Môn học HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH Giảng viên: TS Huỳnh Thái Hoàng B ä môân Điề Bộ Đi àu Khiể Khi ån Tự Tư Độ Đ äng Khoa Điện – Điện Tử Đại học Bách Khoa TP.HCM Email: hthoang@hcmut.edu.vn hthoang@hcmut edu Homepage: http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Chương LÝ THUYẾT CƠ SỞ April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Nội dung chương ‘ ‘ ‘ Hệ mờ Mạng thần kinh Giải thuật di truyền April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM HỆ MƠ MỜ April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Giới thiệu phương pháp điều khiển mờ Điề khiển Điều khiể mực chất hất lỏng lỏ dùng dù llogic i kinh ki h điển điể V1 LH ⎧1 mựïc chất lỏng mức cao LH = ⎨ ⎩0 mực chất lỏng mức cao mưcc chat chất long lỏng tren mưc mức thap thấp nhat ⎧1 mự LL = ⎨ ⎩0 mực chất lỏng mức thấp LL • Bộ điều khiển logic kinh điển ⎧1, LL chuyểån từ sang V1 = ⎨ ⎩0, LH chuyển từ sang April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM (1) Giới thiệu phương pháp điều khiển mờ Điề khiển Điều khiể mực chất hất lỏng lỏ dùng dù llogic i mờ V1 Giá trò đặt Sai số Mực chất lỏng • Người vận hành ⎧⎪nếu sai số lớn góc mở V1 lớn ⎨ ⎪⎩neu April 2010 sai so số nho nhỏ goc góc mơ mở V1 nho nhỏ © H T Hồng - ÐHBK TPHCM (2) Giới thiệu phương pháp điều khiển mờ ‘ Phương án điều ề khiển ể 1: PLC (Programmable Logic Controller) ‘ Phương án điều khiển 2: FLC (Fuzzy Logic Controller) ⇒ Phương pháp điều khiển mờ phương pháp điều khiển bắt chước q trình xử lý thơng tin khơng rõ ràng định điều khiển người April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Các ứng dụng phương pháp điều khiển mờ ‘ ‘ Ứng dụng Ứ d đầu đầ tiên: iê điều điề khiển khiể động độ h i nước (Mamdani, (M d i 1974) Càng ngày có nhiều hệ thống điều khiển cơng nghiệp dân dụng áp dụng phương pháp điều khiển mờ Ž Điều khiển hệ thống thắng tăng tốc xe lửa, hệ thống lái xe Ž Điều khiển robot Ž Điều khiển máy giặt, máy ảnh tự động, April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Cơ sở tốn học phương pháp điều khiển mờ Phân loạ Phan loaii mơ mờ Lý thuyết tậäp mờ Logic mờ suy y luậän mờ Nhận dạng mờ Điều khiển mờ Đo lường mờ April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Khái niệm tập hợp mờ Tập rõ Tập mờ X X a ~ A c A a b b μ A~ ( x) χA(x) 1 x • Tập rõ có biên rõ ràng • Tập rõ đònh nghóa thông qua hàøm đặc trưng April 2010 x • Tập mờ có biên không rõ ràng • Tập mờ đònh nghóa thông qua hàøm liê i n thuộc © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 10 Giải thuật di truyền mã số thực ‘ Cach C ù h mã hoa h ù sốá thự thư c: biể bi åu diễ di ãn cacù gien i trự t c tiế ti áp la l ø cacù sốá thự thư c cho toán tối ưu hóa thông số với biến nằm miền liên tục, chuỗi NST vector gồm thành phần số thực: ‘ Phương pháp mã hóa số thực có khuyết điểm sử dụng phép toán lai ghép đột biến April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 108 Lai ghép NST mã số thực April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 109 Lai ghép NST mã số thực April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 110 Lai ghép NST mã số thực April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 111 Lai ghép NST mã số thực April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 112 Đột biến NST mã số thực April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 113 Đột biến NST mã số thực April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 114 GIẢI THUẬT DI TRUYEN GIAI TRUYỀN SONG SONG April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 115 Khái niệm GA song song ‘ GA song song la GA đo quan quần the thể đượ đươcc chia lam làm nhieu nhiều quần thể con, quần thể khởi động ngẫu nhiên tiến hóa độc lập có vài cá thể di cư quầàn thể h å April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 116 Khái niệm GA song song April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 