CHƯƠNG 4 THIẾT kế bộ điều KHIỂN mờ


________________________________________________________________

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
4.1 CÁC BƯỚC TỔNG HP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ :
Để xây dựng một bộ điều khiển mờ cơ bản , chúng ta thực hiện các bước
sau:
 Xác đònh các biến đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển
 Đònh nghóa các tập mờ cho các biến đầu vào và đầu ra :
-Phân chia không gian xác đònh các biến đầu vào và dầu ra thành những
đoạn giá trò khác nhau ( fuzzy partition ) .
-Dùng các biến ngôn ngữ đại diện cho cho các đoạn giá trò và đònh nghóa
hàm liên thuộc cho các biến ngôn ngữ đó . Thông thường các tập mờ được chọn có
hàm liên thuộc dạng tam giác hoặc hình thang và các tập mờ có hàm liên thuộc
phủ lên nhau .
 Xây dựng các qui luật điều khiển
 Lựa chọn luật hợp thành : thông thường người ta sử dụng một trong hai luật
hợp thành max-min hoặc max-product .
 Lựa chọn phương pháp giải mờ : có thể lựa chọn một trong các phương
pháp sao cho có thể đáp ứng yêu cầu về chất lượng của hệ thống .
 Tối ưu hệ thống
4.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO CÁNH TAY ROBOT :
Mô tả tổng quát về hoạt động của cánh tay robot
Cánh tay robot có không gian làm việc là một niền nằm trong mặt phẳng
YZ của hệ rục tọa độ Đề-các . Do kết cấu cơ khí , không gian làm việc của cánh
tay robot sẽ bò giới hạn . Cánh tay robot chỉ có thể di chuyển đến một vò trí bên
trong không gian làm việc của nó và không thể di chuyển đến một điểm bên ngoài
không gian làm việc .
Trong mỗi chu kỳ hoạt động , cánh tay robot sẽ được ra lệnh di chuyển đến
một vò trí bên trong không ian làm việc của nó gọi là vò trí hoạch đònh . Để thực
hiện công việc này , bộ điều khiển của cánh tay robot sẽ so sánh vò trí hiện tại của

cánh tay robot với vò trí hoạch đònh để xác đònh sai lệch của hai vò trí . Tùy theo
mức độ sai lệch lớn hay nhỏ , bộ điều khiển sẽ quyết đònh khoảng dòch chuyển của
cnh1 tay robot để cánh tay robot tiến dần đến vò trí hoạch đònh .
Có nhiều cách thể hiện sai lệch giữa giữa vò trí hoạch đònh và vò trí hiện tại
của cánh tay robot . Một trong những phương pháp đơn giản nhất là xác đònh trực
tiếp độ sai lệch theo trục tọa độ Y và độ sai theo trục tọa độ Z .





________________________________________________________________
Giả sử , vò trí hoạch đònh và vò trí hiện tại của robot được biểu diễn ở hình
vẽ sau :
Y
Vò trí hoạch đònh
Vò trí hiện tại

•
(y1,z1)

•
(y,z)

Z

Sai lệch theo trục tọa độ Y và sai lệch heo trục tọa độ Z là
∆y = y1 - y
∆z = z1 - z
Ngoài ra , chúng ta còn có thể xác dònh sai lệch theo trục tọa độ Y và sai

lệch theo trục tọa độ Z theo phương pháp gián tiếp như sau :

-Xác đònh sai lệch theo trục tọa độ Y:
Do sai lệch theo trục tọa độ Y và sai lệch theo trụ tọa độ Z độc lập với nhau
nên khi xác đònh sai lệch heo trục Y ta không cần quan tâm đến sai lệch theo trục
Z . Để đơn giản , ta giả sử sai lệch theo trục tọa độ Z là không có (∆Z=0) .
Tại vò trí có ∆y = 0 (y1 = y) ,chúng ta có :
θ1 = θ1d = 90°
θ2 = θ2d = 90°
Eθ1 = θ1d - θ1 = 0
Eθ2 = θ2d - θ2 = 0
Trong đó θ1d và θ2d là giá trò của θ1 và θ2 tính tại vò trí có ∆y = 0





