Nghiên cứu áp dụng lý thuyết mờ trong điều khiển quá trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-----------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG LÝ THUYẾT MỜ TRONG
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

NGUYỄN HỮU VỤ

Người hướng dẫn khoa học:TS NGUYỄN HUY PHƯƠNG

Hà Nội - 2009


Mục lục
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Lời nói đầu
Chơng 1: Tổng quan

7

1.1 . Mở đầu

7

1.2 . Đặt vấn đề

10

Chơng 2:Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình

13

2.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển quá trình

13

2.2. Mô hình hoá quá trình

19

2.3. Cơ sở thiết kế điều khiển

22

Chơng 3: Bộ điều khiển mờ

26

3.1. Khái niệm cơ bản

26

3.2. Nguyên lý điều khiển mờ

40

3.3. Những nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ

43

3.4. Các bộ điều khiển mờ

50

Chơng 4: Mô phỏng hệ thống

54

4.1. Phân tích đối tợng

54

4.2. Thiết kế sách lợc điều khiển

58

4.3 Bộ điều khiển mờ cơ bản

72

4.4 Bộ điều khiển PID mờ

75

3


Lời nói đầu

Điều khiển quá trình không phải là một lĩnh vực mới, nhng luôn chiếm vị trí
quan trọng hàng đầu trong tự động hoá công nghiệp. Công việc nghiên cứu và ứng
dụng hệ thống điều khiển quá trình là công việc tổng hợp của nhiều lĩnh vực khác
nhau nh công nghệ sản suất, công nghệ điều khiển. và đơng nhiên hệ thống sẽ là
tích hợp của nhiều khâu, nhiều phần tử nh thiết bị công nghệ, thiết bị điều khiển ,
thiết bị chấp hành, phần mềm.
Việc nghiên cứu đối tợng điều khiển để đa ra sách lợc điều khiển và sau
đó là thiết kế bộ điều khiển là một công việc thờng gặp không ít khó khăn Điều
khiển quá trình không phải là một lĩnh vực mới, nhng luôn chiếm vị trí quan trọng
hàng đầu trong tự động hoá công nghiệp. Công việc nghiên cứu và ứng dụng hệ
thống điều khiển quá trình là công việc tổng hợp của nhiều lĩnh vực khác nhau nh
công nghệ sản suất, công nghệ điều khiển. và đơng nhiên hệ thống sẽ là tích hợp
của nhiều khâu, nhiều phần tử nh thiết bị công nghệ , thiết bị điều khiển , thiết bị
chấp hành. Việc nghiên cứu đối tợng điều khiển để đa ra sách lợc điều khiển và
sau đó là thiết kế bộ điều khiển là một công việc thờng gặp không ít khó khăn tuỳ
thuộc vào điều kiện thực hiện , việc xác định các mô hình toán học của đối tợng
điều khiển có thể áp dụng phơng pháp lý thuyết hoặc phơng pháp thực nghiệm hay
kết hợp hai phơng pháp tuy nhiên mục đích cuối cùng là cần có một mô hình toán
học có ích cho sự phát triển của hệ thống .
Để nâng cao năng lực thực nghiệm của bản thân . Tôi đã đăng ký đề tài mang
tính thực nghiệm với mô hình điều khiển mức nớc tự chế tạo .Công việc đầu tiên là
mô tả toán học của mô hình sau đó chọn cấu trúc điều khiển là điều khiển phản hồi
một cấu trúc đợc trong hầu hết các hệ thống điều khiển tự động .Bộ điều khiển PID
cũng là bộ điều khiển thích hợp cho phần lớn các quá trình công nghiệp. Bộ PID
tơng tự đợc thực hiện bằng linh kiện điện tử đã dần dần đợc thay thế bởi nó bộc

5


lộ những nhợc điểm quan trọng khi đứng trớc sự phát triển mạnh mẽ của công
nghệ số với vi xử lý .Do vậy nhiệm vụ tiếp theo của đề tài là nghiên cứu và ứng dụng
bộ điều khiển PID số . tuy nhiên việc thực nghiệm xác định mô hình toán học của
đối tợng điều khiển có thể còn thiếu những thông tin quan trọng cần cho việc thiết
lập các tham số bộ điều khiển , hơn nữa ảnh hởng về nhiễu không đo đợc cũng là
những yếu tố khiến cho viếc xác định các tham số của bộ điều khiển cha thoả mãn.
Do vậy, nhiệm vụ tiếp theo và cần thiết của đề tài là nghiên cứu , thiết kế bộ chỉnh
định mờ nâng cao chất lợng điều khiển
Bản luận văn gồm bốn chơng
Chơng một : Tổng quan
Chơng hai : Cơ sở sở của điều khiển quá trình
Chơng ba : Bộ điều khiển mờ
Chơng bốn : Mô phỏng hệ thống
Do khả năng còn hạn chế nên bản thiết kế không tránh khỏi khiếm khuyết, tôi
rất mong đợc sự góp ý của các thầy , cô và các bạn đồng nghiệp .
Tôi xin trân tọng cảm ơn thầy giáp TS .Nguyễn Huy Phơng đã tận tình
hớng dẫn và tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất để quá trình thực hiện đề tài đợc
thuận lợi .
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô đã tận tình giúp đỡ trong quá trình đào
tạo tại bộ môn Tự động hoá công nghiệp khoa Điện , trờng ĐHBK Hà Nội .

6


Chơng 1: Tổng quan
1.1 . Mở đầu
Từ nhiều thập kỷ qua , để đánh giá để đánh giá mức độ phát triển của nền

