Điều khiển Logic mờ (Fuzzy Logic)

1. Logic mờ (Fuzzy logic) là gì?

Lý thuyết fuzzy logic được Zadeh, L.A. nêu ra lần đầu tiên vào năm 1965 . Lý thuyết này giải quyết các bài toán rất gần với cách tư duy của con người. Tới nay, lý thuyết logic mờ đã phát triển rất mạnh mẽ và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống.

Theo logic truyền thống (traditional logic), một biểu thức logic chỉ nhận một trong hai giá trị:True hoặc False. Khác với lý thuyết logic truyền thống, một biểu thức logic mờ có thể nhận một trong vô số giá trị nằm trong khoảng số thực từ 0 đến 1. Nói cách khác, trong logic truyền thống, một sự kiện chỉ có thể hoặc là đúng (tương đương với True - 1) hoặc là sai (tương đương với False - 0) còn trong logic mờ, mức độ đúng của một sự kiện được đánh giá bằng một số thực có giá trị nằm giữa 0 và 1, tuỳ theo mức độ đúng “nhiều” hay “ít” của nó.

Giá trị của các biến trong biểu thức logic mờ không phải là các con số mà là các khái niệm, ví dụ như “nhanh”, “trung bình”, “chậm” hay “nóng”, “vừa”, “lạnh”... Chính vì vậy cách giải quyết các bài toán trong logic mờ rất gần với cách tư duy của con người

Logic mờ là gì?

2. Nguyên lý hoạt động của bộ điểu khiển logic mờ

Bộ điều khiển logic mờ được cấu tạo gồm các Membership Functions (MF) đầu vào, đầu ra cùng một loạt các qui tắc liên hệ giữa chúng (xem Hình 1a). Từ một giá trị cụ thể của đầu vào, bộ điều khiển tiến hành việc “mờ hoá” tại các MF đầu vào, tức là đánh giá xem tín hiệu đó thuộc vào mức nào trong các mức đã định nghĩa trước. Sau khâu này,tín hiệu đầu vào được chuyển sang các giá trị dạng khái niệm như “nhanh”, “chậm”, “lớn”, “nhỏ”... Một giá trị đầu vào có thể thuộc một hay nhiều mức của bộ điều khiển. Trong Hình 1b, giá trị đầu vào độ lệch DY nằm trong cả hai mức giá trị nhỏ và trung bình; tốc độ quay trở r cũng thuộc cả hai mức chậm và trung bình. Tiếp theo, các khái niệm này được xử lý theo các qui tắc của bộ điều khiển và cho ra kết quả là một miền giá trị được tạo bởi các phần của MF đầu ra (xem Hình 1b). Từ miền giá trị kết quả này, khối “giải mờ” của bộ điều khiển tiến hành biến đổi ngược để được một giá trị cụ thể cho đầu ra.

Nguyên lý hoạt động của bộ điểu khiển logic mờ

3. Một số ứng dụng điều khiển logic mờ

Một ứng dụng cơ bản có thể có đặc điểm là các khoảng con của một biến liên tục. Ví dụ, một đo đạc nhiệt độ cho phanh (anti-lock brake) có thể có một vài hàm liên thuộc riêng biệt xác định các khoảng nhiệt độ cụ thể để điều khiển phanh một cách đúng đắn. Mỗi hàm ánh xạ cùng một số đo nhiệt độ tới một chân giá trị trong khoảng từ 0 đến 1. Sau đó các chân giá trị này có thể được dùng để quyết định các phanh nên được điều khiển như thế nào.

Trong hình, cold (lạnh), warm (ấm), và hot (nóng) là các hàm ánh xạ một thang nhiệt độ. Một điểm trên thang nhiệt độ có 3 "chân giá trị" — mỗi hàm cho một giá trị. Đối với nhiệt độ cụ thể trong hình, 3 chân giá trị này có thể được giải nghĩa là 3 miêu tả sau về nhiệt độ này: "tương đối lạnh", "hơi hơi ấm", và "không nóng"

Ứng dụng logic mờ

- Ứng dụng điều khiển logic mờ trong máy giặt

Ngày nay nhiều thiết bị gia dụng có logic mờ để dễ dùng hơn. Bạn có thể tìm thấy logic mờ trong đầu vòi hoa sen, nồi cơm điện, máy hút bụi và nhiều thứ máy thông minh khác. Để biết những máy này làm việc như thế nào, chúng ta sẽ xem một mô hình đơn giản hoá về máy giặt logic mờ.

