Đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển động cơ (tóm tắt luận văn )

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

KHIẾU VĂN BẰNG

ĐẠI SỐ GIA TỬ VÀ ỨNG DỤNG
TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
CHUYÊN NGÀNH :
MÃ SỐ:

KHOA HỌC MÁY TÍNH
60.48.01

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2013


2

Luận văn được hồn thành tại:
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Như Lân

Phản biện 1: ……………………………………………………………………………
Phản biện 2: …………………………………………………………………………..

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Cơng nghệ Bưu
chính Viễn thơng
Vào lúc:

....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... .. năm ...............

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thơng

HÀ NỘI, 2013


3

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận văn
Một trong những xu hướng nghiên cứu mới được chú ý nhiều hiện nay về mặt
phương pháp luận là nghiên cứu, xây dựng các loại thuật tốn xử lý thơng tin với
mức độ thông minh ngày càng cao dựa trên các công cụ của trí tuệ nhân tạo như logic
mờ, mạng nơ ron…[1] để hỗ trợ cho con người ra quyết định trong những tình huống
thiếu thơng tin hoặc điều khiển trong mơi trường phức tạp. Sự có mặt của logic mờ đã
đem lại cho công nghệ điều khiển truyền thống một cách nhìn mới, điều khiển được
hiệu quả các đối tượng khơng rõ ràng về mơ hình trên cơ sở tri thức chun gia đầy
cảm tính [9]. Sự kết hợp thành cơng giữa logic mờ và lý thuyết điều khiển trong quá
trình đi tìm các thuật tốn điều khiển thơng minh người ta gọi nó là điều khiển mờ.
Tuy nhiên trong tiếp cận mờ người ta vẫn tìm được nhược điểm của nó đó là chưa
đảm bảo thứ tự ngữ nghĩa của các tập mờ. Để vượt qua khó khăn này các chuyên gia
nghiên cứu về đại số gia tử đã đề xuất đưa đại số gia tử vào các bài toán điều khiển
[8].
Trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa thì điều khiển động cơ là một trong
những bài toán rất cơ bản và phổ biến. Nghiên cứu các phương pháp mới điều khiển
động cơ là hướng nghiên cứu quan trọng của một nhóm nghiên cứu điện – điện tử &
tự động hóa tại trường đại học của Split về kỹ thuật điện, cơ khi và kiến trúc hải

quân, đứng đầu là giáo sư Dinko Vukadinović. Nhóm này đã đưa ra đề nghị với
nhóm nghiên cứu của Viện Cơng nghệ thơng tin gồm PGS.TSKH.Nguyễn Cát Hồ,
TS.Vũ Như Lân và nghiên cứu sinh Nguyễn Tiến Duy Đại học kỹ thuật công nghiệp
Thái nguyên, xem xét nghiên cứu một giải pháp mới thay thế bộ điều khiển PI và
điều khiển mờ đối với động cơ một chiều bằng bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử.
Muốn tìm hiểu xem việc áp dụng đại số gia tử trong điều khiển động cơ một chiều
liệu có kết quả tốt hơn so với việc áp dụng các phương pháp điều khiển truyền thống
trước đó hay không.
2. Mục tiêu của luận văn


4

Tìm hiểu về điều khiển mờ, đại số gia tử, cách tiếp cận điều khiển mờ, và cách
tiếp cận điều khiển sử dụng đại số gia tử. Làm rõ vai trò và những ưu điểm của các hệ
thống điều khiển khi áp dụng đại số gia tử so với hệ thống có áp dụng các phương
pháp điều khiển khác.
3. Các đóng góp của luận văn
+ Đưa ra cách tiếp cận điều khiển mờ, tiếp cận điều khiển sử dụng đại số gia
tử.
+ Từ kết quả thực nghiệm của nghiên cứu. Làm rõ được vai trò của đại số gia
tử trong điều khiển và những ưu điểm của nó so với các phương pháp điều khiển
khác.
4. Bố cục luận văn
Luận văn được bố cục thành 3 chương với nội dung tóm tắt như sau:
Chương 1: Trình bày tính một số xu hướng nghiên cứu mới trong điều khiển
tự động hóa hiện nay. Giới thiệu các phương pháp điểu khiển PI, điều khiển mờ và
điều khiển sử dụng đại số gia tử. Nếu một vài ưu điểm của đại số gia tử so với các
phương pháp điều khiển khác để làm rõ tính cấp thiết của đề tài.
Chương 2: Trình bày một số khái niệm cơ bản về logic mờ. Giới thiệu cách

