Bài giảng Nhập môn điều khiển thông minh - Chương 1: Giới thiệu

Môn học

NHẬP MÔN ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH

Giảng viên: PGS. TS. Huỳnh Thái Hoàng

Bộ môn Điều Khiển Tự Động

Khoa Điện – Điện Tử

Đạ

i h

ọ

c Bách Khoa TP.HCM

Email: [email protected]n

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

19 August 2014

1

Nội dung môn học

 Chương 1: Giới thiệu

 Chương 2: Lý thuyết logic mờ

 Chương 3: Điều khiển mờ

 Chương 4: Mạng thần kinh

 Ch

ươ

ng 5: Nh

ậ

n d

ạ

ng và

đ

i

ề

u khi

ể

n dùng m

ạ

ng th

ầ

n kinh

 Chương 6: Các ứng dụng điều khiển thông minh

19 August 2014

2

Tài liệu tham khảo



Giáo trình:

 Huỳnh Thái Hoàng (2006), “Hệ thống điều khiển thông

minh”, NXB Đại học Quốc Gia TPHCM

 Tài liệu tham khảo:

 K. M. Passino (2005), “Biomimicry for Optimization,

Control and Automation”, Springer

 Các tài liệu có từ khóa:

. +“intelligent control”

. +fuzzy +control

. +neural +control

. +”genetic algorithm” +control

19 August 2014

3

Đánh giá môn học

 Bài tập về nhà : 20%

 Kiểm tra tại lớp : 30%

 Thi cuối kỳ

: 50%

19 August 2014

4

Chương 1

GIỚI THIỆU

19 August 2014

5

Nội dung chương 1

 Khái niệm về điều khiển thông minh

 Đặc điểm của hệ thống điều khiển thông minh

 Các kỹ thuật điều khiển thông minh

 Các ứng dụng

19 August 2014

6

Tài liệu tham khảo chương 1

[1] Antsaklis P.J. (1993), “Defining Intelligent Control”, Report

of the Task Force on Intelligent Control, IEEE Control

Systems Society.

[2] Antsaklis P.J. (1997), “Intelligent Control”, Encyclopedia of

Electrical and Electronics Engineering, John Wiley @ Sons,

Inc.

[3] Passino K.M. (2001) “Intelligent Control: An Overview of

Techniques”, Chapter in Perspectives in Control: New

Concepts and Applications, IEEE Press, NJ.

[4] Passino K.M. (1993), “Bridging the gap between

conventional and intelligent control”, IEEE Trans. Control

Systems.

[5] Abus J.S. (1991), “Outline for a theory of intelligence”, IEEE

Trans. Sys. Man. Cyber., 21(3).

19 August 2014

7

KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH

19 August 2014

8

Thảo luận

 Hãy nêu ví dụ về hệ thống điều khiển thông minh

 Những đặc điểm, tính năng của hệ thống điều khiển

thông minh trong ví d

ụ

b

ạ

n

đ

ã ch

ọ

n?

 Những đặc tính thông minh của hệ thống có thể thực

hiện dùng lý thuyết điều khiển thông thường?

19 August 2014

9

Điều khiển thông thường và điều khiển thông minh

 Điều khiển thông thường (Conventinal Control): LTĐK các

hệ thống động có quan hệ vào ra có thể mô tả bởi mô hình

toán học là phương trình vi phân hay sai phân.

 Điều khiển kinh điển (Classical Control)

 Điều khiển hiện đại (Modern Control)

. Điều khiển tối ưu (Optimal Control)

. Điều khiển thích nghi (Adaptive Control)

. Điều khiển bền vững (Robust Control)

. Điều khiển phi tuyến (Nonlinear Control)



Đ

iều khi

ể

n thông minh (Intelligent Control): LTĐK phát

triển trong thời gian gần đây, bao gồm các phương pháp

không đề cập đến trong lý thuyết điều khiển thông thường

19 August 2014

10

Ưu và khuyết điểm của điều khiển thông thường

 Ưu điểm:

 có tính hệ thống, cơ sở toán học rõ ràng, chặt chẽ.

 đảm bảo h

ệ

thố

ng

ổn

đị

nh và bền vững (về

lý thuy

ế

t)

 Khuyết điểm:

 cần mô hình toán của đối tượng để thiết kế bộ điều khiển

 cần hiểu biết sâu về kỹ thuật điều khiển mới thiết kế

được bộ điều khiển

 thường không hiệu quả khi điều khiển hệ phi tuyến

 không sử dụng được kinh nghiệm của con người (trong

nhiều trường h

ợ

p kinh nghi

ệ

m củ

a con ng

ười đóng vai

trò quan trọng)

19 August 2014

11

Tại sao phải điều khiển thông minh?

 Yêu cầu đạt được chất lượng ĐK ngày càng tăng cao.

 Yêu cầu ĐK các hệ thống động phức tạp ngày càng tăng.

 Yêu cầu ĐK trong điều kiện gia tăng các yếu tố bất định.

