JP2763370B2 - Hierarchical network configuration fuzzy controller - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、適応的なファジィ制御器として機能する階
層ネットワーク構成ファジィ制御器に関するものであ
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hierarchical network configuration fuzzy controller that functions as an adaptive fuzzy controller.
新しい制御処理方式として、ファジィ制御が普及しつ
つある。このファジィ制御は、人間の判断等のあいまい
さを含む制御アルゴリズムをif−then形式で表現し、フ
ァジィ推論に従ってこの制御アルゴリズムを実行してい
くことで、検出される制御状態量から制御操作量を算出
して制御対象を制御していくものである。このファジィ
制御を実行するファジィ制御器は不確定なものを扱うも
のであることから、制御アルゴリズムの調整や変更等に
対して適応的に対応できるような構成にしていく必要が
あるのである。Fuzzy control is becoming popular as a new control processing method. In this fuzzy control, a control algorithm including ambiguity such as human judgment is expressed in an if-then form, and the control algorithm is executed in accordance with fuzzy inference. This is to calculate and control the control target. Since the fuzzy controller that executes the fuzzy control handles indefinite ones, it is necessary to adopt a configuration that can adaptively cope with adjustment and change of the control algorithm.
ファジィ制御ルールは、 if x1 is big and x2 is small then y1 is bigとい
う形式(IF部は前件部と呼ばれて、温度データ等の制御
状態量についての条件を記述する部分であり、THEN部は
後件部と呼ばれて、操作端等の制御操作量についての条
件を記述する部分である)に従って制御論理を記述する
ものであって、ファジィ制御器は、制御対象の制御論理
として用意されるこのような複数のファジィ制御ルール
を管理するとともに、各ファジィ制御ルール中に記述さ
れる「大きい」とか「小さい」とかいうようなあいまい
な言語表現の意味をメンバーシップ関数として定量化し
て管理する構成を採ることになる。The fuzzy control rule is of the form if x 1 is big and x 2 is small then y 1 is big (the IF part is called the antecedent part and describes the conditions for the control state quantity such as temperature data. , THEN part is called a consequent part, and is a part that describes the condition of the control operation amount such as the operation end). The fuzzy controller describes the control logic of the control object. By managing such multiple fuzzy control rules prepared as, and quantifying the meaning of ambiguous linguistic expressions such as "large" and "small" described in each fuzzy control rule as a membership function The configuration to manage is adopted.
そして、ファジィ制御器は、制御対象から温度データ
や水位データ等の制御状態量が与えられると、先ず最初
に、管理している制御状態量のメンバーシップ関数(前
件部メンバーシップ関数となる)から与えられた制御状
態量がもつメンバーシップ関数値(真理値)を算出す
る。次に、最小値を選択する等の前件部演算に従って、
各ファジィ制御ルールにおける後件部に対しての適用値
を決定する処理を実行する。すなわち、上述のファジィ
制御ルールの例で説明するならば、「x1 is big」の真
理値が“0.8"で、「x2 is small」の真理値が“0.5"で
ある場合には、最小値を選択する前件部演算に従って、
この“0.5"をそのファジィ制御ルールの後件部に対して
の適用値として決定するよう処理するのである。When the fuzzy controller is given a control state quantity such as temperature data and water level data from the control object, first, a membership function of the control state quantity being managed (becomes a membership function of the antecedent part). Calculates the membership function value (truth value) of the control state quantity given from. Next, according to the antecedent operation such as selecting the minimum value,
A process for determining an applied value to the consequent part in each fuzzy control rule is executed. That is, if the truth value of “x 1 is big” is “0.8” and the truth value of “x 2 is small” is “0.5”, the minimum value According to the antecedent operation to select the value,
Processing is performed so as to determine “0.5” as an applied value to the consequent part of the fuzzy control rule.
