Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới dùng thuật toán mờ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu đề tài nhằm nghiên cứu cấu trúc hệ thống điện mặt trời nối lưới; đề xuất thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại trên cơ sở logic mờ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới dùng thuật toán mờ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐINH PHƢƠNG THÙY NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH VÀ DUY TRÌ ĐIỂM LÀM VIỆC CÓ CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI DÙNG THUẬT TOÁN MỜ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên - năm 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐINH PHƢƠNG THÙY NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH VÀ DUY TRÌ ĐIỂM LÀM VIỆC CÓ CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI DÙNG THUẬT TOÁN MỜ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 8.52.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Lại Khắc Lãi Thái Nguyên – năm 2020
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Đinh Phương Thùy Đề tài luận văn: Nghiên cứu xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới dùng thuật toán mờ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 03/10/2020 với các nội dung sau: - Sửa sai sót về lỗi chính tả, lỗi chế bản, phần trích tài liệu tham khảo. - Chú thích đầy đủ trên hình vẽ, chỉnh sửa và bổ sung. Thái Nguyên, ngày 15 tháng 10 năm 2020 Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS. Lại Khắc Lãi Đinh Phƣơng Thùy CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS. Ngô Đức Minh i
LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Đinh Phương Thùy Sinh ngày: 14/09/1984 Học viên lớp cao học: Khóa 21 - Kỹ thuật điện - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện đang công tác tại: Trường Cao đẳng Lào Cai Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Nghiên cứu xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lƣới dùng thuật toán mờ” do PGS.TS Lại Khắc Lãi hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Thái Nguyên, Ngày 15 tháng 10 năm 2020 Tác giả luận văn Đinh Phƣơng Thùy ii
LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi, luận văn với đề tài “Nghiên cứu xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lƣới dùng thuật toán mờ” đã hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn PSG. TS Lại Khắc Lãi đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Phòng quản lý đào tạo sau đại học, các thầy giáo, cô giáo Khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình nghiên cứu đề tài. Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Thái Nguyên, Ngày 15 tháng 10 năm 2020 Tác giả luận văn Đinh Phƣơng Thùy iii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ ii LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... iii MỤC LỤC ........................................................................................................... iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................. ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................. x MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................. 1 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ....................................................................... 2 3. Mục tiêu nghiên cứu....................................................................................... 2 4. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 2 5. Phương pháp nghiên cứu................................................................................ 2 6. Bố cục luận văn .............................................................................................. 3 CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN ...................................................... 4 1.1. LOGIC MỜ................................................................................................ 4 1.2. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ MỘT CHIỀU – MỘT CHIỀU (DC-DC) .. 10 1.2.1. Chức năng bộ biến đổi DC-DC........................................................... 10 1.2.2. Bộ biến đổi DC - DC không cách li .................................................... 