CHƯƠNG 9 điều KHIỂN học

BÁO CÁO ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHƯƠNG : ĐIỀU KHIỂN HỌC PHẦN : GIỚI THIỆU Điều khiển học ngành khoa học thời đại mới, nghiên cứu truyền thông điều khiển, tiêu biểu chế điều chỉnh phản hồi, thể sống, máy móc kết hợp máy móc lẫn sinh học Điển hình mạng thơng tin, kết nối nhiều thiết bị với nhau, điều khiển qua máy chủ Một định nghĩa mang tính triết học Louis Couffignal - nhà tiên phong điều khiển học gợi ý năm 1956 gọi điều khiển học "Nghệ thuật đảm bảo cho hoạt động hiệu quả" Cùng với thời gian, điều khiển học hiểu là nghiên cứu đưa nguyên lý trừu tượng việc tổ chức hệ thống từ đơn giản tới phức tạp Điều khiển học trở thành thành phần khoa học hệ thống (Systems Sciences), tập hợp nhiều lĩnh vực nghiên cứu nhằm khảo sát thuộc tính chung phức tạp, phát triển hệ thống Những thuộc tính biểu lộ hệ tiến hóa, hệ thích nghi phức tạp sống nhân tạo LỊCH SỬ CỦA ĐIỀU KHIỂN HỌC Điều khiển học khởi đầu ngành nghiên cứu đa lĩnh vực: điều khiển hệ thống khí, lý thuyết mạng điện, mơ hình lơgic thần kinh học vào năm 1940 Tên gọi Điều khiển học do Norbert Wiener đề xuất để đặt cho nghiên cứu cơ chế hoạt động có mục đích” Ngành Điều khiển học lấy mốc năm 1948 làm năm đời ngành vào năm sách "Điều khiển học: Điều khiển Truyền thông Sinh vật Máy móc" về Các vòng nhân quả và Cơ chế phản hồi của Wiener xuất lần lúc Mỹ, Anh, Pháp Càng sau, từ điều khiển học sản sinh ngành khoa học đại như: khoa học máy tính, đặc biệt Lý thuyết Thơng tin, Lý thuyết automata, Trí tuệ Nhân tạo Mạng thần kinh nhân tạo, Mơ hình hóa mơ máy tính, Những hệ thống động, kỹ thuật robot… từ điều khiển học thực phổ biến PHẠM VI NGHIÊN CỨU Điều khiển học nghiên cứu hệ thống chế điều khiển nhiều loại hệ thống khác nhau, không giới hạn loại tượng cụ thể Điều khiển gia nhấn mạnh tìm hiểu quan hệ chức phận hệ thống, tìm hiểu thành phần khác Quan hệ chức bao gồm trao đổi thơng tin vòng quan hệ phản hồi (feedback) mà kết rõ nét tượng tự tổ chức tự sản sinh PHẦN : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỌC KHÁI NIỆM Hệ thống điều khiển học hệ thống điều khiển có khả cải thiện chất lượng điều khiển tương lai, dựa vào thông tin kinh nghiệm mà hệ thống thu thập khứ, thông qua tương tác vòng kín với đối tượng mơi trường ĐẶC ĐIỂM * Hệ thống điều khiển học có khả tự chủ (autonomy), nócó thể cải thiện chất lượng * Hệ thống điều khiển học có nhớ thơng tin q khứ yếu tố then chốt để cải thiện chất lượng tương lai * Để cải thiện chất lượng, hệ thống điều khiển học phải nhận thông tin phải hồi chất lượng dựa hàm mục tiêu mà hệ thống tìm cực trị SO SÁNH ĐIỀU KHIỂN HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI * Giống nhau: - Cả hệ thống điều khiển thích nghi điều khiển học thực thi cách sử dụng thuật tốn chỉnh định thơng số - Hai phương pháp điều khiển sử dụng thông tin phản hồi chất lượng thu thập qua tương tác vòng kín với đối tượng môi trường * Khác nhau: - Khác biệt điều khiển thích nghi điều khiển học khả sử dụng thông tin kinh nghiệm khứ - Hệ thống điều khiển