kinh tế quốc dân , ngời ta không thể không đánh giá trình độ áp dụng kỹ thuật điều
khiển tự động . ở nớc ta , từ vài thâp kỷ gần đây , tuy mức độ áp dụng kỹ thuật điều
khiển cha cao đều khắp các lĩnh vức nhng tốc độ áp dụng cực kỳ to lớn và thâm
nhập hầu hết vào các nên kinh tế quốc dân. Đặc biệt trong điều khiển quá trình khai
thác, chế biến năng lợng. Điều khiển tự động chiếm vai trò ngày càng quan trọng,
nó đảm trách vai trò ngày càng quan trọng , nó đảm trách vai trò điều khiển, giám
sát và đợc xếp vào phạm trù các phạm trù các hệ thống điều khiển quá trình
(proccess Controlsystem , PSC )
Một hệ thống điều khiển quá trình chứa dựng trong đó toàn bộ các giải pháp
đo lờng , điều khiển vận hành và giám sát nhằm đảm bảo các yêu cầu của quá trình
và thiết bị công nhgệ nh chất lợng sản phẩm , sản lợng , hiệu quả sản xuất , an
toàn cho con ngời , máy móc và môi trờng .
Trong hệ thống điều khiển quá trình , thiết bị điều khiển đóng vai trò quan
trọng hàng đầu .Nó có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu điều khiển thíh hợp tác động lên đối
tợng điều khiển thông qua những phần tử chấp hành nhằm ổn định hệ thống , duy
trì giá trị mong muốn cố định hoặc thay đổi theo một quy luật cho trớc với những
chỉ tiêu chất lợng cho trớc . Để thực hiện nhiệm vụ đó , cấu trúc điều khiển phản
hồi với bộ điều kiện Tỷ lệ Tích phân Vi phân ( proprtional Integral Derivative
Controller , PID) đợc sủ dụng rất phổ biến trong điều khiển ở hầu hết các quá trình
công nghiệp .Bộ điều khiển PID có cẩutúcvà nguyên lý làm việc đơn giản , dễ hiểu
đặc tính bền vững và dễ sử dụng đối với ngời làm thực tế . Tuy nhiên phù thuộc vào
đặc tính của đối tợng điều khiển mà lựa chọn hoặc chỉ dùng bộ điều khiển tỷ lệ P
khi quá trình có đặc tính tích phân mạnh , ví dụ nh bài toán điều khiển mức chất
lỏng trong bình chứa hoặc dùng bộ PI là đủ nếu nh quá trình có tính của một khâu

7


quán tính bậc nhất và không có thời gian trễ hoặc có yêu cầu chính là chất lợng ở
trạng thái xác lập còn đặc tính bám ở quá trình quá độ không đợc đặt lên hàng đầu

phần mềm.
Ví dụ tiêu biểu là bài toán điều khiển lu lợng .Chọn luật PID nếu nh có
quá trình đặc tính của một khâu quán tính bậc hai và có trễ tơng đối nhỏ .Tóm lại
phạm vi ứng dụng của các bộ điều khiển PID là quá trình có thể mô tả bằng các mô
hình bậc thấp , thông thờng là bậc nhất à bậc hai .
Bộ điền khiển PID tơng tự thờng thực hiện bằng phần cứng với các linh
kiện điện tử , chúng có những nhợc điểm khá rõ rệt là khả năng hiệu chỉnh tham số
hạn chế , hầu nh đợc thiết kế , chế tạo chỉ thực vụ cho một hoặc một lớp đối tợng
điều khiển , cụ thể không đợc chế tạo theo chuẩn đồng loạt không có cơ hội thích
nghi tham số .
Ngày nay do công nghệ vi xử lý , máy tính số phát triển , nên hầu hết các bộ
điều khiển PID đợc thực hiện bằng công nghệ số- xây dựng trên nền máy tính số
.chúng hoàn toàn khắc phục đợc bộ điều khiển tơng tự .Ngoài ra bộ điều khiển số
còn có thêm những u điểm quan trọng nh thiận tiện trong việc truyền và lu giữ
thông tin trong thời gian dài , không hạn chế , độ chính xác có thể đạt đợc mong
muốn khi lựa chọn thời gian trích mẫu hợp lý và cấu hình phần cứng cho phép .
Các bộ điều khiển PID luôn đợc các nhà khoa học quan tâm nhằm tìm các
phơng pháp chỉnh định tham số một cách hiệu quả và chính xác hơn nhng đối với
những giải pháp điều khiển hiện đại , bộ điều khiển PID đợc coi là lớp các bộ điều
khiển truyền thống .Tuy nhiên cũng có điều rất thú vị là PID truyền thống vẫn là cơ
sở nghiên cứu phát triển cho các bộ điều khiển hiện đại , đặc biệt hơn là trong những
bộ điều khiển hiện đại vẫn có mặt của bộ điều khiển PID gọi là sự lai , điều đó
cũng có nghĩa là ngời thiết lế sẽ yên tâm hơn.
Qua thực té cho thấy, chất lợng điều chỉnh của bộ điều khiển PID phụ thuộc
rất nhiều vào việc lựa chọn luật điều khiển trong thuật toán PID, vào việc lựa chọn
8


các tham số KP,KI hay KD. Đã có rất nhiều phơng pháp tính toán, cho phép lựa
chọn một bộ tham số để áp đặt cho bộ điều khiển, hầu hết phơng pháp chính định

tham số PID chỉ áp dụng đợc cho các quá trình ổn định hoặc có thể có một khâu
tích phân bậc nhất, chỉ một số ít phơng pháp đề cập tới quá trình không ổn định.
Ngoài ra, việc áp dụng cho một quá trình cụ thể với vô số những điều kiện rằng
buộc nh giới hạn vật lý của cơ cấu chấp hành, giới hạn về tốc độ xử lý của các phần
tử tính toán.... đã không thể xây dựng một phơng pháp có tính bài bản mà vẫn phụ
thuộc nhiều vào kinh nghiệm vận hành quá trình.
Một hạn chế quan trọng nữa về phạm vi ứng dụng của bộ điều khiển PID là
khi mô hình toán học của qúa trình không đáp ứng đầy đủ các thông tin cần thiết và
hơn nữa quá trình công nghệ còn luôn chịu tác động của nhiễu loạn ( có thể từ bên
ngoài hoặc ngay bên trong đối tợng điều khiển ) thì việc chinh định các tham số
của bộ điều khiển sẽ là khó khăn. Vì vậy, một giải pháp thờng đợc chú ý là áp
dụng lý thuyết mờ để thiết kế bộ chính định mở nhằm hỗ trợ thích nghi tham số bộ
điều khiển PID cho những trờng hợp vừa nêu. Đó là giải pháp thiết kế thiết bị lai
giữa bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển kinh điền - bộ điều khiển PID đã đợc quen
thuộc và sử dụng từ rất lâu, điều đó giúp đơn giản hoá công việc thiết kế mà vẫn đảm
bảo cho hệ thống có đặc tính động học tốt và bền vững (robust ).
Trong quá trình thực nghiệm, với một chút kinh nghiệm cho thấy mặc dù đã
áp dụng một số công cụ mạnh để xác định mô hình quá trình, song do quá trìh có
tính phí tuyến, nhiễu và trễ nên kết quả thu đợc đã không thật sự tin cậy, ngoài ra
để có một mô hình toán học cụ thể cần áp dụng các phơng pháp xấp xỉ mô hình,
đây cũng là yếu tố dẫn đến một mô hình còn thiếu thông tin có ích. Một mô hình
thiếu sự chính xác cần thiết sẽ là không thích hợp với việc chỉnh định các tham số
cho bộ điều khiển kinh điền. Với lý do đó, nhiệm vụ đặt ra cho luận văn là cần đa
ra giải pháp dùng bộ điều khiển mở thích nghi chỉnh định tham số cho bộ PID. ý
tởng chính của phơng pháp là luôn theo sát diễn biến của quá trình và chỉnh định

