Bài giảng Hệ thống điều khiển thông minh - Chương 2: Lý thuyết cơ sở

Moân hoïc

HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN THOÂNG MINH

Giaûng vieân: TS. Huyønh Thaùi Hoaøng

Boä moân Ñieàu Khieån Töï Ñoäng

Khoa Ñieän – Ñieän Töû

Ñaïi hoïc Baùch Khoa TP.HCM

Email: [email protected]

Homepage: http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang

2 April 2010

1

Chöông 2

LÝ THUYẾT CƠ SỞ

2 April 2010

2

Noäi dung chöông 2

Hệ mờ

Mạng thần kinh

Giải thuật di truyền

2 April 2010

3

HEÄ MÔØ

2 April 2010

4

Giới thiệu phương pháp điều khiển mờ

Điều khiển mực chất lỏng dùng logic kinh điển

V₁

1khi möïc chaát loûng treân möùc cao nhaát

0 khi möïc chaát loûng döôùi möùc cao nhaát

⎧

LH =

LL =

⎨

⎩

LH

LL

1khi möïc chaát loûng treân möùc thaáp nhaát

0 khi möïc chaát loûng döôùi möùc thaáp nhaát

⎧

⎨

⎩

• Boä ñieàu khieån logic kinh ñieån

1, neáu LL chuyeån töø 1sang 0

0, neáu LH chuyeån töø 0 sang1

⎧

⎨

⎩

V =

(1)

1

2 April 2010

5

Giới thiệu phương pháp điều khiển mờ

Điều khiển mực chất lỏng dùng logic mờ

V

₁

Giaù trò ñaët

Sai soá

Möïc chaát loûng

•

Ngöôøi vaän haønh

⎧

neáu saisoá lôùn thì goùcmôû V1 lôùn

neáu sa

i

s

oá nhoû thì

goù

c

m

ôû V1 nhoû

⎪

⎨

(2)

⎪

⎩

2 April 2010

6

Giới thiệu phương pháp điều khiển mờ

Phương án điều khiển 1: PLC (Programmable Logic Controller)

Phương án điều khiển 2: FLC (Fuzzy Logic Controller)

⇒ Phương pháp điều khiển mờ là phương pháp điều khiển bắt chước

quá trình xử lý các thông tin không rõ ràng và ra quyết định điều

khiển của con người.

2 April 2010

7

Các ứng dụng của phương pháp điều khiển mờ

Ứng dụng đầu tiên: điều khiển động cơ hơi nước (Mamdani, 1974)

Càng ngày có càng nhiều hệ thống điều khiển trong công nghiệp và

dân d

ụ

ng áp d

ụ

ng ph

ươ

ng pháp

đ

i

ề

u khi

ể

n m

ờ

.

Điều khiển hệ thống thắng và tăng tốc của xe lửa, hệ thống lái

xe

Điều khiển robot

Điều khiển máy giặt, máy ảnh tự động,...

2 April 2010

8

Cơ sở toán học của phương pháp điều khiển mờ

Phaân loaïi môø

Nhaän daïng môø

Ñieàu khieån môø

Ño löôøng môø

Lyù thuyeát

taäp môø

Logic môø vaø

suy luaän môø

2 April 2010

9

Khái niệm tập hợp mờ

Taäp roõ

Taäp môø

X

~

c

A

a

b

μ_A(x)

~

χ_A(x)

1

2

6

2

6

x

• Taäp roõ coù bieân roõ raøng

• Taäp roõ ñöôïc ñònh nghóa

• Taäp môø coù bieân khoâng roõ raøng

• Taäp môø ñöôïc ñònh nghóa thoâng

qua haøm lieân thuoäc

thoâng qua haøm ñaëc tröng

2 April 2010

10

Định nghĩa tập hợp mờ

~

Tập mờ A xác định trên tập cơ sở X là một tập hợp mà mỗi phần tử

μ

~

_A(x)

của nó là một cặp giá trị

xạ:

, trong đó x∈X và

_A(x))

là ánh

(x, μ

~

μ

~

_A(x) : X a [0,1]

~

μ

~

(x)

Ánh xạ

được gọi là hàm liên thuộc của tập mờ .

A

Hàm liên thuộc đặc trưng cho độ phụ thuộc của một phần của bất

~

kỳ thuộc tập cơ sở X vào tập mờ A . Nói cách khác, tập mờ xác định

bởi hàm liên thuộc của nó.

