thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 17

Chia sẻ: Dang Cay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

184
lượt xem 47
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hãy xét một ví dụ ta hãy xem phản ứng của người cha trong một gia đình, khi ông lái xe cùng gia đình đi nghỉ. Trong đó, người cha được xem như thiết bị điều khiển và chiếc xe là đối tượng điều khiển. Biết rằng người cha hay thiết bị điều khiển có nhiệm vụ trọng tâm là điều khiển chiếc xe đưa gia đình tới đích. Song để hiểu rõ hơn phương thức thực hiện nhiệm vụ đó của người cha, cũng nên cần xem xét ông ta phải xử lý những thông tin gì và xử...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 17

chương 17: BIEÁN NGOÂN NGÖÕ VAØ GIAÙ TRÒ CUÛA NOÙ Haõy xeùt moät ví duï ta haõy xem phaûn öùng cuûa ngöôøi cha trong moät gia ñình, khi oâng laùi xe cuøng gia ñình ñi nghæ. Trong ñoù, ngöôøi cha ñöôïc xem nhö thieát bò ñieàu khieån vaø chieác xe laø ñoái töôïng ñieàu khieån. Bieát raèng ngöôøi cha hay thieát bò ñieàu khieån coù nhieäm vuï troïng taâm laø ñieàu khieån chieác xe ñöa gia ñình tôùi ñích. Song ñeå hieåu roõ hôn phöông thöùc thöïc hieän nhieäm vuï ñoù cuûa ngöôøi cha, cuõng neân caàn xem xeùt oâng ta phaûi xöû lyù nhöõng thoâng tin gì vaø xöû lyù chuùng nhö theá naøo. Ñaïi löôïng thöù nhaát laø con ñöôøng tröôùc maët. Ngöôøi cha coù nhieäm vuï ñieàu khieån chieác xe ñi ñuùng phaàn ñöôøng quy ñònh, töùc laø giöõ cho xe luoân naèm ôû phaàn ñöôøng beân phaûi keå töø vaïch phaân caùch, tröø nhöõng tröôøng hôïp phaûi vöôït xe khaùc. Ñeå laøm ñöôïc coâng vieäc ñoù, thaäm chí ngöôøi cha cuõng khoâng caàn phaûi bieát moät caùch chính xaùc raèng xe oâng hieän thôøi caùch vaïch phaân caùch bao nhieâu centimeter, chæ caàn nhìn vaøo con ñöôøng tröôùc maët oâng ta cuõng coù theå suy ra ñöôïc raèng xe hieän ñang caùch vaïch phaân caùch nhieàu hay ít vaø töø ñoù ñöa ra quyeát ñònh phaûi ñaùnh tay laùi sang phaûi maïnh hay nheï. Ñaïi löôïng ñieàu khieån thöù hai laø toác ñoä xe. Vôùi nguyeân taéc, ñeå caùc thaønh vieân gia ñình treân xe caûm thaáy chuyeán ñi ñöôïc thoaûi maùi vaø cuõng ñeå tieát kieäm xaêng ngöôøi cha coù nhieäm vuï giöõ nguyeân toác ñoä xe, traùnh khoâng phanh hay taêng toác khi khoâng caàn thieát. Giaù trò veà toác ñoä cuûa xe maø ngöôøi cha phaûi giöõ cuõng phuï thuoäc nhieàu vaøo moâi tröôøng xung quanh nhö thôøi tieát, caûnh quan, maät ñoä xe treân ñöôøng…vaø cuõng coøn phuï thuoäc theâm laø oâng ta coù quen con ñöôøng ñoù hay khoâng? Tuy nhieân quy luaät ñieàu
khieån naøy cuõng khoâng phaûi laø coá ñònh. Giaû söû tröôùc maët coù moät xe khaùc ñi chaäm hôn, vaäy thì thay cho nhieäm vuï giöõ nguyeân toác ñoä, ngöôøi cha phaûi taïm thôøi thöïc hieän moät nhieäm vuï khaùc laø giaûm toác ñoä xe vaø töï ñieàu khieån xe theo moät toác ñoä môùi, phuø hôïp vôùi söï phaûn öùng cuûa xe tröôùc cho tôùi khi oâng ta vöôït ñöôïc xe ñoù. Ngoaøi nhöõng ñaïi löôïng ñieàu khieån treân maø ngöôøi cha phaûi ñöa ra, oâng ta coøn coù nhieäm vuï theo doõi tình traïng xe nhö phaûi tìm hieåu xem nöôùc laøm maùt maùy coù noùng quaù khoâng? aùp suaát daàu