..
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
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
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
17
UPV, IPV
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
24
ISC
Năng lượng mặt trời
Tế bào quang điện
Cường độ bức xạ mặt trời (w/m2)
Điện áp và dòng điện của dàn pin mặt trời
Dòng điện (A), điện áp trên diode (V)
(Short circuit current): Dòng điện ngắn mạch
của PV
vii
Điện áp hở mạch của Pin mặt trời
25
UOC
26
G
Bức xạ mặt trời (Kw/m2)
27
D
Hệ số làm việc
28
Ton
Thời gian khóa K mở
29
T
30
fDC
31
IL1, IL2
32
UC1, UC2
33
tK
Chu kỳ làm việc của khóa
Tần số đóng cắt
Dòng điện của cuộn cảm L1, L2
Điện áp trên tụ C1, C2
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:
viên
C (x)
có thể được suy ra từ hàm thành viên
. Hàm thành
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:
viên
1 (x)
có thể được suy từ hàm thành viên
A (x),
. Hàm thành
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
Một cách tổng quát để tìm
.
của tập mờ A.
(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 Biếnnhận 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 MINAB(x, y) = MIN {A(x)B(y)}
7
- Xem thêm -