2 April 2010

11

Các dạng hàm liên thuộc

2 April 2010

12

Các dạng hàm liên thuộc

2 April 2010

13

Các phép toán trên tập mờ

PHEÙP GIAO

~

Giao cuûa hai taäp môø A vaø B coù cuøng cô sôû X laø moät taäp

môø xaùc ñònh treân cô sôû X coù haøm lieân thuoäc:

~

A ∩ B : μ_A∩B

~

_~(x) = T{μ

~

_A(x),μ_B(x)}

~

Toaùn töû T coù theå laø pheùp MIN (cöïc tieåu), PROD (tích),…

Giao của hai tập mờ dùng toán tử MIN

2 April 2010

14

Các phép toán trên tập mờ

PHEÙP HÔÏP

~

Hôïp cuûa hai taäp môø A vaø B coù cuøng cô sôû X laø moät taäp môø

xaùc ñònh treân cô sôû X coù haøm lieân thuoäc:

~

A ∪ B : μ_A∪B

~

_~(x) = S

{

μ_A

~

(x),μ

_B(x)

}

~

Toaùn töû S coù theå laø MAX (cöïc ñaïi), BSUM (toång bò chaën), …

Hợp của hai tập mờ dùng toán tử MAX

2 April 2010

15

Các phép toán trên tập mờ

PHEÙP BUØ

~

Buø cuûa taäp môø A ñònh nghóa treân taäp cô sôû X laø moät taäp

môø xaùc ñònh treân cô sôû X coù haøm lieân thuoäc xaùc ñònh bôûi bieåu

thöùc:

~

A : μ _~(x) = 1− μ

~

_A(x)

A

~

μ

A

1

~

A

0

x

Pheùp buø cuûa taäp môø

2 April 2010

16

Biến ngôn ngữ và giá trị ngôn ngữ

Giaù trò ngoân ngöõ laø moät taäp môø.

Membership

thaáp

cao

1

0.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Percent full

Haøm lieân thuoäc cuûa hai taäp môø moâ taû

hai giaù trò ngoân ngöõ "cao", "thaáp"

Bieán ngoân ngöõ laø bieán chæ nhaän caùc giaù trò ngoân ngöõ.

Thí duï: Bieán ngoân ngöõ “möïc chaát loûng” coù theå nhaän hai giaù

trò ngoân ngöõ laø

“tha

áp” vaø “cao”

2 April 2010

17

Mệnh đề mờ

ÑÒNH NGHÓA

Meänh ñeà môø, kyù hieäu

~

P

, laø phaùt bieåu coù chöùa thoâng tin khoâng roõ raøng.

Trong kyõ thuaät, caùc phaùt bieåu sau ñaây laø caùc meänh ñeà môø:

- "Nhieät ñoä" laø "cao"

- "Möïc chaát loûng" laø "thaáp"

- "Vaän toác" laø "trung bình",…

⇒

Meänh ñeà môø laø phaùt bieåu coù daïng:

"bieán ngoân ngöõ " laø "giaù trò ngoân ngöõ ".

Veà maët toaùn hoïc, meänh ñeà môø laø bieåu thöùc:

~

P

:

x

∈

A

~

Taäp môø

A

ñaëc tröng cho giaù trò ngoân ngöõ trong meänh ñeà môø.

2 April 2010

18

Mệnh đề mờ

GIAÙ TRÒ THAÄT CUÛA MEÄNH ÑEÀ MÔØ

Khaùc vôùi meänh ñeà kinh ñieån chæ coù hai khaû naêng sai hoaëc ñuùng

(0 hoaëc 1), giaù trò thaät cuûa meänh ñeà môø laø moät giaù trò baát kyø naèm

~

trong ñoaïn [0,1]. Goïi T(P) laø giaù trò thaät cuûa meänh ñeà môø

P

:

~

T(P) = μ

~

_A(x)

~

Bieåu thöùc treân cho thaáy "ñoä ñuùng" cuûa meänh ñeà P : x ∈ A baèng

ñoä phuï thuoäc cuûa x vaøo taäp môø

~

A

.

2 April 2010

19

Các phép toán trên mệnh đề mờ

PHEÙP PHUÛ ÑÒNH

Cho me

ä

nh ñeà môø

P

:

x

∈

A

.

~

Phuû ñònh cuûa meänh ñeà P laø meänh ñeà :

~

P : x ∉ A

Giaù trò thaät cuûa meänh ñeà phuû ñònh:

~

T(P) = 1− T(P) = 1− μ_A(x)

~

2 April 2010

20

Bài giảng Hệ thống điều khiển thông minh - Chương 2: Lý thuyết cơ sở - Huỳnh Thái Hoàng