Bài giảng Logic mờ và ứng dụng - Chương 6: Điều khiển mờ - Trần Văn Lăng

Đặc điểm • Kiến thức toán học về vận hành tiến trình là không cần thiết • Điều khiển mờ sử dụng các kỹ năng của người vận hành có kinh nghiệm, hoặc Sử dụng tri thức chuyên gia • Các giác quan của con người có thể mô hình hóa, Sử dụng ngôn ngữ tự nhiên được định nghĩa không rõ ràng Ưu điểm • Một số lượng ít các luật đủ để mô tả hệ thống • Việc tổng hợp ý kiến của nhiều chuyên gia được đễ dàng thực hiện • Có thể phối hợp nhiều mục tiêu It bị ảnh hưởng bởi yếu tố nhiều khi đo đạt • Có độ chính xác cao và ít năng lượng

21 trang | Chia sẻ: candy98 | Lượt xem: 607 | Lượt tải: 1

Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Logic mờ và ứng dụng - Chương 6: Điều khiển mờ - Trần Văn Lăng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

11/15/13 1 PGS.TS. Trần Văn Lăng Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 1 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 2 ¡  Mục tiêu là điều khiển tiến trình dựa trên tri thức chuyên gia §  Điều khiển cổ điển sử dụng nhưng tham số vật lý để điều khiển. §  Còn điều khiển mờ dựa trên tri thức của chuyên gia ¡  Đôi khi, kết hợp giữa điều khiển mờ và điều khiển cổ điển để giải quyết bài toán điều khiển Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 3 ¡  Kiến thức toán học về vận hành tiến trình là không cần thiết ¡  Điều khiển mờ sử dụng các kỹ năng của người vận hành có kinh nghiệm, hoặc sử dụng tri thức chuyên gia ¡  Các giác quan của con người có thể mô hình hóa, sử dụng ngôn ngữ tự nhiên được định nghĩa không rõ ràng Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 4 11/15/13 2 ¡  Một số lượng ít các luật đủ để mô tả hệ thống ¡  Việc tổng hợp ý kiến của nhiều chuyên gia được đễ dàng thực hiện ¡  Có thể phối hợp nhiều mục tiêu ¡  Ít bị ảnh hưởng bởi yếu tố nhiễu khi đo đạt ¡  Có độ chính xác cao và ít năng lượng Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 5 Ví dụ Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 6 ¡  Hệ thống mờ có hai giá trị nhập vào như sau: §  Độ bẩn trên quần áo §  Loại chất bẩn trên quần áo. Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 7 ¡  Dữ liệu này thu được từ các sensor quang học. ¡  Độ bẩn được xác định bởi sự trong suốt của nước. ¡  Loại chất bẩn được xác định từ sự bão hòa (thời gian để đạt đến sự bão hòa). §  Quần áo dầu mỡ chẳng hạn cần lâu hơn cho sự trong suốt nước để đạt đến sự bão hòa bởi vì mỡ là chất ít hòa tan trong nước hơn những dạng khác của chất bẩn. Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 8 11/15/13 3 ¡  Hệ thống phải có sensor khá tốt có thể cung cấp dữ liệu cần thiết cho bộ điều khiển mờ. ¡  Giá trị độ bẩn và loại chất bẩn được chuẩn hóa: giả sử trong đoạn [0,100] Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 9 ¡  Với biến ngôn ngữ “Độ bẩn” có các tập mờ §  Bẩn ít (D.Small) §  Bẩn vừa (D.Medium) §  Bẩn nhiều (D.Large) Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 10 ¡  Biến ngôn ngữ “Loại chất bẩn” có các tập mờ: §  Mỡ ít (K.NotGreasy) §  Mỡ vừa (K.Medium) §  Mỡ nhiều (K.Greasy) Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 11 ¡  Biến ngôn ngữ xác định “Thời gian giặt” có các tập mờ §  Giặt rất ngắn (T.VeryShort) §  Giặt ngắn (T.Short) §  Giặt vừa (T.Medium) §  Giặt lâu (T.Long) §  Giặt rất lâu (T.Very Long) Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 12 11/15/13 4 ¡  Quy tắc mang tính trực giác: “Nếu thời gian bão hòa lâu và sự trong suốt ít Thì thời gian giặt cần phải lâu” ¡  Sự kết hợp khác nhau của những luật đó và những điều kiện khác, sẽ đưa ra những quy tắc cần thiết để xây dựng bộ điều khiển máy giặt. Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 13 ¡  Gọi §  x: Độ bẩn (0 ≤ x ≤ 100) §  y: Loại chất bẩn (0 ≤ y ≤ 100) §  z: Thời gian giặt (0 ≤ z ≤ 60) Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 14 ¡  (R1): If x is Large and y is Greasy then z is VeryLong ¡  (R2): If x is Medium and y is Greasy then z is Long ¡  (R3): If x is Small and y is Greasy then z is Long Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 15 ¡  (R4): If x is Large and y is Medium then z is Long ¡  (R5): If x is Medium and y is Medium then z is Medium ¡  (R6): If x is Small and y is Medium then z is Medium Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 16 11/15/13 5 ¡  (R7): If x is Large and y is NotGreasy then z is Medium ¡  (R8): If x is Medium and y is NotGreasy then z is Short ¡  (R9): If x is Small and y is NotGreasy then z is VeryShort Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 17 D.Small D.Medium D.Large K.NotGreasy T.VeryShort T.Short T.Medium K.Medium T. Medium T. Medium T. Long K.Greasy T. Long T. Long T. VeryLong Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 18 ¡  μD.Small(x) = 1 -‐ x/50, nếu 0 ≤ x ≤ 50 = 0 nếu 50 < x ≤ 100 ¡  μD.Medium(x) = x/50, nếu 0 ≤ x ≤ 50 2-‐x/50, nếu 50 < x ≤ 100 ¡  μD.Large(x) = 0, nếu 0 ≤ x ≤ 50 x/50 –1 nếu 50 < x ≤ 100 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 19 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 50 100 200 Smail Medium Large Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 20 11/15/13 6 ¡  μK.NotGreasy(y) = 1 -‐ y/50, 0 ≤ y ≤ 50 0 50 ≤ y ≤ 100 ¡  μK.Medium(y) = y/50, 0 ≤ y ≤ 50 2 -‐ y/50, 50 ≤ y ≤ 100 ¡  μK.Greasy(y) = 0, 0 ≤ y ≤ 50 y/50 – 1, 50 ≤ y ≤ 100 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 21 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 50 100 200 NotGreasy Medium Greasy Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 22 ¡  μT.VeryShort(z) = 1, 0 ≤ z ≤ 4 (18 -‐ z)/14, 4 ≤ z ≤ 18 0, 18 ≤ z ≤ 60 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 23 ¡  μT. Short(z) = 0, 0 ≤ z ≤ 4 (z -‐ 4)/14, 4 ≤ z ≤ 18 (32 -‐ z)/14, 18 ≤ z ≤ 32 0, 32 ≤ z ≤ 60 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 24 11/15/13 7 ¡  μT.Medium(z) = 0, 0 ≤ z ≤ 18 (z -‐ 18)/14, 18 ≤ z ≤ 32 (46 -‐ z)/14, 32 ≤ z ≤ 46 0, 46 ≤ z ≤ 60 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 25 ¡  μT.Long(z) = 0, 0 ≤ z ≤ 32 (z -‐ 32)/14, 32 ≤ z ≤ 46 (60 -‐ z)/14, 46 ≤ z ≤ 60 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 26 ¡  μT.VeryLong(z) = 0, 0 ≤ z ≤ 46 (z -‐ 46)/14, 46 ≤ z ≤ 60 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 27 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 4 18 32 46 60 VeryShort Short Medium Long VeryLong Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 28 11/15/13 8 ¡  Giả sử Độ bẩn là 40, Loại chất bẩn là 60, ta có: §  µD.Small(40) = 1/5 §  µD.Medium(40) = 4/5 §  µD.Large(40) = 0 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 29 §  µK.NotGreasy(60) = 0 §  µK.Medium(60) = 4/5 §  µK.Greasy(60) = 1/5 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 30 ¡  W1 = min(µD.Large(40), µK.Greasy(60)) = min(0,1/5) = 0 ¡  W2 = min(µD.Medium(40), µK.Greasy(60)) = min(4/5, 1/5) = 1/5 ¡  W3 = min(µD.Small(40), µK.Greasy(60)) = min(1/5, 1/5) = 1/5 ¡  W4 = min(µD.Large(40), µK.Medium(60)) = min(0, 4/5) = 0 ¡  W5 = min(µD.Medium(40), µK.Medium(60)) = min(4/5, 4/5) = 4/5 ¡  W6 = min(µD.Small(40), µK.Medium(60)) = min(1/5, 4/5) = 1/5 ¡  W7 = min(µD.Large(40), µK.NotGreasy(60)) = min(0, 0) = 0 ¡  W8 = min(µD.Medium(40), µK.NotGreasy(60)) = min(4/5, 0) = 0 ¡  W9 = min(µD.Small(40), µK.NotGreasy(60)) = min(1/5, 0) = 0 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 31 ¡  Hàm thành viên được tổng hợp bằng cách lấy tổng theo số luật trên tất cả các hàm thành viên với trọng số là sự hợp thành của các điều kiện luật: ¡  µT(z) = W1µT.VeryLong(z) + W2µT. Long(z) + W3µT. Long(z) + W4µT. Long(z) + W5µT.Medium(z) + W6µT. Medium(z) + W7µT. Medium(z) + W8µT.Short(z) + W9µT.VeryShort(z) ¡  µT(z) = 0.4µT. Long(z) + µT.Medium(z) Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 32 11/15/13 9 ¡  Giá trị rõ của kết luận được tính bằng cách tính trung bình theo trọng số. ¡  Với hàm liên tục, giá trị được giải mờ là zµ T (z)dz060∫ µ T (z)dz060∫ = P Q Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 33 ¡  Tính toán các giá trị P= z(0.4µ T .Long (z)+µ T .Medium (z))0 60 ∫ dz =0.4 zµ T .Long (z)dz0 60 ∫ + zµT .Medium(z)dz0 60 ∫ =P1+P2 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 34 P1 =0.4 zµT .Long(z)dz032∫ + zµT .Long(z)dz3246∫ + zµT .Long(z)dz4660∫"#$$ %&'' =0.4 0+ z z−3214 dz+ z60−z14 dz4660∫3246∫"#$$ %&'' = 0.414 z33 3246 −32z22 3246 +60z22 4660 − z33 4660"#$$ %&'' = 0.414 463−3233 −32 462−322( )2 +60 602−462( )2 −603−4633) * + + , - . . =257.6 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 35 P2 = zµT .Medium(z)dz0 18 ∫ + zµT .Medium(z)dz18 32 ∫ + zµT .Medium(z)dz32 46 ∫ + zµT .Medium(z)dz46 60 ∫ =0+ z z−1814 dz1832∫ + z46−z14 dz3246∫ +0 = 114 z33 1832 −18z22 1832+ 46z22 3246 − z33 3246#$%% &'(( = 114 323−1833 −18 322−182( )2 + 46 462−322( )2 − 463−3233) * + + , - . . =448 ⇒P=P1+P2 =257.6+448=705.6 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 36 11/15/13 10 Q= 0.4µ T .Long (z)+µ T .Medium (z)( )0 60 ∫ dz =0.4 µ T .Long (z)dz0 60 ∫ + µT .Medium(z)dz0 60 ∫ =Q1+Q2 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 37 Q1 =0.4 µT .Long(z)dz032∫ + µT .Long(z)dz3246∫ + µT .Long(z)dz4660∫"#$$ %&'' =0.4 0+ z−3214 dz+ 60−z14 dz4660∫3246∫"#$$ %&'' = 0.414 z22 3246 −32z 3246 +60z 4660 − z22 4660"#$$ %&'' = 0.414 462−3222 −32 46−32( )+60 60−46( )−602−4622"#$$ %&'' =5.6 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 38 Q2 = µT .Medium(z)dz0 18 ∫ + µT .Medium(z)dz18 32 ∫ + µ T .Medium (z)dz32 46 ∫ + µT .Medium(z)dz46 60 ∫ =0+ z−1814 dz1832∫ + 46−z14 dz3246∫ +0 = 12×14 z2 1832 −1814 z 1832+ 4614 z 3246 − 12×14 z2 3246 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 39 Q2 = 1 2×14 32 2 −182( )− 1814 32−18( ) + 46 14 46−32( )− 1 2×14 46 2 −322( ) =14 Q =Q1 +Q2 = 5.6+14=19.6 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 40 11/15/13 11 ¡  Vậy, với áo quần có độ bẩn 40, loại chất bản là 60 thì thời gian giặt cần là 36 phút P Q = 705.619.6 =36 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 41 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 42 ¡  Đối với bể ở bên dưới: §  Nước đầy (H – High) §  Vơi nước (A -‐ Average) §  Còn ít (L -‐ Low) Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 43 ¡  Đối với bồn chứa nước trên cao §  Còn vừa (U -‐ Usage) §  Cạn nước (F -‐ Finish) Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 44 11/15/13 12 ¡  Thời gian bơm nước: §  Bơm lâu (V – Very Long) §  Bơm vừa (M -‐ Medium) §  Bơm ít (S – Short) Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 45 ¡  Gọi: §  x: dung tích của bồn (khối), 0 ≤ x ≤ 2 §  y: dung tích của bể (khối), 0 ≤ y ≤ 2 §  t: thời gian bơm (phút), 0 ≤ t ≤ 30 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 46 ¡  (R1): Nếu x là Còn vừa, y là Nước đầy thì t là Bơm vừa ¡  (R2): Nếu x là Còn vừa và y là Vơi nước thì t là Bơm vừa ¡  (R3): Nếu x là Còn vừa, y là Còn ít thì t là Bơm ít ¡  (R4): Nếu x là Cạn nước, y là Nước đầy thì t là Bơm lâu ¡  (R5): Nếu x là Cạn nước, y là Vơi nước thì t là Bơm vừa ¡  (R6): Nếu x là Cạn nước, y là Còn ít thì t là Bơm ít Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 47 Nước đầy (H) Vơi nước (A) Còn ít (L) Còn vừa (U) Bơm vừa (M) Bơm vừa (M) Bơm ít (S) Cạn nước (F) Bơm lâu (V) Bơm vừa (M) Bơm ít (S) Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 48 11/15/13 13 ¡  Mỗi tập mờ có hàm thuộc tương ứng tương ứng ¡  Cho Bồn nước: §  μU(x) = x, nếu 0 ≤ x ≤ 1 1 nếu 1 ≤ x ≤ 2 §  μF(x) = 1 -‐ x, nếu 0 ≤ x ≤ 1 0, nếu 1 ≤ x ≤ 2 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 49 Còn vừa (U), 1 Cạn nước (F), 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1 2 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 50 ¡  Cho bể bên dưới, có các hàm thuộc: §  μH(y) = y, nếu 0 ≤ y ≤ 1 1 nếu 1 ≤ y ≤ 2 §  μA(y) = y, nếu 0 ≤ y ≤ 1 2 -‐ y, nếu 1 ≤ y ≤ 2 §  μL(y) = 1 -‐ y, nếu 0 ≤ y ≤ 1 0, nếu 1 ≤ y ≤ 2 Assoc. Prof. Tran Van Lang, Dr., Vietnam Academy of Science and Technology 51 0 0.2 0.4 0.6 0.8