9


tham số của bộ điều khiển PID theo diễn biến đó. Ngoài ra, việc thực nghiệm với

biến tần số có thể giúp khai thác các bộ biến tần có hiệu quả hơn.
1.2. Đặt vấn đề
Điều khiển quá trình là matt lĩnh vực ứng dụng quan trọng của kỹ thuật điều
khiển trong các ngành năng lợng và hóa chất. Nội dung của điều khiển quá trình
kết nối chặt chẽ nền tảng của lý thuyết điều khiển tự đọng với các bài toán của quá
trình công nghệ.
Điều khiển tự động chiếm vai trò ngày càng quan trọng trong các ngành công
nghiệp chế biến, khai thác và năng lợng. Trong mỗi nhà máy công nghiệp hiện đại
hệ thống điều khiển giám sát là thành phần không thể thiếu. Các hệ thống điều khiển
và giám sát đợc sử dụng trong những lĩnh vực đó có một số đặc thù chung đợc gọi
là các hệ thống điều khiển quá trình (Process Control System, PCS). Một hệ thống
điều khiển quá trình chứa đựng trong đó toàn bộ các giải pháp đo lờng, điều khiển,
vận hành và giám sát nhằm đảm bảo các yêu cầu của quá trình và thiết bị công nghệ
nh chất lợng sản phẩm, sản lợng, hiệu quả sản xuất, an toàn cho con ngời, máy
móc và môi trờng.
Trong sản xuất công nghiệp điều khiển quá trình đợc hiểu là điều khiển các thông
số công nghệ trong quá trình sản xuất nh nhiệt độ, áp xuất, lu lợng, định lợng,
mức, nồng độ, phản ứng hóa học. Vì vậy điều khiển quá trình thờng có trong một
thiết bị công nghiệp, công đoạn hoặc dây truyền sản xuất, đặc trng cho quá trình
sản xuất liên tục nh trong các nhà máy sản xuất hóa chất, nhiệt điện, vật liệu xây
dựng, công nghiệp thực phẩm rợu bia.
Trong nhiều ngành công nghiệp cần sử dụng tới van để đống mở điều khiển mức
nớc. Có nhiều loại van khác nhau nh van điều khiển nhờ tín hiệu dòng 4 dến
20mA và van chỉ đống mở ON hoặc OFF
Van điều khiển là thiết bị chấp hành phổ biến nhất trong lĩnh vực điều khiển quá
trình là van điều khiển. Van điều khiển điều chỉnh lu lợng chất lỏng nh gas, hơi

10

nớc, nớc, hoặc hợp chất hóa học để bù đắp nhiễu tảI và giữ biến quá trình cần điều
khiển càng gần giá trị đặt mong muốn càng tốt.
Van điều khiển hình bao gồm thân van, phần chỉnh bên trong, một cơ cấu
chấp hành cung cấp lực dẫn động để vận hành van, và các phụ kiện khác nhau bao
gồm bộ định vị van, thiết bị chuyển đổi, bộ điều chỉnh áp lực, chống rung hoặc công
tắc giới hạn.
Van điều khiển là một phần thiết yếu của mạch vòng điều khiển. Không chính
xác khi nói rằng van điều khiển là phần quan trọng nhất trong mạch vòng, mạch
vòng điều khiển nh một chuỗi các thiết bị, giống nh bất kỳ một chuỗi nào khác,
toàn bộ chuỗi cũng tốt nh một liên kết yếu nhất. Điều quan trọng là đảm bảo rằng
van điều khiển không phảI là liên kết yếu nhất.
Cấu trúc cơ bản của van điều khiển:

Hình 1-7. Cấu trúc tiêu biểu của một van cầu khí nén

11


Một van điều khiển bao gồm thân van đợc ghép nối với một cơ chế chấp
hành cùng với các phụ kiện liên quan. Trên hình 1-7 là hình ảnh mặt cắt của một van
cầu khí nén với cơ chế truyền động màng rung lò xo.
Phần thân van cùng các phụ kiện đợc gắn với đờng ống, đóng vai trò phần
tử điều khiển. Độ mở van và lu lợng qua van đợc xác định bởi hình dạng và vị trí
chốt van.
Khi sử dụng van này có nhợc điểm là giá thành cao thờng dùng co các đờng ống
có kích thớc trung bình và nhỏ. Với các đờng ống có kích thớc lớn ngời ta
thờng dung van đóng mở ON hoặc OFF. Ngời ta thờng dùng động cơ để đóng
mở các van này.Vì vậy việc thiết kế hệ thống điều khiển van là một vấn đề hết sức
quan trọng.Việc điều khiển van này có thể điều khiển bằng hệ thống rơle, hệ thống
bộ điều khioển PID thông thờng bộ điều khiển PID xung và bộ điều khiển mờ .Đây

là vấn đề chính để tôI nghiên cứu luận văn này

12


Chơng 2
Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình

2.1- Tổng quan về hệ thống điều khiển quá trình :
2.1.1- Quá trình và các biến quá trình :
Điều khiển quá trình đợc hiểu là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong
điều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất lợng
sản phẩm, hiệu quả sản xuất và an toàn cho con ngời, máy móc và môi trờng.
Việc xây dựng một hệ thống điều khiển quá trình bao bồm nhiều bớc nh
phân tích, thiết kế, lập trình, chỉnh định và đa vào vận hành, ta gọichung là các
nhiệm vụ phát triển hệ thống.
- Biến vào là một đại lợng hoặc một điều kiện phản ánh tác động từ bên
ngoài vào quá trình, ví dụ nh lu lợng dòng nguyên liêu, dòng chất lu, nhiệt độ
hơi nớc cấp nhiệt...
- Biến ra là một đại lợng hoặc một điều kiện thể hiện tác động của quá trình
ra bên ngoài, ví dụ lu lợng sản phẩm ra, áp suất khí nén trong bình khí hay áp suất
cần duy trì của hệ thống cấp nớc công nghiệp....
13