続いて、ファジィ制御器は、最大値を選択する等の後
件部演算に従って、同一の制御操作量の同一のメンバー
シップ関数(後件部メンバーシップ関数となる)につい
て与えられる各ファジィ制御ルールの後件部に対しての
適用値から、そのメンバーシップ関数に対しての適用値
を決定する処理を実行する。すなわち、上述のファジィ
制御ルールで後件部の「y1 is big」に対して“0.5"を
適用値とし、一方、別のファジィ制御ルールでもって
「y1 is big」に対して“0.6"を適用値とする場合に
は、最大値を選択する後件部演算に従って、この“0.6"
を制御操作量y1の「big」に対しての適用値として決定
するよう処理するのである。Subsequently, the fuzzy controller, in accordance with the consequent part operation such as selecting the maximum value, calculates the fuzzy control rules given for the same membership function of the same control operation amount (which becomes the consequent part membership function). From the applied value to the consequent part, a process of determining an applied value to the membership function is executed. That is, the applied value "0.5" for "y 1 IS big" of the consequent part in the above-described fuzzy control rules, on the other hand, with a different fuzzy control rules for "y 1 IS big""0.6" In the case where is set as the applied value, the "0.6"
Than it is processed to determine the applied value of the for the "big" control operation amounts y 1 a.
続いて、ファジィ制御器は、決定された適用値に従っ
て制御操作量のメンバーシップ関数を縮小するととも
に、同一の制御操作量についてのメンバーシップ関数の
関数和の図形の重心を求める等の処理に従ってファジィ
推論値である制御操作量を算出する処理を実行して、操
作端等に出力するという処理を実行することになる。Subsequently, the fuzzy controller reduces the membership function of the control operation amount in accordance with the determined applied value, and also obtains the fuzzy center of the function sum of the membership function for the same control operation amount. A process of calculating a control operation amount which is an inference value is executed, and a process of outputting the control operation amount to an operation terminal or the like is executed.
従来のファジィ制御器では、このようなファジィ制御
ルールの実行をプログラム的に実行することで実現する
という構成を採っていた。すなわち、逐次処理を実行す
るコンピュータシステムのソフトウェア手段に従って、
先ず最初に、制御状態量の真理値を算出し、次に、前件
部演算に従って後件部に対しての適用値を決定し、続い
て、後件部演算に従って制御操作量のメンバーシップ関
数に対しての適用値を決定して、重心演算等により制御
操作量を算出して出力するという構成を採っていたので
ある。The conventional fuzzy controller employs a configuration in which the execution of such fuzzy control rules is implemented by executing the program. That is, according to the software means of the computer system that performs the sequential processing,
First, the truth value of the control state quantity is calculated, then, the application value for the consequent part is determined according to the antecedent operation, and then the membership function of the control operation amount according to the consequent operation. , The control operation amount is calculated and output by the center of gravity calculation or the like.
しかしながら、ファジィ制御ルールは、制御対象の制
御に熟知しているオペレータの対象プロセスに関する知
識に従って生成されるものである。これから、最初から
所望の制御を実現できるファジィ制御ルールを生成する
という訳にはいかないというのが実情であり、生成した
ファジィ制御ルールをシミュレーションや現地テストに
より評価しながら試行錯誤的にチューニングしていくこ
とで、制御対象に適合したファジィ制御ルールにと完成
させていくという手順をとらざるを得ない。However, the fuzzy control rules are generated in accordance with the knowledge of the target process of the operator who is familiar with the control of the control target. From now on, the fact is that it is not possible to generate fuzzy control rules that can achieve the desired control from the beginning, and we will tune it by trial and error while evaluating the generated fuzzy control rules by simulation and on-site tests. Therefore, it is necessary to take a procedure of completing a fuzzy control rule suitable for the control target.
しかるに、従来のようなソフトウェア手段を用いるフ
ァジィ制御器の構成方法では、ファジィ制御器は単に生
成されたファジィ制御ルールの記述手順に従って制御論
理を実行するだけのものであって何ら適応性を有するも
のではない。これから、従来のファジィ制御器では、オ
ペレータに対してファジィ制御ルールのチューニングの
負荷を低減するような機能を発揮するというようなこと
はないのである。However, in the conventional method of constructing a fuzzy controller using software means, the fuzzy controller simply executes the control logic in accordance with the description procedure of the generated fuzzy control rule and has no adaptability. is not. Therefore, the conventional fuzzy controller does not exert a function of reducing the load of tuning the fuzzy control rules for the operator.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
ファジィ制御ルールの実現構成を採りつつ、かつ、ファ
ジィ制御ルールの調整や変更等に対しても適応的に対応
できるような構成を採る新たなファジィ制御器をなす階
層ネットワーク構成ファジィ制御器の提供を目的とする
ものである。The present invention has been made in view of such circumstances,
The provision of a hierarchical network configuration fuzzy controller that constitutes a new fuzzy controller that adopts a configuration that can adaptively respond to adjustment or change of the fuzzy control rule while adopting a configuration for realizing the fuzzy control rule. It is the purpose.
