1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN
Nguyễn Đức Điển
Võ Thu Hà, Trần Ngọc Sơn
TÀI LIỆU HỌC TẬP
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
THÔNG MINH
(Lưu hành nội bộ)
HÀ NỘI – 2022
2
LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ làm xuất hiện các đối tượng
điều khiển có độ phức tạp ngày càng tăng. Yêu cầu thực tiễn đặt ra là phải điều khiển
các hệ thống động ngày càng phức tạp, trong điều kiện yếu tố bất định ngày càng gia
tăng với yêu cầu chất lượng điều khiển ngày càng cao. Các yêu cầu trên không thể đáp
ứng được trọn vẹn nếu dùng lý thuyết điều khiển thông thường sẵn có. Đây chính là
động lực cho ra đời một lĩnh vực nghiên cứu mới đó là điều khiển thông minh. Điểm
khác biệt điều khiển thông minh và điều khiển thông thường là khi thiết kế về nguyên
tắc là không cần mô hình toán học của đối tượng điều khiển. Các kỹ thuật điều khiển
thông minh được sử dụng phổ biến hiện nay là điều khiển mờ, mạng nơ ron, thuật toán
di chuyền.
Để cập nhật các kiến thức cơ bản về điều khiển thông minh và phù hợp với nội
dung chương trình đào tạo hiện nay cho sinh viên ngành “Công nghệ Kỹ thuật Điều
khiển và Tự động hóa” của Khoa Điện trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công
nghiệp; chúng tôi biên soạn tài liệu “ Các phương pháp điều khiển thông minh”. Tài
liệu gồm 5 chương, trình bày một cách cơ bản về cơ sở lý thuyết và ứng dụng của bộ
điều khiển mờ, mạng nơron trong nhận dạng và điều khiển hệ thống.
Trong quá trình biên soạn, mặc dù các tác giả đã rất cố gắng, nhưng do trình độ
và thời gian có hạn, tài liệu không tránh khỏi những sai sót. Chúng tôi mong nhận
được góp ý và nhận xét của bạn đọc để cuốn sách được hoàn thiện hơn trong lần tái
bản sau..
Các tác giả
3
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 2
MỤC LỤC ............................................................................................................. 3
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................... 6
CHƯƠNG 1
.
ĐIỀU KHIỂN MỜ ...................................................................... 11
1.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỜ .............................. 12
1.1.1. Giới thiệu ........................................................................................... 12
1.1.2. Khái niệm về tập mờ .......................................................................... 13
1.1.3. Các phép toán trên tập mờ ................................................................. 18
1.1.4. Biến ngôn ngữ và giá trị của biến ngôn ngữ ...................................... 21
1.1.5. Luật hợp thành mờ ............................................................................. 22
1.1.6. Giải mờ .............................................................................................. 29
1.2. CẤU TRÚC CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ ............................................... 32
1.3. PHÂN LOẠI BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ ....................................................... 33
1.4. CÁC BƯỚC TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ ................................... 35
1.5. VÍ DỤ ỨNG DỤNG ................................................................................. 36
1.5.1. Ví dụ ứng dụng 1 ............................................................................... 36
1.5.2. Ví dụ ứng dụng 2 ............................................................................... 37
1.6. BÀI TẬP CHƯƠNG 1 .............................................................................. 40
CHƯƠNG 2
.
CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU
KHIỂN ......................................................................................................................... 43
2.1. BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ TĨNH ................................................................... 43
2.1.1. Khái niệm ........................................................................................... 43
2.2.2. Thuật toán tổng hợp một bộ điều khiển mờ tĩnh ............................... 43
2.1.3. Tổng hợp bộ điều khiển mờ tuyến tính từng đoạn ............................. 44
2.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỘNG ................................................................. 45
2.2.1. Bộ điều khiển mờ luật PI ................................................................... 45
2.2.2. Bộ điều khiển mờ luật PD .................................................................. 51
2.2.3. Bộ điều khiển mờ luật PID ................................................................ 53
2.3. HỆ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI ...................................................................... 54
2.3.1. Tổng quan hệ điều khiển mờ lai ........................................................ 54
2.3.2. Các hệ điều khiển mờ lai ................................................................... 55
2.4. CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ MỜ PID ......................................................... 58
4
2.4.1. Bộ điều khiển PID mờ Madani .......................................................... 58
2.4.2. Bộ điều khiển PID mờ Sugeno .......................................................... 60
2.5. THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN MỜ BẰNG PIIẦN MỀM MATLAB ...... 64
2.5.1. Giới thiệu hộp công cụ lôgic mờ ....................................................... 64
2.5.2. Ví dụ minh họa .................................................................................. 67
2.6. VÍ DỤ THỰC NGHIỆM .......................................................................... 71
2.6.1. Tổng quan đối tượng .......................................................................... 71
2.6.2. Nhận dạng mô hình toán hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một
chiều ...................................................................................................................... 73
2.6.3. Thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ sử dụng bộ điều khiển PID... 75
2.6.4. Thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ sử dụng bộ điều khiển mờ .... 76
2.7. BÀI TẬP CHƯƠNG 2 .............................................................................. 81
CHƯƠNG 3
.
MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ................................................... 87
3.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠNG NƠRON ................................. 87
3.1.1. Tế bào nơron ...................................................................................... 88
3.1.2. Các loại mô hình cấu trúc mạng nơron .............................................. 92
3.1.3. Các tính chất của mạng nơron ........................................................... 93
3.1.4. Các luật học........................................................................................ 93
3.2. CÁC MẠNG NƠRON TRUYỀN THẲNG SỬ DỤNG LUẬT HỌC
GIÁM SÁT ............................................................................................................... 97
3.2.1. Mạng Perceptron ................................................................................ 97
3.2.2. Mạng Adaline .................................................................................. 103
3.2.3. Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp ................................................ 105
3.3. XÂY DỰNG MỘT SỐ MẠNG NƠRON TRÊN MATLAB-SIMULINK
................................................................................................................................ 112
3.3.1. Thiết lập và mô phỏng mạng Perceptron trên Matlab ..................... 112
3.3.2. Thiết lập và mô phỏng mạng Adaline .............................................. 115
3.3.3. Thiết lập và mô phỏng mạng truyền thẳng nhiều lớp ...................... 116
3.4. BÀI TẬP CHƯƠNG 4 ............................................................................ 118
CHƯƠNG 4
.
ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON TRONG NHẬN DẠNG VÀ
ĐIỀU KHIỂN ............................................................................................................ 122
4.1. ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON TRONG NHẬN DẠNG...................... 122
4.1.1.Nhận dạng đối tượng ........................................................................ 122
5
4.1.2. Mô hình nhận dạng dùng mạng nơron ............................................. 127
4.2. ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON TRONG ĐIỀU KHIỂN ........................ 134
4.2.1. Một số ứng dụng của mạng nơron trong điều khiển ........................ 134
4.2.2. Một số ví dụ ứng dụng của mạng nơron trong điều khiển ............... 140
4.4. BÀI TẬP CHƯƠNG 4 ............................................................................ 144
CHƯƠNG 5
.
KẾT HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ MẠNG NƠRON
TRONG ĐIỀU KHIỂN ............................................................................................ 148
5.1. GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................ 148
5.2. KẾT HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ MẠNG NƠRON TRONG ĐIỀU
KHIỂN .................................................................................................................... 149
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 151