Đang tải... (xem toàn văn)
Tiếp cận mờ và tiếp cận đại số gia tử trong điều khiển hệ quạt gió - cánh nhôm.pdf
Đại học Thái Nguyên Khoa Công nghệ thông tin - NguyÔn Ngäc Hoan “TIẾP CẬN MỜ VÀ TIẾP CẬN ĐẠI SỐ GIA TỬ TRONG ĐIỀU KHIỂN HỆ QUẠT GIĨ - CÁNH NHƠM” Ln văn thạc sĩ công nghệ thông tin Thái Nguyên - 2008 Đại học Thái Nguyên Khoa Công nghệ thông tin - NguyÔn Ngäc Hoan Tiếp cận mờ tiếp cận đại số gia tử điều khiển hệ Quạt gió - Cánh nhôm Chuyên ngành: Khoa học máy tính MÃ số: 60.48.01 Luận văn Thạc sĩ công nghệ thông tin NGI HNG dẫn khoa học: TS Vũ NH Lân Thái Nguyên 2008 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: VÀI NÉT CHUNG VỀ LÝ THUYẾT TẬP MỜ VÀ LÝ THUYẾT ĐẠI SỐ GIA TỬ 1.1 Một số khái niệm lý thuyết tập mờ 1.1.1 Định nghĩa tập mờ 1.1.2 Các khái niệm phục vụ tính tốn 10 1.1.2.1 Giá đỡ: 10 1.1.2.2 - Cut : 11 1.1.2.3 Lồi (Convex) 11 1.1.2.4 Chuẩn (normal) 11 1.1.3 Các phép tính tập mờ Zadeh 11 1.1.3.1 Intersection (Giao) 11 1.1.3.2 Union (Hợp) 12 1.1.3.3 Complement (Bù) 12 1.1.4 Biến ngôn ngữ: 12 1.1.5 Biểu diễn hình học tập rõ tập mờ, phép tính tập mờ 14 1.1.6 Mở rộng ba phép tính tập mờ 16 1.1.6.1 Định nghĩa giao mờ 16 1.1.6.2 Định nghĩa hợp mờ 16 1.1.6.3 Định nghĩa Bù mờ (phủ định mờ) 17 1.1.6.4 Tham số hoá hàm T - norm, hàm S - norm hàm Bù mờ C 18 1.1.7 Tích Đề mờ quan hệ mờ 20 1.1.7.1 Tích Đề mờ (phép toán cho phép ghép nhiều tập mờ) 20 1.1.7.2 Quan hệ mờ 21 1.1.7.3 Nguyên lý mở rộng 23 1.1.8 Suy luận mờ (suy luận xấp xỉ) 24 1.1.8.1 Lập luận theo General Modus Ponens (GMP) 24 1.1.8.2 Lập luận theo quan hệ mờ 25 1.2 Một số khái niệm đại số gia tử 25 1.2.1 Đại số gia tử 25 1.2.2 Định lượng đại số gia tử 26 1.2.3 Giải toán lập luận nội suy 28 Luận văn tốt nghiệp -2- Nguyễn Ngọc Hoan Chương 2: ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ ĐIỀU KHIỂN DỰA TRÊN ĐẠI SỐ GIA TỬ 30 2.1 Điều khiển mờ 30 2.1.1 Cấu trúc hệ điều khiển mờ với Fuzzifier Defuzzifier 30 2.1.2 Bộ ý nghĩa hoá - (Mờ hoá) 31 2.1.3 Bộ giải nghĩa (Bộ giải mờ, Bộ làm rõ) 31 2.1.4 Cơ sở luật mờ (Fuzzy Rule Base) 32 2.1.5 Khối suy luận mờ (Fuzz inference engine - FIE) 36 2.2 Điều khiển sử dụng đạt số gia tử .39 Chương 3: XÂY DỰNG HỆ LUẬT SỬ DỤNG SƠ ĐỒ THAM CHIẾU BẢNG 42 3.1 Sơ đồ tham chiếu bảng dùng cho xây dựng hệ luật từ cặp liệu vào – [6] 42 3.2 Ứng dụng điều khiển tiến – lùi xe tải 46 Chƣơng 4: ĐIỀU KHIỂN HỆ QUẠT GIĨ – CÁNH NHƠM SỬ DỤNG SƠ ĐỒ THAM CHIẾU BẢNG 52 4.1 Đối tượng điều khiển (Hệ quạt gió-cánh nhơm) 52 4.2 Xây dựng thuật toán dựa sơ đồ tham chiếu bảng 54 4.3 Điều khiển hệ quạt gió-cánh nhơm .57 4.4 Kết luận 58 Chương 5: ĐIỀU KHIỂN HỆ QUẠT GIĨ – CÁNH NHƠM SỬ DỤNG ĐẠI SỐ GIA TỬ 60 5.1 Thuật toán tạo luật từ quan sát vào-ra .60 5.2 Hệ luật điều khiển quạt gió-cánh nhơm 62 KẾT LUẬN .70 HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Hoan -3- DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT THUẬT NGỮ TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT Aggregation operations Các phép kết tảng Center Average Phương pháp trung bình trọng tâm Center of Gravity Phương pháp trọng tâm Defuzzifier Bộ giải nghĩa (Bộ giải mờ) Fan and Plate Control Apparatus Hệ thống khí động học Quạt gió - Cánh nhơm QGCN Fuzz Inference Engine Bộ suy diễn mờ theo lập luận xấp xỉ FIE Fuzzifier Bộ ý nghĩa hoá ( Bộ Mờ hoá) Fuzziness Tính mờ Fuzziness measure Độ đo tính mờ Fuzzy Rule Base Cơ sở luật mờ FRB Hedge algebrras Đại số gia tử ĐSGT Hedge algebrras – based controller Bộ điều khiển dựa ĐSGT HAC Quantitative Desemantitzation Phép giải ngữ nghĩa định lượng Quantitative Semanticization Ngữ nghĩa hóa định lượng Quantitative Semantics Mapping Phép ánh xạ ngữ nghĩa định lượng Speudo-trapezoid membership function Hàm thuộc kiểu hình thang Table Look - Up Scheme Sơ đồ tham chiếu bảng Triangular membership function Hàm thuộc kiểu hình tam giác Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên VIẾT TẮT http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp -4- Nguyễn Ngọc Hoan DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Một vài phép kết tảng (aggregation operations)với hàm thuộc a, b [0,1] 18 Bảng 1.2: Ma trận quan hệ "x gần y" 22 Bảng 1.3: Bảng chân lý với logic trị 24 Bảng 1.4: Bảng chân lý với logic mờ 24 Bảng 2.1: Bảng chân lý cho luật IF - THEN rõ 34 Bảng 2.2: Bảng chân lý cho luật IF - THEN mờ: 34 Bảng 3.1 Quỹ đạo lý tƣởng (xt, t) góc điều khiển tƣơng ứng to (xo, o) = (1, o) 48 Bảng 3.2 Tạo luật IF- THEN mờ từ cặp liệu vào – bảng 3.1 độ tin cậy luật 51 Bảng 4.1: Số liệu quan sát vào u, y QGCN (14 cặp vào-ra ) 53 Bảng 4.2 Tạo luật từ liệu vào-ra 55 Bảng 4.3: Kết bƣớc bƣớc với 14 luật any such 56 Bảng 4.4: Hệ luật quán cho điều khiển QGCN 57 Bảng 4.5: Bộ điều khiển mờ hệ QGCN theo tiếp cận [6] Bộ điều khiển P 58 Bảng 5.1: Số liệu quan sát vào u, y 64 Bảng 5.2: Các luật tƣơng ứng với ngữ nghĩa quan sát vào-ra 65 Bảng 5.3: Bán kính hấp dẫn ngữ nghĩa sở 66 Bảng 5.4: Hệ luật điều khiển hệ QGCN 67 Bảng 5.5 Kết điều khiển hệ QGCN 69 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp -5- Nguyễn Ngọc Hoan DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Biểu diễn hàm thuộc 10 Hình 1.2 Biểu diễn giá đỡ 10 Hình 1.3 Biểu diễn - cut 11 Hình 1.4 Biểu diễn biến ngơn ngữ 13 Hình 1.5 Biểu diễn tập rõ tập mờ theo x 14 Hình 1.6 Biểu diễn phép tính tập mờ 15 Hình 1.7 Phạm vi phép kết tảng theo tham số 20 Hình 1.8 Ví dụ quan hệ rõ quan hệ mờ 21 Hình 1.9a Tích đề rõ 22 Hình 1.9b Tích Đề mờ 22 Hình 1.10 Ánh xạ định lƣợng từ miền ngôn ngữ sang đƣờng thẳng 27 Hình 2.1 Cấu trúc hệ điều khiển mờ 30 Hình 2.2 Hàm thuộc dạng phổ biến 31 Hình 2.3 Hàm thuộc vd Mơ hình B 37 Hình 2.4 Mơ hình B xử lý với giá trị đầu vào e0 e 38 Hình 2.5 Bộ điều khiển dựa đại số gia tử 40 Hình 3.1 Phân hoạch cho trƣờng hợp điều khiển đầu vào, đầu 42 Hình 3.2 Cơ sở luật mờ quán cho toán điều khiển lùi xe tải 44 Hình 3.3 Mơ hình xe tải thùng chở hàng 45 Hình 3.4 Hàm thuộc sử dụng toán lùi xe tải 47 Hình 3.5 Cơ sở luật mờ quán cho toán điều khiển lùi xe tải 48 Hình 4.1: Hệ thống khí động học Quạt gió – Cánh nhơm 51 Hình 4.2 : Phân hoạch mờ đầu vào u QGCN 53 Hình 4.3 : Phân hoạch mờ đầu y QGCN 53 Hình 5.1 Phân hoạch ngữ nghĩa biến vào x0ir với j=1,2,…Nir 59 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp -6- Nguyễn Ngọc Hoan Hình 5.2 Phân hoạch ngữ nghĩa biến y0r với k=1,2,…Mr 59 Hình 5.3 Phân hoạch ngữ nghĩa biến vào u hệ QGCN 63 Hình 5.4 Phân hoạch ngữ nghĩa biến y hệ QGCN 64 Hình 5.5 Đƣờng tuyến tính đoạn ngữ nghĩa định lƣợng hệ QGCN 66 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp -7- Nguyễn Ngọc Hoan LỜI NÓI ĐẦU Lĩnh vực điều khiển mà lĩnh vực có nhiều ứng dụng cơng nghiệp đời sống Chính ngành kỹ thuật nhiều quan tâm Đặc biệt từ năm đầu thập kỷ 90 kỷ 20 xuất xu hướng nghiên cứu phương pháp điều khiển thông minh để điều khiển hệ thống mà ta khơng thể có đầy đủ thông tin thông tin mà xác nhận thấy quan hệ chúng với mô tả ngôn ngữ Đây điều khác hoàn toàn với kỹ thuật điều khiển kinh điển phải dựa vào xác tuyệt đối mơ hình động học Đó phương pháp điều khiển thơng minh dựa Logic tập mờ Phương pháp điều khiển mô phương thức xử lý thông tin người, giải thành công tốn điều khiển phức tạp mà trước khơng giải Tuy nhiên phương pháp điều khiển mờ bộc lộ số nhược điểm định Vào 1990 PGS TSKH Nguyễn Cát Hồ đưa lý thuyết cho phép thao tác trực tiếp ngôn ngữ tự nhiên, xử lý tốt suy luận định tính dạng đại số gia tử (ĐSGT) Trong số nghiên cứu cho thấy khả sử dụng công cụ đại số gia tử nhiều lĩnh vực khác số có cơng nghệ điều khiển sở tri thức chuyên gia Đã có nghiên cứu nước giới số trường hợp cụ thể phương pháp điều khiển sử dụng công cụ đại số gia tử cho kết tốt phương pháp điều khiển mờ truyền thống Chính cần có nghiên cứu nhiều hai phương pháp điều khiển Phạm vi nghiên cứu đề tài so sánh cách tiếp cận điều khiển mờ sử dụng sơ đồ tham chiếu bảng (Table Look- Up Scheme) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Hoan -8- Li Xin Wang đề xuất [6] tiếp cận đại số gia tử cho hệ khí động học mà cụ thể Hệ quạt gió cánh nhơm Do tên đề tài chọn : “ Tiếp cận mờ tiếp cận đại số gia tử điều khiển hệ Quạt gió Cánh nhơm” Nội dung luận văn bố cục sau: Chương 1: Vài nét chung lý thuyết tập mờ lý thuyết đại số gia tử Chương 2: Điều khiển mờ điều khiển dựa đại số gia tử Chương 3: Xây dựng hệ luật sử dụng sơ đồ tham chiếu bảng Chương 4: Điều khiển hệ quạt gió – cánh nhơm sử dụng sơ đồ tham chiếu bảng Chương 5: Điều khiển hệ quạt gió – cánh nhôm sử dụng đại số gia tử Lĩnh vực điều khiển mờ điều khiển dựa Đại số gia tử lĩnh