Tiểu Luận - Hệ Thống Điều Khiển Thông Minh - Đề Tài - Cấu Trúc Hệ Thống Điều Khiển Thông Minh

Trang 1 ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH Trang 2 1 Các thành phần cơ bảnHệ thống điều khiển thông minh được cấu thành từ bốn thành phần cơ bản là :• Các khối xử lý cảm biến SP-Sensory Proccessing

ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH

Cấu trúc hệ thống điều khiển thông minh

1 Các thành phần cơ bản

Hệ thống điều khiển thông minh được cấu thành từ bốn thành phần cơ bản là :

• Các khối xử lý cảm biến ( SP-Sensory Proccessing)

• Mô hình thế giới (WM- World Modelling)

• Phát sinh hành vi (BG- Behavior Generating)

• Đánh giá giá trị (VJ- Value Judgement)

1 Các thành phần cơ bản

2 Cấu trúc phân cấp

Để điều khiển đối tượng phức tạp hệ thống thông minh thường được tổ chức theo kiểu phân cấp, gồm 3 phân cấp cơ bản đó là: phân cấp tổ chức; phân cấp tính toán; phân cấp hành

vi Trong đó, mỗi cấp gồm nhiều nút, mỗi nút gồm 4 thành phần

cơ bản như trên.

2 Cấu trúc phân cấp

3 Phân cấp và đồng cấp

• Hệ thống thông minh có tính phân cấp vì lệnh và trạng thái

phản hồi truyền dọc lên xuống; chức năng xử lý cảm biến và

mô hình hóa thế giới có các mức phân cấp thời gian và không gian.

• Hệ thống thông minh có tính đồng cấp vì dữ liệu được chia

sẽ giữa các khối ở cùng mức.

• Ở mỗi mức phân cấp, hệ thống có những liên kết ngang bằng

các đường truyền băng thông rộng giữa các khối BG, WM, SP

và VJ trong cùng một nút và giữa các nút đồng cấp.

3 Phân cấp và đồng cấp

Một hệ thống sản xuất thông minh thông thường có thể chia làm 7 cấp, từ cao xuống thấp gồm: cấp phân xưởng, cấp tế bào, cấp trạm làm việc, cấp thiết bị, cấp di chuyển cơ bản, cấp

sơ cấp và cấp tùy động Mỗi cấp đảm nhiệm một nhiệm vụ nhất định.

 Chú ý : ở cấp tùy động và cấp sơ cấp, tần xuất ra lệnh điều

khiển là không thay đổi theo chu kì định trước trong khi đó các cấp cao hơn tần xuất ra lệnh điều khiển có thể thay đổi

vì ở các cấp này thông thường lệnh được xuất ra theo sự kiện.

3 Phân cấp và đồng cấp

ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH

II Phát sinh hành vi

Mỗi module hành vi (BG-Behavior Generation) ở mỗi

cấp gồm 3 module con:

• Module gán việc (JA- Job Assignment Submodule)

• Module hoạch định ( PL(j)- Planner(j) Submodule, j=1,2,…N)

• Module thực thi (EX(j)- Executor(j) Submodule,j=1,2,…N)

1 Module gán việc (JA-Job

Assignment Submodule)

Nhiệm vụ:

• Phân chia tác vụ theo không gian thành N công việc

phân biệt được thực thi bởi N hệ thống con vật lí phân biệt, trong đó N là số hệ thống con được gán cho khối BG

• Gán các dụng cụ và cấp phát tài nguyên vật lý cho mỗi

hệ thống con phụ thuộc vào nó để các hệ thống con sử dụng khi thực thi công việc được gán

2 Module hoạch định(PL(j)- Planner(j)

Submodule, j=1,2,…N)

Nhiệm vụ:

• Phân tích công việc đã gán cho mỗi hệ thống con

thành một chuỗi theo thời gian các tác vụ con

• Giải quyết các mâu thuẫn và các rang buộc qua lại

giữa các kế hoạch giả địn của các khối con

3 Module thực thi( Ex(j)- Executor(j)

Submodule, j=1,2,…N)

Nhiệm vụ:

• Thực thi thành công kế hoạch đưa ra bởi module P(j) tương

ứng Khi module thực thi được mô hình thế giới thông báo một tác vụ con trong kế hoạch hiện tại đã hoàn tất thành công, nó

sẽ chuyển sang thực hiện tác vụ con kế tiếp trong kế hoạch hiện tại.

• Tín hiệu ra của module thực thi trong khối BG ở một cấp nào

đó chính là tín hiệu vào của module gán việc trong khối BG ở cấp thấp kế tiếp.

4 Tri thức tác vụ( Task Knowledge)

• Cơ sở để phát sinh hành vi là sự biểu diễn và sử dụng tri thức tác vụ Tác vụ là một công việc phải được hoàn thành, hoặc một hành động phải được thực hiện.

• Một cấu trúc tác vụ gồm các thành phần chính như sau:

- Tên tác vụ

- Mục tiêu

- Yêu cầu

- Thủ tục

ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH

III MÔ HÌNH THẾ GIỚI (WORLD MODELING)

• Định nghĩa: Mô hình thế giới(WM-World Modeling)

là sự mô tả thế giới bên ngoài trong hệ thống thông minh.WM hoạt động như một bộ đệm giữa các khối

xử lý cảm biến và khối phát sinh hành vi.