- Biến trạng thái mang thông tin về trạng thái bên trong quá tình, ví dụ mức
chất lỏng, nhiệt độ lò, áp suất hơi....
Tuy nhiên, trong một quá trình công nghệ thì không phải biến vào nào cũng
có thể can thiệp đợc và không phải biến ra, biến trạng thái nào cũng đợc điều
khiển (hình 1.1). Do đó các biến vào cũng cần phân biệt : Biến đièu khiển là một

biến vào của quá trình có thể can thiệp trực tiếp từ bên ngoài, qua đó tác động tới
biến ra theo ý muốn, còn lại các biến không can thiệp đợc một cách trực tiếp hay
gián tiếp nhng trong quá trình đang quan tâm coi là nhiễu. Biến cần điều khiển là
một biển ra hoặc một biến trạng thái của quá trình đợc điều khiển, điều chỉnh sao
cho gần với một giá trị mong muốn hay giá trị đặt hoặc bám theo một biến chủ đạo
nh hình vẽ:

Trong thực tế, những biến cần điều khiển tiêu biểu nhất trong các hệ thống
điều khiển quá trình là những biến ra nh nhiệt độ, lu lợng, áp suất, mức ..... các
biến ra hoặc biến trạng thái còn lại của quá trình có thể chỉ cần đợc ghi chép hoặc
hiền thị.

14


Các quá trình công nghệ có thể đợc phân loại theo nhiều quan điểm khác
nhau. Khi thì dựa trên số lợng biến ra : một quá trình chỉ có một biến ra đợc gọi là
quá trình đơn biến ; ngợc lại, quá trình có nhiều biến ra là quá trình đa biến. Khi
thì dựa vào số lợng biến ra/ra, ta có cách phân biệt ; một quá trình có một biến vào một biến ra đợc gọi tắt là SiSO (single input - single output ) ; quá trình nhiều vào nhiều ra đợc gọi là MIMO ( multple inputs - multiple 0utputs ) có thể nói hầu hết
quá trình công nghệ đều là những quá trình đa biến, quá trình MIMO.
Ngoài ra, dựa trên đặc tính của các đại lợng đặc trng ( biến ra hoạc biến
trạng thái tiêu biểu ), ta cũng có thể phân loại các quá trình thành quá trình liên tục,
quá trình gián đoạn, quá trình rời rạc và quá trình mẻ. Các đại lợng đặc trng cho
quá trình liên tục là các biến tơng tự, tức chúng có thể lấy một giá trị bất kỳ trong
phạm vi giới hạn, ví dụ nh quá trình trao đổi nhiệt, quá trình bay hơi, quá trình vận
chuyển chất lỏng ... quá trình gián đoạn có bản chất giống nh quá trình liên tục, tuy
nhiên các biến vào ra chỉ đợc quan sát tại những thời điểm gián đoạn nhất định.
Đặc trng cho quá trình rời rạc là các đại lợng thờng đợc biểu diễn bằng các biến
số nguyên hay biến logic, ví dụ nh quá trình đóng bao, đóng chai..... quá trình mẻ
là một quá trình hỗn hợp, các đại lợng đặc trng của quá trình mẻ bao gồm cả các

biến tơng tự và biến rời rạc. Đặc biệt, yếu tố thời gian và yếu tố sự kiện đóng một
vai trò quan trọng trong một quá trình mẻ.
Nhìn từ quan điểm của lý thuyết điều khiển, ta có thể phân biệt bài toán điều
chỉnh, bài toán bám. Nhiệm vụ điều chỉnh là thiết lập hoạc duy trì biến đầu ra tại
một giá trị đặt cho trớc trong khi có tác động của nhiễu, trong khi yêu cầu của điều
khiển bám là biến đầu ra bám theo một tín hiệu chủ đạo liên tục thay đổi ( biết trớc
hoặc không biết trớc ). Bài toàn bám đợc quan tâm nhiều hơn trong lĩnh vực điều
khiển máy móc, điều khiển chuyển động.
Trong điều khiển quá trình, bìa toán điều chỉnh chiếm vai trò chủ yếu, bởi các
giá trị đặt thờng cổ định hoặc ít thay đổi trong chế độ vận hành bình thờng. Các ví
dụ tiêu biểu cho bài toán điều chỉnh bao bồm điều chỉnh nhiệt độ, áp suất, mức, lu
15


lợng .... các biến cần điều khiển đợc quan tâm trong các quá trình này đều là các
biến tơng tự, vì vậy cần đặt ra các yêu cầu đặc trng cho khả năng chuyển đổi và xử
lý tín hiệu của các thiết bị đo, điều khiển và chấp hành.
Xét về khả năng vận hành và điều khiển của quá trình, ta thờng phải quan
tâm đến giới hạn vật lý của các trang thiết bị cũng nh những quan hệ phụ thuộc
giữa các đại lợng là những trở ngại không nhỏ trong việc thực hiện các giải pháp
điều khiển. Đặc biệt, các quá trình công nghệ hiện đại thờng đợc thiết kế tối u về
mặt an toàn, tiết kiệm năng lợng và chi phí đầu t, nhng lại gây nhiều khó khăn
cho việc thiết kế điều khiển, đây là bìa toán tối u cần đợc nỗ lực giải quyết.
Thực tế cho thấy, ngay cả khi quá trình công nghệ là một đối tợng dễ điều
khiển về mặt toán học, tức là ta hoàn toàn có thể đa ra các luật điều khiển để đạt
các chỉ tiêu chất lợng một cách lý tởng, song các luật điều khiển đó không thể
thực hiện đợc do các điều kiện ràng buộc. Mỗi thiết bị chấp hành chỉ có hiệu lực
trong một phạm vi làm việc bởi sự ràng buộc về mặt vật lý. Đặc tính động học của
mỗi van điều khiển, mỗi động cơ hoặc máy bơm cũng chỉ có giới hạn, chúng không
thể tác động nhanh tuỳ ý theo yêu cầu của thuật toán điều khiển. Cũng là những yếu

tố ràng buộc của yêu cầu chế độ vận hành, một số biến trạng thái hay biến ra cũng
phải thoả mãn về giá trị và tốc độ biến thiên.
2.1.2. Các thành phầm cơ bản của hệ thống điều khiển quá trình :
Các hệ thống điều khiển quá trình công nghiệp có thể đơn giản đến tơng đối
phức tạp, nhng chúng đều cấu trúc bởi ba thành phần cơ bản là thiết bị đo, thiết bị
chấp hành và thiết bị điều khiển. Chức năng của mỗi thành phần của hệ thống và
quan hệ các tín hiệu đợc mô tả trên hình (1.2).

