bài tập thực hành môn điều khiển mờ-nơron

BÀI TẬP THỰC HÀNH MÔN ĐIỀU KHIỂN MỜ-NƠRON PHẦN FUZZY BÀI 1 HỆ THỐNG SUY LUẬN MỜ (FIS) 1. Liệt kê và vẽ các hàm MF Hàm trimf -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 trimf P=[-3 0 2] Hàm Gaussmf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 gaussmf, P=[2 5] Hàm Gauss2mf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Hàm trapmf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 trapmf, P=[1 5 7 8] Trần Đình Thiêm. Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55. MSSV: 20100669 Trang 1 Hàm Zmf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 zmf, P=[3 7] Hàm smf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 smf, P=[1 8] Hàm Gbellmf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 gbellmf, P=[2 4 6] Hàm sigmf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 sigmf, P=[2 4] Trần Đình Thiêm. Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55. MSSV: 20100669 Trang 2 Hàm dsigmf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 dsigmf, P=[5 2 5 7] Hàm psigmf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 psigmf, P=[2 3 -5 8] Hàm pimf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 pimf, P=[1 4 5 10] Trần Đình Thiêm. Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55. MSSV: 20100669 Trang 3 2. Trình bày chi tiết các bước thực hiện bài toán 2 trên Matlab a. Xác định kiểu và tham số của các hàm MF đầu vào Vào cửa sổ lệnh Matlab gõ lệnh: >>fuzzy Kiểu của hàm Membership Function đầu vào là kiểu trimf. Cụ thể giá trị như sau: mf1: [-0.25 0 0.25] mf2: [0 0.25 0.5]; mf3: [0.25 0.5 0.75]; mf4: [0.5 0.75 1]; mf5: [0.75 1 1.25]; b. Xác định kiểu và tham số của các hàm MF đầu ra Kiểu của hàm Membership Function đầu ra là kiểu trimf. Cụ thể giá trị như sau: mf1:[-0.25 0 0.25]; mf2: [0 0.25 0.5]; mf3: [0.25 0.5 0.75]; mf4:[0.5 0.75 1]; mf5: [0.75 1 1.25]; Trần Đình Thiêm. Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55. MSSV: 20100669 Trang 4 c. Xác định luật IF-THEN Vào Edit  Rules (Ctrl +3) Chọn lần lượt từng cặp IF-THEN ở đầu vào và đầu ra tương ứng, sau đó nhấn Add rule Muốn xóa thì nhấn Delete Rule hoặc thay đổi luật thì dùng Change Rule Luật IF-THEN có dạng như sau: Trần Đình Thiêm. Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55. MSSV: 20100669 Trang 5 IF Input THEN Output 1 3 2 4 3 5 4 1 5 2 d. Xác định các phép tính Implication, Aggregation Tại cửa sổ chính của fuzzy:  Phép tính Implication: min  Phép tính Aggregation: max e. Xác định các phép tính giải mờ (Defuzzify) Tại cửa sổ chính của fuzzy:  Phép tính giải mờ là: Centroid (Lấy trọng tâm) f.Vẽ đặc tính vào-ra Chọn View  Surface (Ctrl +6) Đặc tính vào ra của hệ mở 3. Trình bày chi tiết các bước thực hiện bài toán 3 trên Matlab a. Xác định kiểu và tham số của các hàm MF đầu vào Trần Đình Thiêm. Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55. MSSV: 20100669 Trang 6 Kiểu của hàm Membership Function của 2 đầu vào là kiểu trimf. Cụ thể giá trị như sau: mf1: [-0.25 0 0.25] mf2: [0 0.25 0.5]; mf3: [0.25 0.5 0.75]; mf4: [0.5 0.75 1]; mf5: [0.75 1 1.25]; b. Xác định kiểu và tham số của các hàm MF đầu ra Kiểu của hàm Membership Function đầu ra là kiểu gaussmf. Cụ thể giá trị như sau: mf1:[-0.25 0 0.25]; mf2: [0 0.25 0.5]; mf3: [0.25 0.5 0.75]; Trần Đình Thiêm. Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55. MSSV: 20100669 Trang 7 mf4:[0.5 0.75 1]; mf5: [0.75 1 1.25]; c. Xác định các phép tính logic mờ AND, OR, NOT Tại cửa sổ chính fuzzy: And method chọn Min d. Xác định luật IF – THEN Vào Edit  Rules (Ctrl +3) Chọn lần lượt từng cặp IF-THEN ờ đầu vào và đầu ra tương ứng, sau đó nhân Add Rule Muốn xóa thì nhấn Delete Rule hoặc thay đổi luật thì dùng Change Rule Luật IF-THEN có dạng như sau: Input 1 1 2 3 4 5 Input 2 1 3 3 3 1 1 2 3 1 1 4 4 3 3 1 4 2 2 4 4 4 2 5 5 5 2 2 5 5 5 e. Xác định các phép tính Implication, Aggregation Tại cửa sổ chính của fuzzy:  Phép tính Implication: min  Phép tính Aggregation: max f. Xác định các phép tính giải mờ (Defuzzify) Tại cửa sổ chính của fuzzy:  Phép tính giải mờ là: Centroid (Lấy trọng tâm) g. Vẽ đặc tính vào – ra Chọn View  Surface (Ctrl +6) Trần Đình Thiêm. Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55. MSSV: 20100669 Trang 8 Trần Đình Thiêm. Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55. MSSV: 20100669 Trang 9 BÀI 2 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ (FUZZY CONTROL) 1. Mô hình lò nhiệt là khâu quán tính bậc 2 a) Mô hình đối tượng: Do lò nhiệt có đầu ra là nhiệt độ so với đáp ứng đầu vào (ví dụ như: tín hiệu cho không khí vào; thêm nhiên liệu; …) là chậm, tức lò nhiệt có quán tính cao; nên có thể xem mô hình lò nhiệt như khâu quán tính bậc 2 với 1 2 0.01; 20; 80K T T= = = thì: 1 2 0.01 ( ) ( 1)( 1) (20 1)(80 1) k G s T s T s s s = = + + + + Sử dụng Simulink để mô tả: Đáp ứng step (10) của mô hình đối tượng: Trần Đình Thiêm. Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55. MSSV: 20100669 Trang 10 [...]... quá điều chỉnh có thể giảm và có thể e không có dao động Nếu cho dải nhỏ, thời gian đáp ứng giảm nhưng độ quá điều chỉnh sẽ cao, thời gian xác lập cũng tăng theo, đồng thời mất nhiều năng lượng hơn cho tín hiệu điều khiển • Đạo hàm sai lệch Trần Đình Thiêm Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55 MSSV: 20100669 Trang 14 & & e u u • Tín hiệu điều khiển : Nhận thấy, khi giá trị lớn hơn so với cùng sai lệch , thì bộ điều khiển. .. Đình Thiêm Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55 MSSV: 20100669 Trang 11 Bước 4: Xác định luật điều khiển Đường đặc tính vào – ra: • Trần Đình Thiêm Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55 MSSV: 20100669 Trang 12 Cấu trúc điều khiển mờ xây dựng trên Simulink : Kết quả mô phỏng: Trần Đình Thiêm Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55 MSSV: 20100669 Trang 13 2 Xác định đáp ứng của hệ thống điều khiển đối với tín hiệu vào Step (10) và xác định các chỉ tiêu chất lượng... ứng 95s, độ quá điều chỉnh thấp 3 Giải thích 3.1 Lựa chọn thông số Bộ điều khiển mờ phía trên với 2 đầu vào và 1 đầu ra đều phải có các hàm MF tương ứng: & e : Do đối tượng là lò nhiệt, có quán tính cao và động học chậm, tức e là nhiệt độ đầu ra thay đổi chậm so với đầu vào, nên cũng thay đổi chậm tương ứng e e • Sai lệch : Việc lựa chọn dải giá trị cho quyết định đến chất lượng điều khiển Nếu e cho...Nhận xét: Đáp ứng bước nhảy của lò nhiệt xác lập trong 300s và chưa đạt giá trị đặt b) Xác định bộ điều khiển mờ với quan hệ vào ra thể hiện thông qua mô tả (hình 2) và bảng ma trận luật (hình 3) Thực hiện xây dựng bộ điều khiển mờ theo các bước