Luận văn Tiếp cận mờ và tiếp cận đại số gia tử trong điều khiển hệ quạt gió - Cánh nhôm

LỜI NÓI ĐẦU Lĩnh vực điều khiển mà một lĩnh vực có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. Chính vì vậy đây là một ngành kỹ thuật được nhiều sự quan tâm. Đặc biệt từ những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ 20 đã xuất hiện một xu hướng nghiên cứu mới đó là các phương pháp điều khiển thông minh để điều khiển các hệ thống mà ở đó ta không thể 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 với nhau hoặc chỉ có thể mô tả được bằng ngôn ngữ. Đây là điều khác hoàn toàn với kỹ thuật điều khiển kinh điển phải dựa vào sự chính xác tuyệt đối của mô hình động học. Đó là các phương pháp điều khiển thông minh dựa trên Logic tập mờ. Phương pháp điều khiển này đã mô phỏng được phương thức xử lý thông tin của con người, đã giải quyết thành công các bài toán điều khiển phức tạp mà trước đây không giải quyết được. Tuy nhiên phương pháp điều khiển mờ cũng bộc lộ một số nhược điểm nhất định. Vào những 1990 PGS. TSKH Nguyễn Cát Hồ đã đưa một lý thuyết mới cho phép thao tác trực tiếp trên ngôn ngữ tự nhiên, xử lý tốt những suy luận định tính dưới dạng đại số gia tử (ĐSGT). Trong một số nghiên cứu mới đây cho thấy khả năng sử dụng công cụ đại số gia tử trong nhiều lĩnh vực khác nhau và trong số đó có công nghệ điều khiển trên cơ sở tri thức chuyên gia. Đã có các nghiên cứu trong nước và thế giới ở một số trường hợp cụ thể phương pháp điều khiển sử dụng công cụ đại số gia tử cho kết quả tốt hơn phương pháp điều khiển mờ truyền thống. Chính vì vậy cần có sự nghiên cứu nhiều hơn ở cả hai phương pháp điều khiển. Phạm vi nghiên cứu của đề tài là so sánh giữa cách tiếp cận điều khiển mờ sử dụng sơ đồ tham chiếu bảng (Table Look- Up Scheme) do Li Xin Wang đề xuất [6] và tiếp cận đại số gia tử cho hệ khí động học mà cụ thể là Hệ quạt gió cánh nhôm. Do vậy tên đề tài được chọn là : “ Tiếp cận mờ và tiếp cận đại số gia tử trong điều khiển hệ Quạt gió - Cánh nhôm” Nội dung luận văn được bố cục như sau: Chương 1: Vài nét chung về lý thuyết tập mờ và lý thuyết đại số gia tử. Chương 2: Điều khiển mờ và điều khiển dựa trên đại số gia tử. Chương 3: Xây dựng hệ luật sử dụng sơ đồ tham chiếu bảng. Chương 4: Điều khiển hệ quạt gió – cánh nhôm sử dụng sơ đồ tham chiếu bảng. Chương 5: Điều khiển hệ quạt gió – cánh nhôm sử dụng đại số gia tử. MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT . 3 DANH MỤC CÁC BẢNG 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ . 5 LỜI NÓI ĐẦU 7 Chương 1: VÀI NÉT CHUNG VỀ LÝ THUYẾT TẬP MỜ VÀ LÝ THUYẾT ĐẠI SỐ GIA TỬ 9 1.1. Một số khái niệm cơ bản về lý thuyết tập mờ .9 1.1.1. Định nghĩa tập mờ 9 1.1.2. Các khái niệm phục vụ tính toán . 10 1.1.2.1. Giá đỡ: 10 1.1.2.2.  - Cut : 11 1.1.2.3. Lồi (Convex) 11 1.1.2.4. Chuẩn (normal) 11 1.1.3. Các phép tính trên tập mờ Zadeh . 11 1.1.3.1. Intersection (Giao) . 11 1.1.3.2. Union (Hợp) . 12 1.1.3.3. Complement (Bù) . 12 1.1.4. Biến ngôn ngữ: . 12 1.1.5. Biểu diễn hình học tập rõ và tập mờ, các phép tính cơ bản trên tập mờ . 14 1.1.6. Mở rộng ba phép tính cơ bản trên tập mờ 16 1.1.6.1. Định nghĩa giao mờ 16 1.1.6.2. Định nghĩa hợp mờ . 16 1.1.6.3. Định nghĩa Bù mờ (phủ định mờ) 17 1.1.6.4. Tham số hoá các hàm T - norm, hàm S - norm và hàm Bù mờ C. 18 1.1.7. Tích Đề các mờ và quan hệ mờ . 20 1.1.7.1. Tích Đề các mờ (phép toán cho phép ghép nhiều tập mờ) . 20 1.1.7.2. Quan hệ mờ . 21 1.1.7.3. Nguyên lý mở rộng . 23 1.1.8. Suy luận mờ (suy luận xấp xỉ) . 24 1.1.8.1. Lập luận theo General Modus Ponens (GMP) 24 1.1.8.2. Lập luận theo quan hệ mờ . 25 1.2. Một số khái niệm cơ bản về đại số gia tử 25 1.2.1. Đại số gia tử . 25 1.2.2. Định lượng đại số gia tử. 26 1.2.3. Giải bài toán lập luận bằng nội suy 28 Chương 2: ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ ĐIỀU KHIỂN DỰA TRÊN ĐẠI SỐ GIA TỬ . 30 2.1. Điều khiển mờ 30 2.1.1. Cấu trúc hệ điều khiển mờ với Fuzzifier và Defuzzifier 30 2.1.2. Bộ ý nghĩa hoá - (Mờ hoá) 31 2.1.3. Bộ giải nghĩa (Bộ giải mờ, Bộ làm rõ) . 31 2.1.4. Cơ sở luật mờ (Fuzzy Rule Base) 32 2.1.5. Khối suy luận mờ (Fuzz inference engine - FIE) 36 2.2. Điều khiển sử dụng đạt số gia tử. .39 Chương 3: XÂY DỰNG HỆ LUẬT SỬ DỤNG SƠ ĐỒ THAM CHIẾU BẢNG . 42 3.1. Sơ đồ tham chiếu bảng dùng cho xây dựng hệ luật từ các cặp dữ liệu vào – ra [6] .42 3.2. Ứng dụng trong điều khiển tiến – lùi xe tải .46 Chương 4: ĐIỀU KHIỂN HỆ QUẠT GIÓ – CÁNH NHÔM SỬ DỤNG SƠ ĐỒ THAM CHIẾU BẢNG 52 4.1. Đối tượng điều khiển (Hệ quạt gió-cánh nhôm) 52 4.2. Xây dựng thuật toán dựa trên sơ đồ tham chiếu bảng 54 4.3. Điều khiển hệ quạt gió-cánh nhôm .57 4.4. Kết luận 58 Chương 5: ĐIỀU KHIỂN HỆ QUẠT GIÓ – CÁNH NHÔM SỬ DỤNG ĐẠI SỐ GIA TỬ . 60 5.1. Thuật toán tạo luật từ các quan sát vào-ra .60 5.2. Hệ luật điều khiển quạt gió-cánh nhôm 62 KẾT LUẬN .70 HưỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 72