Bài giảng Nhập môn điều khiển thông minh - Chương 3: Điều khiển mờ - Huỳnh Thái Hoàng
Môn học
NHẬP MÔN ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH
Giảng viên: PGS. TS. Huỳnh Thái Hoàng
Bộ môn Điều Khiển Tự Động
Khoa Điện – Điện Tử
Email: [email protected]
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
1
Chương 3
IỀU KHIN M
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
2
Nội dung chương 3
Giới thiệu điều khiển mờ
Thiết kế bộ điều khiển mờ dựa vào kinh nghiệm
Bộ điều khiển PID mờ
Thiết kế bộ điều khiển mờ dùng lý thuyết Lyapunov
Thiết kế và mô phỏng hệ thống điều khiển mờ dùng
Matlab
Thực thi bộ điều khiển mờ dùng vi điều khiển
Thực thi bộ điều khiển mờ dùng PLC
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
3
GIỚI THIỆU ĐIỀU KHIỂN MỜ
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
4
Hệ thống điều khiển bởi người vận hành
Tín hiệu ra
Tín hiệu đặt
Đối tượng
điều khiển
Thực tế có những đối tượng ĐK rất phức tạp, có tính phi
không thể xác định được mô hình toán của đối tượng.
Con người với khả năng xử lý tinh xảo của bộ não sau
khi trải qua quá trình đào tạo và tích lũy kinh nghiệm lại
có thể điều khiển được các đối tượng phức tạp mà
không cần biết gì về mô tả toán học của đối tượng.
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
5
Điều khiển mờ
Tín hiệu ra
Tín hiệu đặt
Đối tượng
điều khiển
Điều khiển mờ cung cấp phương pháp để biểu diễn, xử
lý và thực thi tri thức trực giác của con người.
Kinh nghiệm chuyên gia được tích hợp vào bộ điều
khiển mờ trong quá trình thiết kế hệ thống.
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
6
Cấu trúc bộ điều khiển mờ
Bộ điều khiển mờ cơ bản
Tiền
Mờ
Giải
mờ
Hu
xử lý
hóa
xử lý
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
7
Cấu trúc bộ điều khiển mờ
Tiền
Mờ
Giải
mờ
Hậu
xử lý
hóa
xử lý
suy diễn
Bộ điều khiển mờ cơ bản:
hệ qui tắc điều khiển rút ra từ kinh nghiệm chuyên gia
trong việc điều khiển đối tượng.
khâu mờ hóa chuyển giá trị rõ phản hồi từ ngõ ra của đối
tượng thành giá trị mờ để hệ qui tắc có thể suy luận được
của hệ qui tắc thành giá trị rõ để điều khiển đối tượng
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
8
Cấu trúc bộ điều khiển mờ
Tiền
Mờ
Giải
mờ
Hậu
xử lý
hóa
xử lý
suy diễn
Tiền xử lý:
vi phân, tích phân tín hiệu
lọc nhiễu
Hu xch n tín hiu gii mn
hóa thành giá trị vật lý.
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
9
Thiết kế bộ điều khiển mờ
Thiết kế dựa vào kinh nghiệm chuyên gia
Thiết kế bộ điều khiển PID mờ
Thiết kế dựa trên lý thuyết Lyapunov
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
10
Thiết kế bộ điều khiển mờ
dựa vào kinh nghiệm chuyên gia
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
11
Thiết kế dựa vào kinh nghiệm chuyên gia
Bước 1: Xác định biến vào, biến ra (và biến trạng thái, nếu
cần) của đối tượng.
Bước 2: Chuẩn hóa biến vào, biến ra về miền giá trị [0,1] hay
[1,1]
Bước 3: Định nghĩa các giá trị ngôn ngữ cho biến vào và biến
ra; định lượng các giá trị ngôn ngữ bằng các tập mờ.
Bước 4: Xây dựng hệ qui tắc mờ bằng cách vẽ hình minh họa
để có ý tưởng đưa ra một số qui tắc điển hình, sau đó áp dụng
tính liên tục của hệ mờ và tính đối xứng để đưa ra các qui tắc
còn lại.
Bước 5: Chọn PP suy diễn (MAX–MIN hay MAX–PROD)
Bước 6: Chọn PP giải mờ (trọng tâm hay t/bình có trọng số)
Bước 7: Mô phỏng hoặc thực nghiệm đánh giá kết quả, tinh
chỉnh các thông số của BĐK để đạt chất lượng mong muốn.
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
12
Thí dụ: Điều khiển mờ giữ cân bằng hệ con lắc ngược
M : trọng lượng xe [Kg]
m : trọng lượng con lắc [Kg]
l : chiều dài con lắc [m]
u : lực tác động vào xe [N]
g : gia tốc trọng trường [m/s2]
x : vị trí xe [m]
: góc giữa con lắc và
phương thẳng đứng [rad]
2
(M m)x ml(sin ) ml(cos ) u
mx cos ml mgsin
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
13
Các biến vào và biến ra của bộ điều khiển
Chọn các biến vào/ra:
4 biến vào: góc lệch của con lắc, vận tốc góc của
biến ra là lực tác dụng vào xe.
Tập cơ sở của các biến phụ thuộc chủ yếu vào đối
tượng, ta chọn như sau:
Vận tốc góc: [1, 1] (rad/sec)
Vị trí xe: [3, 3] (m)
Vận tốc xe: [3, 3] (m/sec)
Lực tác dụng: [40, 40] (N)
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
14
Các hệ số chuẩn hóa
Chuẩn hóa tập cơ sở của các biến vào/ra về miền
[1, 1], do đó các ma trận hệ số khuếch đại của các
khối tiền xử lý và hậu xử lý như sau:
Các hệ số tiền xử lý:
1
1
1
3
K1 , K2 1, K3 , K4
0.3
3
Hệ số hậu xử lý:
K5 40
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
15
Định nghĩa các giá trị ngôn ngữ cho các biến vào
NE
ZE
NE
ZE
PO
PO
x
1
0
1
1
0
1
Góc lệch
Vị trí xe
NE
NE
PO
PO
ZE
ZE
x
1
0
1
1
0
1
Vận tốc góc
Vận tốc xe
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
16
Định nghĩa các giá trị ngôn ngữ biến ra
NM
PB
NE
NS
PS PM
ZE
u
1 0.66 0.33 0 0.33 0.66 1
Lực điều khiển xe
Chú ý: Số lượng giá trị ngôn ngữ tùy chọn, thường
là số lẽ đối với bài toán điều khiển ổn định hóa hoặc
san bằng sai lệch
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
17
Qui tắc điều khiển mờ được đưa ra dựa vào kinh nghiệm
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
18
Qui tắc điều khiển mờ được đưa ra dựa vào kinh nghiệm
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
19
Mô phỏng điều khiển mờ giữ cân bằng hệ con lắc ngược
19 August 2014
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM
20
Tải về để xem bản đầy đủ
66 trang
25480
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nhập môn điều khiển thông minh - Chương 3: Điều khiển mờ - Huỳnh Thái Hoàng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nhap_mon_dieu_khien_thong_minh_chuong_3_dieu_khien.pdf