________________________________________________________________
Y
O
θ2

Z

θ1

•
B(y1=y,z1=z)
A(y,z)

Taïi vò trí coù ∆y > 0 (y1 > y) ,ta coù :
θ1 > 90°
θ2 < 90°
Eθ1 = θ1d - θ1 < 0
Eθ2 = θ2d - θ2 > 0

Y
O
θ2

•
A(y,z)

θ1

•
B(y1=y,z1=z)

Z
Taïi vò trí coù ∆y < 0 (y1 < y) ,ta coù :
θ1 < 90°
θ2 > 90°
Eθ1 = θ1d - θ1 > 0
Eθ2 = θ2d - θ2 < 0





________________________________________________________________

Y
O
θ2

θ1

•
B(y1=y,z1=z)

•
A(y,z)

Z
Ta thấy rằng trong cả ba trường hợp Eθ1 = -Eθ2 . Nếu chiều dài đoạn thẳng
OB không thay đổi thì giá trò của Eθ1 và Eθ2 chỉ phụ huộc vào ∆y . Do đó ta có thể
xác đònh ∆y thông qua cặp giá trò Eθ1 và Eθ2 .
-Xác đònh sai lệch theo trục tọa độ Z: cũng giống như khi xác đònh sai lệch
heo trục tọa độ Y , khi xác đònh sai lệch theo trục tọa độ Z ta cũng không quan tâm
đến ∆y và để đơn giản ta giả sử ∆y = 0 .
Tại vò trí có ∆z = 0 (z1 = z) ,chúng ta có :
θ1 = θ1d = 45°
θ2 = θ2d = 45°
Eθ1 = θ1d - θ1 = 0
Eθ2 = θ2d - θ2 = 0
Trong đó θ1d và θ2d là giá trò của θ1 và θ2 tính tại vò trí có ∆z = 0






________________________________________________________________
Y
θ2

O
θ1

•
A(y,z)
B(y1=y,z1=z)
Z
Taïi vò trí coù ∆z > 0 (z1 > z) ,chuùng ta coù :
θ1 < 45°
θ2 < 45°
Eθ1 = θ1d - θ1 > 0
Eθ2 = θ2d - θ2 > 0

Y

O
θ2

θ1

•
A(y,z)
•
B(y1=y,z1=z)

Z

Taïi vò trí coù ∆z < 0 (z1 < z) ,chuùng ta coù :
θ1 > 45°
θ2 > 45°
Eθ1 = θ1d - θ1 < 0
Eθ2 = θ2d - θ2 < 0





________________________________________________________________

Y

θ2

O
θ1

•
B(y1=y,z1=z)
•
A(y,z)
Z
Ta thấy rằng trong cả ba trường hợp Eθ1 = Eθ2 . Nếu chiều dài đoạn thẳng
OA không thay đổi thì giá trò của Eθ1 và Eθ2 chỉ phụ huộc vào ∆z . Do đó ta có thể
xác đònh ∆z thông qua cặp giá trò Eθ1 và Eθ2 .
4.2.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO CÁNH TAY ROBOT :
-Đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển mờ :
Bộ điều khiển mờ cho cánh tay robot sẽ nhận vào giá trò sai lệch giữa vò trí

hoạch đònh và vò trí hiện tại của cánh tay robot . Tùy theo sai lệch giữa hai vò trí
này , bộ điều khiển sẽ co cánh tay robot di chuyển một khoảng cách phù hợp để
cánh tay robot tiến dần đến vò trí hoạch đònh . Do đó , đầu vào của bộ điều khiển
sẽ là sai lệch giữa vò trí hoạch đònh và vò trí hiện tại của cánh tay robot , đầu ra của
bộ điều khiển sẽ là khoảng cách mà cánh tay robot cần di chuyển .
Sai lệch giữa vò trí hoạch đònh và vò trí hiện tại của cánh tay robot được xác
đònh gián tiếp thông qua góc sai lệch Eθ1 và Eθ2 . Như vậy đầu vào của bộ điều
khiển sẽ là Eθ1 và Eθ2 .
Đầu ra của bộ điều khiển là độ dòch chuyển theo trục tọa độ Y và độ dòch
chuyển theo trục tọa độ Z được ký hiệu là EY và EZ .
-Đònh nghóa các tập mờ cho đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển :
Các biến đầu vào Eθ1 , Eθ2 và các biến đầu ra EY , EZ sẽ có 7 tập mờ của
các biến ngôn ngữ sau
+NB : Negative Big , m nhiều
+NM : Negative Medium , m vừa
+NS : Negative Small , m ít
+ZE : Zero