16


Hình 1.2

Các thuật ngữ thờng dùng :
- Giá trị đặt : Set point (SP), Set Value (SV)
- Tín hiệu điều khiển : Control Signal, Controller 0utput (C0)
- Biến cần điều khiển : Controled Variable (CV)
- Đại lợng đo : Process Vaiue (PV)
- Tín hiệu đo : Process Measurement (PM)
Sơ đồ trên đây dựa trên câú trúc ghép nối truyền thống với các tín hiệu tơng
tự và vào/ra tập trung. Trong thực tế ngời ta có thể sử dụng các cấu trúc ghép nối
khác nh vào ra phân tán và sử dụng các công nghệ bus trờng. Khi đó quan hệ liên
kết giữa các thành phần trong hệ thống có thể khác một chút về mặt hình thức,
nhng bản chất trao đổi thông tin không có gì khác biệt.
Đặc trng cơ bản của các thành phần trong hệ thống (hình 1.2)
* Thiết bị đo : Có chức năng cung cấp một tín hiệu ra tỷ lệ theo một nghĩa nà
đó với đại lợng đo. Một thiết bị đo thờng gồm hai thành phần cơ bản là cảm biến
và bộ chuyển đổi đo chuẩn ( transmitter ), tín hiệu ra từ cảm biến đợc khuyếch đại,
điều hoà và chuyển đôỉ sang một dạng thích hợp cho thiết bị điều khiển, chỉ báo
hoặc truyền xa, ví dụ dòng điện, điện áp, số xung .... thiết bị đo có nhiệm vụ phải

phản ánh chính xác diễn biến của quá trình. Trong nhiều trờng hợp, vai trò của thiết
17


bị đo có quyết định to lớn đến độ chính xác của quá trình điều khiển. Ngời ta
thờng phải xử lý tín hiệu đo nh lọc nhiễu, hạn chế biến độ trớc khi thực hiện các
luật điều khiển.
Ngày nay, để phù hợp với công nghệ điều khiển cũng nh khả năng truyền
thông, đầu ra của các bộ chuyển đổi đợc chuẩn hoá có thể là điện áp 0-10V, dòng
điện 4-20mA .... và ứng dụng công nghệ bus trờng.
* Thiết bị điều khiển : (controller ) là một thiết bị tự động thực hiện chức
năng điều khiển theo luật điều khiển đã thiết lập, là thành phần cốt lõi của một hệ
thống điều khiển công nghiệp. Một bộ điều khiển có thể hiểu là một thiết bị điều
khiển cứng, đơn lẻ ( ví dụ bộ điều khiển nhiệt độ ), một khối phần mềm cài đặt trong
thiết bị điều khiển chia sẻ (PLC, máy tính ...)
Trên cơ sở các tin hiệu vào ( tín hiệu đo, tín hiệu đặt ) và một cấu trúc điều
khiển/sách lợc điều khiển đợc lựa chọn, bộ điều khiển thực hiện thuật toán điều
khiển và đa ra tín hiệu điều khiển để can thiệp trở lại quá trình kỹ thuật thông qua
các thiết bị chấp hành. Tuỳ theo dạng tín hiệu vào ra và phơng pháp thể hiện luật
điều khiển, một thiết bị điều khiển có thể đợc xếp loại là điều khiển tơng tự
(analog controller ), thiết bị điều khiển logic (logic controller ) hay thiết bị điều
khiển số ( digital controller ). Một thiết bị điều khiển số đợc xây dựng trên nền tảng
máy tính số, có thể thay thế chức năng của một thiết bị điều khiển tơng tự hoặc một
thiết bị điều khiển logíc.
Thiết bị điều khiển số có thể chấp nhận các đầu vào/ra là tín hịêu số hoạc tin
hiệu tơng tự với sự tích hợp các thành phần chuyển đổi tơng tự - số nh cần thiết,
tuy nhiên thuật toán điều khiển bao giờ cũng đợc thực hiện bằng máy tính số. Một
thiết bị điều khiển số không những cho chất lợng và tin cậy cao hơn, mà còn có thể
đảm nhiệm nhiều chức năng điều khiển, tính toán và hiến thị.
* Thiết bị chấp hành : ( actuator system, jinal control elêmnt ) nhận tín hiệu

ra từ bộ điều khiển và thực hiện tác động can thiệp tới biến điều khiển. Các thiết bị
chấp hành tiêu biểu trong công nghiệp là các bộ biến đổi điện tử công suất, động cơ
18


điện, van điều khiển, máy bơm, quạt gió..... ví dụ, tuý theo tin hiệu điều khiển mà
một van điều khiển thay đổi độ mở van và do đó thay đổi lu lợng cấp, qua đó điều
chỉnh mức chất lỏng trong bình. Một máy bơm có điều chỉnh tốc độ ( bơm ba pha
với biến tần chẳng hạn ) cũng có thể sử dụng để thay đổi áp suất dòng chất lỏng hoặc
dòng khí và qua đó điều chỉnh lu lợng.
2.2- Mô hình hoá quá trình :
2.2.1- Đặt vấn đề :
Hầu hết các phơng pháp điều khiển hiện đại đều dựa trên cơ sở mô hình toán
học. Về nguyên tắc, có hai phơng pháp cơ bản để xây dựng mô hình toán học cho
một quá trình là :
* Mô hình hoá bằng lý thuyết hay còn gọi là mô hình hoá vật lý đi từ các định
luật cơ bản của vật lý và hoá học kết hợp các thông số kỹ thuật của thiết bị công
nghệ, kết quả nhận đợc là các phơnảctình vi phân ( thờng hoặc đạo hàm riêng )
và phơng trình đại số, phơng pháp lý thuyết có u điểm là cho ta hiểu sâu các
quan hệ bên trong của quá trình liên quan trực tiếp tới các hiện tợng vật lý, hoá học
hoặc sinh học. Nếu đợc tiến hành chi tiết, mô hình lý thuyết sẽ cho ta xác định
đợc tơng đối chính xác cấu trúc của mô hình.
Tuy nhiên, cách thức tiền hành xây dựng một mô hình lý thuyết phụ thuộc rất
nhiều vào quá trình cụ thể, khó có thể công thức hoá. Vì vậy, công việc này đòi hỏi
nhiều kinh nghiệm, công sức và thời gian. Kết quả một mô hình lý thuyết chính xác
phải đợc xác định trên các quan hệ động học của thiết bị đo, của thiết bị chấp hành
hoặc của các thiết bị công nghệ, phải xác định đợc các điều kiện vận hành, điều
kiện môi trờng, hơn nữa cũng cần phải xác định đợc mô hình nhiễu tác động vào
quá trình.
Qua những u nhợc điểm trên, ta thấy mô hình lý thuyết ít phù hợp cho việc