thaáp hay cao …ñeå töø ñoù coù theå phaân, nhaän ñònh kòp thôøi caùc loãi cuûa xe. Ngöôøi cha trong quaù trình laùi xe ñaõ thöïc hieän tuyeät vôøi chöùc naêng cuûa moät boä ñieàu khieån, töø thu thaäp thoâng tin, thöïc hieän thuaät toaùn ñieàu khieån (trong ñaàu) cho ñeán ñöa ra tín hieäu ñieàu khieån kòp thôøi maø khoâng caàn phaûi bieát moät caùch chính xaùc veà vò trí, toác ñoä, tình traïng cuûa xe. Hoaøn toaøn ngöôïc laïi vôùi khaùi nieäm ñieàu khieån chính xaùc, ngöôøi cha cuõng chæ caàn ñöa ra nhöõng ñaïi löôïng ñieàu khieån theo nguyeân taéc xöû lyù “môø” nhö: - Neáu xe höôùng nheï ra vaïch phaân caùch thì ñaùnh tay laùi nheï sang phaûi. - Neáu xe höôùng ñoät ngoät ra ngoaøi vaïch phaân caùch thì ñaùnh maïnh tay laùi sang phaûi. - Neáu ñöôøng coù ñoä doác lôùn thì veà soá. - Neáu ñöôøng thaúng vaø khoâ, taàm nhìn khoâng bò haïn cheá vaø toác ñoä chæ hôi cao hôn bình thöôøng moät chuùt thì khoâng caàn giaûm toác ñoä. Trong ví duï treân ñaïi löôïng toác ñoä coù nhöõng giaù trò ñöôïc nhaéc ñeán döôùi daïng ngoân ngöõ nhö: - Raát chaäm. - Chaäm.
- Trung bình. - Nhanh. - Raát nhanh. Moãi giaù trò ngoân ngöõ ñoù cuûa bieán toác ñoä ñöôïc xaùc ñònh baèng moät taäp môø ñònh nghóa treân taäp neàn laø taäp caùc soá thöïc döông chæ giaù trò vaät lyù x (ñôn vò laø km/h) cuûa bieán toác ñoä v nhö 40km/h, 50km/h… (hình 7.3). Haøm thuoäc töông öùng cuûa chuùng ñöôïc kyù hieäu baèng raát chaäm(x), chaäm(x), trung bình (x), nhanh(x) vaø raát nhanh(x). Nhö vaäy, bieán toác ñoä v coù hai mieàn giaù trò khaùc nhau: x) raát trung raát 1 chaäm chaäm bình nhanh nhanh 0.67 0.5 0.33 50 100 Toác ñoä v 40km/h 72.5km/h Hình 7.3 Moâ taû caùc giaù trò ngoân ngöõ baèng taäp môø - Mieàn caùc giaù trò ngoân ngöõ N= raát chaäm, chaäm, trung bình, nhanh, raát nhanh, - Mieàn caùc giaù trò vaät lyù (mieàn caùc giaù trò roõ) V= xRx0, Vaø moãi giaù trò ngoân ngöõ (moãi phaàn töû cuûa N) laïi ñöôïc moâ taû baèng moät taäp môø coù taäp neàn laø mieàn caùc giaù trò vaät lyù V. Bieán toác ñoä v, xaùc ñònh treân mieàn caùc giaù trò ngoân ngöõ N, ñöôïc goïi laø bieán ngoân ngöõ. Do taäp neàn caùc taäp môø moâ taû giaù trò ngoân ngöõ cuûa bieán ngoân ngöõ toác ñoä laïi chính laø taäp V caùc giaù trò
vaät lyù cuûa bieán neân töø moät giaù trò vaät lyù xV coù ñöôïc moät vector  goàm caùc ñoä phuï thuoäc cuûa x nhö sau:   ratcham x       cham x     x      trungbinh x   x    nhanh     ratnhanh x   (7-5) Aùnh xaï (7-5) coù teân goïi laø quaù trình Fuzzy hoaù (hay môø hoaù) cuûa giaù trò roõ x. Ví duï, keát quaû Fuzzy hoaù giaù trò vaät lyù x=40km/h (giaù trò roõ) cuûa bieán toác ñoä seõ laø:  0     0.67  40km / h   0.33  (hình 7.3)  0    0     hoaëc cuûa x=72.5km/h laø  0     0  72.5km / h   0.5   0.5    0    7.2 LUAÄT HÔÏP THAØNH MÔØ 7.4.1 Meänh ñeà hôïp thaønh Treân ñaây, bieán ngoân ngöõ (ví duï bieán v chæ toác ñoä xe) ñöôïc xaùc ñònh thoâng qua taäp caùc giaù trò môø cuûa noù. Cuøng laø moät ñaïi löôïng vaät lyù chæ toác ñoä nhöng bieán v coù hai daïng theå hieän - Laø bieán vaät lyù vôùi caùc giaù trò roõ nhö v=40km/h hay v=72.5km/h,… (mieàn xaùc ñònh laø taäp kinh ñieån).