tiếp cận điều khiển mờ.
Chương 3: Trình bày một số khái niệm chính về đại số gia tử và cách tiếp cận
điều khiển sử dụng đại số gia tử. Thực nghiệm vào bài toán điều khiển động cơ sử
dụng phương pháp điều khiển PI, điều khiển mờ và điều khiển đại số gia tử để làm
rõ hơn tính ưu việt của đại số gia tử so với các phương pháp điều khiển khác.

CHƢƠNG 1
TÍNH CẤP THIẾT CẦN CĨ ỨNG DỤNG ĐẠI SỐ GIA TỬ TRONG ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ
1.1 Mở đầu
1.2 Những dấu mốc đánh dấu phát triển ngành tự động hóa và những xu thế
nghiên cứu về tự động hóa hiện nay.
Vào năm 1874 Jame Watt đã phát minh ra cách điều chỉnh máy hơi nước nhờ
bộ điều khiển tốc ly tâm. Đây chính là lần đầu tiên người ta ghi nhận ra sự có mặt của
điều khiển tự động trong lĩnh vực điều khiển. Sau này nhiều phát minh khác lần lượt
đưa ra.


5

Kể từ khoảng năm 1960 trở đi nhờ máy tính số cho phép ta đối phó với sự
phức tạp của các hệ thống hiện đại. Lý thuyết điều khiển hiện đại dựa trên phân tích
trong miền thời gian và tổng hợp dùng các biến trạng thái, cho phép giải các bài tốn
điều khiển có các u cầu chặt chẽ khác nhau về độ chính xác, trọng lượng và giá
thành của các hệ thống trong lĩnh vực kỹ nghệ không gian và quân sự.
1.3 Điều khiển mờ và điều khiển sử dụng đại số gia tử đang giữ nhiều vai trò to
lớn trong các hệ thống điều khiển tự động ngày nay.
1.4 Điều khiển động cơ và tính cấp thiết cần có ứng dụng đại số gia tử trong điều
khiển động cơ
Bài toán thiết kế và điều khiển động cơ một chiều là bài toán cơ bản và quen

thuộc trong ngành cơ điện tử. Có thể thiết kế điều khiển cho đối tượng động cơ điện
một chiều theo nhiều phương pháp như: dùng PLC & biến tần, điện tử công suất, vi
điều khiển… Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm khác nhau nhưng đều có mục
đích ổn định và điều khiển được tốc độ động cơ. Ngày nay vi điều khiển phát triển
sâu rộng và ngày càng ứng dụng nhiều trong cài đặt thiết kế bộ điều khiển cho các đối
tượng cơng nghiệp.
Khó khăn của điều khiển động cơ thường gặp phải là trong một số trường hợp
cần đưa ra một quyết định tự động cho động cơ một cách thơng minh mà khi hệ thống
ở đó chưa có được đầy đủ các thông tin hoặc các thông tin mà sự chính xác của nó
chỉ nhận thấy được giữa các quan hệ của chúng hoặc chỉ có thể mơ tả bằng ngơn ngữ.
Đây là điều khác biệt hồn tồn với bài tốn điều khiển kinh điển phải dựa vào sự
chính xác tuyệt đối của mơ hình động học. Lúc này người ta nghĩ tới việc cần có điều
khiển mờ.
Khi áp dụng phương pháp điều khiển mờ cho động cơ người ta đã mô phỏng
được phương thức xử lý thông tin của con người, đã giải quyết thành cơng các bài
tốn điều khiển phức tạp mà trước đây không giải quyết được.
Tuy nhiên trong điều khiển mờ vẫn tồn tại một số điểm yếu là có quá nhiều yếu
tố ảnh hưởng đến tính chính xác của q trình suy luận và khó tối ưu hóa. Đây chính


