ระบบควบคุมแบบชาญฉลาด (Intelligent Control Systems)

Expert Control Systems

ปัจจุบันนี้ได้มีความพยายามในการพัฒนาระบบควบคุมที่มีความชาญฉลาดขึ้นมาหลายๆ แบบ โดยเลียนแบบระบบการควบคุมที่มีใช้อยู่ในมนุษย์ โดยระบบควบคุมแบบชาญฉลาดนี้ สามารถเข้าไปควบคุมการทำงานในสถานการณ์ต่างๆ ได้ เช่น

- การทำงานที่สลับซับซ้อนมาก จนยากแก่การทำความเข้าใจหรือจำลองแบบง่ายได้

- ค่าตัวแปรต่างๆ สามารถวัดได้ยาก หรือวัดได้ก็เสียค่าใช้จ่ายแพงมาก หรือค่าตัวแปรบางตัวยังไม่เป็นที่รู้จัก

- ในระหว่างการทำงาน มีสิ่งรบกวนที่ไม่ได้คาดการณ์ไว้ก่อนเกิดขึ้น

- การทำงานแบบไม่เป็นเชิงเส้นและแปรตามเวลา (Nonlinear Stochastic and Time Varying) ซึ่งไม่สามารถจะจำลองได้ด้วยแบบจำลองแบบเชิงเส้น

นอกจากนี้แล้วการควบคุมแบบชาญฉลาดก็ยังให้คุณสมบัติที่ดีในการทำงาน เช่น

- ความถูกต้องในการทำงาน (Correctness) สามารถทำงานให้ปริมาณเอาท์พุตที่ต้องการควบคุมได้อย่างถูกต้อง จึงไม่ต้องออกแบบเผื่อสำหรับความปลอดภัยไว้มากนัก

- ความทนทาน (Robustness) ระบบควบคุมสามารถคงหน้าที่และสมรรถภาพในการทำงานไว้ได้ภายใต้สถานการณ์ผิดปกติต่างๆ ที่ไม่ได้ออกแบบไว้ล่วงหน้าได้ โดยอาจจะสามารถจัดตัวเองได้ (Self-organizing) ปรับตัวเองได้ (Self-adaptation) เรียนรู้ได้ (Learning) หรือมีความสามารถในการแก้ไขปัญหา (Problem-solving) อยู่ในตัวแล้ว เป็นต้น

- สามารถเพิ่มการทำงานได้ (Extensibility) ในกรณีที่ระบบที่จะต้องควบคุมนั้น มีการขยายตัว ไม่ว่าจะเป็นในด้านหน้าที่การทำงาน (Functions) หรืออุปกรณ์ (Hardware) ระบบควบคุมแบบชาญฉลาดนี้ ก็จะสามารถเพิ่มเติมการทำงานเข้ามาได้อย่างง่ายดาย จึงสามารถใช้ระบบควบคุมเดิมต่อไปได้ โดยไม่ต้องออกแบบหรือเปลี่ยนระบบใหม่แต่อย่างใด

- สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ (Reusability) หรือนำไปใช้งานอื่นได้ (Interoperability) เนื่องจากระบบควบคุมแบบชาญฉลาดนี้ ได้รับการออกแบบให้สามารถปรับตัวได้หรือเรียนรู้ได้ จึงสามารถยกระบบควบคุมที่ออกแบบไว้สำหรับควบคุมระบบหนึ่ง ไปใช้งานกับระบบอื่นๆ ได้ โดยทำการปรับเปลี่ยนเพียงเล็กน้อย เนื่องจากโครงสร้างที่สำคัญจะเหมือนๆ กัน ในทำนองเดียวกับสมองมนุษย์ที่อาจจะใช้ควบคุมการขับรถ การผ่าตัด การเจียรนัยเพชร การสนทนา และอื่นๆ ได้ โดยใช้สมองอันเดียวกัน แต่เปลี่ยนเครื่องวัดและกล้ามเนื้อไปในการทำงานต่างๆ กัน นั่นเอง

