TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN TỬ
BÀI GIẢNG:
ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH
BIÊN SOẠN:
NGUYỄN VIỆT HÙNG
NGUYỄN TẤN ĐỜI
TRƯƠNG NGỌC ANH
TẠ VĂN PHƯƠNG
TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2008
i
LỜI NÓI ĐẦU
Tài liệu được soạn dùng cho ngành sinh viên bậc Đại học, ngành Kỹ thuât
Điện-Điện tử nhằm trang bị kiến thức ban đầu về Kỹ thuật điều khiển thông minh
cho sinh viên các năm cuối.
Tài liệu được biên soạn theo hướng dễ hiểu, chú trọng đến các ý tưởng cốt
lõi, trình bày các điểm tổng quát nhất, chưa đi sâu đến các phương pháp tính toán
phức tạp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH
FUZZY AND NEURAL CONTROL
DISC Course Lecture Notes (September 2004)
ROBERT BABUSKA
Delft Center for Systems and Control
Nhóm tác giả mong rằng tài liệu này sẽ giúp sinh viên tiếp cận nhanh và
ứng dụng được các công nghệ điều khiển mới vào cuộc sống.
Nhóm các tác giả
Tröôøng ÑH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Baûn quyeàn thuoäc veà Tröôøng ÑH SPKT TP. HCM
MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu i
Chương Một:
M
ở
đ
ầu
1
1
H
đi
ều khiển truyền thống
1
2
H
đi
ều khiển thông minh
1
3
T
ổng quan về các hệ thống
đi
ều khiển
2
4 Tổ chức của tài liệu
4
5
H
ỗ trợ từ WEB và Matlab
4
7
Tài li
ệu cần
đ
ọc
5
8
L
ời cảm tạ
5
Chương Hai:
T
ập Mờ (FUZZY) và các quan hệ
6
1
T
ập mờ
6
2
Đ
ặc tính của tập mờ
8
2.1
T
ập mờ normal và tập mờ subnormal
8
2.1
Support, Lõi (core) và lát c
ắt
α
-
cut
8
2.3 Tính lồi (convexity) và cardinality 8
3 Biểu diễn tập mờ 10
3.1
Bi
ểu diễn dùng nền t
ương đ
ồng
10
3.2
Bi
ểu diễn dùng tham số chức n
ăng
11
3.3
Bi
ểu diễn theo
đi
ểm
12
3.4
Bi
ểu diễn theo mức tập hợp
13
4 Các phép toán trên tập mờ 13
4.1 Phép bù, hội và giao 14
4.2
T
-
norm và T
-
conorm
15
4.3
Ánh x
ạ và phép mở rộng trụ
16
4.4
Các toán t
ử trong miền tích Cartesean
18
4.5
Biên ngôn ng
ữ
19
5 Quan hệ mờ 20
6 Tổ hợp quan hệ 21
7
Tóm t
ắt các
đi
ểm cần quan tâm
23
8
Bài t
ập
23
Chương Ba:
H
ệ thống mờ
24
1 Hệ mờ dùng luật nền 25
2
Mô hình ngôn ng
ữ
26
2.1
Th
ừa số ngôn ngữ và biến ngôn ngữ
27
2.2
Suy di
ễn trong mô hình ngôn ngữ
29
2.3
Suy di
ễn Max
-
min (Mamdani)
34
Tröôøng ÑH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Baûn quyeàn thuoäc veà Tröôøng ÑH SPKT TP. HCM
2.4
Gi
ải mờ
37
2.5 Phép hàm ý mờ và suy diễn Mamdani 38
2.6 Luật dùng nhiều ngõ vào, kết nối luận lý 40
2.7
Xâu chu
ỗi luật
43
3
Mô hình Singleton
44
4
Mô hình quan h
ệ
45
5
Mô hình Takagi
-
Sugeno (TS)
51
5.1 Suy diễn trong mô hình TS 52