10 1.2.3. Bộ biến đổi DC - DC có cách ly ......................................................... 16 1.2.4. Điều khiển bộ biến đổi DC - DC ........................................................ 17 1.3. BIẾN ĐỔI DC-AC (Inverter) ................................................................ 18 1.3.1. Các phép chuyển đổi ........................................................................... 18 1.3.2. Điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation) ............... 22 1.3.3. Điều khiển chuyển đổi DC - AC......................................................... 25 1.4. VẤN ĐỀ HÒA NGUỒN ĐIỆN VỚI LƢỚI .......................................... 28 1.4.1. Các điều kiện hòa đồng bộ .................................................................. 29 1.4.2. Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới ................................................... 30 iv
1.5. Kết luận chƣơng 1 ................................................................................... 31 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ............................................... 32 2.1. NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ................................................................. 32 2.1.1. Cấu trúc của mặt trời........................................................................... 32 2.1.2. Năng lượng mặt trời ............................................................................ 33 2.1.3. Phổ bức xạ mặt trời ............................................................................. 34 2.1.4. Đặc điểm của bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất.............................. 36 2.2. KHAI THÁC, SỬ DỤNG TRỰC TIẾP NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI .......................................................................................................................... 42 2.2.1. Thiết bị sấy khô dùng NLMT ............................................................. 44 2.2.2. Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT ............................................ 44 2.2.3. Động cơ stirling chạy bằng NLMT..................................................... 45 2.2.4. Bếp nấu dùng NLMT .......................................................................... 45 2.2.5. Thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời ............................. 46 2.2.6. Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí dùng NLMT ....................... 47 2.2.7. Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời. ............................. 48 2.3. PIN MẶT TRỜI ...................................................................................... 49 2.3.1. Khái niệm ............................................................................................ 49 2.3.2. Mô hình toán và đặc tính làm việc của pin mặt trời ........................... 50 2.4. HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ............................................................ 53 2.4.1. Ý nghĩa hệ thống điện mặt trời ........................................................... 53 2.4.2. Hệ thống điện mặt trời làm việc độc lập............................................. 54 2.4.3. Hệ thống điện mặt trời nối lưới .......................................................... 54 2.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2........................................................................ 56 CHƢƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM LÀM VIỆC TỐI ƢU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI DÙNG THUẬT TOÁN MỜ ........ 57 3.1. Ý NGHĨA VIỆC XÁC ĐỊNH ĐIỂM LÀM VIỆC CÓ CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI (MPPT) ......................................................................................... 57 v
