Biến ngôn ngữ là phần chủ đạo trong các hệ thống dùng logic mờ. Ở đây, các thành phần ngôn ngữ mô tả cùng một ngữ cảnh được kết hợp lại.

Ví dụ như trong trường hợp mô tả nhiệt độ, không chỉ có “rất nóng” mà còn “hơi nóng”, “trung bình”, “hơi lạnh” và “rất lạnh” đều mô tả nhiệt độ. Chúng được gọi là các tập ngôn ngữ, mang một khoảng giá trị nào đó của biến ngôn ngữ và được vẽ trên cùng một đồ thị

Các luật trong hệ logic mờ mô tả tri thức của hệ. Chúng dùng các biến ngôn ngữ như là từ vựng để mô tả các tầng điều khiển trong hệ. Việc giải thích các luật mờ cũng là việc trình bày cách tính các khái niệm ngôn ngữ.

Hệ thống điều khiển mờ

Trong những năm gần đây, lý thuyết logic mờ đã có nhiều áp dụng thành công trong lĩnh vực điều khiển. Bộ điều khiển dựa trên lý thuyết logic mờ gọi là bộ điều khiễn mờ. Trái với kỹ thuật kinh điển, kỹ thuật điều khiển mờ thích hợp với các đối tượng phức tạp, không xác định mà người vận hành có thể điều khiển theo kinh nghiệm. Đặc điểm của bộ điều khiển mờ là không cần biết  mô hình toán học mô tả đặc tính của hệ thống dưới dạng các phát biểu ngôn ngữ. Chất lượng của bộ điều khiển mờ phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người thiết kế.

Về nguyên tắc, hệ thống điều khiển mờ cũng không có gì khác so với hệ thống điều khiển tự động thông thường khác. Sự khác biệt ở đây là bộ điều khiển mờ làm việc có tư duy như “bộ não” dưới dạng trí tuệ nhân tạo. Nếu khẳng định với bộ điều khiển mờ có thể giải quyết mọi vấn đề từ trước đến nay chưa giải quyết được theo phương pháp kinh điển thì không hoàn toàn chính xác, vì hoạt động của bộ điều khiển phụ thuộc vào kinh nghiệm và phương pháp rút ra kết luận theo tư duy con người, sau đó được cài đặt vào máy tính dựa trên cơ sở logic mờ.

Bộ điều khiển mờ có thể dùng trong các sơ đồ điều khiển khác nhau. Sau đây là 3 sơ đồ điều khiển thường gặp:

+ Điều khiển trực tiếp :

Bộ điều khiển mờ được dùng trong đường thuận (forward path) của hệ thống điều khiển nối tiếp. Tín hiệu ra của đối tượng điều khiển được so sánh với tín hiệu đặt, nếu có sai lệch thì bộ điều khiển mờ sẽ xuất tín hiệu tác động vào đối tượng nhằm mục đích làm sai lệch giảm về 0. Đây là sơ đồ điều khiển rất quen thuộc, trong sơ đồ này, bộ điều khiển mờ được dùng để thay thế bộ điều khiển mờ kinh điển.

+  Điều khiển bù nhiễu:

Sơ  đồ điều khiển này nhằm mục đích bù ảnh hưởng của nhiễu đo được. Điều này cần mô hình chính xác, nhưng nếu việc xây dựng mô hình quá khó khăn hoặc đắt tiền thì có thể dùng mô hình mờ. Hình 2.2 trình bày hệ thống điều khiển với bộ điều khiển kinh điển và bộ bù nhiễu mờ ( fuzzy compensator). Khi bỏ qua ngõ vào nhiễu, hệ thống trên có thể xem là sự kết hợp tác động điều khiển tuyến tính và phi tuyến;  bộ điều khiển có thể là bộ điều khiển PID  và bộ điều khiển mờ F đóng vai trò bộ điều khiển phi tuyến phụ.

+ Điều khiển thích nghi:

Các qui tắc mờ cũng có thể dùng để hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển tuyến tính trong sơ đồ điều khiển thích nghi. Nếu một đối tượng phi tuyến thay đổi điểm làm việc, để chất lượng điều khiển tốt thì thông số của bộ điều khiển phải thay đổi theo. Hình sau là sơ đồ điều khiển thích nghi với bộ giám sát mờ.

Cấu trúc bộ điều khiển mờ:

Bộ điều khiển mờ cơ bản có ba khối chức năng là mờ hóa, hệ luật và giải mờ. Thực tế trong một số trường hợp khi ghép bộ điều khiển mờ vào hệ thống điều khiển cần thêm hai khối tiền xử lý và hậu xử lý. Chức năng của từng khối trong sơ đồ trên được mô tả sau đây:

+ Tiền xử lý:

Tín hiệu vào bộ điều khiển thường là tín hiệu rõ từ các mạch đo, bộ tiền xử lý có chức năng xử lý các giá trị đo này trước khi đưa vào bộ điều khiển mờ cơ bản.

