eC re ID. TOÀ: ————— ee 7/HĐ-NCKH KD KS. NGUYEN THANH PHUONG = Sener a ee a ee Ea 1+ fi ore TRUONG DHDL KY THUAT CONG NGHE TPHCM KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ` BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP- TỰ ĐỘNG HÓA TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC TẬP MO PHONG HE THONG | DIEU KHIEN MO VA DIEU | KHIEN TOI UU THU ViỆ N 1" Tháng 03/2002 TRƯỜNG BH KY THUAT CÔNG NGHỆ 12 L_ 4ŒC9455C mm “tài liêu hướng dẫn thực tập Bài thí nghiệm số 1: ‹ ; KHẢO SAT BO'LIEU KHIEN MO (Fuzyy Controller) trình Muc đích thí nghiêm: Khảo sát c&c tính chất của bộ điều khiển mờ và quá suy diễn mờ. Phần I: Cơ Sở Lý Thuyết LÝ THUYẾTT ĐIỀU KHIỂN MỜ 1,1ách Sử Phát Triển: và mạng nơron được Từ những năm đầu của thập ký 90 cho đến nay,hệ điều khiến mờ học kỹ thuật đặc biệt các nhà khoa học,các kỹ sư và sinh viên trong mọi lĩnh vực khoa mờ dựa trên các suy quan tâm nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất.Tập mờ và logic đủ "để hiểu biết luận của con người về thông tin “không chính xác” hoặc không “đầy là cách bắt chước và điều khiển hệ thống một cách chính xác,điều khiển mờ chính tượng ,do vậy,điều cách xử lý thông tin và điều khiển của con người đối với các đối tạp trước đây chưa khiến mờ đã giải quyết thành công các vấn đ#ề điều khiển phức giải quyết được.Zadch Lịch sử của điều khiến mờ bắt đầu từ năm 1965, khi giáo sư Lofti đó trở đi các nghiên cứu trường đại học California- Mỹ đưa ra khái niệm về tập mờ,từ những thời điểm đáng lý thuyết và ứng dụng tập mờ phát triển một cách mạnh mẽ,với chú ý sau: cứu hệ thống Năm 1972, các giáo sư Terano và Asaiđã thiết lập ra cơ sở nghiên điều khiển mờ ở Nhật.
-Năm 1974,Mamdaniđã nghiên cứu điều khiển mờ cho lò hơi. -Năm 1980, hãng Smidth Co bat đầu nghiên cứu điều khiến mờ cho mỡ cho nhà -Nắm 1983 ,hang Muji Electric da nghién ctu ứng dụng điều khiến máy xử lý nước. -Năm 1984,Hiệp Hội Hệ Thống MỜ Quốc Tế (H?SA)được dụng kỹ thuật mờ đầu -Năm 1989, phòng thí nghiệm quốc tế nghiên cứu ứng tiền được thành lập. và các kết quả Cho đến nay đã có rất nhiều tài liệu nghiên cứu lý thuyết mặt phương pháp luận và ứng dụng logic mờ trong điều khiển hệ thống ,tuy vậy cả về còn đang thu hút nhiều tranh tính nhất loạt cho cho ứng dụng thực tế của logic md vẫn luận sôi nổi và hứa hẹn sự phát triển mạnh mẽ 2.
Khái Niệm Về Tập Mờ: 2.1 Khái niêm: logic và được định nghĩa như là Khái niệm tập mờ được hình thành trên nền tầng chất, được gọi là phần tử sự xếp đặt chung lại các sự vật, các đối tượng có cùng tính xác định Ở chỗ “một vật hoặc một của tập hợp đó. Ÿ nghĩa logic của khái niệm tập hợp tập hợp đang xét hoặc đối tượng bất kì có thể có hai khả năng hoặc là phần tử của Trang | Tài liệu hướng dẫn thực tập không”, mà không đự phòng cho trường hợp của các phần tử có một phần tính chất của tập hợp đang xét Ví dụ: Tập hợp A là tập hợp những người cao, có độ cao từ 1,7” trở lên. Vậy n#ười có độ cao 1,69” thì có thuộc tập hợp đó không. Theo lý thuyết tập hợp kinh điển thì câu trả lời là không vì xe a => kha(x)= O vì theo định nghĩa: Cho tap A.
