DATN ỨNG DỤNG LOGIC mờ điều KHIỂN NHIỆT độ CHO lò nấu THÉP cảm ỨNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC DUY TÂN

ĐẶNG HỒNG THUẬN – 1388

ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN
NHIỆT ĐỘ CHO LÒ NẤU THÉP CẢM ỨNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn: ThS. VÕ TUẤN

Đà Nẵng, 12/2021


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỞ ĐẦU................................................................................................................1
Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ LÒ NẤU THÉP CẢM ỨNG.............................3
1.1. Tổng quan về lò nấu thép cảm ứng..............................................................3
1.1.1. Giới thiệu chung về lò cảm ứng..................................................................3
1.1.2. Các bộ nguồn tần số cao.............................................................................4
1.1.3. Phạm vi ứng dụng của thiết bị gia nhiệt tần số..........................................4
1.1.4. Phân loại các thiết bị gia nhiệt tần số.........................................................4
1.2. Cấu trúc lò nấu thép cảm ứng......................................................................5
Chương 2 – LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ...................................................7
2.1. Tổng quan lý thuyết điều khiển mờ..............................................................7
2.2. Nguyên lý làm việc.........................................................................................8

2.3. Lý thuyết tập mờ trong điều khiển...............................................................9
2.3.1. Định nghĩa tập mờ......................................................................................9
2.3.2. Phép suy diễn mờ.......................................................................................11
2.3.2.1. Xác định giá trị của mệnh đề hợp thành............................................11
2.3.2.2. Phép tính suy diễn mờ........................................................................13
2.3.3. Phép hợp mờ..............................................................................................14
2.3.3.1. Xác đinh giá trị của luật hợp thành...................................................14
2.3.3.2. Phép tính hợp các tập mờ...................................................................15
2.3.4. Giải mờ......................................................................................................16
2.3.4.1. Phương pháp điểm cực đại.................................................................16


2.3.4.2. Phương pháp điểm trọng tâm.............................................................17
2.4. Tổng hợp bộ điều khiển mờ........................................................................19
2.4.1. Cấu trúc bộ điều khiển mờ........................................................................19
2.4.2. Nguyên lý của bộ điều khiển mờ...............................................................20
2.4.3. Các bước thực hiện khi xây dựng bộ điều khiển mờ................................22
Chương 3: - ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ THÉP
CẢM ỨNG..........................................................................................................23
3.1. Cấu trúc điều khiển cho hệ thống...............................................................23
3.2. Tính tốn bộ điều khiển mờ........................................................................24
3.2.1. Hàm truyền đạt của bộ nghịch lưu...........................................................24
3.2.2. Hàm truyền đạt của lò cảm ứng................................................................24
3.3. Xây dựng bộ điều khiển mờ........................................................................24
3.4. Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink..................................................28
KẾT LUẬN.........................................................................................................30
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................31


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu hình

Tên hình vẽ

vẽ

Trang

1.1

Cấu tạo chung của lò nấu thép cảm ứng

4

1.2

Cấu trúc lò nấu thép cảm ứng

5

2.1

9

2.2

Điều khiển mực nước
Khái niệm tập mờ

10

2.3

Các giá trị mờ của biến vào

11

2.4

Cá giá trị mờ của biến ra

11

2.5

Giải mờ bằng phương pháp cực đại

17

2.6

Giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm

18

2.7

Tập mờ có hàm thuộc hình thang

20

2.8

Bộ điều khiển mờ cơ bản

21

2.9

Hệ kín phản hồi âm với sự tham gia của bộ điều
khiển mờ

22

3.1

Sơ đồ điều khiển mờ lò nấu thép cảm ứng

24

3.2

Cấu trúc bộ điều khiển mờ

26


3.3

Mờ hóa biến ngơn ngữ E

26

3.4

Mờ hóa biến ngơn ngữ DE

27

3.5

27

3.6

Mờ hóa biến ngơn ngữ U
Quan hệ giữa U theo E và DE

3.7

Sơ đồ tỏng quát của hệ thống

29

3.8

Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink

30

29

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tơi. Các số liệu,
kết quả nêu trong khóa luận là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và được trích dẫn
đầy đủ theo đúng quy định.