Các yêu c

ầ

u trên không th

ể đ

áp

ứ

ng

đượ

c tr

ọ

n v

ẹ

n n

ế

u dùng

lý thuyết điều khiển thông thường sẳn có. Đây chính là động

lực cho ra đời lý thuyết điều khiển mới: lý thuyết điều khiển

thông minh.

19 August 2014

12

Thông minh là gì?

 Thông minh là khả năng thu thập và sử dụng tri thức

 Có nhiều cấp độ thông minh và nhiều loại thông minh

 Thông minh là khái niệm mang tính tương đối

19 August 2014

13

Hệ thống điều khiển thông minh



H

ệ

th

ố

ng thông minh là h

ệ

th

ố

ng có kh

ả

n

ă

ng ho

ạ

t

độ

ng

thích hợp trong môi trường bất định, trong đó một hoạt

động thích hợp là hoạt động làm tăng xác suất thành

công và thành công là đạt được mục tiêu con nhằm đạt

được mục tiêu chung của hệ thống.

 Để hệ thống thông minh (nhân tạo) hoạt động thích hợp

nó có thể phỏng theo chức năng của sinh vật và khả

nă

ng thông minh con ng

ười m

ộ

t cách cơ bản.

 Điều khiển thông minh là phương pháp điều khiển phỏng

theo các đặc điểm cơ bản của trí thông minh con người.

Các đặc điểm cơ bản bao gồm tính thích nghi và khả

năng học, hoạch định trong điều kiện có nhiều yếu tố

không chắc chắn và xử lý khối lượng lớn thông tin.

19 August 2014

14

Cấp độ thông minh

Có nhiều cấp độ thông minh tùy theo thước đo khác nhau:

Albus:



T

ố

i thi

ể

u:

H

ệ

th

ố

ng thông minh t

ố

i thi

ể

u có kh

ả

n

ă

ng c

ả

m

nhận môi trường, ra quyết định và kiểm soát hoạt động

 Mức cao: Hệ thống thông minh mức cao có khả năng

nhận dạng đối tượng và sự kiện, biểu diễn tri thức bằng

mô hình ngôn ngữ, suy luận và hoạch định hoạt động

tương lai.

 Cao cấp: Hệ thống thông minh cao cấp khả năng nhận

th

ứ

c và hi

ể

u bi

ế

t, ch

ọ

n l

ự

a khôn ngoan, và ho

ạ

t

độ

ng

thành công trong nhiều hoàn cảnh khác nhau nhằm mục

đích tồn tại và phát triển trong môi trường đối lập, phức

tạp.

19 August 2014

15

Cấp độ thông minh (tt)

Meystel:

 Mức thấp (mức 1): hiệu chỉnh lỗi

 Mức trung bình (mức 2): hoạch định + hiệu chỉnh lỗi

theo cách của người thiết kế.



M

ứ

c cao

(m

ứ

c 3): khi tình hu

ố

ng thay

đổ

i. ho

ạ

ch

đị

nh

+ hiệu chỉnh lỗi theo cách mới không đưa ra trước bởi

người thiết kế.

 Mức cao rất cao (mức 4): phát biểu lại nhiệm vụ

19 August 2014

16

Cấp độ thông minh (tt)

Krishna & Kumar: phân loại điều khiển thông minh dựa

trên khả năng tự cải thiện cấu trúc điều khiển



M

ứ

c 0

=

Đ

i

ề

u khi

ể

n b

ề

n v

ữ

ng (Robust Controller).

 Mức 1 = Mức 0 + Điều khiển thích nghi (Adaptive

Controller).

 Mức 2 = Mức 1 + Điều khiển tối ưu (Optimal Controller)

 Mức 3 = Mức 2 + Điều khiển hoạch định (Planning

Controller).

19 August 2014

17

Các yếu tố quyết định cấp độ thông minh

 Năng lực tính toán của bộ não (máy tính) của hệ thống

 Sự phức tạp, tinh vi của các thuật toán mà hệ thống sử

d

ụ

ng

để

x

ử

lý thông tin t

ừ

c

ả

m bi

ế

n, mô hình hóa th

ế

giới, ra quyết định điều khiển, truyền tin,…

 Thông tin mà hệ thống lưu trữ trong bộ nhớ.

19 August 2014

18

CÁC ĐẶC ĐIỂM

CỦA HỆ THỐNG THÔNG MINH

19 August 2014

19

Các đặc điểm của hệ thống thông minh

 Tính thích nghi – khả năng học

 Khả năng suy luận

 Khả năng hoạch định và ra quyết định

 Khả năng xử lý thông tin phức tạp, không chắc chắn

 Khả năng sửa sai, dung thứ lỗi

 Tính tối ưu

 Khả năng tái cấu hình, mở rộng.

 …

19 August 2014

20

Bài giảng Nhập môn điều khiển thông minh - Chương 1: Giới thiệu - Huỳnh Thái Hoàng