Giống như máy giặt mờ thực sự, mô hình của chúng ta trước hết kiểm tra xem đồ giặt bẩn đến đâu. Một khi biết được độ bẩn, nó sẽ dễ dàng tính ra thời gian cần để giặt.

Đầu tiên nó luôn lấy thời gian tối thiểu là 10 phút. Làm thế để người dùng luôn hài lòng với công việc của nó, dù khi họ bỏ đồ sạch nguyên vào. Sau đó nó tính mức độ bẩn. Nếu bẩn 100%, nó cộng 2 phút cho mỗi đồ giặt. Tất nhiên, một máy giặt thực sự sẽ thực hiện những tính toán này cuối cùng, nhưng mô hình của chúng ta thực hiện cho từng đồ giặt để bạn tiện theo dõi.

Nếu bạn cho một đồ bẩn 50% thì nó sẽ thêm 50% của 2 phút vào: tức là cộng 1 phút vào 10 phút. Máy giặt của chúng ta không chỉ kiểm tra bụi bẩn mà cả dầu mỡ. Đồ giặt dính dầu mỡ sẽ phải giặt lâu hơn. Do đồ giặt có thể vừa dính bụi bẩn vừa dính dầu mỡ, ta cho cả hai thứ vào một đồ thị:

Bạn thấy ở đồ thị bên phải: điểm (0, 0) là đồ giặt hoàn toàn sạch sẽ, không bụi bẩn, không dầu mỡ; điểm (0, 1) là khi đồ giặt không dính dầu mỡ những bẩn; điểm (1, 0) — dính dầu mỡ nhưng không bẩn; và điểm (1, 1) - vừa bẩn vừa dính dầu mỡ. Máy giặt cộng 2 phút cho mỗi đồ giặt nếu bẩn 100% hoặc dính mỡ 100%, và cộng 4 phút nếu bẩn và dính dầu mỡ 100%. Bây giờ, nếu bạn có đồ bẩn 100% và dính dầu mỡ 50% thì máy cộng thêm 2x100% + 1x50% = 3 phút vào thời gian tối thiểu 10 phút.

Chiếc máy giặt lý thuyết của chúng ta chỉ xét hai thứ trên. Với máy giặt thật, nó còn kiểm tra xem cần bao nhiêu xà phòng, cần thêm bao nhiêu nước, phải quay nhanh thế nào, theo hướng nào … Nếu muốn vẽ đồ thị cho từng tính toán của máy giặt logic mờ thì ta sẽ có một siêu hộp khá phức tạp. Vì thế ở đây ta chỉ giới hạn ở hai yếu tố: bụi bẩn và dầu mỡ.

Ứng dụng điều khiển logic mờ trong máy giặt

- Máy điều hòa nhiệt độ

- Phần mềm MASSIVE dùng trong các tập phim Chúa nhẫn (Lord of the Rings), phần mềm đã giúp trình diễn những đội quân lớn, tạo các chuyển động một cách ngẫu nhiên nhưng vẫn có thứ tự

- Camera

- Xử lý ảnh số (Digital image processing), chẳng hạn như phát hiện biên (edge detection)

- Nồi cơm điện

- Máy rửa bát

- Thang máy

Ứng dụng logic mờ trong thang máy

- Trí tuệ nhân tạo trong trò chơi điện tử

- Các bộ lọc ngôn ngữ tại các bảng tin (message board) và phòng chat để lọc bỏ các đoạn văn bản khiếm nhã. Nhận dạng mẫu trong Cảm nhận từ xa (Remote Sensing)

Nguồn tham khảo: Internet

Nếu bạn có nhu cầu về hệ thống tự động hóa, hãy liên hệ với chúng tôi. Với phương châm làm việc chuyên nghiệp, tận tâm Bảo An Automation luôn cam kết mang tới cho khách hàng sản phẩm với chất lượng tốt, giá thành hợp lý và thời gian cấp hàng nhanh.

21.087 22/08/2020