thích nghi khơng có nhớ nên phải chỉnh định lại thơng số tình cũ lặp lại - Hệ thống điều khiển học có nhớ lưu trữ cấu trúc thông số điều khiển học q khứ -> khơng cần q trình thích nghi tình thay đổi lặp lại tình khứ Kết học luật điều khiển: Độ lợi hồi tiếp trạng thái K2(v) Kết học luật điều khiển: Độ lợi hồi tiếp trạng thái K3(v) Thí dụ 2: điều khiển học mờ Đối tượng : tên lửa tầng có mơ hình tốn học đơn giản cho phương trình: Bài tốn đặt điều khiển vận tốc tên lửa theo tín hiệu đặt Sơ đồ khối hệ thống điều khiển học mờ: Cơ chế học hệ thống sau: Quan sát liệu vào hệ thống điều khiển mờ Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển Tự chỉnh thông số điều khiển mờ để đạt chất lượng mong muốn (chất lượng mong muốn xác định mơ hình chuẩn sơ đồ điều khiển) Lưu trữ tri thức (qui luật chỉnh định thông số) vào nhớ Bộ điều khiển:Bộ điều khiển sử dụng điều khiển PD mờ gồm qui tắc Sugeno với mệnh đề kết luận số Tín hiệu vào Sai số: điều khiển PD mờ là:e(k) = r(k) − y(k) Biến thiên sai số: Δe(k ) = [e(k ) − e(k −1)] / T Tín hiệu điều khiển u(k) Các hệ số chuẩn hóa ngõ ngõ điều khiển KE, KD, KU chọn sau: K E = 4000 K D = KU 2000 = 10000 Hàm liên thuộc tập mờ định nghĩa cho biến vào e(k) Δ(k): Các qui tắc điều khiển có dạng: Mơ hình chuẩn: Y m (s) R(s) 0.2 = + 0.2 s Chất lượng hệ thống tính sai lệch tín hiệu mơ hình chuẩn tín hiệu đối tượng: em (k ) = ym (k ) − y(k ) Cơ chế học: Nếu chất lượng mong muốn thỏa mãn (em(k) ≈ 0) chế học không điều chỉnh điều khiển mờ Ngược lại, chất lượng mong muốn không thỏa mãn (em(k) lớn) chế học điều chỉnh điều khiển mờ Mơ hình ngược mờ: Mơ hình ngược mờ mơ tả định tính đặc tính động học ngược đối tượng điều khiển Mơ hình ngược dùng để xác định thay đổi ngõ vào đối tượng làm cho ngõ đối tượng giống ngõ mơ hình chuẩn Tín hiệu vào mơ hình ngược là: em(k) Δem(k) Tín hiệu mơ hình ngược là: p(k) Các hệ số chuẩn hóa: K Em = 4000 KDm = Kp 2000 =10000 Hệ qui tắc mơ tả mơ hình ngược mờ: Khối điều chỉnh sở tri thức: Điều chỉnh điều khiển mờ để hệ thống đạt chất lượng điều khiển tốt Cho thông tin thay đổi cần thiết ngõ vào đối tượng p(k), điều chỉnh sở tri thức cập nhật sở tri thức điều khiển mờ (mệnh đề kết luận qui tắc điều khiển) cho tác động điều khiển trước (tức u(k−1)) thay đổi lượng p(k) u* (k − 1) = u(k − 1) + p(k ) Muốn đạt điều ngõ qui tắc mờ tác động thời điểm lấy mẫu thứ (k−1) phải thay đổi lượng là: Kết điều khiển: Sai số điều khiển: ... LỊCH SỬ CỦA ĐIỀU KHIỂN HỌC Điều khiển học khởi đầu ngành nghiên cứu đa lĩnh vực: điều khiển hệ thống khí, lý thuyết mạng điện, mơ hình lơgic thần kinh học vào năm 194 0 Tên gọi Điều khiển học do Norbert... Kết học luật điều khiển: Độ lợi hồi tiếp trạng thái K1(v) Kết học luật điều khiển: Độ lợi hồi tiếp trạng thái K2(v) Kết học luật điều khiển: Độ lợi hồi tiếp trạng thái K3(v) Thí dụ 2: điều khiển. .. thuật robot… từ điều khiển học thực phổ biến PHẠM VI NGHIÊN CỨU Điều khiển học nghiên cứu hệ thống chế điều khiển nhiều loại hệ thống khác nhau, không giới hạn loại tượng cụ thể Điều khiển gia nhấn