- Laø bieán ngoân ngöõ vôùi caùc giaù trò môø nhö raát chaäm, chaäm, trung bình… (mieàn xaùc ñònh laø taäp caùc taäp môø). Ñeå phaân bieät chuùng, sau ñaây kyù hieäu la maõ seõ ñöôïc duøng ñeå chæ bieán ngoân ngöõ thay vì kyù hieäu thöôøng. Chaúng haïn bieán ngoân ngöõ  seõ coù nhieàu giaù trò ngoân ngöõ khaùc nhau laø caùc taäp môø vôùi haøm thuoäc A1(x), A2(x), A3(x),… Cho hai bieán ngoân ngöõ  vaø . Neáu bieán  nhaän giaù trò (môø) A vôùi haøm thuoäc A(x) vaø  nhaän giaù trò(môø)B coù haøm thuoäc B(y) thì bieåu thöùc =A (7-6a) ñöôïc goïi laø meänh ñeà ñieàu kieän vaø =B (7-6b) laø meänh ñeà keát luaän. Kyù hieäu meänh ñeà (7-6a) laø p vaø (7-6b) laø q thì meänh ñeà hôïp thaønh p  q (töø p suy ra q) hoaøn toaøn töông öùng vôùi luaät ñieàu khieån (meänh ñeà hôïp thaønh moät ñieàu kieän) NEÁU =A THÌ =B (7-6c) Meänh ñeà hôïp thaønh treân laø moät ví duï ñôn giaûn veà boä ñieàu khieån môø. Noù cho pheùp töø moät giaù trò ñaàu vaøo x0 hay cuï theå hôn laø töø ñoä phuï thuoäc A(x0) ñoái vôùi taäp môø A cuûa giaù trò ñaàu vaøo x0 xaùc ñònh ñöôïc heä soá thoaû maõn meänh ñeà keát luaän q cuûa giaù trò ñaàu ra y. Heä soá thoûa maõn meänh ñeà keát luaän naøy ñöôïc goïi laø giaù trò cuûa meänh ñeà hôïp thaønh khi ñaàu vaøo baèng A vaø giaù trò cuûa meänh ñeà hôïp thaønh (7-6c) AB laø moät giaù trò môø. Bieåu dieãn giaù
trò môø ñoù laø taäp hôïp C thì meänh ñeà hôïp thaønh môø (7-6c) chính laø aùnh xaï A(x0) C(y) 7.2.2 Moâ taû meänh ñeà hôïp thaønh môø Aùnh xaï A(x0) C(y) chæ ra raèng meänh ñeà hôïp thaønh laø moät taäp maø moãi phaàn töû laø moät giaù trò (A(x0), C(y)), töùc laø moãi phaàn töû laø moät taäp môø. Moâ taû meänh ñeà hôïp thaønh töùc laø moâ taû aùnh xaï treân. Quay laïi meänh ñeà logic kinh ñieån, giöõa meänh ñeà hôïp thaønh pq vaø caùc meänh ñeà ñieàu kieän p, keát luaän q coù quan heä sau: P Q pq 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Noùi caùch khaùc meänh ñeà hôïp thaønh pq seõ coù giaù trò logic cuûa pq, trong ño  chæ pheùp phuû ñònh vaø  chæ pheùp tính logic HOAËC. Nhö vaäy meänh ñeà hôïp thaønh kinh ñieån pq laø moät bieåu thöùc logic coù giaù trò Rpq thoaû maõn: a) p=0  Rpq=1 b) q=1  Rpq=1 c) p=1 vaø q=0  Rpq = 0 So saùnh caùc tính chaát a) vaø c) ta ruùt ñöôïc d) p1p2  Rp1q Rp2q
töông töï nhö vaäy, töø b) vaø c) ta coù e) q1q2  Rpq1 Rpq2 Naêm tính chaát treân taïo thaønh boä “tieàn ñeà” cho vieäc xaùc ñònh giaù trò logic cuûa meänh ñeà hôïp thaønh kinh ñieån. Baây giôø ta xeùt meänh ñeà hôïp thaønh môø, töùc laø meänh ñeà hôïp thaønh coù caáu truùc NEÁU =A THÌ =B (7-7a) hay A(x) B(y), vôùi A, B  [0,1] (7-7b) Trong ñoù A(x) laø haøm thuoäc cuûa taäp môø ñaàu vaøo A ñònh nghóa treân taäp neàn X vaø B(y) laø haøm thuoäc cuûa B treân taäp neàn Y. Ñònh nghóa: Giaù trò cuûa meänh ñeà hôïp thaønh môø (7-7) laø moät taäp môø ñònh nghóa treân neàn Y (khoâng gian neàn cuûa B) vaø coù haøm thuoäc AB(y): Y[0,1] thoûa maõn a) AB(y) chæ phuï thuoäc vaøo A(x) vaø B(x) b) A(x)=0  AB(y)=1 c) B(y)=1  AB(y)=1 d) A(x)=1 vaø B(y) =0  AB(y)=0 e) A1(x) A2(x)  A1B(y)  A2B(y) f) B1(x) B2(x)  AB1(y)  AB2(y) Nhö vaäy baát cöù moät haøm AB(y) naøo thoaû maõn nhöõng tính chaát treân ñeàu coù theå ñöôïc söû duïng laøm haøm thuoäc cho taäp môø C laø keát quaû cuûa meänh ñeà hôïp thaønh (7-7). Caùc haøm thuoäc cho meänh ñeà hôïp thaønh môø AB thöôøng hay duøng goàm:
1) AB(x,y)=maxminA(x), B(y), 1-A(x) coâng thöùc Zadeh 2) AB(x,y)= min1,1-A(x) + B(y) coâng thöùc Lukasiewicz 3) AB(x,y)= max1-A(x), B(y) coâng thöùc Kleene-Dienes 7.2.3 Luaät hôïp thaønh môø Luaät hôïp thaønh laø teân chung goïi moâ hình R bieåu dieãn moät hay nhieàu haøm thuoäc cho moät hay nhieàu meänh ñeà hôïp thaønh, noùi caùch khaùc luaät hôïp thaønh ñöôïc hieåu laø moät taäp hôïp cuûa nhieàu meänh ñeà hôïp thaønh. Moät luaät hôïp thaønh chæ coù moät meänh ñeà hôïp thaønh ñöôïc goïi laø luaät hôïp thaønh ñôn. Ngöôïc laïi neáu noù coù nhieàu hôn moät meänh ñeà hôïp thaønh, ta seõ goïi noù laø luaät hôïp thaønh keùp. Phaàn lôùn caùc heä môø trong thöïc teá ñeàu coù moâ hình laø luaät hôïp thaønh keùp. Ta haõy xeùt moät ví duï veà luaät hôïp thaønh R bieåu dieãn moâ hình laùi oâ toâ goàm 3 meänh ñeà hôïp thaønh R1, R2, R3 cho bieát toác ñoä  vaø bieán ga  nhö sau: R1: NEÁU =chaäm THÌ =taêng hoaëc R2: NEÁU =trung bình THÌ =giöõ nguyeân hoaëc R3: NEÁU =nhanh THÌ =giaûm. Vôùi moãi moät giaù trò vaät lyù x0 cuûa bieán toác ñoä ñaàu vaøo thì thoâng qua pheùp suy dieãn môø ta coù ba taäp môø B’1, B’2, B’3 töø ba meänh ñeà hôïp thaønh R1, R2, R3 cuûa luaät hôïp thaønh R. Laàn löôït ta goïi caùc haøm thuoäc cuûa ba taäp môø keát quaû ñoù laø B’1(y), B’2(y), B’3(y). Giaù trò cuûa luaät hôïp thaønh R öùng vôùi x0 ñöôïc hieåu laø taäp môø R’ thu ñöôïc qua pheùp hôïp ba taäp môø B’1, B’2, B’3:
R’= B’1 B’2 B’3 (7-8) Neáu caùc haøm thuoäc B’1(y), B’2(y), B’3(y) thu ñöôïc theo quy taéc MIN vaø pheùp hôïp (7-8) ñöôïc thöïc hieän theo luaät max thì R coù teân goïi laø luaät hôïp thaønh max-MIN. Toùm laïi, ñeå xaùc ñònh haøm thuoäc R’(y) cuûa giaù trò ñaàu ra R’ cuûa moät luaät hôïp thaønh coù n meänh ñeà hôïp thaønh R1, R2,…, Rn phaûi thöïc hieän caùc böôùc: 1) Xaùc ñònh ñoä thoûa maõn H1, H2,…, Hn 2) Tính B’1(y), B’2(y),…, B’n(y) 3) Xaùc ñònh R’(y)