117 Các tùy chọn GA song song ‘ Đặc điem điểm cua GA song song đượ đươcc xac xác đònh bơi nhiề nhieu u tù y chọ chon n, bên cạnh tùy chọn phép toán di truyền tác động lên quần thể tùy chọn sau đặc trưng GA song song: Ž Cấu hình phân bố quần thể Ž Cach Cách chọ chon n lự lưaa cac quan quần the thể mà ma giưa chung chúng xả xay y tượng di cư Ž Cách chọn lựa cá thể di cư cá thể bò thay Ž Số lượng cá thể di cư tần suất di cư chúng April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 118 Số quần thể cấu hình phân bố ‘ ‘ So lượ Số lương ng quầ quan n the thể cà cang ng nhieu nhiều hiệu qua cua GA song song cao Cấu hình phân bố quần thể đơn giản phân bố theo cấu hình lưới không gian chiều Với cấu hình này, tượng di cư xảy ngẫu nhiên hai quần thể lân cận xay xảy tuan tư từ tư quan quần the thể nà y lầ lan n lượ lươtt đen đến quần thể khác lân cận April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 119 Chọn cá thể di cư ‘ ‘ Mục đích di cư Muc Ž làm tăng độ thích nghi trung bình quần thể mà cá thể di cư sang, Ž giúp quần thể nhận cá thể di cư sang đảm bảo tính đa dạng Có nhiều cách chọn tùy theo ta muốn cá thể di cư nhằm mục đích gì, sau cách điển hình: Ž Chọ Chon n cá ca the thể co có độ thích nghi cao nhat: nhất: Neu Nếu quầ quan n thể the thương thường xuyên nhận cá thể di cư có độ thích nghi cao, cá thể trở nên cá thể trội quần thể, GA tập trung tìm kiếm vào cá thể the va đo mat tính đa dang ng, GA dễ de rơi vao o cưc cực trò cụ cucc Ž Chọn cá thể ngẫu nhiên: quần thể nhận cá thể di cư ngẫu nhiên tính đa dạng đảm bảo, nhiên không độ thí h nghi thích hi trung t bình bì h củûa quầàn thể th å đượ đươ c cảûi thiệ thi än Ž Chọn theo phương pháp đấu vòng ngẫu nhiên với xác suất 0.6: cách chọn đảm bảo tính đa dạng, đồng thời cá thể di cư có độ thích nghi trung bình April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 120 Chọn cá thể bò thay Co the Có thể chọ chon n bang hai cá cach ch sau đay: đây: ‘ Thay cá thể có độ thích nghi nhất: cách làm tăng áp lực chọn lọc, quần thể dễ rơi vào cực trò cụ ‘ Thay cá thể “thắng cuộc” theo cách chọn đấu vòng ngẫu nhiên với xác suất 0.4: cách không loại bỏ cá thể mà loạ ma loaii bo bỏ co có the thể co có độ thích nghi dướ dươii trung bình bình, đo làm giảm áp lực chọn lọc, đảm bảo tính đa dạng quần thể April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 121 Thông số di cư ‘ ‘ So lượ Số lương ng cá ca the thể di cư: Thong Thông thương thường số so lượ lương ng ca cá the thể di cư bang 1, nhiên chọn nhiều Tần suất di cư: Hiện tượng di cư không nên xảy thường xuyên April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 122 [...]... xét hệ gồm 2 qui tắc mờ: ~ r1: nếu (x1 là A11) và ( x2 là ~ r2: nếu (x1 là A 12) và ( x2 là ~ ~ ′ Giả sử ngõ vào x1 là A1 và x2 là A2′ 2 April 20 10 ~ ~ A21) thì (y là B1 ) ~ ~ A 22) thì (y là B2 ) © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 29 Suy luậ luận từ từ hệ qui tắ tắc mờ mờ Nếu 1 ~ ~ A11 A1′ α11 và 1 ~ ~ A21 A2′ thì 21 Nếu 1 α 12 ~ ~ A1′ A 12 x1 và x1 1 1 ~ B1 ~ B1′ β1 x '2 ~ ~ A 22 A2′ x2 thì 22 x '2 ~ B2 1 ~ B2′ 2. .. 2 x2 1 y ~ B1 y ~ B2 ~ B′ y 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 30 Hệ mờ Hệ mờ cơ bản Hệ qui tắc Tiền Mờ xử lý hóa Phương pháp Giải Hậu mờ xử lý suy diễn 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 31 Khối tiền xử lý ‘ ‘ Tín hiệu vào bộ điều khiển thường là giá trị rõ từ các mạch đo, bộ tiền xử lý có chức năng xử lý các giá trị đo này trước khi đưa vào bộ điều điề khiển khiể mờ ờ cơ bản bả Khối tiền xử lý. .. 