Khâu giải mờ 60 III.3.2 Thiết kế điều khiển mờ S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 61 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp III.3.2.1 Các b-ớc thực chung 61 III.3.2.2 Quan hệ truyền đạt 62 III.3.2.3 Tổng hợp điều khiển có quan hệ truyền đạt cho 64 tr-ớc 66 III.3.3 Cấu trúc điều khiển mờ thông minh III.3.3.1 Thích nghi trực tiếp gián tiếp 67 III.3.3.2 Bộ điều khiển mờ tự chỉnh cấu trúc 68 III.3.3.3 Bộ điều khiển mờ tự chỉnh có mô hình theo dõi 69 III.3.3.4 Bộ điều khiển mờ lai 71 Ch-ơng IV điều khiển tr-ợt ý nghĩa ứng dụng 73 điều khiển thích nghi bền vững IV.1 Xuất phát điểm ph-ơng pháp điều khiển tr-ợt 73 IV.2 Thiết kế điều khiển tr-ợt ổn định bền vững 76 IV.3 Thiết kế điều khiển tr-ợt bám bền vững 82 Ch-ơng V Xây dung điều khiển mờ tr-ợt 84 V.1 Thiết kế luật điều khiển tr-ợt cho động điện 84 V.2 Cơ sở hệ điều khiển tr-ợt mờ từ điều khiển tr-ợt 85 kinh điển V.3 Các b-ớc thực thiết kế điều khiển mờ 87 V.4 Thiết kế điều khiển mờ tr-ợt cho động 88 Ch-ơng VI Mô nhận xét kết 92 Tài liệu tham khảo S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Ch-ơng I Giới thiệu chung điều khiển mờ vai trò ứng dụng thực tế Bất kỳ người có tri thức hiểu suy luận đời thường suy luận khoa học chặt chẽ, hay triển khai ứng dụng, logic toán học cổ điển nhiều định lý toán học quan trọng thu qua lập luận logic cổ điển đóng vai trò quan trọng Nhưng đáng tiếc, logic toán học cổ điển chật hẹp mong muốn tìm kiếm sở vững cho suy luận phù hợp với toán nẩy sinh từ công việc nghiên cứu thiết kế hệ thống phức tạp, đặc biệt cố gắng đưa suy luận giống cách người thường sử dụng vào lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (chẳng hạn, hệ chuyên gia, hệ hỗ trợ định, ) hay vào công việc điều khiển vận hành hệ thống lớn, phức tạp cho kịp thời hiệu Việc thiết kế điều khiển theo ph-ơng pháp kinh điển phụ thuộc vào mô hình toán học hệ, việc mô tả hệ thống xác kết điều khiển có chất l-ợng cao Tuy nhiên việc xây dựng mô hình toán học xác hệ thống khó tr-ớc thay đổi tải, thay đổi thông số, nhiễu hệ thống Trong năm gần ngành khoa học đ-ợc hình thành phát triển mạnh mẽ cách tiếp cận lý thuyết tập mờ (Fuzzy Set Theory), bắt đầu với công trình L Zadeh, 1965 Trong phát triển đa dạng lý thuyết tập mờ hệ mờ, logic mờ ( Fuzzy Logic) giữ vai trò Khác hẳn với kỹ thuật điều khiển kinh điển hoàn toàn dựa vào S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp độ xác tuyệt đối thông tin mà nhiều ứng dụng không cần thiết có được, điều khiển mờ xử lý thông tin không rõ ràng hay không đầy đủ thông tin mà xác nhận thấy đ-ợc quan hệ chúng với mô tả đ-ợc ngôn ngữ, cho định xác Chính khả làm cho điều khiển mờ chụp đ-ợc ph-ơng thứ sử lý thông tin điều khiển ng-ời, giải thành công toán điều khiển phức tạp I.1 Cấu trúc Tư tưởng điều khiển dựa vào logic mờ đưa kinh nghiệm chuyên gia người vận hành giỏi hệ thống vào thiết kế điều khiển trình quan hệ vào/ra (input-output) cho tập luật điều khiển mờ (dạng luật ifthen) Cấu trúc (Basic architecture) x Mờ hoá (x) Mô tơ suy diễn (y) Cơ sở luật mờ Giải mờ y Đối t-ợng Hình 1.1 Cấu trúc điều khiển mờ Cấu trúc điều