3.2. MỘT SỐ THUẬT TOÁN MPPT THÔNG DỤNG .............................. 59 3.2.1. Thuật toán điện áp không đổi (CV – Constant Voltage) .................... 59 3.2.2. Thuật toán xáo trộn và quan sát (P&O - Perturb and Observe).......... 60 3.2.3. Thuật toán điện dẫn gia tăng (INC - Inremental Conductance) ......... 60 3.2.4. Thuật toán điện dung ký sinh (PC – ParasiticCapacitance)................ 61 3.3. MPPT SỬ DỤNG LOGIC MỜ .............................................................. 62 3.4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ......................................................................... 64 3.4.1. Sơ đồ và kịch bản mô phỏng............................................................... 64 3.4.2. Kết quả mô phỏng ............................................................................... 66 3.4.3. Nhận xét .............................................................................................. 68 3.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3........................................................................ 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 69 1. Kết luận ....................................................................................................... 69 2. Kiến nghị ..................................................................................................... 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 71 vi
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Chú thích 1 NLMT Năng lượng mặt trời 2 PMT Pin mặt trời 3 BĐK Bộ điều khiển 4 BBĐ Bộ biến đổi 5 DC-DC Bộ biến đổi một chiều- một chiểu 6 DC-AC Bộ biến đổi một chiều- xoay chiều 7 PV Tế bào quang điện 8 MPPT Maximum Power Point Tracking 9 PWM Pules- With- Modulation 10 CB- PWM Carrier Based Pulse With 11 ZSS Zero sequence signal 12 SVM Space vector Modulation 13 CC Current Control 14 VC Voltage Control 15 VSI Voltage Source Inverter 16 IN Cường độ bức xạ mặt trời (w/m2) 17 UPV, IPV Điện áp và dòng điện của dàn pin mặt trời 18 Igc Dòng quang điện (A) 19 I0 Dòng bão hòa (A) 20 q Điện tích của điện tử; q= 1,6.10-19 (C) 21 K Hằng số Boltzman (J/K) 22 TC Nhiệt độ làm việc của tế bào quang điện (0K) 23 ID, UD Dòng điện (A), điện áp trên diode (V) 24 ISC (Short circuit current): Dòng điện ngắn mạch của PV vii
25 UOC Điện áp hở mạch của Pin mặt trời 26 G Bức xạ mặt trời (Kw/m2) 27 D Hệ số làm việc 28 Ton Thời gian khóa K mở 29 T Chu kỳ làm việc của khóa 30 fDC Tần số đóng cắt 31 IL1, IL2 Dòng điện của cuộn cảm L1, L2 32 UC1, UC2 Điện áp trên tụ C1, C2 33 tK Thời điểm lấy mẫu viii
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. 1: Phân bố phổ bức xạ mặt trời theo bước sóng .................................... 35 Bảng 2. 2: Màu sắc và bước sóng của ánh sáng mặt trời .................................... 36 Bảng 3. 1: Thông số của tấm pin mặt trời ........................................................... 65 ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. 1: Độ cao, miền xác định, miền tin cậy của tập mờ ................................. 4 Hình 1. 2: Các dạng hàm liên thuộc của tập mờ ................................................... 5 Hình 1. 3: Hợp hai tập mờ có cùng tập vũ trụ ....................................................... 6 Hình 1. 4: Giao hai tập mờ có cùng tập vũ trũ ...................................................... 6 Hình 1. 5: Tập bù của tập mờ A. ........................................................................ 7 Hình 1. 6: Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ .......................................... 8 Hình 1. 7: Cấu trúc tổng quát của một hệ mờ ....................................................... 9 Hình 1. 8: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck .............................................................. 11 Hình 1. 9: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost ............................................................. 12 Hình 1. 10: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck – Boost ............................................... 13 Hình 1. 11: Sơ đồ biến đổi Cuk ........................................................................... 14 Hình 1. 12: Sơ đồ mạch bộ Cuk khi khóa SW mở thông dòng .......................... 14 Hình 1. 13: Sơ đồ mạch bộ Cuk khi khóa SW đóng ........................................... 15 Hình 1. 14: Bộ chuyển đổi DC- DC có cách ly................................................... 16 Hình 1. 