vực phức tạp mặt khác trình độ thời gian có hạn nên luận văn em khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong đóng góp ý kiến thày, để luận văn em hoàn thiện tạo tiền đề cho bước nghiên cứu Cuối em xin chân thành cảm ơn thày Vũ Như Lân thày, cô Viện Công nghệ thông tin trang bị cho em kiến thức cần thiết để hoàn thành luận văn q trình cơng tác sau Thái ngun, ngày 10 tháng 11 năm 2008 Học viên Nguyễn Ngọc Hoan Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Hoan - 58 - Kết hợp luật luật trình khử mờ nhận đầu điều khiển rõ chu kỳ điều khiển 1: u(1) = ( VS(u) 100 + S( u).887 ) / ( VS( u) + S( u) ) = 264 Thay giá trị y(1), u(1) vào mơ hình hệ QGCN (3.1) nhận kết quả: y(2) = 104 Q trình tính tốn lặp lại cho chu kỳ điều khiển 2,3,…cho đến đạt giá trị góc nghiêng mong muốn y* = 950 với sai số nhỏ sai số cho phép f = 3% y* = 28.5 Bộ điều khiển mờ dạng điều khiển P biểu diễn bảng 4.4 với số giá trị ban đầu y(1) khác Kết cho thấy điều khiển theo tiếp cận tốt điều khiển P Bảng 4.5: Bộ điều khiển mờ hệ QGCN theo tiếp cận [6] Bộ điều khiển P y(1) yf f = |y*-yf | yp p = |y*-yp | 100 930 20 927 23 200 925 25 920 30 250 940 10 965 15 350 954 945 450 940 10 920 30 500 967 17 923 27 4.4 Kết luận Thiết kế hệ mờ từ liệu vào-ra lần L.X Wang xây dựng năm 1997 [6] sau trở thành hướng nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghệ Đây phương pháp tiện dụng ứng dụng cho nhiều tốn khác dự báo, mơ hình hóa, phân tích liệu điều khiển Quá trình điều khiển hệ QGCN [5] cho thấy rằng: phương pháp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp - 59 - Nguyễn Ngọc Hoan xây dựng điều khiển thông minh hẳn điều khiển P thông thường tiện lợi điều khiển mờ truyền thống Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Hoan - 60 Chƣơng ĐIỀU KHIỂN HỆ QUẠT GIĨ – CÁNH NHƠM SỬ DỤNG ĐẠI SỐ GIA TỬ 5.1 Thuật toán tạo luật từ quan sát vào-ra Cho L cặp vào-ra ( n đầu vào- đầu ) ( X0r , y0r ) , r = 1,2, …L (5.1) Trong X0r = [ x01r , x02r ,…x0nr ] (5.2) với x0iminr x0ir x0imaxr y0minr y0r y0maxr ; i=1,2, n (5.3) Bƣớc 1: Chọn ĐSGT với tham số ngữ nghĩa định lượng sở cho biến vào, cặp vào-ra r, từ xác định phân hoạch ngữ nghĩa định lượng biến vào biến với Nir điểm ngữ nghĩa định lượng sở jisr biến vào x0ir Mr điểm ngữ nghĩa định lượng sở ksr biến y0r | | | x0iminsr = 1isr … jisr x0isr | (j+1)isr | Nirsr = x0imaxsr … | x0imin r | | x0ir x0imaxsr Hình 5.1 Phân hoạch ngữ nghĩa biến vào x0ir với j=1,2,…Nir | | r r y0mins = 1s … ksr | y0min r | | r y0s (k+1)sr | … y0r Mrsr = y0maxsr | 1 | y0max r Hình 5.2 Phân hoạch ngữ nghĩa biến y0r với k=1,2,…Mr Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp - 61 - Nguyễn Ngọc Hoan Ở đây, x0sr y0sr ngữ nghĩa quan sát đầu vào đầu tương ứng, jisr (j+1)isr; ksr (k+1)sr ngữ nghĩa định lượng sở tạo nên đoạn phân hoạch ngữ nghĩa biến vào biến tương ứng tính dựa ĐSGT Bƣớc 2: Xác định luật từ cặp vào-ra (2.1) Từ ngữ nghĩa quan sát x0isr [ jisr , (j+1)isr ] y0sr [ ksr , (k+1)sr ] xác định khoảng cách sau: djisr = x0isr - jisr : (5.4) khoảng cách tuyệt đối ngữ nghĩa quan sát biến vào điểm đầu đoạn phân hoạch ngữ nghĩa chứa ngữ nghĩa quan sát biến vào dksr = y0sr - ksr : (5.5) khoảng cách tuyệt đối ngữ nghĩa quan sát biến điểm đầu đoạn phân hoạch ngữ nghĩa chứa ngữ nghĩa quan sát biến d(j+1)isr = (j+1)isr - x0isr : (5.6) khoảng cách tuyệt đối điểm cuối đoạn phân hoạch ngữ nghĩa chứa ngữ nghĩa quan sát biến vào ngữ nghĩa quan sát biến vào d(k+1)sr = (k+1)sr - y0sr : (5.7) khoảng cách tuyệt đối điểm cuối đoạn phân hoạch ngữ nghĩa chứa ngữ nghĩa quan sát biến ngữ nghĩa quan sát biến Luật tạo từ quan sát vào-ra sau: IF x01r is min(dj1sr , d(j+1)1sr ) AND…AND x0nr is min(d jnsr ,d (j+1)nsr ) THEN y0r is min(dksr , d(k+1)sr ) (5.8) Bƣớc 3: Loại bỏ luật không quán Do số lượng quan sát vào-ra thường lớn, số luật tạo lớn Trong có khơng luật mâu thuẫn với nhau, có nghĩa luật có phần IF khác phần THEN Hệ luật chứa luật khơng đảm bảo tính qn Để xây dựng hệ luật quán, cần Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Hoan - 62 - tạo tham số đánh giá xác mức độ gần ngữ nghĩa quan sát với ngữ nghĩa định lượng sở cho luật Tham số gọi bán kính hấp dẫn ( ký hiệu G0r ) đo khoảng cách ngữ nghĩa định lượng sở ngữ nghĩa quan sát đoạn phân hoạch ngữ nghĩa chứa ngữ nghĩa quan sát Trong số luật không quán, luật có bán kính hấp dẫn nhỏ (G 0r nhỏ ) chọn Bán kính hấp dẫn luật xác định sau: G0r = [j=1Nir min(djisr, d(j+1)isr)].min(dksr, d(k+1)sr) (5.9) Hệ luật bao gồm luật từ nhóm qn (khơng mâu thuẫn) từ nhóm khơng quán có mức hấp dẫn nhỏ 5.2 Hệ luật điều khiển quạt gió-cánh nhơm Phương trình trạng thái hệ QGCN xây dựng [5] có dạng sau: y(k+1)=0.9159 y(k)+0.0463 u(k) (5.10) Đây hệ đầu vào-một đầu ra, đó: y(k) góc nghiêng cánh nhôm thời điểm k (biến ĐTĐK)) u(k) tốc độ quay quạt gió thời điểm k (biến vào ĐTĐK) Bộ điều khiển dựa ĐSGT ( Hedge algebrras – based controller: HAC ) cụ thể tốn hình thành sở hiểu biết chuyên gia trình điều khiển hệ thống QGCN xác định từ tác động điều khiển đo phản ứng tương ứng hệ thống Như xem HAC bắt chước cách điều khiển chuyên gia điều khiển hệ QGCN kết thu tối ưu Dựa vào thuật tốn đề xuất đây, q trình xác định hệ luật điều khiển mơ tả định tính quan sát vào thực sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp - 63 - Nguyễn Ngọc Hoan Bƣớc 1: Chọn tham số ĐSGT: C = { 0, Small, , Large, 1}; H - = { Little} = {h-1} ; q = H+ = {Very} = { h1} ; p = 1; = 0.5 ; = = 0.5 (Very) = 0.5 = (h1) ; (Little) = 0.5 = (h-1) ; Như : fm(Small) = = 0.5; fm(Large) = 1-fm(Small) = 1-0.5 = 0.5 Tính tốn giá trị ngữ nghĩa định lượng sở chung cho biến vào u biến y hệ QGCN: 1/ (Small) = - fm(Small) = 0.25 2/ (Very