khiển dựa vào logic mờ (fuzzy logic control - FLC) gồm bốn thành phần (hình 1.1): khâu mờ hoá (a fuzzifier), sở luật mờ (a fuzzy rule base), môtơ suy diễn (an inference engine) khâu giải mờ (a defuzzifier) Nếu đầu sau công đoạn giải mờ tín hiệu điều khiển (thường gọi tín hiệu điều chỉnh) có hệ định sở logic mờ S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp I.2 Không gian Input-Output Vì mục tiêu điều khiển mờ tính toán giá trị biến điều khiển từ quan sát đo lường biến trạng thái trình điều khiển cho hệ thống vận hành mong muốn Như việc chọn biến trạng thái biến điều khiển phải đặc trưng cho phép toán (the operator) điều khiển mờ có tác động lên trình thực FLC Kinh nghiệm tri thức công nghệ đóng vai trò quan trọng việc lựa chọn biến Ví dụ biến vào thường trạng thái (state) sai lầm trạng thái (state error, state error derivate, state error integral , ) Khi sử dụng biến ngôn ngữ, biến ngôn ngữ đầu vào x gồm biến ngôn ngữ input xi xác định không gian Ui tương tự với biến đầu y gồm biến ngôn ngữ output yj không gian Uj Khi x = {(xi , Ui), {Axi (1), , Axi (ki)},{xi (1), , xi (ki)}: i = 1,2, , n} y = {(yi , Vi), {Ayi (1), , Ayi (ki)},{yi (1), , yi (ki)}: i = 1,2, , m} xi biến ngôn ngữ xác định không gian Ui, nhận từ - giá trị Axi với hàm thuộc xi( k) với k= , , , ki Tương tự cho biến output yj Ví dụ x1 biến tốc độ không gian miền giá trị vật lý U1= [0, 200km/h] Biến ngôn ngữ tốc độ có từ giá trị {rất chậm, chậm, trung bình, nhanh, nhanh} Mỗi giá trị ngôn ngữ biến xác định tập mờ U với hàm thuộc chậm(u), , trung bình(u) I.3 Khâu mờ hoá Vì nhiều luật cho dạng dùng biến ngôn ngữ với từ thông thường Như với giá trị (rõ) quan sát ,đo cụ thể, để tham gia vào trình điều khiển cần thiết phải mờ hoá S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Có thể định nghĩa, mờ hoá ánh xạ (mapping) từ không gian giá trị quan sát (rõ) vào không gian từ - tập mờ không gian biến ngôn ngữ input Ví dụ ứng với biến ngôn ngữ tốc độ, ta cho phép mờ hoá ánh xạ - Tốc độ xe tải đo được: u = 75km/h - Từ có: (rất chậm(75), chậm(75), trung bình(75), nhanh(75), nhanh(75) ) I.4 Cơ sở luật mờ Dạng tổng quát luật điều khiển mờ quy tắc mờ dạng IF THEN, điều kiện đầu vào biến ( hệ ) sử dụng biến ngôn ngữ Viết dạng tổng quát, sở luật mờ hệ thống nhiều biến vào (input) biến (output) ( tức với hệ MISO ) cho dạng sau: Cho x1, x2, , xm biến vào hệ thống, y biến (thường biến ngôn ngữ) Các tập Ai j, Bj , với i=1 , , m , j = 1,,n tập mờ không gian tương ứng biến vào biến sử dụng hệ thống Các Rj suy diễn mờ (các luật mờ ) dạng "Nếu thì'' (dạng if t h e n ) R1 Nếu x1 A11 xm Am1 y B1 R2 Nếu x2 A12 xm Am2 y B2 Rn Nếu xn A1n xm Amn y Bn Cho Nếu x1 A1* xm Am* Tính y B* I.5 Mô tơ suy diễn Đây phần cốt lõi FLC trình mô hình hoá toán điều khiển chọn định người khuôn khổ vận dụng S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 10 logic mờ lập luận xấp xỉ Do hệ thống xét dạng hệ vào/ra nên luật suy diễn modus ponens suy rộng đóng vai trò quan trọng Suy luận xấp xỉ, phép hợp thành phép kéo theo logic mờ định công việc trình tính toán trình rút kết luận I.6 Khâu giải mờ Đây khâu thực