6

là một phần là nguyên nhân làm nhiều tác giả nghĩ tới phương pháp sử dụng đại số
gia tử để thay thế phương pháp điều khiển mờ.
Trong đại số gia tử, suy luận xấp xỉ ngay từ đầu không sử dụng khái niệm tập
mờ, do vậy độ chính xác của suy luận xấp xỉ không bị ảnh hưởng bợi hệ lụy của khái
niệm này. Do đó, phương pháp sử dụng đại số gia tử không cần chọn dạng hàm thuộc
cũng như số lượng hàm thuộc và cũng không cần chọn bài tốn giải mờ. Đây chính là
yếu tố chủ quan gây sai số nhiều khi rất lớn trong quá trình xác định giá trị điều
khiển. Ngồi ra nó cịn một vài ưu điểm khác nữa.

Điều đó cũng cho thấy rõ ràng việc cần nghiên cứu đại số gia tử để ứng dụng
vào bài toán điều khiển động cơ là rất cần thiết.
1.5 Kết luận chƣơng 1
Chương này đã tóm tắt một vài vấn đề điều khiển động cơ. Đưa ra những khó khăn
và thách thức của việc cải tiến, nghiên cứu về điều khiển động cơ. Cho chúng ta thấy
tính cần thiết của việc cần ứng dụng đại số gia tử trong bài toán điều khiển động cơ.
Đây là một hướng nghiên cứu cịn mới và có nhiều thách thức. Việc nghiên cứu thành
công đại số gia tử đưa vào ứng dụng bài toán điều khiển động cơ chắc chắn sẽ mang
lại nhiều ý nghĩa to lớn. Mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới đầy hứa hẹn.
CHƢƠNG 2
TIẾP CẬN LOGIC MỜ ĐẾN BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN
2.1 Mở đầu
2.2 Những khái niệm cơ bản
2.2.1 Biến ngôn ngữ
Biến ngôn ngữ được định nghĩa là một bộ 5 thành phần sau đây:
< n , T(n) , U , G , M >
2.2.2 Các khái niệm cơ bản về logic mờ
2.2.2.1 Định nghĩa tập mờ

(2.1)


7

Giả sử X là tập nền (vũ trụ) và là tập rõ; A là tập con trên X; A(x) là hàm của x biểu
thị mức độ thuộc về tập A, thì A được gọi là tập mờ khi và chỉ khi:
A={(x,x x ∈ X, A(x):X  [0,1]}

(2.2)

Trong đó A(x) được gọi là hàm thuộc của tập mờ A.
2.2.2.2 Các khái niệm phục vụ tính tốn
o Giá đỡ
o

-Cut

o Lồi (Convex)
o Chuẩn(normal)
2.2.2.3 Các phép tính cơ bản trên tập mờ
o Giao(intersection)
o Hợp(union)
o Bù(Complement)
2.2.2.4 Tích đề các mờ và quan hệ mờ
Giả sử:
X1,X2,…,Xn là các tập nền(tập rõ) với tích Đề các rõ X1xX2x…xXn
A1,A2,…,An là các tập mờ tương ứng của chúng.
Khi đó tích đề các mờ (fuzzy cartesion product) của A1, A2,...,An được định nghĩa là
tập mờ sau đây:
A1xA2x…xAn = {((x1,x2,…,xn),A1xA2x…An(x1,x2,…,xn))|(x1,x2,…,xn) X1xX2x…xXn,)
,1xA2x…An(x1,x2,…,xn)): X1xX2x…xXn  [0,1]}
2.2.2.5 Suy luận mờ
X1,X2,…,Xn là các tập nền được tham chiếu đến từ các tập mờ A1,A2,…,An tương ứng.
Khi đó quan hệ mờ R=R(A1,A2,…,An) được định nghĩa là tập mờ sau đây:
R={(( x1, x2,…, xn),  (x1, x2,…, xn))|( x1, x2,…, xn) X1xX2x…xXn, ), R (x1,x2,…,xn):
X1xX2x…xXn  [0,1]}

