HC VIN CÔNG NGH N THÔNG
KHING
I S GIA T VÀ NG DNG
U KHI

CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC MÁY TÍNH
MÃ SỐ: 60.48.01

TÓM TT LU THUT
HÀ NỘI, 2013 2
Luận văn được hoàn thành tại:

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 toán xử lý thông 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 thông tin hoặc điều khiển trong môi 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 không rõ ràng về mô hình trên cơ sở tri thức chuyên gia đầy
cảm tính [9]. Sự kết hợp thành công giữa logic mờ và lý thuyết điều khiển trong quá
trình đi tìm các thuật toán điều khiển thông 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 Công nghệ thông 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. Mc tiêu ca lu
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

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 toán
điều khiển có các yêu 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.
u khin m u khin s di s gia t  nhiu vai trò to
ln trong các h thu khin t ng ngày nay.
1.4 u khip thit cn có ng di s gia t u
khi
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 công 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 thông 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 mô tả bằng ngôn ngữ.
Đây là điều khác biệt hoàn toàn với bài toán điều khiển kinh điển phải dựa vào sự
chính xác tuyệt đối của mô 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 công các bài

2.2.2 Các khái nin v logic m
2.2.2.1 p m
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 nim phc v tính toán
o Giá đỡ
o -Cut
o Lồi (Convex)
o Chuẩn(normal)
2.2.2.3 Các phép n trên tp m
o Giao(intersection)
o Hợp(union)
o Bù(Complement)
2.2.2.4  các m và quan h m
Giả sử:
X

x…xA
n
= {((x
1
,x
2
,…,x
n
),
A1xA2x…An
(x
1
,x
2
,…,x
n
))|(x
1
,x
2
,…,x
n
) X
1
xX
2
x…xX
n
,)
,

,A
2
,…,A
n
) được định nghĩa là tập mờ sau đây:
R={(( x
1
, x
2
,…, x
n
), 

(x
1
, x
2
,…, x
n
))|( x
1
, x
2
,…, x
n
) X
1
xX
2
x…xX

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 không cần biết trước mô hình toán học của đối tượng.

Hình 2.12: H kín, phn hi âm và b u khin m
(Mờ hóa)
(Thiết bị hợp thành)
(Giải mờ)
9

H thu khin m c thit k gm 3 thành phn:
• Giao diện đầu vào: Bao gồm khâu fuzzy hóa(mờ hóa) và các thành phần phụ trợ
thêm để thực hiện các bài toán 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 tc thit k b u khin m
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 thông thường:
c 1: Xác định biến vào, biến trạng thái và biến điều khiển (biến ra) và xác
định tập nền của các biến.
c 2: Phân hoạch tập nền và gán nhãn ngôn ngữ cho mỗi tập mờ (mờ hóa).
c 3: Xác định dạng hàm thuộc cho mỗi tập mờ.
c 4: Xây dựng quan hệ mờ giữa các tập mờ đầu vào, tập mờ trạng thái và

3.2 Nhng khái nin v i s gia t
3.2.1 i s gia t
3.2.2 i s gia t
Một cấu trúc đại số AT = (T, G, H, ≤) với H được phân hoạch thành H
+
và H
-
các 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)}. Ngoài ra nếu u và v là không 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 i s gia t
3.2.3.1 
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

c 5: Kết nhập các giá trị ngữ nghĩa định lượng của điều khiển và xây dựng
đường cong ngữ nghĩa định lượng.
c 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 phu khi dng tip cn m và tip cn da
i s gia t p lun m u kin.
3.4.1 Mô ph

Hình 3. 3: 
3.4.2 Các b u khi
3.4.2.1 u khin m
Trong mô 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:
3
3
3
1
sT
sT
k

4
4
4
1
sT
sT

e
k


)(si
a
PI speed
controller
PI current
controller
Power
converter
DC motor
Bộ điều
khiển tốc
độ PI
Bộ điều
khiển dòng
PI
Biến tần
Động cơ DC
13 Hình 3. 5: Phân hou vào E

Hình 3. 6: Phân hou vào DE

14 
- Thay thế cả 2 bộ điều khiển tốc độ, bộ điều khiển dòng bằng HACs:


3.4.2.3 Kt qu mô phng trên Matlab/Simulink
wn = 314 rads; Mtn = 3,3 Nm; Un = 115 V; Ln = 9 A; p = 1
wn = 314 rads; Mtn = 3,3 Nm; Un = 115 V; Ln = 9 A; p = 1
wn = 314 rads; Mtn = 3,3 Nm; Un = 115 V; Ln = 9 A; p = 1
Bộ điều khiển
đại số gia tử
Bộ điều khiển
dòng PI
Biến tần
Bộ điều khiển
tốc độ PI
Bộ điều khiển
dòng đại số gia tử
Biến tần
Bộ điều khiển tốc độ
đại số gia tử
Bộ điều khiển
dòng đại số gia tử
Biến tần
16

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 không còn.
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 KT LUN 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.

(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 LIU THAM KHO