Bộ điều khiển mờ cơ bản là bộ điều khiển tĩnh. Để có thể điều khiển động, cần có thêm các tín hiệu vi phân, tích phân của giá trị đo, những tín hiệu này được tạo ra bởi các mạch vi phân, tích phân trong khối tiền xử lý. Các tín hiệu ra của bộ tiền xử lý sẽ được đưa vào bộ điều khiển mờ cơ bản và cần chú ý rằng các tín hiệu này vẫn là giá rõ.

+ Bộ điều khiển mờ cơ bản :

Mờ hóa :là khối đầu tiên bên trong bộ điều khiển mờ cơ bản, khối này có chức năng biến đổi giá trị rõ sang giá trị ngôn ngữ, hay nói cách khác là sang tập mờ, vì hệ luật có thể suy diễn trên các tập mờ.

Hệ luật: hệ luật mờ có thể xem là mô hình toán học biểu diễn tri thức , kinh nghiệm của con người trong việc giải quyết bài toán dưới dạng các phát biểu ngôn ngữ. Hệ luật mờ gồm các luật có dạng nếu – thì , trong đó mệnh đề điều kiện và mệnh đề kết luận của mỗi qui tắc là các mệnh đề mờ liên quan đến một hay nhiều biến ngôn ngữ. Điều này có nghĩa là bộ điều khiển mờ có thể áp dụng để giải các bài toán điều khiển một ngõ vào một ngõ ra (SISO) hay nhiều ngõ vào nhiều ngõ ra (MIMO).

Phương pháp suy diễn: Suy diễn là sự kết hợp các giá trị ngôn ngữ của ngõ vào sau khi mờ hoá với hệ luật để rút ra kết luận giá trị mờ của ngõ ra. Hai phương pháp suy diễn thường dùng trong điều khiển lá MAX-MIN và MAX – PROD.

Giải mờ: Kết quả suy diễn bởi hệ luật là giá trị mờ, các giá trị mờ này cần được chuyển đổ thành giá trị rõ để điều khiển đối tượng.

+ Hậu xử lý :

Trong trường hợp các giá trị ở ngõ ra của các luật được định nghĩa trên tập cơ sở chuẩn thì giá trị rõ sau khi giải mờ phải được nhân với một hệ số tỉ lệ để trở thành giá trị vật lý.

Hậu xử lý thường gồm các mạch khuếch đại ( có thể chỉnh độ lợi), đôi khi khối hậu xử lý có thể có khâu tích phân.

Mờ hóa

Mờ hóa có nghĩa là dùng những hàm liên thuộc của các biến ngôn ngữ để tính mức độ phụ thuộc cho từng tập mờ đối với một giá trị cụ thể của đầu vào. Trước tiên, xác định ngõ vào và ra của hệ thống. Sau đó định nghĩa luật Nếu – Thì , dùng dữ  liệu để suy ra 1 hàm liên thuộc. Mờ hóa là bước đầu tiên trong quá trình tính toán của hệ mờ. Kết quả của nó được dùng làm đầu vào để tính các luật mờ.

+ Luật mờ :
Hầu hết các hệ thống hoạt động dựa trên nền tảng logic mờ đều dùng luật để biểu diễn mối quan hệ giữa các biến ngôn ngữ và để rút ra hành động tương ứng đối với đầu vào. Một luật bao gồm hai phần : phần điều kiện ( nếu ) và phần kết luận ( thì ). Phần điều kiện có thể gồm nhiều điều kiện, kết hợp với nhau bằng các liên từ như  và (and) , hoặc  Or …

+ Suy luận mờ
Việc tính toán các luật mờ được gọi là suy luận mờ, bao gồm hai bước chính. Tính từng luật : xét riêng lẻ từng luật mờ, dựa trên hàm liên thuộc của các tập mờ đầu vào và liên từ  kết hợp chúng để tạo ra độ phụ thuộc chung cho các đầu vào, và cũng là kết quả của riêng luật đó. Thông thường người ta tính AND bằng phép lấy min và OR bằng phép lấy max, điều này nhằm làm giản đơn các phép tính trong các ứng dụng điều khiển nhỏ.

+ Tổng hợp luật :

Dựa trên kết quả của từng luật đã tính ở trên, người ta tổng hợp chúng lại để có kết quả cuối cùng của các tập mờ đầu ra. Phương pháp thường dùng trong bước này là Max-Min hay Max-Prod.
Hiện nay, trong điều khiển mờ người ta có thể áp dụng một trong hai loại qui tắc điều khiển: qui tắc Mandani và qui tắc mờ Sugeno.

Theo tincntt.com