• Mô hình thế giới có cấu trúc phân cấp và phân tán,

trong mỗi nút tại mọi cấp của hệ thống điều khiển thông minh đều có môđun mô hình thế giới với cơ

sở tri thức(KD-Knowledge Database)

1 Chức năng của mô hình thế giới

• Môđun wm duy trì cơ sở tri thức kd, giữ cho cơ sở tri thức luôn được cập nhật và phù hợp.

• Môđun wm đưa ra dự báo về tín hiệu vào từ cảm biến để các môđun xử lý cảm biến (sp) tương ứng sử dụng.

• Môđun wm trả lời câu hỏi “là gì ?” đưa ra bởi các môđun hoạch định và môđun thực thi trong môđun bg tương ứng.

• Môđun trả lời câu hỏi “là gì …nếu” đưa ra bởi các bộ hoạch định trong môđun bg

2 Cơ sở tri thức (KD-KNOWLEDGE

DATABASE)

• Cơ sở tri thức mô hình thế giới bao gồm cả thông tin có sẵn trong hệ thống thông minh trước khi tác động bắt đầu và tri thức có sau

• Thu được từ việc cảm nhận môi trường khi tác động xảy ra

• Tính đúng đắn và nhất quán của tri thức mô hình thế giới được kiểm tra bằng cảm biến

3 Thông tin trong cơ sở tri thức của mô hình thế giới mới

• Biến trạng thái

• Thông số hệ thống

• Cấu trúc thực thể

• Bản đồ

Biến trạng thái: xác định giá trị hiện đại của thực thể và thuộc tính của hệ thống.

Thông số hệ thống: xác định đặc tính động học và động lực học của đối tượng điều khiển.

Cấu trúc thực thể: là danh sách biểu tượng, trong đó tên thực thể đứng đầu danh sách và tri thức về thực thể được lưu dưới dạng cặp thuộc tính giá trị.

Bản đò: mô tả sự phân bố các thực thể trong không gian Mỗi điểm trên bản đồ có thể có một con trỏ chỉ đến tên của thực thể tương ứng tại điểm đó.

ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH

IV Xử lý cảm biến

2 Nhận biết và phát hiện

Quá trình thiết lập tương ứng một-một giữa một vật thể với

mô hình từ trên xuống, dưới lên hoặc kết hợp động thời.

• Quá trình nhận thức từ trên xuống: giả định mô hình và so

sánh thuộc tính với thực thể quan sát.

• Quá trình nhận thức từ dưới lên: áp dụng bộ lọc và mặt nạ

vào dữ liệu cảm biến và tính các thuộc tính ảnh.

• Phát hiện sự kiện: so sánh các trạng thái thế giới thực với

trạng thái dự báo bởi mô hình thế giới.

ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH

V Đánh giá giá trị

Nhằm cung cấp các tiêu chuẩn để lựa chọn thông minh, ướt lượng chi phí, rũi ro và lợi ích của kế hoạch Module đánh giá giá trị đưa ra các ước lượng có thế biểu diễn ở dạng biến trạng thái giá trị.

Đánh giá giá trị có thể đánh giá sự kiện là quan trọng hoặc tầm thường.

Module đánh giá giá trị

Các biến trạng thái giá trị có thể được gán bởi người lập trình, vận hành Nó dược tính bởi module đánh giá giá trị Tính hiệu vào có thể là tý số tín hiệu/nhiễu của cảm biến, phương sai giữa sự quan sát của cảm biến và dự báo của mô hình Tín hiệu

ra của module là các biến trạng thái giá trị, các biến này được gán cho đối tượng sự kiện hoặc kế hoạch.

Cơ chế đánh giá giá trị có dạng:

E = V(S)

Trong đó:

E – vector trạng thái giá trị(tín hiệu ra)

S – vector trạng thái vào xác định các trạng thái mô

hình thế giới

V – Hàm đánh giá giá trị tính E khi biết S

ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH

VI Ứng dụng hệ thống điều khiển thông minh

Tùy theo từng ứng dụng cụ thể mà hệ thống điều khiển thông minh có thể có cấu trúc đơn giản hơn cấu trúc tổng quát.

Hiện nay lý thuyết điều khiển thông minh được ứng dụng rất rộng rãi trong các hệ thống sản xuất.

1 Ứng dụng hệ thống điều khiển thông minh

2 Một vài ứng dụng

• Điều khiển thông minh khởi động cột chưng cất

• Điều khiển giám sát thông minh hệ thống cán nhôm

3 Điều khiển thông minh cột chưng cất

• Điều khiển trạng thái xác lập

• Điều khiển động

4 Điều khiển thông minh hệ thống cán nhôm

GỒM 3 CẤP:

Cấp I điều khiển trực tiếp phần cứng với giá trị đặt đưa ra bởi cấp II

Cấp II điều khiển giám sát có nhiệm vụ đưa ra giá trị đặt cho các

bộ điều khiển ở cấp I, sao cho các hệ thống con có thể hoạt động phối hợp với nhau để tạo ra những sản phẩm có chất lượng.

Cấp III là cấp điều khiển cao nhất, có chức năng hoạch định và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.

ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH

VII Tóm tắt

Trình bày cấu trúc hệ thống điều khiển thông minh nhân cấp và chức năng của các thành phần trong hệ thống Đề cập đến quá trình điều khiển hệ thống tổng thể gồm nhiều hệ thống con, được ứng dụng thành công để điều khiển nhiều quá trình công nghiệp, hệ thống điều khiển máy bay, tàu vũ trụ