sau: Bước 1: Mờ hóa đầu vào: e & e INPUT 1 ( ) INPUT 2 ( ) Mf Kiểu Tham số Mf Kiểu Tham số 1 Trimf [-40 40 0] 1 Trimf... tương ứng thời gian xác lập tăng lên • Giải thích việc lựa chọn luật AND Ta phải căn cứ vào cả hai yếu tố e và tại một thời điểm để đưa ra quyết định điều khiển chính xác Do đó, quyết định điều khiển này nhất thiết phải tạo ra từ đóng góp của cả hai thành phần đầu vào ,vì vậy phép AND ở đây là hoàn toàn hợp lý, và phép AND ở đây chỉ có thể dùng PROD mà không thể dùng MIN 3.2 Bảng ma trận luật: e 1... u → mf 3 & e → mf 1 4 Thay đổi tham số mô hình và chọn lại bộ điều khiển K = 0.01; T 1 = 30; T 2 = 30 Khi chọn thì ta chọn giữ nguyên input 1 và output, chọn lại input 2 có ranger [-1.4 1.4] ta được đáp ứng: Trần Đình Thiêm Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55 MSSV: 20100669 Trang 17 Trần Đình Thiêm Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55 MSSV: 20100669 Trang 18 PHẦN MẠNG NƠRON BÀI 1 MẠNG PERCEPTRON 1.1 Viết chương trình tạo mạng và huấn luyện... luyện không cho được khả năng phân loại các loại tín hiệu trên, tức là không tồn tại một đường thẳng Wp+b=0 để chia hai loại tín hiệu thành hai nửa riêng biệt Trần Đình Thiêm Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55 MSSV: 20100669 Trang 22 BÀI 2 MẠNG LINEAR NETWORK 2.1 Viết chương trình thực hiện các nhiệm vụ yêu cầu Chương trình: % Tao 1 he thong ngau nhien % Ham truyen: H(z) = b0 + b1*z^-1 + + b20*z^-20 % He so bi co... b1 = − 2 Sau khi chuyển điểm [7,13] thành [7,-13] thì không thể xác định được đường ranh giới Trần Đình Thiêm Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55 MSSV: 20100669 Trang 19 1.2 Giải thích kết quả thu được • Trường hợp ban đầu: Dữ kiện ban đầu Kết quả huấn luyện Net.iw{1,1}=[1 6] Trần Đình Thiêm Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55 MSSV: 20100669 Net.b{1}=-2 Trang 20 • Trường hợp thứ hai (đổi điểm [7;13] thành [7;-13]: Kết quả ban đầu Kết quả... (u = B1) Trần Đình Thiêm Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55 MSSV: 20100669 Trang 15  e = (r − y ) < 0 , tức là đầu ra y đang lớn hơn giá trị đặt r & & & & e = (r − y ) = − y < 0  tức là y đang tăng Lúc này ta phải điều khiển để y giảm Vì lò nhiệt ở đây là khâu quán tính nên muốn đầu ra y giảm thì rõ ràng đầu vào u cũng phải giảm, tức là Do đó = B1 Tương tự cho các trường hợp còn lại ta có bảng sau: Trần Đình Thiêm... đầu ra OUTPUT Mf Kiểu Tham số 1 Constant -400 2 Constant 0 3 Constant 400 Bước 3: Xác định các phép toán logic - Phép AND: PROD (Sử dụng hàm PROD vì ta muốn kết hợp thông tin của cả 2 đầu vào để xử lý Điều này khác với phép toán MIN chỉ mang thông tin của 1 tín hiệu vào làm đặc trưng cho cả 2, do đó, phép toán MIN chỉ dùng chủ yếu khi 2 tín hiệu vào cùng loại) • Vì hàm MF đầu ra có dạng xung (không . BÀI TẬP THỰC HÀNH MÔN ĐIỀU KHIỂN MỜ-NƠRON PHẦN FUZZY BÀI 1 HỆ THỐNG SUY LUẬN MỜ (FIS) 1. Liệt kê và vẽ các hàm MF Hàm trimf -5. hiệu điều khiển. Trần Đình Thiêm. Lớp KSTN-ĐKTĐ-K55. MSSV: 20100669 Trang 14 • Tín hiệu điều khiển u & : Nhận thấy, khi giá trị u & lớn hơn so với cùng sai lệch e , thì bộ điều khiển. chưa đạt giá trị đặt b) Xác định bộ điều khiển mờ với quan hệ vào ra thể hiện thông qua mô tả (hình 2) và bảng ma trận luật (hình 3) Thực hiện xây dựng bộ điều khiển mờ theo các bước sau: Bước 1: