Điều khiển thông minh

1
Giáo trình:
Giáo trình:


Hệ thống thông minh
Hệ thống thông minh
gồm 2 phần:
gồm 2 phần:
Hệ thống điều khiển mờ
Hệ thống điều khiển mờ
và mạng
và mạng
nơron
nơron
nhân tạo
nhân tạo
Phần 1: Hệ thống điều khiển mờ
Phần 1: Hệ thống điều khiển mờ
Chương 1
Chương 1
:
:
Cơ sở lý thuyết của hệ mờ
Cơ sở lý thuyết của hệ mờ
Chương 2
Chương 2
: điều kiển mờ
: điều kiển mờ
Chương 3
Chương 3

: Các phần mềm cho hệ mờ
: Các phần mềm cho hệ mờ
NextNi dung
2
Chương 1
Chương 1
:
:
Cơ sở lý thuyết của hệ mờ
Cơ sở lý thuyết của hệ mờ
1.1.
1.1.
Các khái niệm cơ bản
Các khái niệm cơ bản
1.2.
1.2.
Các phép toán trên tập mờ
Các phép toán trên tập mờ
1.3.
1.3.
Biến ngôn ngữ
Biến ngôn ngữ
1.4.
1.4.
Luật hợp thành mờ
Luật hợp thành mờ
1.5.
1.5.
Giải mờ
Giải mờ

NextNội dung C1
Back
3
1.1
1.1
. Các khái niệm cơ bản
. Các khái niệm cơ bản
1.1.1
1.1.1
. Bộ điều khiển mờ lý tưởng
. Bộ điều khiển mờ lý tưởng
1.1.2
1.1.2
. Nhắc lại về tập kinh điển
. Nhắc lại về tập kinh điển
1.1.3
1.1.3
. Khái niệm về tập mờ
. Khái niệm về tập mờ
NextC1 T1
Back
4
1.2
1.2
. C¸c phÐp to¸n trªn tËp mê
. C¸c phÐp to¸n trªn tËp mê
1.2.1
1.2.1
. PhÐp hîp hai tËp mê
. PhÐp hîp hai tËp mê

1.2.2
1.2.2
. PhÐp giao hai tËp mê
. PhÐp giao hai tËp mê
1.2.3
1.2.3
. PhÐp bï cña mét tËp mê
. PhÐp bï cña mét tËp mê
1.3
1.3
. BiÕn ng«n ng÷
. BiÕn ng«n ng÷
NextC1 T2
Back
5
1.4.
1.4.
LuËt hîp thµnh mê
LuËt hîp thµnh mê
1.4.1
1.4.1
. MÖnh ®Ò hîp thµnh
. MÖnh ®Ò hîp thµnh
1.4.2
1.4.2
. Qui t¾c hîp thµnh
. Qui t¾c hîp thµnh
1.4.3

1.4.3
. LuËt hîp thµnh
. LuËt hîp thµnh
NextC1 T4
Back
6
1.5
1.5
. Gi¶i mê
. Gi¶i mê
1.5.1
1.5.1
: Ph­¬ng ph¸p cùc ®¹i
: Ph­¬ng ph¸p cùc ®¹i
1.5.2
1.5.2
: Ph­¬ng ph¸p ®iÓm träng t©m
: Ph­¬ng ph¸p ®iÓm träng t©m
NextC1 T5
Back
7
Chương 1:
Chương 1:
Cơ sở lý thuyết của hệ mờ
Cơ sở lý thuyết của hệ mờ
1.1. Các khái niệm cơ bản
1.1. Các khái niệm cơ bản
1.1.1
1.1.1
. Bộ điều khiển mờ lý tưởng

. Bộ điều khiển mờ lý tưởng
Trên góc độ điều khiển thì con người có
Trên góc độ điều khiển thì con người có
khả năng tuyệt vời của bộ điều khiển mờ hoàn
khả năng tuyệt vời của bộ điều khiển mờ hoàn
chỉnh. Để hiểu rõ ta xét hoạt động lái xe của một
chỉnh. Để hiểu rõ ta xét hoạt động lái xe của một
người lái xe trên đường xem ông ta xử lý những
người lái xe trên đường xem ông ta xử lý những
thông tin gì và xử lý chúng như thế nào:
thông tin gì và xử lý chúng như thế nào:
NextC1 T1
Back
8
+
+
Đại lượng điều khiển thứ nhất là con đường trước mặt
Đại lượng điều khiển thứ nhất là con đường trước mặt
.
.


Người lái xe có nhiệm vụ điều khiển chiếc xe
Người lái xe có nhiệm vụ điều khiển chiếc xe
đi đúng phần đường quy định, tức là phải luôn giữ
đi đúng phần đường quy định, tức là phải luôn giữ
cho xe nằm trong phần đường bên phải kể từ vạch
cho xe nằm trong phần đường bên phải kể từ vạch
phân cách, trừ trường hợp vượt xe khác, tránh các
phân cách, trừ trường hợp vượt xe khác, tránh các

phương tiện lưu thông khác trên đường...
phương tiện lưu thông khác trên đường...
Để làm được việc đó người lái xe phải biết xe
Để làm được việc đó người lái xe phải biết xe
của mình đang ở đâu bằng các quan sát vạch phân
của mình đang ở đâu bằng các quan sát vạch phân
cách trên đường, quan sát các vật cố định khác có
cách trên đường, quan sát các vật cố định khác có
trên đường, quan sát các chướng ngại vật nhờ đó mà
trên đường, quan sát các chướng ngại vật nhờ đó mà
người lái xe phải quyết định đánh lái sang trái hay
người lái xe phải quyết định đánh lái sang trái hay
sang phải, đánh lái mạnh hay yếu.
sang phải, đánh lái mạnh hay yếu.
NextC1 T1
Back
9
+
+
Đại lượng điều khiển thứ hai là tốc độ của xe
Đại lượng điều khiển thứ hai là tốc độ của xe
.
.


Với nguyên tắc để xe chạy êm và an toàn cũng
Với nguyên tắc để xe chạy êm và an toàn cũng
như tiết kiệm xăng người lái xe có nhiệm vụ giữ ổn
như tiết kiệm xăng người lái xe có nhiệm vụ giữ ổn
định tốc độ cho xe, tránh phanh gấp hoặc gia tốc đột

định tốc độ cho xe, tránh phanh gấp hoặc gia tốc đột
ngột không cần thiết.
ngột không cần thiết.
Giá trị tốc độ xe phải giữ cũng phụ thuộc nhiều
Giá trị tốc độ xe phải giữ cũng phụ thuộc nhiều
vào môi trường xung quanh như thời tiết, cảnh quan,
vào môi trường xung quanh như thời tiết, cảnh quan,
mật độ xe trên đường và cũng còn phụ thuộc việc ông
mật độ xe trên đường và cũng còn phụ thuộc việc ông
người lái xe có quen đường hay không.
người lái xe có quen đường hay không.
Tuy nhiên, quy luật điều khiển này hoàn toàn
Tuy nhiên, quy luật điều khiển này hoàn toàn
không cố định. Giả sử phía trước có xe chạy chậm thì
không cố định. Giả sử phía trước có xe chạy chậm thì
người lái xe phải giảm tốc độ cho đến khi vượt được
người lái xe phải giảm tốc độ cho đến khi vượt được
chiếc xe đó.
chiếc xe đó.
Next
Back
C1 T1
10
+ Ngoài hai đại lượng cần điều khiển chính
+ Ngoài hai đại lượng cần điều khiển chính
như
như
trên người lái xe còn phải theo dõi tình trạng làm
trên người lái xe còn phải theo dõi tình trạng làm
việc của xe như nước làm mát có quá nóng, dầu bôi

việc của xe như nước làm mát có quá nóng, dầu bôi
trơn có còn đủ, lượng xăng trong bình, nhiệt độ
trơn có còn đủ, lượng xăng trong bình, nhiệt độ
trong xe, áp suất hơi trong lốp, nhiệt độ máy để
trong xe, áp suất hơi trong lốp, nhiệt độ máy để
có thể phân tích, nhận định kịp thời các lỗi hư hỏng
có thể phân tích, nhận định kịp thời các lỗi hư hỏng
của xe.
của xe.
Tất cả các sự thay đổi tham số ở trên người
Tất cả các sự thay đổi tham số ở trên người
lái xe có thể nhận biết trực tiếp qua các đèn tín
lái xe có thể nhận biết trực tiếp qua các đèn tín
hiệu trong xe, song cũng có thể nhận biết gián tiếp
hiệu trong xe, song cũng có thể nhận biết gián tiếp
qua phản ứng của xe với các đại lượng điều khiển.
qua phản ứng của xe với các đại lượng điều khiển.
Next
Back
C1 T1
11
Người lái, xe trong quá trình lái xe, đã
Người lái, xe trong quá trình lái xe, đã
thực hiện tuyệt vời chức năng của bộ điều
thực hiện tuyệt vời chức năng của bộ điều
khiển, từ thu thập thông tin, thực hiện thuật
khiển, từ thu thập thông tin, thực hiện thuật
toán điều khiển (trong đầu) cho đến đưa ra tín
toán điều khiển (trong đầu) cho đến đưa ra tín
hiệu điều khiển kịp thời mà không cần phải

hiệu điều khiển kịp thời mà không cần phải
biết chính xác về vị trí, tốc độ, tình trạng
biết chính xác về vị trí, tốc độ, tình trạng
của xe.
của xe.
Hoàn toàn ngược lại với khái niệm điều
Hoàn toàn ngược lại với khái niệm điều
khiển chính xác, người lái xe cũng chỉ cần đưa
khiển chính xác, người lái xe cũng chỉ cần đưa
ra những đại lượng điều khiển theo nguyên tắc
ra những đại lượng điều khiển theo nguyên tắc
xử lý mờ như:
xử lý mờ như:
Next
Back
C1 T1
12
- nếu xe hướng nhẹ ra vạch phân cách thì
- nếu xe hướng nhẹ ra vạch phân cách thì
đánh lái nhẹ sang phải
đánh lái nhẹ sang phải
- nếu xe hướng mạnh ra vạch phân cách thì
- nếu xe hướng mạnh ra vạch phân cách thì
đánh lái mạnh sang phải
đánh lái mạnh sang phải
- nếu đường có độ dốc lớn thì về số
- nếu đường có độ dốc lớn thì về số
- nếu gặp chướng ngại vật thì phải giảm tốc
- nếu gặp chướng ngại vật thì phải giảm tốc
độ

độ
- nếu đường tốt, tầm nhìn thoảng thì có thể
- nếu đường tốt, tầm nhìn thoảng thì có thể
tăng tốc độ
tăng tốc độ
- nếu ....
- nếu ....
Next
Back
C1 T1
13
Các nguyên lý điều khiển mờ như trên, tuy có
Các nguyên lý điều khiển mờ như trên, tuy có
khác nhau về số lượng các mệnh đề điều kiện, song
khác nhau về số lượng các mệnh đề điều kiện, song
đều cùng có một cấu trúc:
đều cùng có một cấu trúc:
nếu
nếu


điều kiện 1
điều kiện 1
và và
và và
điều kiện n
điều kiện n


thì

thì


quyết
quyết
định
định


1
1
và và
và và
quyết định m.
quyết định m.
Dựa trên nguyên lý điều khiển mờ của người
Dựa trên nguyên lý điều khiển mờ của người
lái xe thực hiện việc lái xe các nhà khoa học cũng
lái xe thực hiện việc lái xe các nhà khoa học cũng
xây dựng lại mô hình điều khiển theo nguyên lý
xây dựng lại mô hình điều khiển theo nguyên lý
mờ để có thể áp dụng cho các lĩnh vực điều khiển
mờ để có thể áp dụng cho các lĩnh vực điều khiển
khác nhau đó chính là hệ thống điều khiển mờ, mà
khác nhau đó chính là hệ thống điều khiển mờ, mà
lý thuyết của nó là logic mờ.
lý thuyết của nó là logic mờ.
Next
Back
C1 T1

14
1.
1.
1
1
.2
.2
. Nhắc lại về tập kinh điển
. Nhắc lại về tập kinh điển
a
a
, Khái niệm về tập hợp
, Khái niệm về tập hợp
Tập hợp có thể coi là sự xếp đặt chung lại các
Tập hợp có thể coi là sự xếp đặt chung lại các
vật, các đối tượng có cùng chung một tính chất.
vật, các đối tượng có cùng chung một tính chất.
Các vật, các đối tượng đó được gọi là phần tử của
Các vật, các đối tượng đó được gọi là phần tử của
tập hợp.
tập hợp.
Ví dụ
Ví dụ
: một lớp trong đó có các thành viên của lớp,
: một lớp trong đó có các thành viên của lớp,


một tổng công ty trong có các công ty thành
một tổng công ty trong có các công ty thành
viên .

viên .
Next
Back
C1 T1
15
Cho một tập hợp A. Một phần tử x thuộc
Cho một tập hợp A. Một phần tử x thuộc
A được ký hiệu bằng , ngược lại ký hiệu
A được ký hiệu bằng , ngược lại ký hiệu


để chỉ x không thuộc A.
để chỉ x không thuộc A.
Một tập hợp không có phần tử nào được
Một tập hợp không có phần tử nào được
gọi là tập rỗng, tập rỗng ký hiệu
gọi là tập rỗng, tập rỗng ký hiệu


.
.
Có nhiều cách để ký hiệu một tập hợp
Có nhiều cách để ký hiệu một tập hợp
như:
như:
liệt kê các phần tử của tập hợp,
liệt kê các phần tử của tập hợp,
biểu diễn thông qua tính chất tổng quát
biểu diễn thông qua tính chất tổng quát
của các phần tử.

của các phần tử.
Next
Back
Ax

Ax

C1 T1
16
Cho hai tập hợp A và B.
Cho hai tập hợp A và B.


Nếu mọi phần tử của A cũng là phần tử của B thì A
Nếu mọi phần tử của A cũng là phần tử của B thì A
được gọi là tập con của B và ký hiệu bằng .
được gọi là tập con của B và ký hiệu bằng .
Nếu trong B còn có ít nhất một phần tử không
Nếu trong B còn có ít nhất một phần tử không
thuộc A thì A được gọi là tập con thực của B và ký
thuộc A thì A được gọi là tập con thực của B và ký
hiệu bằng .
hiệu bằng .
Hai tập hợp A và B cùng đồng thời thoả mãn
Hai tập hợp A và B cùng đồng thời thoả mãn
và thì nói là chúng bằng nhau và ký hiệu
và thì nói là chúng bằng nhau và ký hiệu
bằng .
bằng .
Với hai tập bằng nhau thì mọi phần tử của tập này

Với hai tập bằng nhau thì mọi phần tử của tập này
cũng là phần tử của tập kia và ngược lại.
cũng là phần tử của tập kia và ngược lại.
Next
Back
BA

BA

BA

AB

BA
=
C1 T1
17
b
b
,
,
>
>
Các phép tính của tập hợp
Các phép tính của tập hợp
Có 5 phép tính về tập hợp
Có 5 phép tính về tập hợp
+ Hiệu của hai tập hợp
+ Hiệu của hai tập hợp
A, B được ký hiệu

A, B được ký hiệu
bằng A\B, là một tập hợp, gồm các phần tử của A
bằng A\B, là một tập hợp, gồm các phần tử của A
không thuộc B
không thuộc B
hình 1.1a
hình 1.1a
.
.
+ Giao (phần chung) của hai tập hợp
+ Giao (phần chung) của hai tập hợp
A, B đư
A, B đư
ợc ký hiệu bằng A
ợc ký hiệu bằng A


B, là một tập hợp, gồm các
B, là một tập hợp, gồm các
phần tử vừa thuộc A, vừa thuộc B
phần tử vừa thuộc A, vừa thuộc B
hình 1.1b
hình 1.1b
.
.
+ Hợp của hai tập hợp
+ Hợp của hai tập hợp
A, B được ký hiệu
A, B được ký hiệu
bằng A

bằng A


B, là một tập hợp, gồm tất cả các phần tử
B, là một tập hợp, gồm tất cả các phần tử
của A và của B
của A và của B
hình 1.1c
hình 1.1c
.
.
Next
Back
C1 T1
18
Next
Back
B
A\B
A
B
B
A
a, b,
c,
H×nh 1.1: C¸c phÐp tÝnh trªn tËp hîp
A∩B
B
A∪B
C1 T1

19
+ Bù của một tập hợp
+ Bù của một tập hợp
A, được ký hiệu bằng
A, được ký hiệu bằng
A
A
C
C
, là một tập hợp gồm các phần tử không thuộc A.
, là một tập hợp gồm các phần tử không thuộc A.
+ Tích của hai tập hợp
+ Tích của hai tập hợp
A, B ký hiệu là A
A, B ký hiệu là A
ì
ì
B, là
B, là
một tập hợp mà mỗi phần tử của nó là một cặp (x,y)
một tập hợp mà mỗi phần tử của nó là một cặp (x,y)
trong đó và . Hai tập hợp A, B được gọi là
trong đó và . Hai tập hợp A, B được gọi là
thừa số của phép nhân. Trong trường hợp A = B thì
thừa số của phép nhân. Trong trường hợp A = B thì
tích A
tích A
ì
ì
B thường được viết thành A

B thường được viết thành A
2
2
.
.
Tích hai tập hợp sẽ là tập rỗng nếu như một
Tích hai tập hợp sẽ là tập rỗng nếu như một
trong hai tập thừa số là tập rỗng. Ngược lại nếu tích
trong hai tập thừa số là tập rỗng. Ngược lại nếu tích
là tập rỗng thì ít nhất phải có một tập thừa số là tập
là tập rỗng thì ít nhất phải có một tập thừa số là tập
rỗng.
rỗng.
Phép nhận tập hợp không có tính giao hoán.
Phép nhận tập hợp không có tính giao hoán.
Next
Back
Ax

By

C1 T1
20
c
c
, Hàm liên thuộc(phụ thuộc)
, Hàm liên thuộc(phụ thuộc)
Hàm liên thuộc của tập hợp A thể hiện mức
Hàm liên thuộc của tập hợp A thể hiện mức
độ phụ thuộc của các giá trị trong tập hợp đó.

độ phụ thuộc của các giá trị trong tập hợp đó.
Nếu thì có độ phụ thuộc là 1, còn thì có
Nếu thì có độ phụ thuộc là 1, còn thì có
độ phụ thuộc 0. Hàm liên thuộc của tập hợp A ký
độ phụ thuộc 0. Hàm liên thuộc của tập hợp A ký
hiệu là
hiệu là
:
:
Hàm liên thuộc của tập hợp
Hàm liên thuộc của tập hợp
như
như
hình 1.2
hình 1.2
.
.


Next
Back
Ax

Ax

=à
Axkhi0
Axkhi1
)x(
A
Hình 1.2: Hàm liên thuộc của
tập hợp
à
A
(x)
x
0
1
C1 T1
21
C¸c phÐp to¸n hiÖu, giao, hîp, bï, nh©n c¸c tËp
C¸c phÐp to¸n hiÖu, giao, hîp, bï, nh©n c¸c tËp
hîp thÓ hiÖn qua hµm liªn thuéc nh­ sau:
hîp thÓ hiÖn qua hµm liªn thuéc nh­ sau:
Next
Back
)x()x()x()x(
BAAB\A
µµ−µ=µ
{ }
)x(),x(min)x()x()x(
BABABA
µµ=µµ=µ
∩
{ }

)x(),x(max)x()x()x()x()x(
BABABABA
µµ=µµ−µ+µ=µ
∪
)x(1)x(
A
A
C
µ−=µ
)y()x()y,x(
BABA
µµ=µ
×
C1 T1
22
1.1.3
1.1.3
. Khái niệm về tập mờ
. Khái niệm về tập mờ
Trước tiên ta xem xét sự khác nhau giữa tập
Trước tiên ta xem xét sự khác nhau giữa tập
mờ và tập hợp kinh điển thông qua khái niệm hàm
mờ và tập hợp kinh điển thông qua khái niệm hàm
liên thuộc.
liên thuộc.
Hàm liên thuộc
Hàm liên thuộc
à
à
A

A
của tập hợp kinh điển chỉ
của tập hợp kinh điển chỉ
có hai giá trị chính xác là 0 và 1 như
có hai giá trị chính xác là 0 và 1 như
hình 1.2
hình 1.2
, do
, do
vậy nếu ta đã biết tập hợp A thì cũng xác định đư
vậy nếu ta đã biết tập hợp A thì cũng xác định đư
ợc hàm liên thuộc
ợc hàm liên thuộc
à
à
A
A
(x) của nó và ngược lại, nếu
(x) của nó và ngược lại, nếu
đã biết hàm liên thuộc
đã biết hàm liên thuộc
à
à
A
A
(x) thì cũng suy ra được
(x) thì cũng suy ra được
tập hợp A.
tập hợp A.
Next

Back
C1 T1
23
Trong logic mờ, vấn đề này lại khác, hàm
Trong logic mờ, vấn đề này lại khác, hàm
liên thuộc của tập mờ không chỉ nhận 2 giá trị là 0
liên thuộc của tập mờ không chỉ nhận 2 giá trị là 0
và 1 mà là toàn bộ các giá trị từ 0 đến 1 tức là
và 1 mà là toàn bộ các giá trị từ 0 đến 1 tức là


Ví dụ:
Ví dụ:
cho tập B gồm các số nhỏ hơn nhiều so với
cho tập B gồm các số nhỏ hơn nhiều so với
6.
6.
Như vậy, không khẳng định được số x = 3,5 có
Như vậy, không khẳng định được số x = 3,5 có
thuộc B hay không thuộc B, vậy thì thuộc B bao
thuộc B hay không thuộc B, vậy thì thuộc B bao
nhiêu phần trăm. Trên
nhiêu phần trăm. Trên
hình 1.3
hình 1.3
là hai hàm liên
là hai hàm liên
thuộc của hai tập. Hàm liên thuộc của tập mờ B có
thuộc của hai tập. Hàm liên thuộc của tập mờ B có
dạng

dạng
hình 1.3a
hình 1.3a
.
.
Next
Back
1)x(0
B
à
C1 T1
24
Như vậy,
Như vậy,


ở logic mờ không có sự suy luận thuận
ở logic mờ không có sự suy luận thuận
ngược như với tập hợp kinh điển. Vì vậy trong định
ngược như với tập hợp kinh điển. Vì vậy trong định
nghĩa tập mờ phải nêu thêm về hàm liên thuộc này
nghĩa tập mờ phải nêu thêm về hàm liên thuộc này
do vai trò của nó là làm rõ ra chính tập mờ đó.
do vai trò của nó là làm rõ ra chính tập mờ đó.
Next
Back
Hình 1.3: Hàm liên thuộc của tập mờ.
a,
b,
à

B
(x)
x
0
1
à
C
(x)
x
0
1
m
1
m
2
m
3
m
4
C1 T1
25
a
a
. Định nghĩa tập mờ
. Định nghĩa tập mờ
Tập mờ F xác định trên tập kinh điển M là
Tập mờ F xác định trên tập kinh điển M là
một tập mà mỗi phần tử của nó là một cặp các giá
một tập mà mỗi phần tử của nó là một cặp các giá
trị (x,

trị (x,
à
à
f
f
(x)), trong đó x
(x)), trong đó x


M và
M và
à
à
f
f
là ánh xạ
là ánh xạ
-
-
á
á
nh xạ
nh xạ
à
à
f
f
được gọi là hàm liên thuộc (phụ thuộc)
được gọi là hàm liên thuộc (phụ thuộc)
của tập mờ F.

của tập mờ F.
- Tập kinh điển M được gọi là cơ sở của tập mờ F.
- Tập kinh điển M được gọi là cơ sở của tập mờ F.
Next
Back
]1,0[M:
f
à
C1 T1