Sinh viên thực hiện
Đặng Hồng Thuận


LỜI CẢM ƠN
Quá trình làm đồ án tốt nghiệp là giai đoạn quan trọng nhất trong quãng đời
của mỗi sinh viên. Đồ án tốt nghiệp là tiền đề để trang bị cho chúng em những kỹ
năng nghiên cứu, những kiến thức quý báu cho quá trình lập nghiệp sau này.
Trước hết em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Điện – Điện Tử của
trường Đại Học Duy Tân, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Điện tự động đã tận
tình chỉ dạy và trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian
ngồi trên giảng đường, làm nền tảng cho việc thực hiện đồ án tốt nghiệp này đã
truyền đạt những kiến thức về chuyên môn và giúp chúng em định hướng theo sự
hiểu biết và khả năng của mình để em thực hiện tốt đề tài “Ứng dụng logic mờ
điều khiển nhiệt độ cho lò nấu thép cảm ứng”.
Xin trân trọng cảm ơn Võ Tuấn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, định hướng
tư duy và cách làm việc khoa học có hiệu quả cho chúng em. Đây là những lời góp
ý hết sức q báu khơng chỉ trong suốt q trình thực hiện làm đồ án tốt nghiệp, mà
cịn là hành trang để chúng em tiếp bước trong quá trình học tập và làm việc sắp tới.
Sau cùng là gửi lời cảm ơn tới các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá
trình thực hiện làm đồ án này.

1

MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu đề tài.
Với mục tiêu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và đưa Việt Nam trở
thành nước công nghiệp. Sự phát triển công nghiệp hiện nay của nước ta, nhiều nhà
máy xí nghiệp được hình thành khắp nơi, các lị cơng nghiệp ngày càng được sử
nhiều ở các khu cơng nghiệp như: lị cảm ứng, lị điện trở, …Điều khiển mờ hiện
đang có vai trị quan trọng trong các hệ thống điều khiển hiện đại, vì nó đảm bảo
tính khả thi của hệ thống rất cao, đồng thời lại thực hiện tốt các chỉ tiêu kỹ thuật của
hệ như độ tác động nhanh. Điều khiển mờ có thế mạnh trong các hệ thống như: Hệ
thống điều khiển phi tuyến, hệ thống điều khiển mà các thông tin đầu vào hoặc đầu
ra không đủ hoặc không chính xác. Hệ thống điều khiển khó xác định được mơ hình
hoặc khơng xác định được mơ hình đối tượng.
Như vậy việc nghiên cứu điều khiển lò nấu thép cảm ứng dùng bộ điều khiển
mờ là vấn đề cần thiết để nâng cao hiệu quả điều khiển cho lò cảm ứng.
Nắm bắt được vấn đề này, tôi đã quyết định chọn đề tài: “Ứng dụng logic mờ
điều khiển nhiệt độ cho lị nấu thép cảm ứng”.
2. Mục đích nghiên cứu:
Đề tài nghiên cứu ứng dụng logic mờ điều khiển nhiệt độ lò nấu thép cảm
ứng, nhầm nâng cao chất lượng điều khiển cho lò nấu thép cảm ứng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
 Đối tượng nghiên cứu:
- Lý thuyết lò cảm ứng.
- Lý thuyết điều khiển mờ.
- Phần mềm Matlab/Simulink.
 Phạm vi nghiên cứu:
- Điều khiển bộ nghịch lưu cho lò nấu thép cảm ứng, ứng dụng hệ mờ.
- Mơ phỏng q trình điều khiển.

4. Phương pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô phỏng kiểm chứng trên phần mềm
Matlab/Simulink.
5. Cấu trúc đồ án.
Đồ án được trình bày theo cấu trúc như sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về lò nấu thép cảm ứng.
Chương 2: Lý thuyết điều khiển mờ.
Chương 3: Ứng dụng logic mờ điều khiển nhiệt độ lò nấu thép cảm ứng.
Kết luận


2

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ LÒ NẤU THÉP CẢM ỨNG
1.1. Tổng quan về lò nấu thép cảm ứng.
1.1.1. Giới thiệu chung về lò cảm ứng.
Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, khi
đưa một khối kim loại vào trong một từ trường biến thiên, trong khối kim loại xuất
hiện dòng điện xốy, nhiệt năng do dịng điện xốy đốt nóng khối kim loại.
Nhiệt năng truyền vào khối kim loại phụ thuộc vào các yếu tố sau:
-

Điện trở suất ρ và hệ số từ thẩm μ của kim loại.