สำหรับระบบควบคุมแบบชาญฉลาดเท่าที่มีผู้คิดค้น และนำเสนอขึ้นมาจนถึงปัจจุบันนี้ พอจะแบ่งออกได้เป็น 5 ประเภทใหญ่ๆ อันได้แก่ ระบบควบคุมแบบผู้ชำนาญการ (Expert Control Systems) ระบบควบคุมแบบฟัซซีลอจิก (Fuzzy Logic Control Systems) ระบบควบคุมแบบข่ายสมอง (Neuro-Control Systems) ระบบควบคุมแบบจีเนติก (Genetic Control Systems) และระบบควบคุมแบบผสม (Hybrid Control Systems) โดยการทำงานของตัวควบคุมสามแบบแบบแรก จะทำงานเลียนแบบสมองมนุษย์ ส่วนระบบควบคุมแบบจีเนติกนั้น ไม่ได้เลียนแบบการทำงานของสมองมนุษย์ แต่จะเลียนแบบการวิวัฒนาการของธรรมชาติ (Natural Evolution) ซึ่งมีประวัติความเป็นมายาวนานกว่ามาก และตัวควบคุมแบบผสมนั้น จะถูกออกแบบโดยการนำเอาวิธีการจากแบบต่างๆ ข้างต้นมาทำงานร่วมกัน ทำให้ได้ระบบควบคุมผสมแบบต่างๆ ขึ้นมาอีกมากมาย ซึ่งตอนนี้จะกล่าวถึงระบบควบคุมแบบแรกพอสังเขปเท่านั้น ส่วนระบบควบคุมแบบที่เหลือจะได้นำมากล่าวในโอกาสต่อไป

ระบบควบคุมแบบผู้ชำนาญการ (Expert Control Systems)

ระบบผู้เชี่ยวชาญ (Expert Systems) คือ โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ได้รับการออกแบบและพัฒนา ให้มีความสามารถทำงานเลียนแบบการทำงานในแต่ละเรื่อง (Domain Expert) ของผู้เชี่ยวชาญมนุษย์ (Human Expert) ได้ ดังนั้น ถ้าเรานำระบบผู้เชี่ยวชาญมาประยุกต์ใช้ในงานควบคุม เราก็จะได้ระบบควบคุมแบบผู้ชำนาญการ ซึ่งเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ได้รับการออกแบบมาให้สามารถทำงานควบคุมแทนคนที่เป็นผู้ชำนาญในเรื่องนั้นนั่นเอง ระบบควบคุมประเภทนี้ จะมีการดึงความรู้ (Knowledge Acquisition) มาจากผู้ชำนาญการที่เป็นมนุษย์ นำมาจัดเก็บไว้ในฐานความรู้ (Knowledge Base) ของตัวควบคุม ในรูปที่เหมาะสม และมีกลไกการอนุมาน (Inference Mechanism) ที่สามารถนำความรู้ที่เก็บไว้นั้น มาใช้ประกอบในกระบวนการคิดหาเหตุผล ร่วมกับข้อเท็จจริงต่างๆ ที่ได้รับมา เพื่อทำการตัดสินใจสั่งงานออกไปอย่างถูกต้อง ผ่านทางระบบการอินเตอร์เฟสขาเข้า/ขาออก (Input/Output Interface System)

นอกจากนี้แล้วระบบผู้เชี่ยวชาญที่ดี ยังต้องสามารถสื่อสารเป็นภาษามนุษย์กับผู้ชำนาญการคนอื่นๆ เพื่อสามารถซักถามและดึงความรู้จากผู้ชำนาญการเหล่านั้น ไปจัดเก็บไว้เป็นความรู้ของระบบ เพื่อนำใช้งานในการตัดสินใจต่อไป และสามารถใช้ความรู้นั้นในการสอนมนุษย์คนอื่นๆ ได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น ระบบควบคุมการตรวจสอบสภาพจรวดขององค์การนาซา เป็นต้น