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 26 Phươ Ph ươn ng pháp suy diễn MAX MAX MIN Xét qui tắc thứ k của một hệ qui tắc mờ: ~ ~ ~ rk: nếu (x1 là A1k ) và ( x2 là A2 k ) thì (y là Bk ) ~ ~ Giả sử ngõ vào x1 là A1′ và x2 là A2′ , tìm y Ngõ ra y tính theo phương pháp suy diễn MAX−MIN như sau: Nếu 1 α1k ~ ~ A1k A1′ và x1 2 April 20 10 1 α2k ~ ~ A2 k A2′ thì x2 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 1 βk ~ Bk ~ Bk′ y 27 ... qui tắc thứ k của một hệ qui tắc mờ: ~ ~ ~ rk: nếu (x1 là A1k ) và ( x2 là A2 k ) thì (y là Bk ) ~ ~ ′ Giả sử ngõ vào x1 là A1 và x2 là A2′ , tìm y Ngõ ra y tính theo phương pháp suy diễn MAX−PROD như sau: 1 Nếu Neu ~ ~ A1k A1′ 1 và va α1k x1 2 April 20 10 ~ ~ A2 k A2′ 1 thì α2k x '2 x2 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM ~ Bk ~ Bk′ βk y' y 28 Suy luận từ hệ qui tắc mờ ‘ Kết quả suy luận của hệ qui tắc mờ bằng hợp... 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 12 Các dạng hàm liên thuộc 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 13 Các phép tốn trên tập mờ PHEP PHÉ P GIAO ~ ~ Giao của hai tập mờ A và B có cùng cơ sở X là một tập mờ xác đònh trên cơ sở X có hàm liên thuộc: ~ ~ A ∩ B : μ A~ ∩ B~ ( x) = T {μ A~ ( x), μ B~ ( x)} Toán tử T có thể là phép MIN (cực tiểu), PROD (tích),… Giao của hai tập mờ dùng tốn tử MIN 2 April 20 10... mờ A và B có cùng cơ sở X là một tập mờ xác đònh trên cơ sở X có hàm liên thuộc: ~ ~ A ∪ B : μ A~ ∪ B~ ( x) = S {μ A~ ( x), μ B~ ( x)} Toán tử S có thể là MAX (cực đại), BSUM (tổng bò chặn), … Hợp của hai tập mờ dùng tốn tử MAX 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 15 Các phép tốn trên tập mờ PHEP Ù BÙ ~ Bù của tập mờ A đònh nghóa trên tập cơ sở X là một tập mờ xác đònh ò trên cơ sở X có hàm liên thuộäc... nếu−thì, trong đó mệnh đề điều kiện và mệänh đề đ à kế k át luậ l än là l ø cáùc mệänh đề đ à mờ ờ Trong T mệänh đề đ à điề đi àu ki kiệän có thể có các phép giao, phép hợp hoặc phép phủ đònh Thí dụ phát biểu sau đây là một qui tắc mờ: ~ ~ ~ nếu x1 là A1 và x2 là A2 thì y là B 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 24 Hệ qui tắ tắc mờ mờ Hệ qui tắc mờ gồm nhiều qui tắc mờ Thí dụ hệ k q qui tắc mờ đối với... khi tín hiệu vào x' có nhiễãu phân bốá Gauss 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 33 Hệ qui tắc mờ ‘ ‘ Hệ qui tắc ắ mờ có thểể xem là mơ hình tốn học biểu ể diễn ễ tri thức, kinh nghiệm của con người trong việc giải quyết bài tốn dưới dạng các phát biểu ngơn ngữ Có hai loại qui tắc điều khiển thường dùng: Ž Qui tắc mờ Mamdani Ž Qui tắc mờ Sugeno 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 34 Qui tắc Mamdani... hệ k q qui tắc mờ đối với n biến ngõ g vào có dạng như sau: ~ ~ ~ r1: nếu x1 là A1,1 và … và x n là An ,1 thì y là B1 ~ ~ ~ r2: nếu x1 là A1, 2 và … và x n là An , 2 thì y là B2 … ~ ~ ~ rk: nếu x1 là A1,k và … và x n là An ,k thì y là Bk 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 25 Suy luậ luận mờ mờ Giả sử chúng ta có qui tắc mờ: ~ ~ nếu x la neu là A thì y la là B ~ Nếu biết ngõ vào x là A′ thì có thể... hợp là: ~ ~ T ( P ∨ Q ) = μ A∪ ~ ~ ( x) B 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 21 Các phép tốn trên mệnh đề mờ PHÉP GIAO ~ ~ ~ ~ Giao của hai mệnh đề mờ P : x ∈ A , Q : x ∈ B là mệnh đề xác đònh bởi ~ ~ ~ ~ P ∧ Q : x ∈ A và x ∈ B ~ ~ ~ ~ ⇒ P ∧Q : x∈ A ∩ B Giá trò thật của mệnh đề giao là: ~ ~ T ( P ∧ Q ) = μ A∩ ~ ~ ( x) B 2 April 20 10 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 22 Các phép tốn trên mệnh đề mờ PHÉP KÉO THEO ... đầ tiên: iê điều điề khiển khiể động độ h i nước (Mamdani, (M d i 1974) Càng ngày có nhiều hệ thống điều khiển cơng nghiệp dân dụng áp dụng phương pháp điều khiển mờ Ž Điều khiển hệ thống thắng... lửa, hệ thống lái xe Ž Điều khiển robot Ž Điều khiển máy giặt, máy ảnh tự động, April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Cơ sở tốn học phương pháp điều khiển mờ Phân loạ Phan loaii mơ mờ Lý thuyết. . .Chương LÝ THUYẾT CƠ SỞ April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Nội dung chương ‘ ‘ ‘ Hệ mờ Mạng thần kinh Giải thuật di truyền April 2010 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM HỆ MƠ MỜ April 2010 © H T Hồng -