-

Trị số dòng điện của nguồn cấp. Nếu tăng trị số dòng điện lên hai lần thì

-

nhiệt năng tăng lên bốn lần.
Tần số dịng điện của nguồn cấp. Nếu tăng tần số lên bốn lần thì nhiệt năng
sẽ tăng lên hai lần.
Từ đó ta nhận thấy rằng: tăng dòng điện của nguồn cấp hiệu quả hơn tần số

của nguồn cấp nhưng thực tế trị số dịng khơng thể tăng lên được q lớn vì lý do
cách điện, trị số dịng lớn làm nóng chảy vòng cảm ứng (mặc dầu đã được làm mát
bằng dòng nước liên tục) cho nên thực tế người ta tăng tần số của nguồn cấp.
Cấu tạo chung của lò nấu thép cảm ứng được thể hiện ở hình 1.1. Các bộ
phận chính của các loại lị cảm ứng là giống nhau bao gồm:
-

Tủ điện, là bộ phận rất quan trong của lị, dùng để cung cấp nguồn điện cho
q trình nấu luyện thép.

-

Bộ phận cơ điện quay nghiêng lò.

-

Khung lò có tác dụng cố định các vịng cảm ứng với nồi lò, khung lò được
làm bằng vật liệu kim loại hồn tồn khơng có tính nhiễm từ.

-

Cuộn cảm ứng, cuộn cảm ứng được làm bằng ống đồng quấn nhiều vịng
hình xoắn ốc.

-

Nồi lò chứa vật liệu kim loại

-

Hệ thống nước làm nguội, bên trong lị ln có nước làm nguội trong q
trình chạy lị.


3

Hình 1.1. Cấu tạo chung của lị nấu thép cảm ứng
1.1.2. Các bộ nguồn tần số cao.
Các bộ nguồn tần số cao có thể tạo ra bằng các phương pháp sau:
-

Dùng máy phát điện đặc biệt tần số cao do kết cấu cơ khí nên tần số của máy
phát khơng vượt quá 2000Hz.

-

Bộ biến tần dùng thyristor do công chế tạo linh kiện bán dẫn chưa chế tạo
được loại thyristor tần số cao nên tần số chỉ giới hạn tới 2000Hz.

-

Bộ biến tần dùng đèn điện từ, tần số cao tới 400kHz bằng cách dùng đèn
điện từ ba cực nhưng hiệu suất của bộ nguồn không cao, tuổi thọ của đèn
thấp

1.1.3. Phạm vi ứng dụng của thiết bị gia nhiệt tần số.
-

Nấu chảy kim loại trong mơi trường khơng khí (lị kiểu hở) trong mơi trường
chân khơng hoặc khí trơ (lị kiểu kín)

-

Thực hiện các ngun cơng nhiệt luyện như tôi, ram, đặc biệt ứng dụng để
tôi bề mặt các chi tiết như bánh răng, cổ trục khuỷu của động cơ diesel khi
yêu cầu độ cứng bề ngoài cao.

1.1.4. Phân loại các thiết bị gia nhiệt tần số.
 Theo tần số làm việc:
-

Thiết bị gia nhiệt tần số công nghiệp f=50Hz.


4

-

Thiệt bị gia nhiệt trung tần (lị trung tần) có tần số làm việc f=(0.5 ÷ 10) kHz.

-

Thiết bị gia nhiệt tần số cao, có tần số làm việc lớn hơn 10kHz.

 Theo cấu tạo của lị:
-

Lị cảm ứng có lỗi thép thường là lị có thần số cơng nghiệp được cấp nguồn
từ biến áp động lực có cơng suất từ 75 đế 1000kVA.

-

Lị cảm ứng khơng lõi thép kiểu hở và kiểu kín dùng nấu chảy thép chất
lượng cao, gang, kim loại màu và hợp kim.

1.2.

Cấu trúc lò nấu thép cảm ứng.

Bộ chỉnh lưu cầu 3
pha không điều khiển

Bộ nghịch lưu
cầu 1 pha

Lị nấu thép
cảm ứng

Hình 1.2. Cấu trúc lò nấu thép cảm ứng.
 Bộ chỉnh lưu.
- Sử dụng khối chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển, chức năng của khối
này là biến đổi điện áp xoay chiều ba pha thành điện áp một chiều cung cấp
-

cho mạch nghịch lưu.
Mạch cầu ba pha sẽ sử dung 6 diode, mỗi pha nguồn điện sẽ nối với điểm
giữa của một cặp diode. Cực âm của 3 diode trên cùng được nối với nhau tạo
nên cực dương của điện áp một chiều ngõ ra và cực dương của 3 diode bên

dưới được nối lại làm cực âm của áp một chiều ngõ ra.
 Bộ nghịch lưu.
- Mạch nghịch lưu sử dụng các van thyristor công suất lớn, nối theo sơ đồ cầu
1 pha, điện áp ra trên tải có dạng gần hình sin. Ưu điểm lớn nhất của mạch
nghịch lưu là tận dụng được khả năng quá tải rất lớn của các thyristor.