(2.14)

2.3 Tiếp cận logic mờ đến bài toán điều khiển

8

2.3.1 Bộ điều khiển mờ cơ bản
Một bộ điều khiển mờ cơ bản thường bao gồm các khâu: mờ hóa (fuzzfier),
thiết bị hợp thành (fuzzy inference) và khâu giải mờ (Deuzzfier).

(Giải mờ)
(Mờ hóa)

(Thiết bị hợp thành)

Hình 2.10: Bộ điều khiển mờ cơ bản

2.3.2 Nguyên lý điều khiển mờ
Hệ thống điều khiển mờ cũng giống với các hệ thống điều khiển bình thường
khác. Sự khác biệt ở đây là bộ điều khiển mờ làm việc có tư duy như “bộ não” dưới
dạng trí tuệ nhân tạo. Chất lượng hoạt động của bộ điều khiển mờ phụ thuộc vào
kinh nghiệm và phương pháp rút ra kết luận theo tư duy con người, sau đó được cài
đặt trên máy tính trên cơ sở của logic mờ. Hệ thống điều khiển mờ do đó cũng có thể
coi như là một hệ thống neuron, hay đúng hơn là một hệ thống điều khiển được thiết
kế mà khơng cần biết trước mơ hình tốn học của đối tượng.

Hình 2.12: Hệ kín, phản hồi âm và bộ điều khiển mờ


9

Hệ thống điều khiển mờ đƣợc thiết kế gồm 3 thành phần:

• Giao diện đầu vào: Bao gồm khâu fuzzy hóa(mờ hóa) và các thành phần phụ trợ
thêm để thực hiện các bài tốn động như tích phân, vi phân, …
• Thiết bị hợp thành: Bản chất của thành phần này là sự triển khai luật hợp thành R
được xây dựng trên cơ sở luật điều khiển hay như trong một số các tài liệu khác còn
gọi là luật quyết định.
• Giao diện đầu ra (khâu chấp hành): gồm khâu giải mờ và các khâu giao diện trực
tiếp với đối tượng.
2.3.3 Nguyên tắc thiết kế bộ điều khiển mờ
Chất lượng của bộ điều khiển mờ phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của
người điều khiển. Nếu khéo léo trong tối ưu hóa hệ thống thì các bộ điều khiển mờ
cũng có thể làm việc ổn định, bền vững và có thể còn làm việc tốt hơn sự linh hoạt
của con người.
Các bước chính trong hệ điều khiển mờ thơng thường:
Bƣớc 1: Xác định biến vào, biến trạng thái và biến điều khiển (biến ra) và xác
định tập nền của các biến.
Bƣớc 2: Phân hoạch tập nền và gán nhãn ngôn ngữ cho mỗi tập mờ (mờ hóa).
Bƣớc 3: Xác định dạng hàm thuộc cho mỗi tập mờ.
Bƣớc 4: Xây dựng quan hệ mờ giữa các tập mờ đầu vào, tập mờ trạng thái và
tập mờ điều khiển tạo thành hệ luật điều khiển (bảng điều khiển trên cơ sở tri thức
chuyên gia).
Bƣớc 5: Giải bài toán lập luận xấp xỉ, xác định tập mờ đầu ra điều khiển theo
từng luật (phép hợp thành).
Bƣớc 6: Kết tảng (aggregate) các đầu ra điều khiển mờ.
Bƣớc 7: Giải mờ, tìm điều khiển rõ.
2.4 Kết luận chƣơng 2


