Tài liệu luận văn nghiêng cứu hệ thống điều khiển mờ bằng MATLAB, chương 8 pdf

Chương 8:
Xây dựng các luật điều khiển
Trong việc xây dựng các luật điều khiển (mệnh đề hợp
thành) cần lưu ý là không được tạo ra các “lỗ hổng” ở vùng lân
cận điểm không, bởi vì khi gặp phải các “lỗ hổng” xung quanh
điểm làm việc bộ điều khiển sẽ không thể làm việc đúng theo
như trình tự đã đònh. Ngoài ra, trong phần lớn các bộ điều khiển,
tín hiệu ra sẽ bằng 0 khi tất cả các tín hiệu vào bằng 0.
Để phát triển thêm, có thể chọn hệ số an toàn cho từng luật
điều khiển, tức là khi thiết lập luật hợp thành chung:
R = R
1

R
2

...

R
n
không phải tất cả các luật điều khiển R
k
, k = 1, 2, ..., n được
tham gia một cách bình đẳng mà theo một hệ số an toàn đònh
trước. Ngoài những hệ số an toàn cho từng luật điều khiển còn
có hệ số an toàn cho từng mệnh đề điều kiện của một luật điều
khiển khi số các mệnh đề của nó nhiều hơn 1.
* Chọn thiết bò hợp thành:
Có thể chọn thiết bò hợp thành theo những nguyên tắc trên,
bao gồm:
sử dụng công thức có luật MAX-MIN, MAX-PROD,

sử dụng công thức Lukasiewics có luật SUM-MIN,
SUM-PROD,
sử dụng tổng Einstein,
sử dụng tổng trực tiếp, …
* Chọn nguyên lý giải mờ:
Sử dụng các phương pháp xác đònh giá trò đầu ra rõ, hay còn
gọi là quá trình giải mờ hoặc rõ hoá. Phương pháp giải mờ được
chọn cũng gây ảnh hưởng đến độ phức tạp và trạng thái làm
việc của toàn bộ hệ thống. Thông thường trong thiết kế hệ thống
điều khiển mờ, giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm có
nhiều ưu điểm hơn cả, bởi vì trong kết quả đều có sự tham gia
của tất cả kết luận của các luật điều khiển,
R
k
, k = 1, 2, …,n
(mệnh đề hợp thành).
c. Tính phi tuyến của hệ mờ:
* Phân loại các khâu điều khiển mờ:
Một bộ điều khiển mờ có ba khâu cơ bản gồm:
 Khâu
Fuzzy hóa có nhiệm vụ chuyển đổi một giá trò rõ đầu vào
x
0
thành một vector

gồm các độ phụ thuộc của giá trò rõ đó theo
các giá trò mờ đã đònh nghóa cho biến ngôn ngữ đầu vào,
 Khâu thực
hiện luật hợp thành, có tên gọi là
thiết bò hợp thành, xử lý vector


và cho ra giá trò mờ B’ của biến ngôn ngữ đầu ra,
 Khâu giải
mờ, có nhiệm vụ chuyển đổi tập mờ
B’ thành một giá trò rõ y’
chấp nhận được cho đối tượng (tín hiệu điều chỉnh).
Các bộ điều khiển mờ sẽ được phân loại dựa trên quan hệ
vào/ra toàn cục của tín hiệu vào
x
0
và tín hiệu ra y’. Quan hệ
toàn cục đó được gọi là
quan hệ truyền đạt.
Việc phân loại quan hệ truyền đạt một bộ điều khiển mờ
dựa vào 7 tiêu chuẩn:
 tónh hay động.
 tuyến tính hay phi tuyến.
 tham số tập trung hay tham số rải.
 liên tục hay rời rạc.
 tham số tónh hay tham số động.
 tiền đònh hay ngẫu nhiên.
 ổn đònh hay không ổn đònh.
Xét từng khâu của bộ điều khiển mờ gồm các khâu Fuzzy
hóa, thiết bò hợp thành và giải mờ, thì thấy rằng trong quan hệ
vào/ra giá trò
y’ tại đầu ra chỉ phụ thuộc vào một mình giá trò x
0
của đầu vào chứ không phụ thuộc vào các giá trò đã qua của tín
hiệu
x(t), tức là chỉ phụ thuộc vào giá trò của x(t) tại đúng thời