5

 Lò nấu thép.
- Lò nấu thép cảm ứng hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, khi đưa
một khối kim loại vào trong từ trường biến thiên thì do sự biến thiên của từ
trường thì sẽ xuất hiện một dịng điện xốy. Khi dùng dịng điện có tần số rất
cao thì dịng điện xốy cũng sẽ có tần số cao tương ứng, do đó phát sinh ra
nhiệt.


6

Chương 2 – LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ
2.1. Tổng quan lý thuyết điều khiển mờ.
Khái niệm về logic mờ đuợc giáo sư L.A Zadeh đưa ra lần đầu tiên năm
1965, tại truờng Ðại học Berkeley, bang California – Mỹ. Từ dó lý thuyết mờ đã
đuợc phát triển và ứng dụng rộng rãi.
Năm 1970 tại trường Mary Queen, London – Anh, Ebrahim Mamdani đã

dùng logic mờ để điều khiển một máy hơi nước mà ông không thể điều khiển
bằng kỹ thuật cổ điển. Tại Đức Hann Zimmermann đã dùng logic mờ cho các
hệ ra quyết định. Tại Nhật logic mờ được ứng dụng vào các nhà máy xử lý
nước Fuji Electronic vào năm 1983, hệ thống xe điện ngầm của Hitachi vào
1987.
Điều đặc biệt là lý thuyết mờ ra đời ở Mỹ, ứng dụng đầu tiên ở Anh
nhưng phát triển mạnh nhất ở Nhật. Trong lĩnh vực tự động hoá logic mờ
ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Nó thực sự hữu dụng với các đối tượng
phức tạp mà chúng ta chưa biết rõ hàm truyền, logic mờ có thể giải quyết các
vấn đề mà điều khiển kinh điển không làm được.
 Bộ điều khiển mờ thường được sử dụng trong các hệ thống như:
- Hệ thống điều khiển phi tuyến
- Hệ thống mà điều khiển thông tin đầu vào hoặc đầu ra khơng đầy đủ,
-

chính xác
Hệ thống điều khiển khơng xác định được tham số hoặc mơ hình đối

tượng rõ ràng.
 Điều khiển mờ có rất nhiều ưu điểm như:
- Khối lượng công việc thiết kế được giảm đi nhiều do khơng cần sử dụng
mơ hình đối tượng, với các bài tốn thiết kế có độ phức tạp cao, giải
pháp dùng bộ điều khiển mờ cho phép giảm khối lượng tính tốn và
-

giá thành sản phẩm.
Bộ điều khiển mờ dễ hiểu hơn so vơi bộ điều khiển khác và dễ dàng thay

-

đổi.
Trong nhiều trường hợp bộ điều khiển mờ làm việc ổn định hơn và chất

-

lượng điều khiển cao hơn.
Có thể kết hợp bộ điều khiển mờ với các bộ điều khiển khác.


7

-

Bộ điều khiển mờ được xây dựng trên các ngôn ngữ tự nhiên, do vậy rất
gần gũi với cuộc sống hằng ngày.

2.2. Nguyên lý làm việc.
Trong rất nhiều các bài tốn điều khiển, khi mà đối tượng khơng thể mơ tả
bởi một mơ hình tốn học hoặc có thể mơ tả được song mơ hình cua nó lại q
phức tạp, cồng kềnh, khơng ứng dụng được thì điều khiển mờ chiếm ưu thế rõ rệt.
Ngay cả ở những bài toán đã điều khiển thành công theo nguyên tắc kinh điển thì
việc áp dụng điều khiển mờ cũng sẽ vẫn mang lại cho hệ thống sự cải tiến về tính
đơn giản, gọn nhẹ.
Lý do chính dẫn tới suy nghĩ áp dụng logic mờ để điều khiển nằm ở chỗ
trong rất trường hợp, con người chỉ cần dựa vào kinh nghiệm (hoặc ý kiến chuyển
gia) vẫn có thể điều khiển được đối tượng do dù đối tượng có thơng số kỹ thuật
khơng dúng hoặc thường xuyên bị thay đổi ngẫu nhiên và do đó mơ hình tốn học
của đối tượng điều khiển khơng chính xác, đó là chưa nói tới chúng có thể hoàn
toàn sai. Việc điều khiển theo kinh nghiệm như vậy, có thể bị đánh giá là khơng
chính xác như các yêu cầu kỹ thuật đề ra (ví dụ như việc điều khiển tối ưu), song