5.2 Dùng mô hình TS làm hệ giả-tuyến tính 52
6
H
ệ mờ
đ
ộng
53
7
Tóm t
ắt
và các đi
ểm cần quan tâm
55
8
Bài t
ập
55
Chương Bốn:
Phép xâu chu
ỗi mờ
56
1
Các ý ni
ệm c
ơ b
ản
56
1.1
T
ập dữ liệu
56
1.2
Cluster và Prototype
57
1.3
T
ổng quan về các ph
ương pháp xâu chu
ỗi
58
2 Phép chia partition cứng và chia partition mờ 58
2.1 Chia partition cứng 59
2.1
Chia partition m
ờ
60
2.3
Chia partition possibillistic
61
3
Xâu chu
ỗi dùng fuzzy c
-
means (phương pháp FCM)
62
3.1
Ch
ức n
ăng c
ủa FCM
62
3.2 Thuật toán FCM 63
3.3 Các tham số của thuật toán FCM 65
3.4
M
ở rộng của thuật toán FCM
68
4
Thu
ật toán Gustafson
-
Kessel
69
4.1
Các tham s
ố của thuật toán Gustafson
-
Kessel
71
4.2
Phép di
ễn
đ
ạt ma trận cluster
đ
ồng ph
ương sai
71
5 Tóm tắt và các điểm cần quan tâm 73
6 Bài tập 73
Chương Năm:
K
ỹ thuật kiến tạo hệ mờ
74
1 Cấu trúc và tham số 75
2 Thiết kế dùng nền tri thức 76
3 Thu thập dữ liệu và tinh chỉnh hệ mờ 76
3.1
Tính h
ệ quả dùng phép
ư
ớc l
ư
ợng bình ph
ương t
ối thiểu
77
3.2
Mô hình hóa t
ừ bảng mẫu
77
3.3
Mô hình m
ờ
-
nơrôn (Neural
-
Fuzzy)
79
3.4 Kiến tạo dùng phương pháp xâu chuỗi 80
Tröôøng ÑH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Baûn quyeàn thuoäc veà Tröôøng ÑH SPKT TP. HCM
4
Mô hình Semi
-
Mechanistic
87
5 Tóm tắt và các điểm cần quan tâm 88
6 Bài tập 89
Chương Sáu:
Đi
ều khiển mờ dùng nền tri thức
90
1
Y
ếu tố thúc
đ
ẩ
y đi
ều khiển mờ
90
2 Điều khiển mờ và bộ điều khiển phi tuyến tham số hóa 91
3 Bộ điều khiển Mamdani 93
3.1
B
ộ lọc
đ
ộng tr
ư
ớc
94
3.2
B
ộ lọc
đ
ộng sau
95
3.3
Lu
ật nền
96
4
B
ộ
đi
ều khiển Takagi
-
Sugeno
103
5 Bộ điều khiển giám sát mờ 104
6 Hỗ trợ từ người vận hành 107
7
Các công c
ụ phần mềm và phần cứng
108
7.1
B
ộ soạn thảo dự án
108
7.2
Lu
ật nền và các hàm thành viên
108
7.3
Công c
ụ dùng phân tích và mô phỏng
109
7.4 Bộ tạo mã nguồn và kết nối thông tin 109
8 Tóm tắt và các điểm cần quan tâm 110
9
Bài t
ập
111
Chương B
ảy:
M
ạng n
ơrôn nhân t
ạo
112
1 Mở đầu 112
2 Mạng nơrôn sinh học 113
3
M
ạng n
ơrôn nhân t
ạo
113
4
Ki
ến trúc mạng n
ơrôn
115
5
H
ọc
116
6
M
ạng n
ơrôn nhi
ều lớp
116
6.1 Bước tính thuận 117
6.2 Khả năng xấp xỉ 118
6.3
Hu
ấn luyện, Thuật toán lan truyền ng
ư
ợc
121
7
M
ạng dùng hàm RBF
125
8
Tóm t
ắt và các
đi
ểm cần quan tâm
127
9 Bài tập
Chương Tám:
Đi
ều khiển mờ và
đi
ều khiển dùng mạng n
ơrôn
128
1
Đi
ều khiển nghịch
128
1.1
Đi
ều kh
i
ển truyền thẳng vòng hở
129
1.2 Điều khiển phản hồi vòng hở 129
Tröôøng ÑH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Baûn quyeàn thuoäc veà Tröôøng ÑH SPKT TP. HCM