- 1 -
Chương 1
M
M
Ơ
Ơ
̉
̉Đ
Đ
Â
Â
̀
̀
U
U



1.1
M
M
Ụ
Ụ
C


V
V
Ă
Ă
N
N Luận văn này nghiên cứu lý thuyết mờ, từ đó ứng dụng vào để thiết kế hệ thống điều
khiển mờ cân bằng con lắc ngược quay theo phương thẳng đứng trong khi phần đĩa quay
di chuyển trong mặt phẳng nằm ngang theo tín hiệu điều khiển.
1.2
C
C
Ấ
Ấ
U
UT
T
R
R
Ú
Ú
C
C


Chương 2: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ
Giới thiệu một số khái niệm cơ bản của lý thuyết mờ, một số phép toán trong lý
thuyết mờ và giới thiệu về hệ thống điều khiển mờ cùng một số đặc điểm, phương pháp
thiết kế bộ điều khiển mờ.
Chương 3: MÔ HÌNH CON LẮC NGƯỢC QUAY
Tìm hiểu về cấu tạo vật lý, mô hình động học và mô hình của con lắc ngược quay
trên Simulink của MatLAB.
Chương 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO CON LẮC NGƯỢC QUAY
Thiết kế bộ điều khiển mờ điều khiển cân bằng con lắc ngược quay theo phương
thẳng đứng, mô phỏng trên MatLAB.
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN - 2 -
Chương 2
L
L
Y
Y
́
́T
T
H
H
U
U
Y

̉
N
NM
M
Ơ
Ơ
̀
̀



2.1
G
G
I
I
Ớ
Ớ
I
IT
T

Ê
̀
̀
U
UK
K
H
H
I
I
Ê
Ê
̉
̉
N
NM
M
Ơ
Ơ
̀
̀ Trong những năm gần đây, lý thuyết logic mờ đã có nhiều áp dụng thành công trong

lệch giảm về 0. Đây là sơ đồ điều khiển rất quen thuộc, trong sơ đồ này, bộ điều khiển
mờ được dùng để thay thế bộ điều khiển kinh điển.
Điều khiển thích nghi
Các quy tắc mờ cũng có thể dùng để hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển tuyến
tính trong sơ đồ điều khiển thích nghi. Nếu một đối tượng phi tuyến thay đổi điểm làm
việc, để chất lượng điều khiển tốt thì thông số của bộ điều khiển phải thay đổi theo.
Hình 2.12 là sơ đồ điều khiển thích nghi với bộ giám sát mờ (fuzzy supervisor).

Hình 2.11: Điều khiển mờ trực tiếp

Hình 2.12: Điều khiển thích nghi mờ
2.2.1
Cấu trúc bộ điều khiển mờ
Bộ điều khiển mờ cơ bản có ba khối chức năng là mờ hóa, hệ quy tắc và giải mờ.
Thực tế trong một số trường hợp khi ghép bộ điều khiển mờ vào hệ thống điều khiển cần
thêm hai khối
tiền xử lý
và
hậu xử lý
. Chức năng của từng khối trong sơ đồ trên được
mô tả sau đây:

2.2.1.1 Khối tiền xử lý
Tín hiệu vào bộ điều khiển thường là giá trị rõ từ các mạch đo, bộ tiền xử lý có chức
năng xử lý các giá trị đo này trước khi đưa vào bộ điều khiển mờ cơ bản. Khối tiền xử lý
có thể:

- 4 -
- Lượng tử hóa hoặc làm tròn giá trị đo.
- Chuẩn hóa hoặc tỉ lệ giá trị đo vào tầm giá trị chuẩn.

Kết quả suy diễn bởi hệ quy tắc là giá trị mờ, các giá trị mờ này cần được chuyển
đổi thành giá trị rõ để điều khiển đối tượng.
2.2.1.3 Khối hậu xử lý
Trong trường hợp các giá trị mờ ở ngõ ra của các quy tắc được định nghĩa trên tập
cơ sở chuẩn thì giá trị rõ sau khi giải mờ phải được nhân với một hệ số ty
̉
lệ để trở thành
giá trị vật lý.
Khối hậu xử lý thường gồm các mạch khuếch đại (có thể chỉnh độ lợi), đôi khi khối
hậu xử lý có thể có khâu tích phân.

- 5 -
2.2.2
Phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ
Khi thiết kế bộ điều khiển mờ, chúng ta chỉ mong muốn được bộ điều khiển cho kết
quả “
chấp nhận được
” chứ không phải kết quả “
tốt nhất
”. Mặt khác, như đã trình bày
ở mục 2.4.5, bài toán ổn định của hệ thống điều khiển mờ vẫn còn là bài toán mở. Vì
vậy chỉ nên sử dụng bộ điều khiển mờ khi kết quả điều khiển bằng các phương pháp
kinh điển không thỏa mãn yêu cầu thiết kế.
Rất khó có thể đưa ra được phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển mờ tổng quát.
Một bộ điều khiển mờ được thiết kế tốt hay không hoàn toàn phụ thuộc vào kinh nghiệm
của người thiết kế. Mục này chỉ đưa ra một số đề nghị về trình tự thiết kế một bộ điều
khiển mờ.
Các bước thiết kế bộ điều khiển mờ:
- Bươ
́

- Bươ
́
c 7: Chọn phương pháp giải mờ. Trong điều khiển người ta thường chọn
phương pháp giải mờ “thỏa hiệp” như phương pháp trọng tâm, phương pháp trung bình
có trọng số …

- 6 -
Chương 3
M
M
Ô
ÔH
H
Ì
Ì
N
N
H
HC
C
O
O
N
N

A
A
Y
Y



3.1
M
M
Ô
ÔT
T
Ả
Ả Con lắc ngược quay gồm hai phần:
- Đĩa quay được điều khiển bởi một động cơ DC có trục theo phương thẳng đứng.
Như vậy, đĩa quay trong mặt phẳng vuông góc với phương thẳng đứng.
- Hai con lắc được gắn ở mép đĩa quay, đối xứng với nhau qua tâm đĩa quay.

Hình 3.1: Mô hình thực con lắc ngược quay
Sau đây là mô hình hệ thống con lắc ngược quay:

N
N
H
HĐ
Đ
Ộ
Ộ
N
N
G
G Ta dùng hàm Lagrange để xác định hệ phương trình toán học. Hàm Lagrange được
định nghĩa là sự sai lệch giữa động năng và thế năng.
£ = K – U
với: £: Hàm Lagrange
K: Động năng của hệ
U: Thế năng của hệ
Hàm Lagrange được viết như sau:

i
F
W
dt
d


2
11
2
0
2
1
vmvmJJJK 



(3.2)
với v
1
, v
2
là vận tốc của con lắc thứ nhất và thứ hai.

2
111
2
1
2
111
2
22
2
11
2
0
)(

2
222
2
2
2
2221111
cos)(
2
1
)(
2
1
)sin(
2
1
cos LlmlmLmlmLlm 

(3.3)
Thế năng:
Thế năng của 2 con lắc được tính như sau:
U = m
1
gl
1
cos

1
+ m
2
gl