đã giải quyết được vẫn đề trước mắt là vẫn đảm bảo được về mặt định tính các chỉ
tiêu ước định trước.
Ta hãy xét một ví dụ đơn giản là điều khiển mực nước. Hình 2.1. mơ tả
ngun lý của bài tốn. Khơng phụ thuộc vào lượng nước chảy ra khỏi bình ta
phải chỉnh van nước cho lượng nước chảy vào bình vừa đủ sao cho mực nước
trong bình là h ln khơng đổi.


8

Hình 2.1. Điều khiển mực nước.
Hình dung bộ điều khiển là con người. Vậy thì con người sẽ điều chỉnh van
nước đóng/mở nước vào như thế nào? Ta có thể dựa vào kinh nghiệm để nói rằng
họ sẽ điều chỉnh van theo 4 nguyên tắc như sau:
a.
b.
c.
d.

Nếu mực nước là thấp nhiều thì van ở mức đọ mở to.
Nếu mực nước là thấp ít thì van ở mức độ mở nhỏ.
Nếu mực nước là cao thì van ở vị trí đóng.
Nếu mực nước là đủ thì van ở vị trí đóng.
Một bộ điều khiển làm việc theo luật trên để thay thế con người sẽ được gọi

là bộ điều khiển mờ. Khác hẳn với những phương pháp kinh điển, điều khiển mờ
khơng cần đến mơ hình tốn học của đối tượng.
2.3. Lý thuyết tập mờ trong điều khiển.
2.3.1. Định nghĩa tập mờ
Định nghĩa: Tập mờ là một tập hợp mà mỗi phần tử cơ bản của của nó được

gán thêm một giá trị thực để chỉ thị phụ thuộc của phần tử đó vào tập đã cho. Khi
độ phụ thuộc bằng 0 thì phần tử cơ bản đó sẽ hồn tồn khơng thuộc tập đã cho,
ngược lại với độ phụ thuộc bằng 1, phần tử cơ bản sẽ thuộc tập hợp với xác suất
100%.
Như vậy, tập mờ là tập hợp của các cặp . Tập kinh điển của các phần tử
được gọi là tập nền của tập mờ. Cho chạy khắp trường tập hợp , ta sẽ có hàm có
giá trị là số bắt kỳ trong khoảng [0, 1], tức là

Và hàm này được gọi là hàm thuộc.
Việc có giá trị là số bất kỳ trong khoảng [0, 1] là điều khác biệt cơ bản giữa
tập kinh điển và tập mờ. Ở tập kinh điển , hàm thuộc chỉ có hai giá trị:
(1)
Chính do có sự khác biệt đó mà ta cũng có nhiều cơng thức khác nhau cùng mơ tả
cho một phép tính giũa các tập mờ. Đó là những cơng thức có cùng một giá trị
nếu hàm thuộc thỏa mãn (1)


9

Như đã nói, bắt cứ một hàm cũng đều có thể là hàm thuộc của một tập mờ
nào đó. Song trong điều khiển, với mục đích sử dụng các hàm thuộc sao cho khả
năng tích hợp chúng là đơn giản, người ta thường chỉ quan tâm đến ba dạng (hình
2.2):
-

Hàm Singleton.
Hàm hình tam giác.
Hàm hình thang.

Hình 2.2. Khái niệm tập mờ

Ví dụ: Thơng thường, để chỉ một tập mờ người gia hay sử dụng ngay hàm phụ
thuộc của tập mờ đó. Với việc đưa khái niệm tập mờ, mỗi một giá trị ngôn ngữ sẽ
là một tập mờ. Trong vũ dụ về điều khiển mức nước, ta sẽ có tất cả là bốn tập mờ
cho bốn giá trị ngôn ngữ đầu vào:
-

Tập mờ
Tập mờ
Tập mờ
Tập mờ

cho giá trị thấp nhiều.
cho gái trị thấp ít.
cho giá trị đủ.
cho giá trị cao.