________________________________________________________________
+PS : Positive Small , Dương ít
+PM : Positive Mediun , Dương vừa
+PB : Positive Big , Dương nhiều
Hàm liên thuộc của các tập mờ sẽ được đònh nghóa như hình vẽ sau

µ
NB

-6

NM

NS

-4

-2

1 ZE

0

PS

PM

2

4

PS

PM

2

4

PB

6

Eθ
1

µ
NB

-6

NM

NS

-4

-2

1 ZE

0

PB

6

Eθ

2

µ
NB

NM

-7

-5

NS

1 ZE

-3 2

0

2



PS

PM

PB

3

5

7

EY



________________________________________________________________
µ
NB

NM

NS

-7

-5

-3

1 ZE

-2

0

2

PS

PM

PB

3

5

7

EZ

-Bộ luật điều khiển : áp dụng suy diễn mang tính tự nhiên của con người ,
chiến lược hiệu chỉnh cánh tay robot được chọn như sau :
+ Nếu không có sai lệch Thì cánh tay robot không di chuyển
+ Nếu sai lệch ít
Thì cánh tay robot không di chuyển
+ Nếu sai lệch vừa
Thì cánh tay robot di chuyển khoảng cách vừa
+ Nếu sai lệch lớn
Thì cánh tay robot di chuyển khoảng cách lớn
Do ∆y và Eθ1 , Eθ2 , EY có mối quan hệ như sau :
∆y

Eθ1

Eθ2

EY

<0

>0

<0

>0

=0

=0

=0

=0

>0

<0

>0

<0

Kết hợp quan hệ trên với chiến lược hiệu chỉnh , ta xác đònh khoảng dòch
chuyển của cánh tay robot theo trục tọa độ Y
+ Luật 1 : If Eθ1 is NB and Eθ2 is PB

Then EY is NB
+ Luật 2 : If Eθ1 is NM and Eθ2 is PM Then EY is NM
+ Luật 3 : If Eθ1 is ZE and Eθ2 is ZE
Then EY is ZE
+ Luật 4 : If Eθ1 is PM and Eθ2 is NM Then EY is PM
+ Luật 5 : If Eθ1 is PB and Eθ2 is NB
Then EY is PB
Tương tự do ∆z và Eθ1 , Eθ2 , EZ có mối quan hệ như sau :





________________________________________________________________
∆z

Eθ1

Eθ2

EZ

<0

<0

<0

>0

=0

=0

=0

=0

>0

>0

>0

<0

Kết hợp quan hệ trên với chiến lược hiệu chỉnh , ta xác đònh khoảng dòch
chuyển của cánh tay robot theo trục tọa độ
+ Luật 1 : If Eθ1 is NB and Eθ2 is NB
Then EZ is PB
+ Luật 2 : If Eθ1 is NM and Eθ2 is NM Then EZ is PM
+ Luật 3 : If Eθ1 is ZE and Eθ2 is ZE
Then EZ is ZE
+ Luật 4 : If Eθ1 is PM and Eθ2 is PM
Then EZ is NM
+ Luật 5 : If Eθ1 is PB and Eθ2 is PB
Then EZ is NB

Bảng luật điều khiển theo trục tọa độ Y :

Eθ2

Eθ1
NB
NM
NS
ZE
PS
PM
PB

NB

NM

NS

ZE

PS

PM

PB
PB

PM
ZE
NM
NB

Bảng luật điều khiển theo trục tọa độ 4 :





________________________________________________________________
Eθ2

Eθ1
NB
NM
NS
ZE
PS
PM
PB

NB

NM

NS

ZE

PS

PM

PB

PB
PM
ZE
NM
NB