15: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển điện áp ................................. 17 Hình 1. 16: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện ............................. 18 Hình 1. 17: Chuyển đổi từ hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ αβ ............................... 19 Hình 1. 18: Chuyển đổi từ hệ qui chiếu αβ sang hệ qui chiếu dq ....................... 20 Hình 1. 19: Cấu trúc của SOGI ........................................................................... 22 Hình 1. 20: Điều chế độ rộng xung dựa trên song mang hình sin ...................... 24 Hình 1. 21: Biểu diễn véc tơ không gian của điện áp ra .................................... 24 Hình 2. 1: Cấu trúc của mặt trời .......................................................................... 33 Hình 2. 2: Thang sóng điện từ của bức xạ mặt trời............................................. 34 Hình 2. 3: Định nghĩa các vĩ tuyến (a) và kinh tuyến (b) ................................... 37 Hình 2. 4: Phổ bức xạ mặt trời bên trong và ngoài bầu khí quyển ..................... 38 Hình 2.5: Định nghĩa và cách xác định air mass ................................................. 41 Hình 2. 6: Lò sấy sử dụng NLMT ....................................................................... 44 Hình 2.7: Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT ................................................. 44 x
Hình 2. 8: Động cơ stirling chạy bằng NLMT .................................................... 45 Hình 2. 9: Bếp nấu dùng NLMT ......................................................................... 46 Hình 2. 10: Bình nước nóng Thái Dương Năng.................................................. 47 Hình 2. 11: Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí dùng NLMT .................... 47 Hình 2. 12: Tháp năng lượng mặt trời và nhà máy điện mặt trời ....................... 48 Hình 2.13: Mạch tương đương của module PV .................................................. 51 Hình 2. 14: Quan hệ I(U) và P(U) của PV ......................................................... 52 Hình 2. 15: Các họ đặc tính của PV .................................................................... 52 Hình 2. 16: Sơ đồ khối tổng quát của một hệ nguồn điện một chiều.................. 54 Hình 2. 17: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời nối lưới ...................................... 55 Hình 3. 1: Quan hệ I(U) và P(U) của PV ............................................................ 57 Hình 3. 2: Đặc tính V-A của tải và của pin mặt trời ........................................... 58 Hình 3. 3: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời nối lưới sử dụng MPP ................. 58 Hình 3. 4: Quan hệ P(U) của tấm pin PV............................................................ 59 Hình 3. 5: Lưu đồ thuật toán P&O ...................................................................... 60 Hình 3. 6: Lưu đồ thuật toán INC ....................................................................... 61 Hình 3. 7: Quan hệ P-U của tấm PV ................................................................... 62 Hình 3. 8: Hàm liên thuộc của các tập mờ đầu vào (E, DE) ............................... 63 Hình 3. 9: Hàm liên thuộc đầu ra (D).................................................................. 64 Hình 3. 10: Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện mặt trời nối lưới ............................. 65 Hình 3. 11: Điện áp UDC-bus khi nhiệt độ hằng .................................................... 66 Hình 3. 12: Điện áp UDC-bus khi nhiệt độ thay đổi ............................................... 67 Hình 3. 13: Công suất tấm PV và công suất Inverter bơm vào lưới khi nhiệt độ hằng ..................................................................................................................... 67 Hình 3. 14: Đường cong điện áp và dòng điện 1pha của Inverter ...................... 67 Hình 3. 15: Đường cong điện áp và dòng điện 3pha của Inverter ...................... 68 xi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Năng lượng tái tạo tiêu biểu là năng lượng gió và năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và vô hạn mà thiên nhiên ban tặng cho con người. Việt Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong dải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ của thế giới, với bờ biển dài hơn 3.000km và lượng gió tại nhiều vùng miền rất dồi dào, chúng ta cần nghiên cứu, tiếp cận những công nghệ mới hơn, hiện đại hơn để đưa chúng trở thành nguồn cung cấp năng lượng chính trong tương lai. Nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng phong phú, xanh, sạch, thân thiện với môi trường, nó có thể áp dụng ở bất cứ nơi nào miễn nơi đó có ánh sáng mặt trời. Chi phí thực hiện nguồn năng lượng này đang được giảm nhanh chóng và dự kiến sẽ tiếp tục giảm trong những năm tiếp theo do đó nó thực sự là một năng lượng tương lai đầy hứa hẹn cho cả khả năng phát triển kinh tế và môi trường bền vững. Đồng thời, nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông… Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận, để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt quả đất. Xu hướng khai thác và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo chủ yếu hiện nay là chuyển chúng thành điện năng làm việc độc lập, hòa vào lưới điện cục bộ (vi lưới) hoặc hòa lưới điện quốc gia. Do đặc điểm nguồn năng lượng gió và mặt trời luôn luôn thay đổi theo thời gian trong ngày, theo mùa… nên việc xác định và duy trì điểm làm việc tối ưu cho chúng tại mỗi thời điểm là rất cần thiết. Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng cấu trúc hệ thống điện mặt trời nối lưới phân phối 3 pha và các giải pháp xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại cho hệ thống. 1
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học Khi có ánh sáng mặt trời sẽ tạo ra năng lượng một chiều (DC), Nguồn năng lượng một chiều này được chuyển đổi thành điện năng xoay chiều (AC) bởi bộ nghịch lưu. Bộ điều khiển có chức năng truyền năng lượng này đến phụ tải chính để cung cấp điện cho các thiết bị điện trong gia đình. Đồng thời điện năng dư thừa được bán trở lại lưới điện qua đồng hồ đo để giảm thiểu hóa đơn tiền điện. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài hoàn thành sẽ là một tài liệu quan trọng để thiết kế hoàn chỉnh hệ thống lưới điện thông minh (Smart Grid System). Đem lại hiệu quả to lớn trong việc khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sạch; Ứng dụng tại các nhà máy, xí nghiệp, khu dân cư sử dụng nguồn năng lượng mặt trời. Quá trình nghiên cứu sẽ góp phần tăng nguồn tư liệu phục vụ cho công tác học tập và giảng dạy tại cơ quan nơi học viên công tác. 3. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu cấu trúc hệ thống điện mặt trời nối lưới; đề xuất thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại trên cơ sở logic mờ 4. Đối tƣợng nghiên cứu - Nghiên cứu nguồn năng lượng mặt trời: Phương pháp sản xuất, sử dụng và hòa lưới. - Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu + Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống hóa các công trình nghiên cứu được công bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, tạp chí, sách chuyên ngành… từ đó đề xuất giải pháp cho vấn bài toán cụ thể của đề tài + Mô hình hóa và mô phỏng: để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết 2
6. Bố cục luận văn Luận văn thực hiện theo bố cục nội dung như sau:  Mở đầu  Chƣơng 1: Lý thuyết tống quan đề cập tổng quan một số kiến thức cơ sở được sử dụng trong luận văn như logic mờ; các bộ biến đổi một chiều - một chiều, biến đổi một chiều - xoay chiều; các phương pháp điều khiển bộ biến đổi DC-DC và DC-AC; phương pháp chuyến đổi hệ trục tọa độ; phương pháp điều chế độ rộng xung.  Chƣơng 2: Hệ thống điện mặt trời trình bày tổng quan về năng lượng mặt trời, đặc điểm của bức xạ mặt trời; tổng kết các phương pháp khai thác sử dụng năng lượng mặt trời truyền thống; cấu tạo, đặc điểm, đặc tính của pin mặt trời; cấu trúc, các yêu cầu điều khiển hệ thống điện mặt trời làm việc độc lập và nối lưới  Chƣơng 3: Điều khiển bám điểm làm việc tối ƣu của hệ thống điện mặt trời nối lƣới dùng thuật toán mờ trình bày ý nghĩa và nguyên tắc xác định điểm làm việc tối ưu của hệ thống điện mặt trời; một số thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc tối ưu thông dụng; xây dựng thuật toán mờ duy trì chế độ làm việc tối ưu hệ thống điện mặt trời nối lưới; mô hình hóa, mô phỏng cho một hệ thống cụ thể.  Kết luận và kiến nghị  Tài liệu tham khảo  Phụ lục 3
CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1. LOGIC MỜ Năm 1965, Giáo sư Lofti A. Zadeh ở trường đại học Califonia - Mỹ đã cho ra đời một lý thuyết mới đó là lý thuyết tập mờ (Fuzzy set theory). Công trình này thực sự đã khai sinh một ngành khoa học mới là lý thuyết tập mờ và đã nhanh chóng được các nhà nghiên cứu công nghệ mới chấp nhận ý tưởng. Lý thuyết tập mờ ngày càng phong phú và hoàn chỉnh, đã tạo nền vững chắc để phát triển logic mờ. Có thể nói logic mờ (Fuzzy logic) là nền tảng để xây dựng các hệ mờ thực tiển, ví dụ trong công nghiệp sản xuất xi măng, sản xuất điện năng, các hệ chuyên gia trong y học giúp chuẩn đoán và điều trị bệnh, các hệ chuyên gia trong xử lý tiếng nói, nhận dạng hình ảnh...Trong phần này, tác giả xin giới thiệu sơ lược nhất về logic mờ. Tập mờ B xác định trên tập kinh điển M là một tập mà mỗi phần tử của nó được biểu diễn bởi một cặp giá trị (x, µB(x)). Trong đó x M, µB(x) là ánh xạ. Ánh xạ µB(x) được gọi là hàm liên thuộc của tập mờ B. Tập kinh điển M gọi là cơ sở của tập mờ B. Các thông số đặc trưng cho tập mờ là độ cao, miền xác định và miền tin cậy (hình 1.1) Hình 1. 1: Độ cao, miền xác định, miền tin cậy của tập mờ + Độ cao của một tập mờ B (Định nghĩa trên cơ sở M) là giá trị lớn nhất trong các giá trị của hàm liên thuộc: 4
+ Miền xác định của tập mờ B (Định nghĩa trên cơ sở M) được ký hiệu bởi S là tập con của M có giá trị hàm liên thuộc khác không: + Miền tin cậy của tập mờ B (Định nghĩa trên cơ sở M) được ký hiệu bởi T, là tập con của M có giá trị hàm liên thuộc bằng 1: Có rất nhiều cách khác nhau để biểu diễn hàm liên thuộc của tập mờ. Dưới đây là một số dạng hàm liên thuộc thông dụng: + Hàm liên thuộc hình tam giác (hình 1.2a) + Hàm liên thuộc hình thang (hình 1.2b) + Hàm liên thuộc dạng Gauss (hình 1.2c) + Hàm liên thuộc dạng Sign (hình 1.2d) + Hàm Sigmoidal (hình 1.2e) + Hàm hình chuông (hình 1.2f) Hình 1. 2: Các dạng hàm liên thuộc của tập mờ Trên tập mờ có 3 phép toán cơ bản là phép hợp, phép giao và phép bù. - Phép hợp của hai tập mờ. Cho tập mờ A, B trên tập vũ trụ X, tập mờ hợp của A và B là một tập mờ, 5
ký hiệu là C = A B. Theo phép hợp chuẩn ta có C (x) từ các hàm thành viên A(x), B (x) như sau: Hình 1. 3: Hợp hai tập mờ có cùng tập vũ trụ Một cách tổng quát ta dùng hàm hợp u: . Hàm thành viên C (x) có thể được suy ra từ hàm thành viên A (x), B (x) như sau: - Phép giao của hai tập mờ. Cho tập mờ A, B trên tập vũ trụ X, tập mờ giao của A và B cũng là một tập mờ, ký hiệu là I = A B. Theo phép giao chuẩn ta có 1 (x) từ các hàm thành viên A (x), B (x): Hình 1. 4: Giao hai tập mờ có cùng tập vũ trũ Một cách tổng quát ta dùng hàm giao i: . Hàm thành viên 1 (x) có thể được suy từ hàm thành viên A (x), B (x) như sau: - Phép bù của một tập mờ. Cho tập mờ A trên tập vũ trụ X, tập mờ bù của A là tập mờ , hàm thuộc 6
(x) được tính từ hàm thuộc A (x) a. Hàm thuộc của tập mờ A. b. Hàm thuộc của tập mờ . Hình 1. 5: Tập bù của tập mờ A. Một cách tổng quát để tìm (x) từ A (x) ta dùng hàm bù c: như sau: Một biến có thể gán bởi các từ trong ngôn ngữ tự nhiên làm giá trị của nó gọi là biến ngôn ngữ. Một biến ngôn ngữ thường bao gồm 4 thông số: X, T, U, M. Với: + X: Tên của biến ngôn ngữ + T: Tập của các giá trị ngôn ngữ + U: Không gian nền mà trên đó biến ngôn ngữ X nhận các giá trị rõ + M: Chỉ ra sự phân bố của T trên U. - Xét hai biến ngôn ngữ  và  Biếnnhận giá trị (mờ) A có hàm liên thuộc A(x) và  nhận giá trị (mờ) B có hàm liên thuộc B(y) thì hai biểu thức:  A;  B được gọi là hai mệnh đề. Luật điều khiển: nếu = A thì = B được gọi là mệnh đề hợp thành - Xét mệnh đề hợp thành: nếu = A thì = B; trong kỹ thuật điều khiển ta thường sử dụng nguyên tắc của Mamdani “Độ phụ thuộc của kết luận không được lớn hơn độ phụ thuộc của điều kiện”. Từ nguyên tắc đó ta có hai công thức xác định hàm liên thuộc cho mệnh đề hợp thành A  B: - Công thức MINAB(x, y) = MIN {A(x)B(y)} 7