Anh xa pa: A—>[O;1] định nghĩa trên tập nền A như sau: (x) 1 kh: xeA. L xX)= ra 0 khi xe.1) tA(X): gọi là hàm liên thuộc của tập hợp A Kiểu lí luận hai giá trị logic như trên rất hiệu quả và thành công trong VIỆC g1ải quyết các bài toán được định nghĩa rõ ràng. Tuy nhiên trong thực tế tồn tại một lớp các vấn đề không thích hợp với các lí luận như vậy. Các khái niệm không mang đúng các trạng thái đúng hay sai (I hay 0) Va ly thuyết về tập mờ của Zaded dưa ra vào năm 1965 có thể giải quyết gần như hoàn hảo bài toán trên.
Chính vì thế mà nó được áp dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiến tự động. Điều khiển mờ là phương pháp dựa trên sự suy diễn và ra quyết định của con người. Điều khiển mờ có ưu điểm là không cần biết mô hình toán của đối tượng điều khiển và có dộ bén vững cao. Một đặc điểm hệ khác của điều khiển mờ là tính phi tuyến, như điều khiển hệ con lắc ngược là một phi tuyến điển hình 2.
Định nghĩa: Tập mờ E xác định trên tập kinh điển M là một tập mà mỗi phần tử của nó là một cặp các giá trị (x, He()) trong đó x eM và Ur 14 Anh xa. up: M > [0, I] Ánh xạ tp được gọi là hàm liên thuộc (hoặc hàm phụ thuộc) của tap md FP. Tap kinh điển M được gọi là cơ sở của tập mờ FP. Sứ dụng các hàm liên thuộc để tứnh độ phụ thuộc của một phần tử x nào đó có hai cách: tính trực tiếp (nếu tu) ở dạng công thức tường minh) hoặc tra bảng (néu p(x) 6 dang bang).
Các hàm liên thuộc tur(X) có dạng “trơn” được gọi là hàm liên thuộc kiểu §. Đối với hàm liên thuộc kiểu S, do các công thức biểu diễn HrŒ) có độ phức tạp lớn nên thông thời gian tính độ phụ thuộc cho một phần tử lâu. Trong kỹ thuật điều khiển mờ thường, các hàm liên thuộc kiểu § thường được thay gần đúng bằng một hàm tuyến tính từng đoạn. liên thuộc có - Một hàm liên thuộc có dạng tuyến tính từng đoạn được gọi là hàm mức chuyển đổi tuyến tính.
Trang 2 tài liệu hướng dẫn thực tấp A! u(x) Ham liGn thuộc /„(x) có mức chuyến dối luyến + tính. Ụ my HH HH Hạ x là hầm phụ thuộc Hàm liên thuộc u(X) như trên với mị = mạ và mạ = ma chính của một tập kinh điển.3 Các dạng hàm liên thuộc : Cách định nghĩa số hoá Có hai cách để định nghĩa hầm liên thuộc của các tập mờ. dién tả mức độ liên thuộc và cách định nghĩa dưới dạng hầm. Các định nghĩa số hóa của một tập rời rạc hoá trên cơ sở mờ dưới dạng một vcctở số có chiều tùy thuộc số phần tứ dược hàm liền thuộc dưới dạng các của tập mờ.