Và do đó khi x=2 thì (hình 2.3.)

Hình 2.3. Các giá trị mờ của biến vào


10

Tương tự, ứng với gia giá trị ngôn ngữ đầu ra là to, nhỏ, đóng của biến van là
cũng có ba tập mờ như hình 2.4. mơ tả:

Hình 2.4. Cá giá trị mờ của biến ra
2.3.2.

Phép suy diễn mờ.

2.3.2.1.

Xác định giá trị của mệnh đề hợp thành.

Sau khi đã mờ hóa giá trị rõ thơng qua tập mờ thì bước tiếp theo là ta phải
thực hiện những nguyên tắc điều khiển đã cho dưới dạng mệnh đề hợp thành.
Chẳng hạn ở bài toán điều khiển mực nước ở trên là việc thực hiện 4 nguyên tắc:
a.
Nếu mực nước = thấp nhiều thì van = to.
b.
Nếu mực nước = thấp ít thì van = nhỏ.
c.
Nếu mực nước = cao thì van = đóng.
d. Nếu mực nước = đủ thì van = đóng.
chúng đều có chung một cấu trúc đơn:
Nếu A = A thì B = B.

(2)

Gọi tập mờ của giá tri A là của B là . Vậy thì mệnh đề hợp thành (2) sẽ chính
là phép suy diễn:
A => B

hay

=> .

(3)

Phép suy diển (3) là một phép tính có đối số nên nó cũng phải có một giá trị
cụ thể khi mà đối số , tức là đã cho trước. Ký hiệu giá trị của phép suy diễn là thì
ở tập kinh điển. nó sẽ được tính từ , như sau:
(4a)
hoặc
(4b)
- Vậy phép suy diễn mờ (4a) có tên là luật suy diễn Prod.


11

- Ngược lại phép suy diễn mờ (4b) có tên là luật suy diễn Min.
Sau khi đã chọn được một công thức thực hiện phép suy diễn là Prod hay
Min thì khi cho trước giá trị rõ ở đầu vào ta ln có được một giá trị cho phép
suy diến A => B. Giá trị đó là tập mờ có hàm thuộc cùng nền với B và được tính
như sau:
1.
2.

nếu chọn luật Prod
nếu chọn luật Min

(5a)
(5b)

Trong đó:
H=

được gọi là độ thỏa mãn đầu vào.

Tiếp theo là thực hiện một mệnh đề MISO:
Nếu = và … và = thì B = B

(6)

của bộ điều khiển có nhiều tín hiệu vào và một tín hiệu ra.
So sánh (2) với (6) ta thấy mệnh đề hợp thành MISO (6) có nhiều tập mờ đầu
vào cịn ở mênh đề (2) chỉ có một đầu vào. Điều này làm cho ta chưa thể sử dụng
được ngay một trong hai công thức suy diễn (5a) hoặc (5b) để xác định giá trị mờ
vì chưa có được một độ thỏa mãn đầu vào H cụ thể. Nói cách khác, trước khi sử
dụng hai công thức suy diễn (5a) và (5b) cho mện đề hợp thành (6) ta phải có
được độ thỏa mãn đầu vào H chung làm đại diện cho tất cả giá trị tín hiệu vào.
Gọi là những hàm thuộc các tập mờ đầu vào với tín hiệu vào là , và là
hàm thuộc của tạp mờ ứng với đầu ra B của một bộ điều khiển MISO, trong đó
là tín hiệu có ở cổng vào thứ , tức là giá trị của nó sẽ thuộc tập nền của tập mờ .
Giả sử rằng tại đầu vào của bộ điều khiển có các giá trị rõ , . Vậy thì mỗi tập mờ
sẽ có một độ thỏa mãn riêng.

Khi đã có độ thỏa mãn đầu vào chung H thì tập mờ của mệnh đề (6) ứng với
vector các giá trị rõ đầu vào , sẽ được tính theo cơng thức (5a) hoặc (5b), tức là:
1.
nếu chọn luật Prod (7a)
2. nếu chọn luật Min (7b)


12

2.3.2.2.

Phép tính suy diễn mờ.

