Bài giảng Nhập môn điều khiển thông minh - Chương 2: Lý thuyết logic mờ

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

Chương 2

LÝ THUYẾT LOGIC M

Ờ

19 August 2014

2

Nội dung chương 2

 Giới thiệu

 Tập hợp mờ

 Các phép toán trên tập mờ

 Logic mờ

 Suy luận mờ

 Hệ mờ Mamdani và hệ mờ Takagi-Sugeno

 Ví dụ ứng dụng hệ suy luận mờ

 Giới thiệu bộ công cụ logic mờ của Matlab

19 August 2014

3

GIỚI THIỆU

19 August 2014

4

Giới thiệu phương pháp điều khiển mờ

Điều khiển mực chất lỏng dùng logic kinh điển

V₁

1

k

hi 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

19 August 2014

5

Giới thiệu phương pháp điều khiển mờ

Điều khiển mực chất lỏng dùng logic mờ

V₁

Giaù trò ñaët

Sai soá

Möïc chaát loûng



Ngöôøi vaän haønh



neáu saisoá lôùn thì goùcmôû V1 lôùn





(2)



neáu saisoá nhoû thì goùcmôû V1 nhoû



19 August 2014

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.

19 August 2014

7

Các ứng dụng của phương pháp điều khiển mờ

 Ứng dụng đầu tiên: ĐK động cơ hơi nước (Mamdani,

1974)

 Càng ngày có càng nhiều hệ thống điều khiển trong

công nghiệp và dân dụng áp dụng phương pháp điều

khi

ể

n m

ờ

.

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

h

ệ

th

ố

ng lái xe

 Điều khiển robot

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

19 August 2014

8

Cơ sở toán học của phương pháp điều khiển mờ

Phân lo

ạ

i m

ờ

Nhận dạng mờ

Lý thuyết

t

ậ

p mờ

Logic mờ và

suy lu

ậ

n mờ

Điều khiển mờ

Đo lường mờ

19 August 2014

9

TẬP HỢP MỜ

19 August 2014

10

Khái niệm tập hợp mờ

Tập rõ

Tập mờ

X

c



A

a

b

a

b

_A(x)

~

1

x

2

6

2

6

x

 Tập rõ có biên rõ ràng

 Tập rõ được định nghĩa

thông qua hàm đặc trưng

 Tập mờ có biên không rõ ràng

 Tập mờ được định nghĩa thông

qua hàm liên thuộc

19 August 2014

11

Khái niệm tập hợp mờ

Taäp roõ

Taäp môø

X

~

c

A

a

b

_A(x)

~

_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

19 August 2014

12

Một số ví dụ về tập hợp rõ và tập hợp mờ

 Tập rõ:





A  x ,1 x  5





B  x , x  7





C  ngöôøi coù chieàu cao h 1.65m

0





D  giaù trò nhieät ñoä T  40 C

~





A  x , x  3

 Tập mờ:

~





B  x , x  7

~





C  ngöôøi cao

~





D  nhieät ñoä thaáp

 Nhận xét: Không thể xác định được tập mờ nếu không định

nghĩa hàm liên thuộc mô tả tập mờ đó

19 August 2014

13

Định nghĩa tập hợp mờ

~

Tập mờ A xác định trên tập cơ sở X là một tập hợp mà

(x, 

~

(x))

, trong đó

A

mỗi phần tử của nó là một cặp giá trị

_A

~

(x)

xX và

là ánh xạ:



~

_A(x) : X  [0,1]

~

A

_A

~

(x)

Ánh xạ

được gọi là hàm liên thuộc của tập mờ .

 Hàm liên thuộc đặc trưng cho độ phụ thuộc của một

~

A

phần tử của bất kỳ thuộc tập cơ sở X vào tập mờ . Nói

cách khác, tập mờ xác định bởi hàm liên thuộc của nó.

19 August 2014

14

Thí dụ hàm liên thuộc mô tả tập mờ

~





A  x , x  3





B  x , x  7

~

_A(x)

_B(x)

x

3

7

0

~





D  nhieät ñoä thaáp





C  ngöô

ô

ø

i

cao

~

_C(x)

_D(x)

x

1.65 1.80

30 40

0

19 August 2014

15

Ký hiệu tập hợp mờ

Ký hiệu:



T

ậ

p m

ờ đị

nh ngh

ĩ

a trên t

ậ

p c

ơ

s

ở

r

ờ

i r

ạ

c:

(x_i)

~

A 



x_i

i

 Tập mờ định nghĩa trên tập cơ sở liên tục:



(x)

~

^{A }

x

X

19 August 2014

16

Ví dụ biểu diễn tập mờ trên tập cơ sở rời rạc

m_(x)

A

1.0

1

0.8

0.6

0.4

0.3

x

0

3 4 5 6 7 8

0.3 0.6 1.0 0.8 0.4 1.0



A = + + + + +

3 4 5 6 7 8

19 August 2014

17

Ví dụ biểu diễn tập mờ trên tập cơ sở liên tục

m_(x)

A

~

A

1

x

0

3

6

8

ì

ï

0 (x < 3 or x >8)

ï

x-3

ï

m

_(x)

ï

A



m

(

x

) =

(3

£

x

<

6)

í

ï

A =

với



A

ò

3

x

Â

ï

8- x

(6£ x £8)

ï

2

ï

î

19 August 2014

18

Bài tập

Vẽ hàm liên thuộc của tập mờ:

0.0 0.3 0.6 1.0 1.0 0.5 0.0



A

= + + + + + +

1 2 3 4 5 6 7



Vẽ hàm liên thuộc của tập mờ biết rằng:

A

ì

ï

0 (x <1 or x > 7)

ï

x-1

ï

m

(

x

)

=

(

1

£

x

<

3)

í

ï



A

2

ï

7- x

(3£ x £7)

ï

4

ï

î

19 August 2014

19

Bài tập



Vi

ế

t bi

ể

u th

ứ

c bi

ể

u di

ễ

n t

ậ

p m

ờ

t

ừ

hàm liên thu

ộ

c:

m_(x)

A

0.9

1

0.8

0.5

0.4

0.2

0.0

x

0

2 4 6 6 8 10

m_(x)

A

~

A

1

x

0

2

9

5

19 August 2014

20

Bài giảng Nhập môn điều khiển thông minh - Chương 2: Lý thuyết logic mờ - Huỳnh Thái Hoàng