xác định các tham số của bộ điều khiển.
* Mô hình hoá bằng thực nghiệm hay còn gọi là phơng pháp hộp đen hay
nhận dạng quá trình, dựa trên thông tin ban đầu về quá trình, quan sát tín hiệu vào 19


ra thực nghiệm và phân tích các số liệu thu đợc để xác định cấu trúc và các tham số
mô hình từ một lớp các mô hình thích hợp. Hiện nay, các phơng pháp thực nghiệm
đợc áp dụng khá phổ biến vì có thể sử dụng các công cụ phần mềm hiện đại hỗ trợ
rất mạnh chức năng nhận dạng trực tuyến cũng nh ngoại tuyến.
Tuy vậy, phơng pháp thực nghiệm thuần tuý, chẳng hạn đối với quá trình
đợc coi là hộp đen với các số liệu vào - ra lấy từ thực nghiệm cũng còn những hạn
chế nh độ chính xác của mô hình còn phụ thuộc vào độ tin cậy của các phép đo.
Ngoài ra, sau đó còn phải dựa vào việc giả thiết một lớp mô hình thích hợp và phải
thực hiện theo một quá trình lặp với những công cụ mô phỏng. Trong thực tế, nếu sử
dụng kết hợp cả hai phơng pháp lý thuyết và thực nghiệm sẽ cho một mô hình có
giá trị hơn cho mục đích sử dụng.
2.2.2. Phân loại phơng pháp nhận dạng :
Các phơng pháp thực nghiệm hiện nay vô cùng phong phú, có thể phân loại
các phơng pháp nhận dạng từ nhiều góc nhìn khác nhau, ví dụ về vài cachs phân
loại.
* Theo dạng mô hình sử dụng trực tiếp, mô hình tuyến tính bậc nhất và bậc
hai ( có hoặc không có trễ, có hoặc không dao động, có hoặc không có thành phần
tích phân ) là những dạng thực dụng nhất trong điều khiển quá trình với các phơng
pháp kinh điển. Với các phơng pháp điều khiển hiện đại khác cho phép sử dụng các
mô hình phức tạp hơn.
* Nhận dạng chủ động và nhận dạng bị động : nhận dạng chủ động khi tín
hiệu vào đợc chủ động lựa chọn và kích thích ( thực tế hay sử dụng tin hiệu dạng
bậc thang, xung vuông và dao động điều hoà ) đây là phơng pháp tốt nhất khi điều
kiện thực tế cho phép. Trong thực tế, khi hệ thống đang vận hành, việc nhận dạng
chủ động có thể không đợc thực hiện vi những lý do công nghệ, khi ấy phải chấp

nhận sử dụng số liệu vào/ra vận hành thực và ta có phơng pháp nhận dạng bị động.
2.2.3. Các bớc tiến hành :
20


Cũng nh nhiều công việc phát triển hệ thống khác, nhận dạng hầu nh bao
giờ cũng là một quá trình lặp, bao gồm các bớc :
- Thu thập, khai thác thông tin ban đầu về quá trình
- Lựa chọn phơng pháp nhận dạng ( trực tuyến/ngoại tuyến, vòng hở/vòng
kín, chủ động/bị động) chọn thuật toán ớc lợng tham số và tiêu chuẩn đánh giá mô
hình.
- Tiến hành lấy số liệu thực nghiệm cho từng cấp biến vào/ra trên cơ sở
phơng pháp nhận dạng đã chọn, xử lý thô các số liệu nhằm loại bỏ những giá trị đo
kém tin cậy.
- Quyết định về dạng mô hình (phí tuyến/tuyến tính, liên tục/gián đoạn...) theo
mục đích sử dụng và khả năng ứng dụng của phơng pháp nhận dạng đã chọn, đa ra
giả thiết ban đầu về cấu trúc mô hình ( bậc từ số/mẫu số, có trễ hay không trễ ....)
- Xác định các tham số mô hình tho phơng pháp/thuật toán đã họn
- Mô phỏng, kiềm chứng và đánh giá mô hình nhận đợc theo các tiêu chuẩn
và nếu có thể lặp lại một hoặc một số trong các bớc trên.
2.2.4. Xác định các tham số của mô hình :
* Các phơng pháp dựa trên đáp ứng quá độ :
Các phơng pháp trực tiếp dựa trên đồ thị đáp ứng quá độ rất đợc a chuộng
với những ngời làm thực tế bởi tính trực quan và đơn giản. Tất nhiên, độ chính xác
của các mô hình nhận đợc tuy không cao ( vì thờng sử dụng mô hình bậc thấp,
ảnh hởng của nhiễu không đợc giải quyết tốt) nhng có thể đáp ứng số lớn các bài
toán điều khiển quá trình.
Để áp dụng phơng pháp này,. cần phải xác định mô hình sử dụng có đặc tính
thuộc trờng hợp nào dới đây :
* Đặc tính quan tính : có thể xấp xỉ thành mô hình quân tính bậc nhất hoặc bậc hai

có trễ (F0PDT - First - 0rder - phus - Dead Time, S0pdt - Second- 0rder - Plus - Dead
- Time).
* Đặc tính dao động tắt dần có thể xấp xỉ về mô hình dao động bậc hai
21