10

Chương đã trình bày cách tiếp cận điều khiển mờ cho bài tốn điều khiển, một

cách nhìn tổng quan về cấu trúc của một bộ điều khiển mờ cơ bản, nhiệm vụ của mỗi
thành phần trong hệ thống. Trên cơ sở nguyên lý điều khiển mờ, giới thiệu nguyên
tắc tổng hợp một bộ điều khiển mờ. Với bộ điều khiển mở như vậy, nó cũng bộc lộ
những ưu điểm và nhược điểm theo bản chất của phương pháp điều khiển như:
+ Cấu trúc của hệ thống đơn giản, luật điều khiển chính là các mệnh đề hợp
thành tri thức chuyên gia mang tính kinh nghiệm nên có thể thực hiện bộ điều khiển
với những hệ thống mà khó hoặc khơng thể xây dựng được mơ hình tốn học cho nó.
+ Theo nguyên tắc điều khiển bằng logic mờ, ta có thể có rất nhiều cách thực
hiện (cách lựa chọn) khác nhau tại các bước tính tốn như chọn hàm thuộc, phép
giao, phép hợp, phép hợp thành, giải mờ… nên cho ta nhiều kết quả khác nhau. Chất
lượng của hệ thống rất phụ thuộc vào kinh nghiệm của người thiết kế và khơng có
một thuật tốn nào có thể tối ưu hóa được q trình thiết kế này.

CHƢƠNG 3
TIẾP CẬN ĐẠI SỐ GIA TỬ,
THỰC NGHIỆM VỚI BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
3.1 Mở đầu
3.2 Những khái niệm cơ bản về đại số gia tử
3.2.1 Đại số gia tử
3.2.2 Định nghĩa đại số gia tử
Một cấu trúc đại số AT = (T, G, H, ≤) với H được phân hoạch thành H+ và Hcác gia tử ngược nhau được gọi là một đại số gia tử nếu nó thỏa mãn các tiên đề sau:
(1) Mỗi gia tử hoặc là dương hoặc là âm đối với bất kỳ một gia tử nào khác, kể
cả với chính nó.
(2) Nếu hai khái niệm u và v là độc lập nhau, nghĩa là u∉H(v) và v∉H(u), thì
(∀x∈H(u)) {x∉H(v)}. Ngồi ra nếu u và v là khơng sánh được thì bất kỳ x∈H(u)


11

cũng không sánh được với bất kỳ y∈H(v). (H(u) là tập các giá trị được sinh ra do tác

động của các gia tử của H vào u).
(3) Nếu x ≠ hx thì x∉H(hx) và nếu h ≠ k và hx ≤ kx thì h’hx ≤ k’kx, với mọi
gia tử h, k, h’ và k’. Hơn nữa nếu hx ≠ kx thì hx và kx là độc lập.
(4) Nếu u ∉ H(v) và u ≤ v (hoặc u ≥ v) thì u ≤ hv (hoặc u ≥ hv) đối với mọi gia
tử h.
3.2.3 Cái đại lƣợng đo trong đại số gia tử
3.2.3.1 Các hàm đo
Định nghĩa 3.1 (Hàm đo trên đại số gia tử):

Cho đại số gia tử mở rộng đối xứng (T, G, H, ≤), f: T→[0, 1] là một hàm đo trên T
nếu thoả mãn:
(1) ∀t∈T: f(t) ∈ [0, 1], f(g+) = 1, f(g-) = 0; trong đó: g+, g- ∈ G, là các phần tử sinh
dương và âm.
(2) ∀x, y ∈ T, nếu x3.2.3.2 Định lƣợng đại số gia tử
Định nghĩa 3.5: Cho đại số gia tử mở rộng đối xứng AT = (T, G, H, ≤), f:
T→[0,1] là một hàm ngữ nghĩa định lượng của AT nếu ∀h, k ∈ H+ hoặc ∀h, k∈Hvà ∀x, y ∈T, ta có:
(3.2)

Với đại số gia tử và hàm ngữ nghĩa định lượng, chúng ta có thể định nghĩa một
khái niệm rất trừu tượng và khó định nghĩa một cách thoả đáng trong lý thuyết tập
mờ là tính mờ của một khái niệm mờ hay của tập mờ biểu diễn nó.
3.3 Tiếp cận đại số gia tử cho bài toán điều khiển
Bƣớc 1: Xác định biến vào, biến trạng thái và biến điều khiển (biến ra) và xác
định khoảng làm việc của các biến. Xác định các điều kiện tính tốn.
Bƣớc 2: Tính tốn các giá trị định lượng ngữ nghĩa của biến vào, biến trạng
thái và biến điều khiển.