trình xác định gía trị rõ chấp nhận làm đầu từ hàm thuộc giá trị mờ đầu Có hai phương pháp giải mờ chính: Phương pháp cực đại phương pháp điểm trọng tâm Tính toán theo phương pháp không phức tạp I.7 ứng dụng ứng dụng điều khiển mờ phải kể đến nhóm Mamdani Assilian năm 1974 Từ phạm vi ứng dụng thực tiễn điều khiển mờ lĩnh vực khác rộng: từ điều khiển lò nung xi măng [Larsen,1980- ứng dụng thực vào sản xuất công nghiệp], quản lý bãi đỗ xe [Sugeno cộng 1984,1985, 1989], điều khiển vận hành hệ thống giao thông ngầm, quản lý nhóm thang máy [Fujitec,1988], điều chỉnh việc hoà clo nhà máy lọc nước, điều khiển hệ thống máy bơm làm nước [Yagishita et al., 1985], điều khiển hệ thống lượng điều khiển phản ứng hạt nhân [Bernard,1988, Kinoshita et al., 1988], máy bay trực thăng [Sugeno, 1990], v.v, thám sát cố đường cao tốc [Hsiao et al., 1993] thiết bị phần cứng mờ [fuzzy hardware devices, Togai Watanabe, 1986, nhóm cộng tác với GS Yamakawa, 1986, 1987,1988 ] Trong số ứng dụng thực thành công thực tiễn phải nhắc tới tới FLC dùng quản lý sân bay [Clymer et al ,1992], hệ thống điều khiển đường sắt hệ thống cần cẩu container [Yasunobu Miyamoto, 1985, Yasunobu et al., 1986, 1987] Một ứng dụng hay S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 11 điều khiển mờ hệ điều khiển the camera tracking control system NASA ,1992 Chúng ta không nhắc tới máy móc gia đinh dùng FLC bán thị trường giới: máy điều hoà nhiệt độ [hãng Mitsubishi], máy giặt [Matsushita, Hitachi, Sanyo], video camera [Sanyo, Matsushita], tivi, camera [hãng Canon], máy hút bụi, lò sấy (microwave oven) [Toshiba] vv Ngay từ 1990, đăng tạp chí AI Expert, Vol.5, T.J Schwartz viết: Tại Nhật có 120 ứng dụng điều khiển mờ Sự phát triển công nghệ mờ Trong trình phát triển Lý thuyết tập mờ công nghệ mờ Nhật phải nhắc tới dự án lớn LIFE (the Laboratory for International Fuzzy Engineering) 1989 -1995 G.S T.Terano (Tokyo Institute of Technology) làm Giám đốc điều hành - theo sáng kiến tài trợ Bộ ngoại thương công nghiệp Nhật Phòng thí nghiệm LIFE thiết kế G.S M Sugeno Chính Giáo sư thuyết phục nhiều công ty công nghiệp hàng đầu Nhật cung cấp tài nhân lực, trở thành thành viên tập thể dự án họ trực tiếp biến sản phẩm phòng thí nghiệm thành sản phẩm hàng hoá Và kết là, theo Datapro, công nghiệp sử dụng công nghệ mờ Nhật bản, năm 1993 có tổng doanh thu khoảng 650 triệu USD, tới năm 1997 ước lượng cỡ 6,1 tỷ USD hàng năm công nghiệp Nhật chi 500 triệu USD cho nghiên cứu phát triển lý thuyết mờ công nghệ mờ Theo Giáo sư T Terano trình phát triển công nghệ mờ chia thành giai đoạn sau: * Giai đoạn 1: Lợi dụng tri thức mức thấp Thực chất: Những ứng dụng công nghiệp chủ yếu biễu diễn tri thức S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 12 định lượng người Ví dụ điển hình: Điều khiển mờ Trong giai đoạn ban đầu nay, chủ yếu cố gắng làm cho máy tính hiểu số từ định lượng người quen dùng ( cao, nóng, ấm, yếu, v.v.) Một lí đơn giản để tới phát triển điều khiển mờ câu hỏi sau: Tại máy móc đơn giản gia đình điều khiển m máy tính lại không điều khiển ? Có thể hầu hết hệ điều khiển mờ mức Thực tế mức ban đầu đưa vào sử dụng nhiều loại máy có sử dụng logic mờ Đó l kiện quan trọng trình phát triển logic mờ, hệ thuộc giai đoạn * Giai đoạn 2: Sử dụng tri thức mức cao Thực chất: Dùng logic mờ để biểu diễn tri thức Ví dụ: - Các hệ chuyên gia mờ - Các ứng dụng công nghiệp: y học, nông nghiệp, quản lý, xã hội học, môi trường Trong giai đoạn cố gắng trang bị cho máy tính tri thức sâu sắc hơn, tri thức định tính mà trước tới chưa thể biễu diễn định lượng, ví dụ hệ chuyên gia mờ, mô hình hoá nhiều toán khó quản lý nhà máy mà trước chưa làm * Giai đoạn 3: Liên lạc - giao tiếp Thực chất: Giao lưu người máy tính thông qua ngôn ngữ tự nhiên Ví dụ: - Các robot thông minh - Các hệ hỗ trợ định dạng đối thoại Giai đoạn 4: Trí tuệ nhân tạo tích hợp Thực chất: Giao lưu tích hợp trí tuệ nhân tạo ,logic mờ, mạng nơron người Ví dụ: - Giao lưu người máy tính S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 13 - Các máy dịch thuật - Các hệ hỗ trợ lao động sáng tạo Giáo sư Terano cho phát triển công nghệ mờ hệ mờ Nhật qua giai đoạn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 Luận văn tốt nghiệp Ch-ơng II Lôgic mờ tập mờ II.1 Kiến thức logic mờ II.1.1 Ôn nhanh logic mệnh đề cổ điển Ta kí hiệu P tập hợp mệnh đề P, P1, Q, Q1, mệnh đề Với mệnh P P, ta gán trị v(P) giá trị chân lý (truth value ) mệnh đề Logic cổ điển đề nghị v(P) =1, P (T-true ), v(P) = 0, P sai (F-false ) Trên P xác định trước tiên phép toán trực quan: Phép tuyển P OR Q, kí hiệu P Q , mệnh đề P Q" Phép hội P AND Q, kí hiệu P Q, mệnh đề "vừa P vừa Q", Phép phủ định NOT P, kí hiệu P, mệnh đề " không P " Dựa vào phép toán logic người ta định nghĩa nhiều phép toán khác, quan trọng phép kéo theo (implication), kí hiệu P Q Sử dụng định nghĩa trên, logic cổ điển, luật suy diễn quan trọng sau giữ vai trò định lập luận truyền thống Đó luật a) Modus ponens: (P(P Q)) Q b) Modus tollens: ((P Q) Q) P c) Syllogism: ((P Q) (Q R )) (P R) d) Contraposition: (P Q) ( Q P) Ta lấy luật modus ponens làm ví dụ Luật giải thích sau: Nếu mệnh đề P định lý "P kéo theo Q " đúng, mệnh đề Q đúng" S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 15 II.1.2 Logic mờ 1973 L.Zadeh đưa vào khái niệm ''biến ngôn ngữ " bước đầu ứng dụng vào suy diễn mờ - phần logic mờ Đây bước khởi đầu quan trọng cho công việc tính toán suy diễn chủ chốt hệ mờ Để tiến hành mô hình hoá hệ thống biểu diễn quy luật vận hành hệ thống này, trước tiên cần tới suy rộng phép toán logic (logic connectives) với mệnh đề có giá trị chân lý v(P) đoạn [0,1] (thay cho quy định v(P) nhận giá trị trước đây) Chúng ta đưa vào phép toán logic mờ qua đường tiên đề hoá Như có lẽ tự nhiên phần hứa hẹn có tính công nghệ Cho mệnh đề P, Q, P1, , giá trị chân lý v(P), v(Q), v(P1), nhận đoạn [0,1] Sau vào phép toán II 1.2.1 Phép phủ định Phủ định (negation) phép toán logic Để suy rộng cần tới toán tử v(NOT P) xác định giá trị chân lý NOT P mệnh đề NOT P Ta xét tới số tiên đề diễn đạt tính chất quen biết dùng logic cổ điển: a) v(NOT P) phụ thuộc vào v(P) b) Nếu v(P) = 1, v(NOT P) = c) Nếu v(P) = 0, v(NOT P) = d) Nếu v(P1) v(P2), v(NOT P1) v(NOT P2) Bây cho dạng