điểm đó. Do đó bộ điều khiển mờ thực chất là một
bộ điều khiển
tónh
và quan hệ truyền đạt hoàn toàn được mô tả đầy đủ bằng
đường đặc tính
y(x) như các đường đặc tính của khâu relay 2
hoặc 3 trạng thái quen biết trong kỹ thuật điều khiển phi tuyến
kinh điển.
Bộ điều khiển mờ
Fuzzy
hóa
Giải mờ
B’x
0

R
1
: NẾU ... THÌ
...
R
q
: NẾU ... THÌ
y’
Cấu trúc bên trong của một bộ điều khiển mờ.
* Xây dựng công thức quan hệ truyền đạt:
Việc xây dựng công thức tổng quát y(x) cho quan hệ truyền
đạt bộ điều khiển MIMO chỉ cần bộ điều khiển mờ với nhiều
đầu vào và một đầu ra (bộ MISO) là đủ vì một bộ điều khiển
mờ có nhiều đầu ra bất kỳ đều có thể được thay bằng một tập
các bộ điều khiển với một đầu ra.

Luật điều khiển của bộ điều khiển mờ nhiều đầu vào và
một đầu ra có dạng:
R
k
: NẾU

1
= A
1
k
VÀ

2
= A
2
k
VÀ ... VÀ

d
= A
d
k
THÌ

=
B
k
trong đó k = 1, 2 …, n và các tập mờ A
m
k

, m = 1, 2, …, d có cùng
cơ sở
X. Luật điều khiển trên còn có tên gọi là luật chuẩn
(
canonical) vì nó bao hàm rất nhiều những dạng luật điều khiển
khác như:
R: NẾU

1
= A
1
VÀ … VÀ

m
= A
m
HOẶC

m+1
= A
m+1
VÀ
…VÀ

d
= A
d
THÌ

= B

Bộ điều khiển
mờ 1
Bộ điều khiển
mờ 2
Bộ điều khiển
mờ 3
y
1
y
2
y
3
x
1
...
x
4
Bộ điều khiền mờ với 4 đầu
vào và 3 đầu ra.
hay R: NẾU

1
= A
1
VÀ

2
= A
2
VÀ … VÀ


m
= A
m
THÌ

= B
nếu m < d …
* Quan hệ vào/ra của thiết bò hợp thành:
Một tập (luật hợp thành) R của n luật điều khiển được gọi
là:
-
đủ, nếu không có một giá trò rõ x
0
 X nào của đầu vào
làm cho độ thỏa mãn mọi luật
R
k
của R bằng 0, tức là

x
0

X,

m

{1, 2, …, d} :
0)(
0

x
k
m
A

,

k

{1, 2, …, n}
-nhất quán, nếu không có hai luật điều khiển này cũng có
cùng mệnh đề điều kiện nhưng lại khác mệnh đề kết luận.
Với các bước triển khai trên, quan hệ vào ra của thiết bò hợp
thành được thực hiện qua các bước:
Bước 1: Tìm tập mờ đầu ra của R
k
Ký hiệu x là một vector d chiều có phần tử thứ m là một giá
trò bất kỳ thuộc tập hợp mờ, tức là:











d

x
x
x
...
1
, trong đó x
m
là giá trò thuộc miền xác đònh
của
)(x
k
m
A

.
Độ thỏa mãn
H
k
của luật R
k
được tính theo
1.
H
k
= MIN{
)(
1
1
x
k

A

, , …,
)(
d
A
x
k
d

},
nếu sử dụng (I.6) để thực hiện phép giao trong mệnh đề điều
kiện của
R
k
,
2.