Cách định nghĩa thco dang hàm sẽ cho các biểu thức giải tích. Các hầm thường dùng là: e Dạng tuyến tính e«e Dạng hàm chữ S e Hàm dạng chữ II (dạng hình chuông) e_ Hàm dạng tam giác e Ham dang hinh thang e Ham dang mt e Ham dang Shoulder 2.1 Dang tuyén tính : niệm không rõ ràng La tap mờ đơn giản nhất, dùng mô tả cho các khái My (a) (b) Hình 4.2: a) Dang tuyén tính tăng b)Dang tuyến tính giám 2.2 Dạng hình chữ S: Trang 3 Tài liêu hướng dẫn thực tập 0.3 : dạng hình chữ S Dạng hàm chữ S thường dùng cho những đường cong phân bố chuẩn. Có hàm liên thuộc được tính như sau: 0 khi x<a 2(x—a)/(c—a)]}ˆ — khi b<x<b 8x08:9:) S ẤT yay? kh x»>ƒ (4.2) I khi x>€C Với dạng chữ 5 giảm ta có: l khi x<d H,(x,d,e,ƒ/)= 0 khi x>ứ (4.3) I-/,(x,d,e,ƒ) khi ad<x<ƒ Trong đó H¿(x,d,e,Ð : hàm liên huộc dạng ŠS tăng 2.3 Dang chữ II (dạng hình chuông) : Thường đuợc dùng để biểu diễn các giá trị mờ (fuzzy number) cũng như xấp xỉ một vùng lân cận xung quanh một giá trị trung tâm Dạng chữ II là sự kết hợp của hai dạng chữ S khác nhau: S tăng và S giảm Độ rộng hay hẹp của miền khảo sát cũng như độ đốc của hình chuông tùy tính chất của hiện tượng được mô tả, cũng như quyết định của người thiết kế ut I ol KN NK, a b c d e Hinh 4.4: Dang chit HH Trang 4 Tài hiệu hướng dẫn thực tậu Hàm liên thuộc của dạng chữ ÏI a,(x;a,b,c) Xxéc ` H,(x;a,b,c,d,e) = (4.d,e) Xx»ec Trong đó 1i,(x;c,d,c) là hầm liên thuộc dạng 5 tăng 2.4 Dang tam giác: Để đơn giản ta dùng dang tam giác thay thế cho dạng hình TT để đặc trưng cho các giá Lrị md 4 Hà | 0.5: Dạng tam giác Hàm liên thuộc của dạng tam giác 0 khi x<u hay x2e aŒ,a,b,e)=4(x—a4)/(b—=a) khí a<xS b (4.5 Dang hình thang : a B œ —> a b c d Hình 4.6: Dạng hình thang a,b,c, d, a Hàm liên thuộc của hình thang được xác định bằng các thành phan va (3 2.6 Dang Shoulder (dang hinh thang vuông) : biên cho một biến Dạng shoulder được dùng để mô tả hàm liên thuộc của hai dỗi điều khiến nào dó vì khi ở hai biên thì tính chất của biến không thay Trang Š Tài liệu hướng dẫn thực tập ab o> a b > Hinh 4.7 :Dang hình thang vuông Dựa vào những hàm liên thuộc đã viết cho tam giác ta có thế dé dang suy ra đạng hàm liên thuộc cho thang vuông 2. Đô cao, miền xác đỉnh và miền tin cậy của tập mờ: Độ cao của một tập mờ F (trên cơ sở M) là giá trị: H =sup„(x) xeM Một tập mờ với ít nhất một phần tử có độ phụ thuộc bằng | duce goi 1A tap md chính tắc tức là H = I, ngược lại một tập mờ F với H < 1 được gọi là tập mờ không chính tắc.
Miền xác định của tập mờ Ïï (trên cơ sở M), được ký hiệu bởi S$ là tập con của M thỏa mãn: S={x € M1 pp(x) > 0} Miền tin cậy của tập mờ E (trên cơ sở M), được ký hiệu bởi T là tập con của M thỏa mãn: F={xeMltkgr(x) = 1} A Hols) l Miền xác dinh và miền tín cậy của một tập mờ. XÀ/ 0 < ~ Miền tin cậy s4 Miền xác định 3. Các Phép Toán Trên Tập Mờ: 3.1 Khái niệm so sánh hai tập mờ: Trang 6 tài liêu hướng dẫn thực tập tự như Đối với các tập mờ chúng ta cũng có thế định nghĩa các phép toán tương các phép toán đối với tập thông thường. + Cho tập M,cho tập A,B là hai tập mờcon của M,nghĩa là: A= { [x, tẠ@)];xeM }, HaQ) lấygiá trị trong khoảng |Ó,!| l3:= € |x, u(x) ;xeM }, p(x) lấygiá trị trong khoang [0,1| Nói rằng tập mờ A là con của tập mờ B,vidt kt ACB,doc 1a A bao ham mé trong B,nếu: HẠ(x)< u(X),xeM Vd: tập mờ A:={(90/0.6)} Khi đó hiển nhiên A con B Nói rằng tập mờ A bằng tập mờ lš,viết là A=B,nếu HA(X) = Hhš(X),xXeM 3.
Phép hựp: xác định trên cơ Hợp của hai tập mờ A và l có cùng cơ sở M là một tập mờ cũng sở M với hàm liên thuộc: rt Las) In) KLA(X) = MAX {pta(X), Lus(x)}, x Hầm liên thuộc của hợp hai tập mỡ có cùng cơ sở.