Small) = (Small) + Sign(Very Small) * { fm(h i Small) 0.5 fm(h1 Small)} 0.125 i 1 4/ (Large) = + fm(Large) = 0.75 5/ (Very Large) = (Large) + Sign(Very Large)* { fm(hi L arg e ) 0.5 fm( h1L arg e ) } 0.875 i 1 Dữ liệu quan sát tình vào-ra hệ QGCN gồm 14 cặp đo trực tiếp hệ QGCN trình bày Bảng 5.1: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Hoan - 64 - Bảng 5.1: Số liệu quan sát vào u, y STT y u ymin = 47.3 umin = 100.0 85.5 250.0 170.8 500.0 232.6 750.0 367.6 1000.0 421.5 1250.0 500.8 1500.0 575.6 1750.0 694.5 2000.0 10 746.0 2250.0 11 802.7 2500.0 12 881.6 2750.0 13 955.5 3000.0 14 ymax = 1042.9 umax = 3250.0 Xây dựng phân hoạch ngữ nghĩa định lượng tương ứng với khoảng xác định biến vào u (Hình 5.3) biến y (Hình 5.4) hệ QGCN sau: | umin =100 | 887.5 | 1675 | 2462.5 | 3250=umax | | | | | usmin =0.125 0.25 0.5 0.75 0.875=u smax Very Small Small Medium Large Very Large Hình 5.3 Phân hoạch ngữ nghĩa biến vào u hệ QGCN Phép ngữ nghĩa định lượng ( Quantitative Semantization ) biến vào u có dạng: us = 0.000238 u + 0.101 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (5.12) http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Hoan - 65 - | ymin =47.3 | 296.2 | 545.1 | 794 | ysmin =0.125 Very Small | 0.25 Small | 0.5 Medium | 0.75 Large | 1042.9=ymax | 0.875=y smax Very Large Hình 5.4 Phân hoạch ngữ nghĩa biến y hệ QGCN Phép ngữ nghĩa định lượng ( Quantitative Semantization ) biến y có dạng: ys = 0.000753 y + 0.089 (5.13) Bƣớc 2: Luật xác định từ ngữ nghĩa quan sát vào- Bảng 5.2 Bảng 5.2: Các luật tƣơng ứng với ngữ nghĩa quan sát vào-ra: STT us Luật us gần ngữ ys nghĩa sở ys gần ngữ nghĩa sở usmin = 0.125 Very Small ysmin = 0.125 Very Small 0.160 Very Small 0.153 Very Small 0.220 Small 0.218 Very Small 0.280 Small 0.264 Small 0.339 Small 0.366 Small 0.399 Small 0.406 Medium 0.458 Medium 0.466 Medium 0.517 Medium 0.522 Medium 0.577 Medium 0.612 Large 10 0.636 Large 0.651 Large 11 0.696 Large 0.693 Large 12 0.756 Large 0.753 Large 13 0.815 Very Large 0.838 Very Large 14 usmax = 0.875 Very Large ysmax = 0.875 Very Large Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Hoan - 66 - Bƣớc 3: Loại bỏ luật khơng qn sở tính toán mức hấp dẫn ngữ nghĩa sở (Bảng 5.3) Bảng 5.3: Bán kính hấp dẫn ngữ nghĩa sở STT u Luật us gần ngữ nghĩa sở ys gần ngữ Bán kính nghĩa sở y hấp dẫn G0r umin = 100.0 Very Small ymin = 47.3 Very Small 0.0 250.0 Very Small 85.5 Very Small 0.000098 500.0 Small 170.8 Very Small 0.0028 750.0 Small 232.6 Small 0.000042 1000.0 Small 367.6 Small 0.0103 1250.0 Small 421.5 Medium 0.014 1500.0 Medium 500.8 Medium 0.0015 1750.0 Medium 575.6 Medium 0.0000374 2000.0 Medium 694.5 Large 0.0106 10 2250.0 Large 746.0 Large 0.0113 11 2500.0 Large 802.7 Large 0.0031 12 2750.0 Large 881.6 Large 0.0000168 13 3000.0 Very Large 955.5 Very Large 0.0022 14 umax = 