Ta đã có các cơng thức:
 Cho mệnh đề hợp thành SISO.
(5a)
(5b)
 Cho mệnh đề hợp thành MISO.
(7b)

(7a)

phục vụ việc xác định kết qía của mệnh đề hợp thành (phép suy diễn).
Khơng bị bó buộc bởi chỉ có các cơng thứ đó, thì một cách tổng quá về phép
suy diễn, mọi ánh xạ , nếu thỏa mãn:
a. với mọi H, .
b.
c.
d.
e.
đều có thể được sử dụng để làm hàm thuộc mơ tả cho phép tính suy diễn.
2.3.3. Phép hợp mờ.
2.3.3.1. Xác đinh giá trị của luật hợp thành.
Xét luật hợp thành gồm n mệnh đề hợp thành:
R1: Nếu thì B =

hoặc

R1: Nếu thì B =

hoặc

…
R1: Nếu thì B =
Nếu vector các giá trị rõ đầu vào , là đã biết trước thì theo cơng thức (7a) hoặc
(7b), mỗi một mệnh đề hợp thành trong luật hợp thành trên sẽ có một giá trị là
một tập mờ với hàm thuộc Vị luật hợp thành đang xét có mệnh đề hợp thành
nên ta cũng có ở đây tập mờ . Vấn đề đặt ra ở đây là từ tập mờ từ , đó ta phải
xác định được tập mờ kết quả chung cho toàn bộ luật hợp thành theo phép tính
hợp các tập mờ :
(8)


13

Lý do cho việc sử dụng phép hợp là vì các mệnh đề hợp thành trong một luật hợp
thành được liên kết với nhau bằng toán tử “hoặc”.
Giống như đã làm với phép tốn suy diễn, để thực hiện cơng thứ (8) cho tập
mờ , ta bắt đầu với tập kinh điển. Cho hai tập hợp kinh điển và . Gọi và là
những hàm thuộc của chúng. Vây thì tập là kết quả hợp của hai tập trên sẽ có
hàm thuộc.

Hàm thuộc này có thể được suy ra từ hai hàm thuộc.
và
bằng một trong hai công thức:
a.
b.

(9a)
(9b)
Nếu sử dụng công thức (9a) thì người ta nói phép hợp các tập mờ đã được

thực hiện theo luật Max (cực đại).
Nếu sử dụng cơng thức (9b) thì người ta nói phép hợp các tập mờ đã được
thực hiện theo luật Sum (tổng).
2.3.3.2. Phép tính hợp các tập mờ.
Tổng qt thì mọi hàm , đều có thể được sử dụng để xác định hàm thuộc cho
nếu chúng thỏa mãn:
a.
b.
c.
d.
Trong đó .
Ví dụ:
1.
2.
3.

(Tổng trực tiếp)
(Tổng Einstein)
Chú ý: Khác với phép suy diễn, phép hợp hai tập mờ chỉ có nghĩa khi chúng

có cùng nền.


14

2.3.4. Giải mờ.
Căn cứ theo những quan niệm khác nhau về phần tử đại diện xứng đáng mà
ta sẽ có các phương pháp giải mờ khác nhau. Trong điều khiển người ta thường
hay sử dụng hai loại phương pháp chính đó là phương pháp điểm cực đại và
phương pháp điểm trọng tâm.

2.3.4.1. Phương pháp điểm cực đại.
Tư tưởng chính của phương pháp giải mờ cực đại là tìm trong tập mờ có hàm
thuộc một phần tử rõ với độ phụ thuộc lớn nhất (có xác suất thuộc tập mờ lớn
nhất trong số những phần tử còn lại) tức là:
(10)
Tuy nhiên do việc tìm theo (10) có thể đưa đến số nghiệm (hình 2.5) nên
ta phải đưa thêm những yêu cầu co phép chọn số các nghiệm đó một giá trị cụ thể
chấ nhận được . Như vậy việc giải mờ theo phương pháp cực đại sẽ gồm 2 bước:
-

Xác định miền chứa giá trị rõ . Giá trị rõ là giá trị mà ại đó hàm thuộc đạt
giá trị cực đại (bằng độ thỏa nãm đầu vào H), tức là miền

-

Xác định có thể chấp nhận được từ G.

Trong ví dụ ở hình 2.5. thì G là khoảng [, ] của tập nền của R.

