So sánh phương pháp thiết kế bộ điều khiển bằng logic mờ và đại số gia tử

Điều khiển mờ đã đạt được những thành công và hiệu quả cao khi áp dụng vào các hệ thống điều khiển tự động. Đại số gia tử là một công cụ tính toán mềm được phát triển từ logic mờ, có thể ứng dụng tốt trong lĩnh vực điều khiển. Phương pháp thiết kế bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử đơn giản hơn và có khả năng tính toán với độ chính xác cao hơn so với bộ điều khiển mờ. Từ đó mở ra khả năng ứng dụng một lý thuyết mới vào quá trình thiết kế các hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp. Nội dung bài báo giới thiệu và đưa ra những ưu điểm của phương pháp thiết kế bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử khi so sánh với phương pháp thiết kế bộ điều khiển.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
So sánh phương pháp thiết kế bộ điều khiển bằng logic mờ và đại số gia tửNgô Kiên Trung và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ93(05): 35 - 39SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂNBẰNG LOGIC MỜ VÀ ĐẠI SỐ GIA TỬNgô Kiên Trung1*, Dương Quốc Tuấn1, Lê Văn Tùng21Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên2Trường Đại học Công nghiệp Quảng NinhTÓM TẮTĐiều khiển mờ đã đạt được những thành công và hiệu quả cao khi áp dụng vào các hệ thống điềukhiển tự động. Đại số gia tử là một công cụ tính toán mềm được phát triển từ logic mờ, có thể ứngdụng tốt trong lĩnh vực điều khiển. Phương pháp thiết kế bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử đơngiản hơn và có khả năng tính toán với độ chính xác cao hơn so với bộ điều khiển mờ. Từ đó mở rakhả năng ứng dụng một lý thuyết mới vào quá trình thiết kế các hệ thống điều khiển tự động trongcông nghiệp. Nội dung bài báo giới thiệu và đưa ra những ưu điểm của phương pháp thiết kế bộđiều khiển sử dụng đại số gia tử khi so sánh với phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ.Từ khóa: Biến ngôn ngữ, đại số gia tử, điều khiển sử dụng đại số gia tử, điều khiển mờ, Luật chia đôi.ĐẶT VẤN ĐỀ*Đối với các hệ thống tự động trong côngnghiệp, vấn đề nâng cao chất lượng hệ thốngbằng các phương pháp điều khiển mới đangđược rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiêncứu. Điều khiển mờ đã được nhiều tác giảnghiên cứu còn đại số gia tử (ĐSGT) - HedgeAlgebra (HA) là một phương pháp tiếp cậnmới trong nhận dạng và điều khiển [2], [3].Mặc dù ĐSGT là sự phát triển của logic mờ,nó xây dựng trên một cấu trúc đại số và làmột công cụ đảm bảo tính trật tự ngữ nghĩa,hỗ trợ cho logic mờ trong các bài toán suyluận, điều khiển. Bộ điều khiển bằng ĐSGTngoài việc sử dụng các ưu điểm của hệ thốngmờ, đồng thời phát huy các ưu điểm về xử lýbiến ngôn ngữ tự nhiên và vấn đề tư duy trựccảm, giúp tránh khỏi những bài toán nhậndạng, mô hình hoá phức tạp [1], [4]. Trongnghiên cứu này, chúng tôi đưa ra phươngpháp thiết kế bộ điều khiển sử dụng ĐSGT vàqua thực nghiệm trên máy tính đã thu đượchiệu quả cao hơn bộ điều khiển mờ.XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾBỘ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG ĐẠI SỐ GIATỬ - HACTrong bài báo này chúng tôi xây dựngphương pháp thiết kế bộ điều khiển sử dụngĐSGT và cũng nhắc lại phương pháp điều*Tel: 0916 633119, Email: trungokien@tnut.edu.vnkhiển mờ [2] để làm cơ sở so sánh giữa haiphương pháp. Các kết quả điều khiển và hiệuquả thực hiện được thể hiện qua bài toán ví dụđiều khiển một đối tượng trao đổi nhiệt.Điều khiển logic mờ - FLCHình 1. Bộ điều khiển mờ - FLCThông thường phương pháp điều khiển dựatrên logic mờ, gọi tắt là FLC (Fuzzy LogicControl) sẽ bao gồm các bước sau đây:Bước 1: Xác định biến trạng thái (biến vào)và biến điều khiển (biến ra) của đối tượngđiều khiển và xác định tập nền (còn gọi làkhông gian tham chiếu) của các biến.Bước 2: Phân chia tập nền thành các phầntương ứng với các nhãn ngôn ngữ.Bước 3: Xây dựng các tập mờ cho các nhãnngôn ngữ, tức là xác định dạng hàm thuộc chomỗi tập mờ.Bước 4: Xây dựng quan hệ mờ giữa các tậpmờ đầu vào và tập mờ điều khiển tạo thành hệluật điều khiển (bảng điều khiển trên cơ sở trithức chuyên gia).35Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyênhttp://www.lrc-tnu.edu.vnNgô Kiên Trung và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆBước 5: Giải bài toán lập luận xấp xỉ, xácđịnh tập mờ đầu ra của biến điều khiển theotừng luật (phép hợp thành).Bước 6: Kết nhập (aggregation) các giá trịđầu ra.Bước 7: Giải mờ, tìm giá trị điều khiển rõ.Điều khiển sử dụng Đại số gia tử - HACĐại số gia tửĐại số gia tử - Hedge Algebra là sự phát triểndựa trên tư duy logic về ngôn ngữ [3], [4].Với quan hệ vào - ra theo logic mờ phải xácđịnh các hàm liên thuộc một cách rời rạc thìHA tạo ra một cấu trúc đại số dưới dạng quanhệ hàm, cho phép hình thành một tập biếnngôn ngữ lớn vô hạn sao cho cấu trúc thuđược mô phòng tốt ngữ nghĩa ngôn ngữnhằm mô phỏng các quá trình suy luận củacon người.Ví dụ: Xét một tập giá trị ngôn ngữ là miền củabiến ngôn ngữ (linguistic domain) của biến chânlý TEMPERATURE gồm các từ sau:T=dom(TEMPERATURE) = {Large, Small,very Large, very Small, more Large, moreSmall, approximately Large, approximatelySmall, little Large, little Small, less Large,less Small, very more Large, very moreSmall, very possible Large, very possibleSmall, …}.KhiđómiềnngônngữT=dom(TEMPERATURE) có thể biểu thịnhư là một cấu trúc đại số AT=(T, G, H, ≤),trong đó: T là tập nền của AT;G là tập các từnguyên thủy (tập các phần tử sinh: Large,Small; H là tập các toán tử một ngôi, gọi làcác gia tử (các trạng từ nhấn); ≤ là biểu thịquan hệ thứ tự trên các từ (các khái niệm mờ),nó được “cảm sinh” từ ngữ nghĩa tự nhiên. Ví dụ: dựa trên ngữ nghĩa, cácquan hệ thứ tự sau là đúng: Small≤Large,more Large≤very Large, very Small ≤ moreSmall, possible Small ≤ Large, Small ≤possible Small, …Thiết kế bộ điều khiển sử dụng HAChúng ta xét mô hình mờ trong điều ...