toán học toán tử Định nghĩa 1: Hàm n :[ , ] [ , ] không tăng thoả mãn điều kiện S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 16 n ( ) = 1, n( ) = 0, gọi hm phủ định (negation - phép phủ định) Chúng ta xét thêm vài tiên đề khác: a) Nếu v ( P1) < v ( P2) v(NOT P1) > v(NOT P2) b) v(NOT P) phụ thuộc liên tục vào v(P) c) v(NOT(NOT P)) = v(P) Định nghĩa 2: 1) Hàm phủ định n chặt (strict) hàm liên tục giảm chặt 2) Hàm phủ định n mạnh (strong) giảm chặt thoả mãn: n(n(x)) = x với x Ví dụ: - Hàm phủ định chuẩn n ( x ) = 1- x (ví dụ định nghĩa Zadeh) - Hàm phủ định n( x) = - x2 - Phủ định trực cảm (Yage, 1980) n( x) = , x = n (x) = x>0 - Họ phủ định (Sugeno, 1977) N x x với > -1 x II.1.2.2 Một cách định nghĩa phần bù tập mờ Cho không gian nền, tập mờ A tương ứng với hàm thực nhận giá trị đoạn [ , ]: A : [ , ], hàm thuộc (membership function) Người ta dùng kí hiệu hàm thuộc A: [ , ] Chúng ta kí hiệu A= {( a, A ( a ) ): a }, A( a ) = A ( a) , a[ , ] S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 17 độ thuộc (membership degree) phần tử x vào tập mờ A Kí hiệu A ( a) hay dùng tài liệu mờ Song thuận lợi dùng A( a) Định nghĩa 3: Cho n hàm phủ định, phần bù AC tập mờ A tập C mờ với hàm thuộc xác định A ( a) = n ( A( a) ), với a II.1.2.3 Phép hội Phép hội (vẫn quen gọi phép AND - conjunction) phép toán logic Nó sở để định nghĩa phép giao hai tập mờ Chúng ta cần xem xét tiên đề sau: a) v(P1 AND P2) phụ thuộc vào v(P1), v(P2) b) Nếu v(P1) =1, v(P1 AND P2) = v(P2), với mệnh đề P2 c) Giao hoán: v(P1 AND P2) = v(P2 AND P1) d) Nếu v(P1) v(P2) v(P1 AND P3) v(P2 AND P3), với mệnh đề P3 e) Kết hợp: v(P1 AND (P2 AND P3)) = v((P1 AND P2) AND P3) Nếu diễn đạt phép hội mờ (fuzzy conjunction) hàm T :[0,1 ]2 [ , ] cần tới hàm sau: Định nghĩa 4: Hàm T :[ , ]2[ , ] t - chuẩn (chuẩn tam giác hay t - norm) thoả mãn điều kiện sau: a) T(1, x) = x , với x b) T có tính giao hoán, tức T(x, y) = T(y, x), với x,y c) T không giảm theo nghĩa T(x,y ) T(u ,v ), với x u, y v d) T có tính kết hợp: T(x ,T(y,z )) = T(T(x,y) , z) với x,y ,z Từ tiên đề suy T(0 , x) Hơn tiên đề d) đảm bảo tính thác triển cho hàm nhiều biến S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn [...]... Input-Output Vì mục tiêu của bộ điều khiển mờ là tính toán các giá trị của các biến điều khiển từ quan sát và đo lường các biến trạng thái của quá trình được điều khiển sao cho hệ thống vận hành như mong muốn Như vậy việc chọn các biến trạng thái và các biến điều khiển phải đặc trưng cho các phép toán (the operator) của bộ điều khiển mờ và có tác động cơ bản lên sự quá trình thực hiện bộ FLC Kinh nghiệm và... điển hình: Điều khiển mờ Trong giai đoạn ban đầu nay, chủ yếu là cố gắng làm cho máy tính hiểu một số từ định lượng của con người vẫn quen dùng ( như cao, nóng, ấm, yếu, v.v.) Một lí do rất đơn giản để đi tới phát triển điều khiển mờ là câu hỏi sau: Tại sao các máy móc đơn giản trong gia đình ai cũng điều khiển được m máy tính lại không điều khiển được ? Có thể hầu hết các hệ điều khiển mờ là ở mức... quá trình điều khiển thì cần thiết phải mờ hoá S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Luận