Luận văn tốt nghiệp
Nghiên cứu điều khiển mờ – Mô phỏng hệ thống điều khiển mờ bằng MatLab
12Chương I
DẪN NHẬP

I. Đặt vấn đề:
Vào những năm đầu của thập kỷ 90, một ngành kỹ thuật điều khiển mới đã
phát triển rất mạnh mẽ và đã đem lại nhiều thành tựu bất ngờ trong lónh vực điều
khiển, đó là điều khiển mờ. Ưu điểm cơ bản của điều khiển mờ so với các phương
pháp điều khiển kinh điển là có thể tổng hợp được bộ điều khiển mà không cần biết
trước đặc tính của đối tượng một cách chính xác.
Ngành kỹ thuật mới mẻ này đã được ứng dụng vào thực tiễn và đã đạt được
nhiều thành công. Ở Việt Nam, ngành kỹ thuật này chỉ mới ở bước đầu nghiên cứu.
Chính vì vậy chúng em thực hiện đề tài “Nghiên cứu điều khiển mờ. Mô phỏng hệ
thống điều khiển mờ bằng MatLab” cũng nhằm mục đích tiếp cận được với ngành
kỹ thuật mới này.

II. Giới hạn vấn đề:
Do thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài chỉ giới hạn trong vòng 10 tuần, đối
tượng nghiên cứu khá mới mẻ đối với chúng em. Vì vậy đề tài này chỉ thực hiện
trong phạm vi như sau:
- Khảo sát lý thuyết logic mờ.
- Xây dựng mô hình vật lý và mô hình toán học của một hệ thống điều
khiển cụ thể: Hệ thống điều khiển tự động nhiệt độ dùng VXL 8 bit ứng dụng giải
thuật logic mờ.
- Mô phỏng mô hình trong MatLab.

III. Mục tiêu nghiên cứu:

c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e

+ Lời mở đầu
+ Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
+ Nhận xét của giáo viên phản biện
+ Nhận xét của Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp
+ Cảm tạ
+ Mục lục
B: Phần nội dung
Chương I: Dẫn nhập
Chương II: Lý thuyết điều khiển mờ
Chương III: Mô phỏng hệ thống điều khiển mờ bằng MatLab
Chương IV: Kết luận
C: Phần phụ lục

V. Thể thức nghiên cứu:
Thu nhập những nghiên cứu về logic mờ, tham khảo các tài liệu về điều khiển
mờ. Từ đó rút ra những ưu nhược điểm để vận dụng, phát huy, bổ sung phục vụ cho
đề tài của mình.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e


C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o

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)

m
2

m
3

m
4

x

1

0

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c

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

1

0

Miền tin c
ậy

Miền xác đònh

Hàm liên thuộc của hợp hai tập mờ có cùng cơ sở.



x


A
(x)


B
(x)

Click to buy NOW!
P
D
F

c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

xx
xx
x
BA
BA
BA







(Tổng Einstein),
4.

A

B
(x) =

A
(x) +

B
(x) -

A
(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. 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)



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.

Click to buy NOW!
P
D
F

c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

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


nếu
nếu
,
2.

A

B
(x) = max{0,

A
(x) +

B
(x) - 1} (Phép giao Lukasiewicz),
3. (Tích Einstein),
4.

A

B
(x) =

A
(x)

B
(x) (Tích đại số),
Công thức trên cũng áp dụng được cho hợp hai tập mờ không cùng cơ sở bằng


A
(x, y) =

A
(x), với mọi y

N và
Giao hai tập mờ cùng cơ sở.

x


A

B
(x)


A
(x)


B
(x)

Click to buy NOW!
P
D
F

c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

c. Phép bù:
Bù của tập mờ A có cơ sở M và hàm liên thuộc

A
(x) là một tập mờ A
C
xác đònh
trên cùng cơ sở M với hàm liên thuộc:

A
c(x) = 1 -

A
(x). 3. Luật hợp thành mờ:
a. Mệnh đề hợp thành:
Cho hai biến ngôn ngữ

và

. Nếu biến


x


A

B
(x, y)

y

x

1


A
(x)

a)

x

1


A
c(x)

b)


d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e

A
(x
0
) đối với tập
mờ A của giá trò đầu vào x
0
xác đònh được hệ số thỏa mãn mệnh đề kết luận q của
giá trò đầu ra y. Biểu diễn hệ số thỏa mãn mệnh đề q của y như một tập mờ B’ cùng
cơ sở với B thì mệnh đề hợp thành chính là ánh xạ:

A
(x
0
)



B
(y).

b. Mô tả mệnh đề hợp thành:
Ánh xạ

A
(x
0
)




A

B

MAX{1 -

A
(x),

B
(y)}
Hàm liên thuộc của mệnh đề hợp thành có cơ sở là tập tích hai tập cơ sở đã có.
Do có sự mâu thuẫn rằng p

q luôn có giá trò đúng (giá trò logic 1) khi p sai nên sự
chuyển đổi tương đương từ mệnh đề hợp thành p

q kinh điển sang mệnh đề hợp
thành mờ A

B không áp dụng được trong kỹ thuật điều khiển mờ.
Để khắc phục nhược điểm trên, có nhiều ý kiến khác nhau về nguyên tắc xây
dựng hàm liên thuộc

A

B
(x, y) cho mệnh đề hợp thành A

B như:


B
(x, y) = MAX{1 -

A
(x),

B
(y)} công thức Kleene-Dienes,
song nguyên tắc của Mamdani: “Độ phụ thuộc của kết luận không được lớn hơn độ
phụ thuộc của điều kiện” là có tính thuyết phục nhất và hiện đang được sử dụng
nhiều nhất để mô tả luật mệnh đề hợp thành mờ trong kỹ thuật điều khiển.
Từ nguyên tắc của Mamdani có được các công thức xác đònh hàm liên thuộc
sau cho mệnh đề hợp thành A

B:
1.

A

B
(x, y) = MIN{

A
(x),

B
(y)} công thức MAX-MIN,
Click to buy NOW!
P

k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o

B được gọi là quy tắc hợp
thành.

c. Luật hợp thành mờ:
* Luật hợp thành một điều kiện:
Luật hợp thành MAX-MIN:
Luật hợp thành MAX-MIN là tên gọi mô hình (ma trận) R của mệnh đề hợp
thành A

B khi hàm liên thuộc

A

B
(x, y) của nó được xây dựng trên quy tắc MAX-
MIN.
Trước tiên hai hàm liên thuộc

A
(x) và

B
(y) được rời rạc hóa với chu kỳ rời rạc
đủ nhỏ để không bò mất thông tin.
Tổng quát lên cho một giá trò rõ x
0
bất kỳ:
x
0







= (l
1
, l
2
, , l
n
) với



n
i
kiik
ral
1

Để tránh sử dụng thuật toán nhân ma trận của đại số tuyến tính cho việc tính

B’
(y) và cũng để tăng tốc độ xử lý, phép tính nhân ma trận được thay bởi luật max-
min của Zadeh với max (phép lấy cực đại) thay vào vò trí phép nhân và min (phép
lấy cực tiểu) thay vào vò trí phép cộng như sau


kii

hàng và m cột.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t

.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m