Một số vấn đề tổng quan về điều khiển thông minh

Các phương pháp điều khiển truyền thống đã cho phép giải quyết các hệ thống điều khiển mà có cấu trúc và tham số hoàn toàn xác định. Nhưng với các hệ thống có cấu trúc không rõ rãng, bất định hoặc các hệ thống có mức độ phi tuyến và phức tạp cao như: robot không gian, automonous, mobile robot, mạng giao thông , các hệ thống sản xuất mềm dẻo...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một số vấn đề tổng quan về điều khiển thông minh Mét sè vÊn ®Ò tæng quan vÒ ®iÒu khiÓn th«ng minh Ths. Hµ M¹nh §µo – TsKH. Ph¹m Th−îng C¸t Phßng c«ng nghÖ tù ®éng ho¸- ViÖn c«ng nghÖ th«ng tin Tel:04 7564764, Email: daols_68@yahoo.com, ptcat@ioit.ncst.ac.vn (Bµi nghiªn cøu víi sù hç trî cña ®Ò tµi cÊp nhµ n−íc KC03-13) Tãm t¾t: VÊn ®Ò ®iÒu khiÓn th«ng minh hiÖn ®ang ®−îc nghiªn cøu, øng dông trong nhiÒu ngµnh, nhiÒu lÜnh vùc khoa häc kü thuËt, qu©n sù, c«ng nghiÖp vµ ®êi sèng c¶ trong n−íc vµ trªn thÕ giíi. VËy ®iÒu khiÓn th«ng minh lµ g×?Ph©n møc ®é th«ng minh cña c¸c bé ®iÒu khiÓn nh− thÕ nµo? §iÒu khiÓn th«ng minh sö dông nh÷ng c«ng nghÖ nµo vµ t×nh h×nh nghiªn cøu øng dông nã ra sao?... Trong bµi nµy, chóng t«i ®Ò cËp ®Õn mét vµi nÐt tæng quan vÒ ®iÒu khiÓn th«ng minh víi hy väng ®−a ra mét c¸ch nh×n ban ®Çu ®èi víi lÜnh vùc phøc t¹p, phong phó vµ ®Çy h÷u Ých nµy. 1. §iÒu khiÓn th«ng minh lµ g×? C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn truyÒn thèng ®· cho phÐp gi¶i quyÕt c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn mµ cã cÊu tróc vµ tham sè hoµn toµn x¸c ®Þnh. Nh−ng víi c¸c hÖ thèng cã cÊu tróc kh«ng râ rµng, bÊt ®Þnh hoÆc c¸c hÖ thèng cã møc ®é phi tuyÕn vµ phøc t¹p cao nh−: robot kh«ng gian, automonous, mobile robot, m¹ng giao th«ng, c¸c hÖ thèng s¶n xuÊt mÒm dÎo... th× c¸c ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng kh«ng thÓ gi¶i quyÕt tho¶ ®¸ng ®−îc c¸c bµi to¸n nµy. §Ó gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n cã ®Æc ®iÓm nh− vËy, c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn th«ng minh ®· ®−îc ®Ò xuÊt, nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn trong suèt 3 thËp kû gÇn ®©y. VËy ®iÒu khiÓn th«ng minh lµ g×? Chóng ta cã thÓ nãi ®iÒu khiÓn th«ng minh lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cã nh÷ng kh¶ n¨ng gièng nh− con ng−êi nh− kh¶ n¨ng mÒm dÎo, s¸ng t¹o, kh¶ n¨ng kh¸i qu¸t ho¸, kh¶ n¨ng thÝch nghi, kh¶ n¨ng suy luËn vµ t×m kiÕm..Hay nãi c¸ch kh¸c, hÖ thèng ®iÒu khiÓn th«ng minh lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ trªn hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®ã cã cµi ®Æt sù “th«ng minh” ®Ó hÖ thèng ®iÒu khiÓn cã kh¶ n¨ng suy diÔn, xÊp xØ .. trªn c¬ së d÷ liÖu ®Çu vµo(m«i tr−êng) vµ ®−a ra t¸c ®éng ®iÒu khiÓn ë ®Çu ra. Theo [1], Ph−¬ng tr×nh thiÕt kÕ tæng qu¸t cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn cã thÓ ®−îc diÔn t¶ theo c«ng thøc sau: {O: Control Objective}={C: Controller}X{P: Plan} (1) Víi dÊu X biÓu diÔn phÐp to¸n phï hîp. [O] [C] [P] Output Input H×nh 1 §Ó gi¶i ®−îc ph−¬ng tr×nh (1), tøc t×m [C], cÇn ph¶i biÕt [P] vµ [O]. §èi víi c¸c bµi to¸n ®iÒu khiÓn mµ [P] lµ tuyÕn tÝnh vµ [O] lµ ®¬n gi¶n th× ph−¬ng ph¸p hµm truyÒn ®−îc sö dông. Nh−ng ®èi víi c¸c hÖ thèng cã ®é phøc t¹p cao, bÊt ®Þnh, cÊu tróc hÖ thèng biÕn ®æi theo kh«ng gian vµ thêi gian th× c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn th«ng minh sÏ ®−îc sö dông. Trong c¸c hÖ thèng ®ã, bé ®iÒu khiÓn th«ng minh [C] sÏ ®−îc x¸c ®Þnh vµ thiÕt kÕ trªn c¬ së sö dông riªng rÏ hoÆc phèi hîp nhiÒu c«ng nghÖ th«ng minh kh¸c nhau nh−: - M¹ng n¬ ron - HÖ mê - ThuËt gen - LËp luËn trªn c¬ së t×nh huèng(case) - HÖ chuyªn gia... ViÖc sö dông c¸c c«ng nghÖ nµy vµ phèi hîp gi÷a chóng phô thuéc vµo th«ng tin thu ®−îc vµ m«i tr−êng mµ trong ®ã hÖ thèng t−¬ng t¸c lµ tÜnh hay thay ®æi vµ møc ®é thay ®æi, thÝch nghi cã thÓ xÈy ra. H×nh 2 cho chóng ta thÊy mèi quan hÖ gi÷a th«ng tin, ®Æc ®iÓm m«i tr−êng, c¸c c«ng nghÖ ®−îc sö dông trong c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn th«ng minh, vµ mèi liªn quan gi÷a c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn truyÒn thèng víi ®iÒu khiÓn th«ng minh. Trªn h×nh c¸c c«ng nghÖ th«ng minh kh¸c nhau n»m phï hîp trªn c¸c vïng kh¸c nhau cña kh«ng gian information- Environment. Trong kh«ng gian ®ã, cã thÓ thÊy thÊy lËp luËn trªn c¬ së t×nh huèng(case-base reasoning) lµ tèt nhÊt khi d¹ng cô thÓ cña tri thøc lµ khã kh¨n nh−ng th«ng tin thu ®−îc tõ c¸c thùc nghiÖm lµ phong phó. Cßn ®èi víi c¸c hÖ thèng mµ th«ng tin thu ®−îc lµ d÷ liÖu ch−a ®−îc xö lý nh− d÷ liÖu tõ sensor, d÷ liÖu ®o ®¹c mµ tr¹ng th¸i m«i tr−êng ®éng th× sö dông m¹ng n¬ ron vµ thuËt gen lµ phï hîp h¬n c¶. Dynamic, adaptive Genetic Fuzzy system algorithms Enviroment Neural case-base Networks reasoning Expert system Mathematical techniques Static Raw Information Formal Knowlege H×nh 2 VËy møc ®é th«ng minh cña c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®−îc ph©n biÖt nh− thÕ nµo? Theo Bezdek[2], møc ®é th«ng minh cña c¸c hÖ thèng th«ng minh cã thÓ ph©n cÊp theo Tri thøc ng−êi + Th«ng minh sinh häc C¸c ®Çu vµo c¸c organic gi¸c quan Th«ng minh nh©n t¹o Symbolic C¸c phÇn tö th«ng tin+d÷ liÖu sensor TÝnh to¸n + sensor TÝnh to¸n th«ng minh numeric H×nh 3. Sù ph©n cÊp cña c¸c hÖ thèng th«ng minh h×nh 3. Trong m« h×nh nµy, hÖ thèng th«ng minh ®−îc ph©n lµm 3 cÊp: TÝnh to¸n th«ng minh, trÝ tuÖ nh©n t¹o vµ trÝ tuÖ sinh häc. Sù th«ng minh cña c¸c hÖ sinh häc lµ c¬ së quan träng nhÊt ®Ó c¸c hÖ thèng th«ng minh ®−îc thiÕt kÕ pháng theo. Nã gåm nhiÒu c¬ chÕ phèi hîp víi nhau ®Ó xö lý ®Çu vµo tõ c¸c sensor, gîi nhí l¹i tri thøc cã liªn quan vµ ®−a ...