12

Bƣớc 3: Chuyển bảng điều khiển mờ sang bảng điều khiển với tham số ngữ
nghĩa định lượng của đại số gia tử.
Bƣớc 4: Giải bài toán lập luận xấp xỉ trên cơ sở đại số gia tử để xác định ngữ
nghĩa định lượng của điều khiển, trạng thái.
Bƣớc 5: Kết nhập các giá trị ngữ nghĩa định lượng của điều khiển và xây dựng
đường cong ngữ nghĩa định lượng.
Bƣớc 6: Trên cơ sở điều kiện ban đầu của bài toán điều khiển, giải bài toán nội
suy đường cong ngữ nghĩa định lượng, xác định giá trị điều khiển thực.
3.4 Mô phỏng quá trình điều khiển động cơ sử dụng tiếp cận mờ và tiếp cận dựa
trên đại số gia tử Phƣơng pháp lập luận mờ đa điều kiện.
3.4.1 Mô phỏng động cơ

r (s)


ia (s) mt (s)

ua (s)
1  sT3
k3
sT3

PI speed

Bộ điều
controller
khiển tốc
độ PI



1  sT4
k4
sT4

PI điều
current
Bộ
controller
khiển dòng
PI

ki
1  s





1
Ra (1  sTa )

km

Power
Biến tần
converter





1
sJ

ke

ia (s )

Động
cơ DC
DC
motor

Hình 3. 3: Mơ hình hệ thống điều khiển động cơ DC

3.4.2 Các bộ điều khiển động cơ
3.4.2.1 Điều khiển mờ
Trong mơ hình điều khiển động cơ (hình 3.3), bộ điều khiển PI được thay thế
bằng bộ điều khiển mờ với 2 đầu vào và 1 đầu ra gồm: Đầu vào thứ nhất là sai lệch E
và đầu vào thứ hai là đạo hàm của sai lệch DE với dạng mờ hóa có phân hoạch như
trên hình 3.5, hình 3.6 tương ứng. Đầu ra là tín hiệu điều khiển với dạng mờ hóa có
phân hoạch như trên hình 3.7:




13

Hình 3. 5: Phân hoạch Đầu vào E

Hình 3. 6: Phân hoạch Đầu vào DE


14

Hình 3. 7: Phân hoạch Đầu ra - Tín hiệu điều khiển

Hệ thống điều khiển động cơ một chiều với bộ điều khiển mờ:
Bộ điều khiển
mờ

Bộ điều khiển
dòng PI

Biến tần

wn = 314 rads; Mtn = 3,3 Nm; Un = 115 V; Ln = 9 A; p = 1

Hình 3.11: Mơ hình mơ phỏng hệ thống với bộ điều khiển mờ

3.4.2.2 Điều khiển sử dụng ĐSGT
- Thay thế bộ điều khiển tốc độ (PI Speed controller) bằng HAC:


15
Bộ điều khiển
đại số gia tử

Bộ điều khiển
dòng PI

Biến tần

wn = 314 rads; Mtn = 3,3 Nm; Un = 115 V; Ln = 9 A; p = 1

Hình 3.12: Mơ hình mơ phỏng hệ thống với H Speed Controloller

- Thay thế bộ điều khiển dòng điện (PI Current controller) bằng HAC:
Bộ điều khiển
tốc độ PI