3250.0 Very Large ymax = 1042.9 Very Large 0.0 Bảng 5.3 chứa: - Các nhóm luật quán bao gồm luật 1,2; luật 10,11,12 luật 13,14 - Các nhóm luật không quán bao gồm luật 3,4,5,6 luật 7,8,9 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Hoan - 67 - Trong nhóm luật khơng qn, luật sau có mức hấp dấn G0r nhỏ nhất: luật nhóm luật 3,4,5,6; luật nhóm luật 7,8,9 Như hệ luật tương ứng với quan sát vào hệ QGCN bao gồm luật, thể bảng 5.4 Bảng 5.4: Hệ luật điều khiển hệ QGCN y Small Medium Large Very Large 0.125 0.25 0.5 0.75 0.875 Very Small Small Medium Large Very Large 0.125 u Very Small 0.25 0.5 0.75 0.875 Sử dụng kết thu cho trình điều khiển hệ QGCN sau: Trước hết xây dựng đường cong tuyến tính đoạn ngữ nghĩa định lượng dựa theo Bảng 5.4 ( hình 5.6 ) us 0.875 0.75 0.5 0.25 0.125 - ! 0.125 ! 0.25 ! ! 0.5 ! ! 0.75 ! 0.875 ys Hình 5.5 Đƣờng tuyến tính đoạn ngữ nghĩa định lƣợng hệ QGCN Phép ánh xạ ngữ nghĩa định lượng( Quantitative Semantics Mapping ) có dạng tuyến tính: us = ys Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (5.14) http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp - 68 - Nguyễn Ngọc Hoan Phép giải ngữ nghĩa định lượng Quantitative Desemantitzation suy từ (5.12) có dạng: u = 4201.7 us - 424.37 (5.15) Giả sử điều khiển sử dụng ĐSGT phải điều khiển cho cánh nhôm đạt đến góc nghiêng mong muốn y* = 950 với giá trị ban đầu y(1) = 100 Chu kỳ điều khiển 1: Quantitative Semanticization: ( Ngữ nghĩa hóa định lƣợng ) Trên sở (3.3) ngữ nghĩa hóa định lượng với y(1) = 100 nhận ys(1) = 0.1643 Quantitative Semantics mapping: ( Ánh xạ ngữ nghĩa định lƣợng ) Theo (3.4) nhận us(1) = 0.1643 Quantitative Desemantization: ( Giải ngữ nghĩa định lƣợng ) Giải ngữ nghĩa từ (3.5) nhận giá trị đầu điều khiển sử dụng ĐSGT chu kỳ là: u(1) = 266 Thay giá trị y(1), u(1) vào mô hình hệ QGCN (3.1) nhận kết quả: y(2) = 104 Q trình tính tốn lặp lại cho chu kỳ điều khiển 2,3,…cho đến đạt giá trị góc nghiêng mong muốn y* = 950 với sai số nhỏ sai số cho phép = 30 Kết cuối biểu diễn bảng 5.5 với số giá trị ban đầu y(1) khác Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Hoan - 69 - Bảng 5.5 Kết điều khiển hệ QGCN dựa ĐSGT y(1) y = y*-y 100 930 20 200 925 25 250 940 10 350 954 450 940 10 500 967 17 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp - 70 - Nguyễn Ngọc Hoan KẾT LUẬN Luận văn đề xuất phương pháp tạo luật từ quan sát vào-ra sở ĐSGT Đây phương pháp ứng dụng cho nhiều tốn khác nhau, có toán điều khiển Qua minh họa cụ thể vấn đề điều khiển hệ QGCN thấy rằng: phương pháp cho kết xác, tương đương với phương pháp lƣợc đồ tham chiếu bảng [6] loại bỏ luật thừa, không quán hệ luật chọn Ta thấy kết thu phương pháp giống cách ngạc nhiên Sự giống bắt nguồn từ lý sau: Tuy phương pháp khác cách phân hoạch tập mờ phương pháp sử dụng lược đồ tham chiếu bảng phân hoạch ngữ nghĩa phương pháp sử dụng ĐSGT tuyến tính Việc xây dựng luật từ liệu vào phương pháp có tương đồng, ( chọn giá trị hàm thuộc lớn Ai j* , Bl* khoảng cách tuyệt đối nhỏ dj1sr , d(j+1)1sr ) Việc chọn luật có độ tin cậy lớn chọn luật có bán kính hấp dẫn nhỏ đươc đến kết Do phương pháp điều khiển sử dụng lƣợc đồ tham chiếu bảng sử dụng Đại số gia tử có kết Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp - 71 - Nguyễn Ngọc Hoan HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Do hạn chế thời gian luận văn chưa thể nghiên cứu, giải hết vấn đề để phát triển phương pháp điều khiển dựa đại số gia tử Hướng nghiên cứu đề tài tập trung vào: Mở rộng khái niệm bán kính hấp dẫn đại số gia tử cho toán điều khiển với dạng hàm thuộc tam giác Phát triển tiếp cận đại số gia tử cho tốn điều khiển có mức độ phức tạp lớn ( Tính phi tuyến cao, bất định lớn có nhiều mối tương quan phần tử đối tượng điều khiển) Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết Đại số gia tử vào điều khiển hệ thống cơng nghiệp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp - 72 - Nguyễn Ngọc Hoan TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bùi Cơng Cường, Nguyễn Dỗn Phước (2001), Hệ mờ, mạng nơron ứng dụng, NXB KHKT, Hà Nội Vũ Như Lân (2006), Điều khiển sử dụng logic mờ, mạng nơron đại số gia tử, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2006), Lý thuyết điều khiển mờ, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh N C Ho, W Wechler, “Hedge algebra: An algebraic approach to structures of sets of linguistic truth values”, Fuzzy sets and systems 35, 1990, 281-293 KentRidge Instruments Pte Ltd (1996), Teaching with the KRi Fan and Plate Control Apparatus Model 200 L.X Wang (1997), A Course in Fuzzy Systems and Control, Prentice-Hall International, pp 153-161 L.X Wang (1999), “Automatic Design of fuzzy controllers”, Automatica, vol.35, 1471-1475 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... Wang đề xuất [6] tiếp cận đại số gia tử cho hệ khí động học mà cụ thể Hệ quạt gió cánh nhơm Do tên đề tài chọn : “ Tiếp cận mờ tiếp cận đại số gia tử điều khiển hệ Quạt gió Cánh nhôm” Nội dung... khiển hệ quạt gió – cánh nhơm sử dụng sơ đồ tham chiếu bảng Chương 5: Điều khiển hệ quạt gió – cánh nhôm sử dụng đại số gia tử Lĩnh vực điều khiển mờ điều khiển dựa Đại số gia tử lĩnh vực phức... 1: Vài nét chung lý thuyết tập mờ lý thuyết đại số gia tử Chương 2: Điều khiển mờ điều khiển dựa đại số gia tử Chương 3: Xây dựng hệ luật sử dụng sơ đồ tham chiếu bảng Chương 4: Điều khiển hệ quạt![Bảng 1.1: Một vài phộp kết tảng (aggregation operations) với cỏc hàm thuộc a, b [0,1] - Tiếp cận mờ và tiếp cận đại số gia tử trong điều khiển hệ quạt gió - cánh nhôm.pdf](https://media.store123doc.com/figures/001/277/bang-mot-phop-ket-tang-aggregation-operations-thuoc-1277768.png)