* Đặc tính tích phân có thể xấp xỉ về mô hình quân tính bậc nhất hoặc bậc hai có trễ
cộng thêm thành phần tích phân.
Nhóm các phơng pháp này là : i) phơng pháp kê tiếp tuyến, ii) phơng pháp
hai hay ba điểm quy chiều, iii) phơng pháp diện tích ....
* Các phơng pháp dựa trên đáp ứng tần số :
Nhận dạng dựa trên số liệu đặc tính đáp ứng tần số trớc hết có thể phục vụ
các phơng pháp thiết kế điều khiển trực tiếp trên miền tần số. Với phơng pháp
này, quá trình đợc kích thích chủ động bằng tín hiệu hình sin hoặc kích thích bằng
tín hiệu dạng xung, tuy nhiên, phơng pháp này thờng khó khả thi đối với nhiều
quá trình công nghiệp.
* Các phơng pháp bình phơng tối thiểu :
Đối với những quá trình phức tạp hoặc những quá trình đòi hỏi cao về chất
lợng điều khiển, có thể áp dụng phơng pháp nhận dạng chính xác hơn những
phơng pháp trên. Một phơng pháp đợc coi là đa năng dựa trên nguyên lý đơn
giản và quen thuộc - nguyên lý bình phơng tối thiểu ( Least Squares, LS) thực chất
bài toán nhận dạng đợc đa về bài toán tối u ví hàm mục tiêu cần cực tiểu hoá là
tổng bình phơng sai lệch ( có thể với hệ số trọng lợng ) giữa các số liệu quan sát
thực và các giá trị tính toán ớc lợng.
Việc áp dụng các phơng pháp nhận dạng đợc thực hiện cho một quá trình
cụ thể ở mục (.......) chơng bốn.
2.3. Cơ sở thiết kế điều khiển :
Sau khi xác định đợc bài toán điều khiển, bớc tiếp theo là thiết kế điều
khiển. Công việc thiết kế điều khiển đợc tiến hành theo hai bớc cơ bản là thiết kế
cấu trúc điều khiển và thiết kế bộ điều khiển.

2.3.1. Cấu trúc điều khiển :
Cấu trúc điều khiển hay còn gọi là sách học điều khiển thể hiện quan hệ về
mặt cấu trúc giữa các biến chủ đạo ( giá trị đặt ), biến đo và biến điều khiển thông
qua các bộ điều khiển và các phần từ cấu hình hệ thống khác ( ví dụ, các khâu tính
22


toán, lựa chọn, bù trễ ...) kết quả là đa ra đợc sơ đồ khối mô tả chi tiết cấu trúc của
hệ thống điều khiển. Trên cơ sở đó sẽ thực hiện bớc tiếp theo là lựa chọn cấu trúc
và các tham sốcủa bộ điều khiển.
Trong thực tế, hầu hết các hệ thống điều khiển quá trình đều có cấu trúc điều
khiển dựa trên sự kết hợp hoặc mở rộng của hai nguyên lý điều khiển cơ bản, đó là
điều khiển phân hồi và điều khiển thẳng.

Hình 1.8
- Cấu trúc tổng quát của điều khiển truyền thẳng đợc mô tả trên hình (1.8)
đặc điểm cơ bản của điều khiển truyền thẳng là yêu cầu phải biết rõ thông tin về quá
trình và ảnh hởng của nhiễu ( phải đo đợc nhiễu) đây là nhợc điểm lớn nhất của
điều khiển truyền thẳng. Nếu đáp ứng đợc yêu cầu trên thì điều khiển truyền thẳng
có u điểm quan trọng là khả năng loại bỏ nhiễu trớc khi nó kịp ảnh hởng xấu tới
quá trình.
- Với bài toán điều khiển là thiết lập và duy trì một đại lợng cần điều khiển
tại một giá trí đặt cho trớc trong khi có tác động của nhiễu ( có thể không đo đợc )
ta nên chọn cấu trúc điều khiển phân hồi.
Điều khiển phân hồi ( F eedback control ) hay còn gọi là điều khiển vòng kín (
elosed - loop control ) dựa trên nguyên tắc liên tục đo ( hoặc quan sát ) giá trị biến
đợc điều khiển và phản hồi thông tin về bộ điều khiển để tính toán lại giá trị của
biến điều khiển. Trong các sách lợc điều khiển, điều khiển phản hồi đóng vai trò
quan trọng hàng đầu. Điều khiển phản hồi đợc sử dụng gần nh trong tất cả các hệ
thống điều khiển tự động.

23


Có thể nói " điều khiển phản hồi là cách duy nhất để ổn định một quá trình
không ổn định " {1}.
Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điều khiển phản hồi đợc minh hoạ trên
hình (1.9).

Điều khiển phản hồi có hai cấu hình hay dùng là :
* Cấu hình điều khiển một bậc tự do : bộ điều khiển thực hiện luật điều khiển
dựa trên sai lệch giữa giá trị quan sát dợc của biến đợc điều khiển với giá trị đặt.
Ví dụ, luật tỷ lệ, tích phân, vi phân trong bộ điều khiển PID. Bộ điều khiển chỉ tính
toán đầu ra của nó dựa theo sai lệch, không phân biệt sai lệch đó là do nhiễu quá
trình hay do thay đổi giá trị đặt gây ra. Nói cách khác, trong hầu hết trờng hợp ta sẽ
gặp khó khăn trong việc chỉnh định bộ điều khiển để thoả mãn yêu cầu đáp ứng bám
giá trị đặt và đáp ứng loại bỏ nhiễu.
* Một cấu hình điều khiển khác, bộ điều khiển chứa hai khâu trong ứng với
hai đầu vào, có thể chỉnh định một cách độc lập để đa ra đáp ứng các yêu cầu riêng
về bám giá trị đặt cũng nh loại bỏ nhiễu - gọi là bộ điều khiển phân hồi có cấu hình
điều khiển hai bậc tự do. Về bản chất, cấu hình điều khiển hai bậc tự do là sự kết hợp
của điều khiển phản hồi và điều khiển thẳng, nó cũng chiếm u thế khi lựa chọn ứng
dụng trong công nghiệp.
2.3.2. Lựa chọn bộ điều khiển :
Các bộ điều khiển phản hồi là những thành phần cốt lõi của mỗi hệ thống điều
khiển tự động. Bộ điều khiển phản hồi có chức năng nhận tín hiệu, do sánh với tín
hiệu đặt, thực hiện thuật toán điều khiển và đa ra tín hiệu điều khiển để can thiệp
vào biếu điều khiển thông qua thiết bị chấp hành. Trong một hệ thống điều khiển
quá trình, các bộ điều khiển phản hồi có thể đựơc thực hiện dới dạng một thiết bị

24

điều khiển vòng đơn ( Single - Loop Controller, SLC ) Distrbuted Control System ),
PLC 9 Programmable Logic Controller ) hoặc máy tính PC công nghiệp.
Từ hơn sáu thập kỷ nay, PID là bộ điều khiển thông dụng nhất trong các hệ
thống điều khiển quá trình bởi vì :
* Cấu trúc và nguyên lý hoạt động đơn giản , dễ hiểu và dễ sử dụng đối với
những ngời làm thực tế.
* Có rất nhiều phơng pháp và công cụ mạnh hỗ trợ chỉnh định các tham số
của bộ điều khiển.
* Các luật điều khiển P, PI và PID thích hợp cho một phần lớn các quá trình
công nghiệp.
Nhiều báo cáo đã đa ra các con số thống kê rằng hơn 90 % bài toán điều
khiển quá trình công nghiệp đợc giải quyết với các bộ điều khiển PID, trong đó
khoảng trên 90 % thực hiện luật PI, 5 % thực hiện luật P thuần tuý, khoảng 3% thực
hiện luật PID đầy đủ, còn lại về trớc, các bộ điều khiển PID còn phổ biến đực thực
hiện theo kỹ thuật tơng tự, chủ yếu đợc lắp ráp bằng linh kiện bán dẫn nh
transisto, IC tuyển tính..... một số khác bằng công nghệ khí nén. Chúng bộc lộ những
nhợc điểm khá quan trọng là :
* Do kết cấu " cứng " nên khả năng hiệu chỉnh tham số hạn chế, hầu nh đợc
thiết kế, chế tạo chỉ phục vụ cho một hoặc một lớp đối tợng điều khiển cụ thể,
không đợc chế tạo theo chuẩn đồng loạt.
* Hạn chế khả năng tự chỉnh định tham số.
* Hạn chế tích hợp các chức năng khác nh tính toán, ra thông báo, cảnh
báo....
* Thiết bị chịu ảnh hởng lớn của các yếu tố môi trờng nh nhiệt độ, độ ẩm,
nhiễu ...
Ngày nay, do công nghệ vi xử lý, máy tính số phát triển, nên hâù hết các bộ
điều khiển PID đợc thực hiện bằng kỹ thuật số - xây dựng trên nền máy tính số.
Chúng hoàn toàn khắc phục đợc những nhợc điểm của bộ điều khiển tơng tự.

25


Ngoài ra, bộ điều khiển số còn có thêm u điểm quan trọng nh điều khiển số thuận
tiện trong việc truyền và lu giữ thông tin trong thời gian dài, không hạn chế, độ
chính xác có thể đạt đợc mong muốn khi lựa chọn thời gian trích mẫu hợp lý và cấu
hình phần cứng cho phép.

Chơng 3

bộ điều khiển mờ
3.1. Khái niệm cơ bản
3.1.1. Bộ điều khiển mờ lý tởng
Trên góc độ điều khiển thì con ngời có khả năng tuyệt vời của bộ điều khiển
mờ hoàn chỉnh. Để hiểu rõ ta xét hoạt động lái xe của một ngời lái xe trên đờng
xem ông ta xử lý những thông tin gì và xử lý chúng nh thế nào:
+ Đại lợng điều khiển thứ nhất là con đờng trớc mặt. Ngời lái xe có
nhiệm vụ điều khiển chiếc xe đi đúng phần đờng quy định, tức là phải luôn giữ cho
xe nằm trong phần đờng bên phải kể từ vạch phân cách, trừ trờng hợp vợt xe
khác, tránh các phơng tiện lu thông khác trên đờng... Để làm đợc việc đó ngời
lái xe phải biết xe của mình đang ở đâu bằng các quan sát vạch phân cách trên
đờng, quan sát các vật cố định khác có trên đờng, quan sát các chớng ngại vật
nhờ đó mà ngời lái xe phải quyết định đánh lái sang trái hay sang phải, đánh lái
mạnh hay yếu.
+ Đại lợng điều khiển thứ hai là tốc độ của xe. Với nguyên tắc để xe chạy
êm và an toàn cũng nh tiết kiệm xăng ngời lái xe có nhiệm vụ giữ ổn định tốc
độ cho xe, tránh phanh gấp hoặc gia tốc đột ngột không cần thiết. Giá trị tốc độ xe
phải giữ cũng phụ thuộc nhiều vào môi trờng xung quanh nh thời tiết, cảnh quan,
mật độ xe trên đờng và cũng còn phụ thuộc việc ông ngời lái xe có quen đờng
hay không. Tuy nhiên, quy luật điều khiển này hoàn toàn không cố định. Giả sử phía

26


trớc có xe chạy chậm thì ngời lái xe phải giảm tốc độ cho đến khi vợt đợc chiếc
xe đó.
+ Ngoài hai đại lợng cần điều khiển chính nh trên ngời lái xe còn phải
theo dõi tình trạng làm việc của xe nh nớc làm mát có quá nóng, dầu bôi trơn có
còn đủ, lợng xăng trong bình, nhiệt độ trong xe, áp suất hơi trong lốp, nhiệt độ
máy, để có thể phân tích, nhận định kịp thời các lỗi h hỏng của xe. Tất cả các sự
thay đổi tham số ở trên ngời lái xe có thể nhận biết trực tiếp qua các đèn tín hiệu
trong xe, song cũng có thể nhận biết gián tiếp qua phản ứng của xe với các đại lợng
điều khiển.
Ngời lái, xe trong quá trình lái xe, đã thực hiện tuyệt vời chức năng của bộ
điều khiển, từ thu thập thông tin, thực hiện thuật toán điều khiển (trong đầu) cho đến
đa ra tín hiệu điều khiển kịp thời mà không cần phải biết chính xác về vị trí, tốc độ,
tình trạng của xe. Hoàn toàn ngợc lại với khái niệm điều khiển chính xác, ngời lái
xe cũng chỉ cần đa ra những đại lợng điều khiển theo nguyên tắc xử lý mờ nh:
- Nếu xe hớng nhẹ ra vạch phân cách thì đánh lái nhẹ sang phải
- Nếu xe hớng mạnh ra vạch phân cách thì đánh lái mạnh sang phải
- Nếu đờng có độ dốc lớn thì về số
- Nếu gặp chớng ngại vật thì phải giảm tốc độ
- Nếu đờng tốt, tầm nhìn thoảng thì có thể tăng tốc độ.
Các nguyên lý điều khiển mờ nh trên, tuy có khác nhau về số lợng các
mệnh đề điều kiện, song đều cùng có một cấu trúc:
nếu điều kiện 1 và điều kiện n thì quyết định 1 và quyết định m.
Dựa trên nguyên lý điều khiển mờ của ngời lái xe thực hiện việc lái xe các
nhà khoa học cũng xây dựng lại mô hình điều khiển theo nguyên lý mờ để có thể áp

27