văn tốt nghiệp Có thể định nghĩa, mờ hoá là một ánh xạ (mapping) từ không gian các giá trị quan sát được (rõ) vào không gian của các từ - tập mờ trên không gian nền của các biến ngôn ngữ input Ví dụ ứng với biến ngôn ngữ tốc độ, ta cho phép mờ hoá bằng ánh xạ - Tốc độ một xe tải... dụng thực tiễn của điều khiển mờ trong các lĩnh vực khác nhau đã hết sức rộng: từ điều khiển lò nung xi măng [Larsen,1980- đây là ứng dụng thực sự đầu tiên vào sản xuất công nghiệp], quản lý các bãi đỗ xe [Sugeno và cộng sự 1984,1985, 1989], điều khiển vận hành hệ thống giao thông ngầm, quản lý nhóm các thang máy [Fujitec,1988], điều chỉnh việc hoà clo trong các nhà máy lọc nước, điều khiển hệ thống máy... 75km/h - Từ đó có: (rất chậm(75), chậm(75), trung bình(75), nhanh(75), rất nhanh(75) ) I.4 Cơ sở các luật mờ Dạng tổng quát của các luật điều khiển mờ là bộ các quy tắc mờ dạng IF THEN, trong đó các điều kiện đầu vào và cả các biến ra ( hệ quả ) sử dụng các biến ngôn ngữ Viết ở dạng tổng quát, cơ sở các luật mờ trong các hệ thống nhiều biến vào (input) và một biến ra (output) ( tức là với các hệ MISO... nghiệp 13 - Các máy dịch thuật - Các hệ hỗ trợ lao động sáng tạo Giáo sư Terano còn cho rằng sự phát triển của công nghệ mờ và các hệ mờ tại Nhật bản đã và sẽ đi qua 4 giai đoạn trên S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 Luận văn tốt nghiệp Ch-ơng II Lôgic mờ và tập mờ cơ bản II.1 Kiến thức cơ bản về logic mờ II.1.1 Ôn nhanh về logic mệnh đề cổ điển Ta sẽ kí hiệu... trong thực tiễn còn phải nhắc tới tới bộ FLC dùng trong quản lý sân bay [Clymer et al ,1992], các hệ thống điều khiển đường sắt và các hệ thống cần cẩu container [Yasunobu và Miyamoto, 1985, Yasunobu et al., 1986, 1987] Một ứng dụng rất hay của S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 11 điều khiển mờ là hệ điều khiển the camera tracking control system... nhà máy lọc nước, điều khiển hệ thống máy bơm làm sạch nước [Yagishita et al., 1985], điều khiển hệ thống năng lượng và điều khiển phản ứng hạt nhân [Bernard,1988, Kinoshita et al., 1988], máy bay trực thăng [Sugeno, 1990], v.v, cho tới thám sát các sự cố trên đường cao tốc [Hsiao et al., 1993] các thiết bị phần cứng mờ [fuzzy hardware devices, Togai và Watanabe, 1986, nhóm cộng tác với GS Yamakawa,... toán cũng như trong quá trình rút ra kết luận I.6 Khâu giải mờ Đây là khâu thực hiện quá trình xác định một gía trị rõ có thể chấp nhận được làm đầu ra từ hàm thuộc của giá trị mờ đầu ra Có hai phương pháp giải mờ chính: Phương pháp cực đại và phương pháp điểm trọng tâm Tính toán theo các phương pháp này không phức tạp I.7 ứng dụng ứng dụng đầu tiên của điều khiển mờ phải kể đến của nhóm Mamdani và Assilian... Trong quá trình phát triển của Lý thuyết tập mờ và công nghệ mờ tại Nhật bản phải nhắc tới dự án lớn LIFE (the Laboratory for International Fuzzy Engineering) 1989 -1995 do G.S T.Terano (Tokyo Institute of Technology) làm Giám đốc điều hành - theo sáng kiến và sự tài trợ chính của Bộ ngoại thương và công nghiệp Nhật bản Phòng thí nghiệm LIFE được thiết kế bởi G.S M Sugeno Chính Giáo sư cũng đã thuyết