Hình 2.5. Giải mờ bằng phương pháp cực đại.
Trong trường hợp có vơ số nghiệm của (10) thì để tìm ta có hai cách:
1. Xác định điểm trung bình:


15

Nếu các hàm thuộc đều có dạng tam giác hoặc hình thang thì điểm xác dịnh
theo phương pháp này sẽ không bị nhạy cảm với sự thay đổi giá trị rõ đầu
vào do đó rất thích hợp với các bài tốn có nhiễu biên độ nhỏ tại đầu vào.
2. Xác định điểm cận trái hoặc phải:

theo nguyên lý cận trái.
theo nguyên lý cận phải.
Theo phương pháp giải mờ này và nếu các hàm thuộc đều có dạng tam giác
hoặc hình thang thì sẽ phụ thuộc tuyến tính (trong một lân cận) vào giá trị
rõ tại đầu vào.
Trong đó:
inf: cận dưới
sup: cận trên
2.3.4.2. Phương pháp điểm trọng tâm.
Phương pháp điểm trọng tâm sẽ cho ra kết quả là hoành độ của điểm trọng
tâm miền được bao bởi trục hoành và đường hình 2.6.
(11)
với là miền xác định của tập mờ R.
Phương pháp này có thể xác định được với sự tham gia của tất cả các tập mờ
đầu ra của luật điều khiển một cách bình đẳng và chính xác.

Hình 2.6. Giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm.


16

Phương pháp điểm trọng tâm cho thiết bị hợp thành Sum-Min.
Giả sử có luật điều khiển được triển khai và nếu không cần phải để ý tới giá
trị cực đại của hàm thuộc khơng được lớn hơn 1 thì giá trị mờ đầu ra của luật hợp
thành sẽ chính là tổng giá trị mờ đầu ra , của từng mệnh đề hợp thành thì với quy
tắc Sum – Min hàm thuộc sẽ là:
(12)
Thay (12) vào (11) thì được xác định:

Trong đó:

Hình 2.7. Tập mờ có hàm thuộc hình thang.
Xét riêng cho các hàm thuộc dạng hình thang như hình 2.7. thì
(13a)
(13b)


17

Phương pháp độ cao.
Ở phương pháp điểm trọng tâm thì nếu các hàm thuộc của tập mờ đầu ra có
dạng singleton với:

thì do

ta sẽ có
(14)
Cơng thức (14) là cơng thức giải mờ theo phương pháp độ cao
2.4. Tổng hợp bộ điều khiển mờ.
2.4.1. Cấu trúc bộ điều khiển mờ.
Do bản chất là một bộ điều khiển thực hiện luật hợp thành nên bộ điều khiển
mờ phải có ba khâu cơ bản (hình 2.8.).
- Khâu mờ hóa có nhiệm vụ chuyển đổi một giá trị rõ đầu vào
trong đó ký hiệu khơng có nghĩa là lũy thừa 0 của mà đó chỉ là ký hiệu chỉ
rằng nó là giá trị rõ của tín hiệu đầu vào thứ , thành vector
cho mệnh đề hợp thành thứ , tức là giá trị rõ ứng với tập mờ .
- Khâu thực hiện luật hợp thành, có tên gọi là thiết bị hợp thành, xử lý các
vector và cho ra giá trị mờ với hàm thuộc của biến ngôn ngữ đầu ra.
- Khâu giải mờ, có nhiệm vụ chuyển đổi tập mờ thành một giá trị rõ chấp
nhận được cho đối tượng (tín hiệu điều chỉnh).

18

Hình 2.8. Bộ điều khiển mờ cơ bản.
2.4.2. Nguyên lý của bộ điều khiển mờ.
Về nguyên tắc, hệ điều khiển mờ cũng khơng có gì khác với các bộ điều
khiển tự động thông thường khác. Sự khác biệt ở đâu là bộ điều khiển mờ làm việc
có tư duy như “bộ não” dưới dạng trí tuệ nhân tạo. Nếu khẳng định việc làm với bộ
điều khiển mờ có thể giải quyết được mọi vấn đề từ trước đến nay chưa giải quyết
được theo phương pháp kinh điển thì khơng hồn tốn chính xác, vì hoạt động của
bộ điều khiển phụ thuộc vào kinh nghiệm và phương pháp rút ra kết luận theo tư
duy con người, sau đó cài đặt vào máy tính trên cơ sở logic mờ. Hệ thống điều
khiển mờ do đó cũng có thể được gọi là một hệ thống nơron hay đúng hơn là hệ
thống điều khiển được thiết kế mà khơng cần biết trước mơ hình đối tượng.