Tài liệu luận văn nghiên cứu hệ thống điều khiển mờ bằng MATLAB, chương 1 pdf

Chương 1
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ
I. Giới thiệu về logic mờ:
1. Khái niệm về tập mờ:
a. Đònh nghóa:
Tập mờ F xác đònh trên tập kinh điển M là một tập mà mỗi
phần tử của nó là một cặp các giá trò
(x,

F
(x)) trong đó x

M và

F
là ánh xạ.

F
: M

[0, 1]
Ánh xạ

F
được gọi là hàm liên thuộc (hoặc hàm phụ thuộc)
của tập mờ
F. Tập kinh điển M được gọi là cơ sở của tập mờ F.
Sử dụng các hàm liên thuộc để tính độ phụ thuộc của một
phần tử
x nào đó có hai cách: tính trực tiếp (nếu


F
(x) ở dạng
công thức tường minh) hoặc
tra bảng (nếu

F
(x) ở dạng bảng).
Các hàm liên thuộc

F
(x) có dạng “trơn” được gọi là hàm
liên thuộc kiểu S
. Đối với hàm liên thuộc kiểu S, do các công
thức biểu diễn

F
(x) có độ phức tạp lớn nên thời gian tính độ
phụ thuộc cho một phần tử lâu. Trong kỹ thuật điều khiển mờ
thông thường, các hàm liên thuộc kiểu
S thường được thay gần
đúng bằng một hàm tuyến tính từng đoạn.
Một hàm liên thuộc có dạng tuyến tính từng đoạn được gọi
là
hàm liên thuộc có mức chuyển đổi tuyến tính.
Hàm liên thuộc

F
(x) có mức chuyển đổi
tuyến tính.
m

1

F
(x)
m
2
m
3
m
4
x
1
0
Hàm liên thuộc

F
(x) như trên với m
1
= m
2
và m
3
= m
4
chính
là hàm phụ thuộc của một tập kinh điển.
b. Độ cao, miền xác đònh và miền tin cậy của tập mờ:
Độ cao của một tập mờ F (trên cơ sở M) là giá trò:
)(sup xH
F

Mx



Một tập mờ với ít nhất một phần tử có độ phụ thuộc bằng 1
được gọi là
tập mờ chính tắc tức là H = 1, ngược lại một tập mờ
F với H < 1 được gọi là tập mờ không chính tắc.
Miền xác đònh của tập mờ F (trên cơ sở M), được ký hiệu
bởi
S là tập con của M thỏa mãn:
S = { x

M |

F
(x) > 0}
Miền tin cậy của tập mờ F (trên cơ sở M), được ký hiệu bởi
T là tập con của M thỏa mãn:
T = { x

M |

F
(x) = 1}
Miền xác đònh và miền tin cậy
của một tập mờ.

F
(x)

x
1
0
Miền tin cậy
Miền xác đònh
2. Các phép toán trên tập mờ:
a. Phép hợp:
Hợp của hai tập mờ A và B có cùng cơ sở M là một tập mờ
cũng xác đònh trên cơ sở
M với hàm liên thuộc:

A

B
(x) = MAX{

A
(x),

B
(x)},
Có nhiều công thức khác nhau được dùng để tính hàm liên
thuộc

A

B
(x) của hợp hai tập mờ như:
1.








0)}(),(min{1
0)}(),(min{)}(),(max{
)(
xx
xxxx
x
BA
BABA
BA



nếu
nếu
,
2.

A

B
(x) = min{1,

A
(x) +


B
(x)} (Phép hợp
Lukasiewicz
),
3.
)()(1
)()(
)(
xx
xx
x
BA
BA
BA







(Tổng Einstein),
4.

A

B
(x) =


A
(x) +

B
(x) -

A
(x).

B
(x) (Tổng trực
tiếp
),...
a)
Hàm liên thuộc của hợp hai tập mờ có cùng cơ sở.

x

A
(x)

B
(x)

A
(x)
x

B
(y)

y
b)
c)
Có hai tập mờ
A (cơ sở M) và B (cơ sở N). Do hai cơ sở M và
N độc lập với nhau nên hàm liên thuộc

A
(x), x

M của tập mờ
A sẽ không phụ thuộc vào N và ngược lại

B
(y), y

N của tập
mờ
B cũng sẽ không phụ thuộc vào M. Điều này thể hiện ở chỗ
trên cơ sở mới là tập tích
M

N hàm

A
(x) phải là một mặt
“cong” dọc theo trục
y và

B

(y) là một mặt “cong” dọc theo trục
x

A
(x, y)
y
M

N
x

B
(x, y)
y
M

N
M

N
x

A

B
(x, y)
y
Phép hợp hai tập mờ không cùng cơ sở:
a) Hàm liên thuộc của hai tập mờ A, B.
b) Đưa hai tập mờ về chung một cơ sở M


N.
c) Hợp hai tập mờ trên cơ sở M

N.
x. Tập mờ A được đònh nghóa trên hai cơ sở M và M

N. Để
phân biệt được chúng, ký hiệu
A sẽ được dùng để chỉ tập mờ A
trên cơ sở M

N. Tương tự, ký hiệu B được dùng để chỉ tập mờ
B trên cơ sở M

N, với những ký hiệu đó thì:

A
(x, y) =

A
(x), với mọi y

N và

B
(x, y) =

B
(y), với mọi x


M.
Sau khi đã đưa được hai tập mờ
A, B về chung một cơ sở là
M

N thành A và B thì hàm liên thuộc

A

B
(x, y) của tập mờ A

B được xác đònh theo công thức (4).
b. Phép giao:
Giao của hai tập mờ A và B có cùng cơ sở M là một tập mờ
cũng xác đònh trên cơ sở
M với hàm liên thuộc:

A

B
(x) = MIN{

A
(x),

B
(x)},
Trong công thức trên ký hiệu min được viết hoa thành MIN

chỉ để biểu hiện rằng phép tính lấy cực tiểu được thực hiện trên
tập mờ. Bản chất phép tính không có gì thay đổi.
Có nhiều công thức khác nhau được dùng để tính hàm liên
thuộc

A

B
(x) của giao hai tập mờ như:
1.







1)}(),(max{0
1)}(),(max{)}(),(min{
)(
xx
xxxx
x
BA
BABA
BA



nếu

nếu
,
Giao hai tập mờ cùng cơ sở.
x

A

B
(x)

A
(x)

B
(x)