Bộ điều khiển
dòng đại số gia tử

Biến tần

wn = 314 rads; Mtn = 3,3 Nm; Un = 115 V; Ln = 9 A; p = 1

Hình 3.14: Mơ hình mơ phỏng hệ thống H Current Controloller

- Thay thế cả 2 bộ điều khiển tốc độ, bộ điều khiển dòng bằng HACs:

Bộ điều khiển tốc độ
đại số gia tử

Bộ điều khiển
dòng đại số gia tử

Biến tần

wn = 314 rads; Mtn = 3,3 Nm; Un = 115 V; Ln = 9 A; p = 1

Hình 3.15: Mơ hình mô phỏng hệ thống với 2 bộ H C
3.4.2.3 Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink


16

Hình 3.16: Đáp ứng tốc độ của các bộ điều khiển

Hình 3.17: Quan sát rõ hơn ở 0.12 giây đầu


17

Hình 3.18: Các đáp ứng xác lập tới giá trị ≈ 191 rpm

Hình 3.19: Tại giây thứ 6, khi có tải


18

Hình 3.20: Tại giây thứ 12, động cơ tăng tốc độ đến giá trị mới

Hình 3.21: Hệ thống xác lập tại giá trị tốc độ mới


19

3.5 Kết luận chƣơng 3
Như vậy có thể thấy rằng:
- Khi thay thế bộ điều khiển PI Speed controller bằng FLC Speed controller, đáp
ứng của hệ thống có độ quá điều chỉnh nhỏ hơn khá nhiều nhưng tồn tại sai lệch tĩnh
và thời gian xác lập vẫn còn khá lớn.
- Khi thay thế bộ điều khiển PI Speed controller bằng HA Speed controller thấy
rõ độ quá điều chỉnh là nhỏ hơn khá nhiều, thời gian xác lập tương đối nhỏ .
- Khi thay thế một bộ PI Current controller bằng HA Current controller ta thấy
đáp ứng có tốt hơn nhưng không nhiều.
- Khi thay thế cả 2 bộ PI bằng HA Speed controller HA Current controller, kết
quả mô phỏng cho thấy các đáp ứng có mức dao động tăng hơn. (điều này có thể do
chưa có sự tối ưu hóa tham số).
- Đặc biệt: như với bộ điều khiển mờ, đáp ứng của hệ thống khi thay thế PI
Speed controller bằng HA Speed controller cũng có tồn tại sai lệch tĩnh. Bộ điều
khiển sử dụng ĐSGT đã khử sai lệch tĩnh bằng cách bổ xung thêm một “ lượng ngữ
nghĩa điều khiển ” khi hệ thống xác lập. Điều này tương ứng với một giá trị điều
khiển thực được bổ xung thêm sau khi giải ngữ nghĩa. Qua mô phỏng thấy rằng sai
lệch tĩnh khơng cịn.
Có thể đi đến kết luận rằng Bộ điều khiển dựa trên đại số gia tử có khả năng
thay thế bộ điều khiển PI và bộ điều khiển mờ trong vấn đề điều khiển động cơ một
chiều.


20

KẾT LUẬN CHUNG
Luận văn đã đạt được các kết quả nghiên cứu chính sau:
1. Nêu lên các định nghĩa quan trọng về một cấu trúc đại số bao gồm các thành
phần quan trọng là biến ngôn ngữ và các gia tử tác động lên các biến ngôn ngữ này.

Đại số gia tử cho phép ta có thể định lượng được giá trị của biến ngôn ngữ thông qua
các hàm đo. Điều quan trọng là trong đại số gia tử đã có thể xác định được độ mờ của
một giá trị ngơn ngữ. Từ đó, có thể giải quyết được bài toán suy luận xấp xỉ (suy luận
mờ) tương ứng với việc nội suy đường cong mờ mà đường cong mờ này được xây
dựng dựa trên tập các luật điều khiển ban đầu. Sự khác biệt quan trọng của tiếp cận
dựa trên đại số gia tử là khả năng bảo toàn thứ tự ngữ nghĩa của các giá trị ngôn ngữ
so với tiếp cận mờ. Điều này cho phép tính tốn, so sánh chính xác các giá trị ngơn
ngữ trong các bài toán điều khiển trên cơ sở hệ luật.
2. Tiếp cận ĐSGT trong các bài tốn điều khiển cịn là vấn đề mở. Kết quả mô
phỏng các bộ điều khiển PI, bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển sử dụng ĐSGT trong
vấn đề điều khiển động cơ một chiều đã cho thấy tính vượt trội của bộ điều khiển sử
dụng ĐSGT so với các bộ điều khiển truyền thống. Đặc biệt việc bù thêm một giá trị
ngữ nghĩa nhỏ khi hệ thống đạt đến trạng thái xác lập đã cho phép bộ điều khiển dựa
trên ĐSGT hoàn toàn chủ động khử được sai lệch tĩnh. Điều đó minh chứng cho khả
năng thay thế các bộ điều khiển truyền thống [9] bằng bộ điều khiển với nguyên lý
mới sử dụng ĐSGT. Sự hợp lý trong quá trình xử lý ngữ nghĩa các giá trị ngôn ngữ
của tiếp cận ĐSGT trong hệ luật điều khiển trực tiếp bằng mơ hình định lượng đã làm
cho bài tốn điều khiển có khả năng chính xác hơn, dễ thiết kế hơn và đơn giản hơn.
Đây là điều rất quan trọng vì nó có thể đặt nền móng cho khả năng triển khai ứng
dụng bộ điều khiển dựa trên ĐSGT cho các đối tượng công nghiệp trong tương lai
gần.


21

HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN
1. Phát triển tiếp cận đại số gia tử cho các bài toán điều khiển có mức độ phức tạp lớn
(tính phi tuyến cao, bất định lớn và có nhiều mối tương quan của các phần tử trong
đối tượng điều khiển).
2. Nghiên cứu thay thế các bộ điều khiển truyền thống bằng bộ điều khiển dựa trên

đại số gia tử vào điều khiển các hệ thống trong công nghiệp.


22

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt.
[1] Bùi Cơng Cường, Nguyễn Dỗn Phước (2000), Hệ mờ mạng nơron và ứng dụng,
NXB Khoa học kỹ thuật.
[2] Vũ Như Lân (2006), Điều khiển sử dụng logic mờ mạng nơron và đại số gia tử,
NXB Khoa học kỹ thuật.
[3] Vũ Như Lân, Vũ Chấn Hưng, Đặng Thành Phu (2002), “Điều khiển trong điều
kiện bất định trên cơ sở logíc mờ và khả năng sử dụng đại số gia tử trong các luật
điều khiển” Tạp chí Tin học và Điều khiển, Tập 18, số 3, 211-221.
Tiếng Anh.
[4] Hai L. B., Duc T. T., Lan V. N. (2010), “Optimal fuzzy control using hedge
algebras of a damped elastic jointed inverted pendulum” Vietnam Journal of
Mechanics, Vol. 32 (4), 247-262.
[5] Ho N. C., Lan V. N., Viet L. X. (2008), “Optimal hedge-algebras-based
controller: Design and Application” Fuzzy Sets and Systems 159, 968– 989.
[6] Ho N. C., Wechler W. (1992), “Extended hedge algebras and their application to
Fuzzy logic” Fuzzy Sets and Systems 52, 259-281.
[7] Lan V. N., Hung V. C., Phu D. T. (2005), “Application of Hedge Algebras to
fuzzy control problems” Proceedings of The Sixth Vietnam Conference on
Automation (VICA 6), Ha Noi, Appril, 12-14, 324-329.
[8] Lan V. N., Hung V. C., Phu D. T. (2005), “Application of Hedge Algebras to
fuzzy control problems” Advances in Natural Science, Vol 6, N.3, 1-16.


23

[9] Ross T.J (2004), Fuzzy logic with Engineering Applications, International Edition,
McGraw-Hill, Inc.
[10] Zadeh L.A. (1965), “Fuzzy sets” Information and Control 8, pp.338-358.