第1図は本発明の原理構成図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
図中、10は本発明に係る階層ネットワーク構成ファジ
ィ制御器であって、ファジィ制御ルールの実現構成を採
りつつ、かつ、ファジィ制御ルールの調整や変更等に対
しても適応的に対応できる構成をもつファジィ制御器で
あるもの、11は階層ネットワーク構成ファジィ制御器10
が備える階層ネットワーク部であって、階層ネットワー
ク構造とその階層ネットワーク構造の内部結合に割り付
けられる内部状態値とにより規定されるデータ変換機能
に従ってファジィ制御ルールを実行するもの、16は内部
状態値管理部であって、階層ネットワーク部11がファジ
ィ制御ルールの実行時に必要とする内部状態値を管理す
るもの、20は学習信号提示装置であって、学習用の制御
状態量データ群を階層ネットワーク部11の入力層に提示
するとともに、この学習用の制御状態量データ群と対を
なす学習用の制御操作量データ群(学習用の制御状態量
データが与えられたときに、所望の制御状態を実現する
ための制御操作量となるもの)を次に説明する学習処理
装置30に提示するもの、30は学習処理装置であって、学
習信号提示装置20による学習用の制御状態量データ群の
提示に応答して出力される階層ネットワーク部11からの
制御操作浪データ群と、学習信号提示装置20から提示さ
れる学習用の制御操作量データ群との間の誤差値を算出
し、該誤差値に基づいて学習対象とされる内部状態値を
順次更新していくことで該誤差値が許容範囲となる内部
状態値を学習するものである。In the figure, reference numeral 10 denotes a hierarchical network configuration fuzzy controller according to the present invention, which adopts a configuration for realizing a fuzzy control rule and has a configuration capable of adaptively coping with adjustment and change of the fuzzy control rule. 11 is a fuzzy controller having a hierarchical network configuration.
A fuzzy control rule according to a data conversion function defined by a hierarchical network structure and an internal state value assigned to an internal connection of the hierarchical network structure, and 16 is an internal state value management unit. The hierarchical network unit 11 manages internal state values required at the time of execution of the fuzzy control rule, and 20 is a learning signal presenting device, which stores a control state amount data group for learning in the hierarchical network unit 11. A control operation amount data group for learning, which is presented to the input layer and forms a pair with the control state amount data for learning (when a control state amount data for learning is provided, a desired control state is realized. , Which is a control operation amount for learning), is presented to the learning processing device 30 described below. Between the control operation amount data group from the hierarchical network unit 11 output in response to the presentation of the learning control state amount data group and the learning control operation amount data group presented from the learning signal presentation device 20 Is calculated, and the internal state value to be learned is sequentially updated based on the error value, thereby learning the internal state value in which the error value is within an allowable range.
階層ネットワーク部11は、入力される制御状態量に対
応する形式で備えられる複数の入力ユニット12により構
成される入力層と、入力層の後段層として位置して、フ
ァジィ制御ルールの前件部メンバーシップ関数に対応す
る形式で備えられる複数の処理ユニット13により構成さ
れる第1の算出層と、第1の算出層の後段層として位置
して、1つ又は複数のルールユニット14により構成され
るルール層を層単位として1つ又は複数段のルール層に
より構成される中間層と、中間層の後段層として位置し
て、大きさの変更される後件部メンバーシップ関数の関
数和を算出する複数の処理ユニット15aにより構成され
る第2の算出層と、第2の算出層の後段層として位置し
て、制御操作量の導出値を算出する2つを1組として制
御操作量に対応付けて設けられる出力ユニット15bによ
り構成される出力層という階層ネットワーク構造を持つ
よう構成される。The hierarchical network unit 11 includes an input layer constituted by a plurality of input units 12 provided in a format corresponding to the input control state quantity, and a layer subsequent to the input layer, which is a member of the antecedent of the fuzzy control rule. A first calculation layer constituted by a plurality of processing units 13 provided in a format corresponding to the ship function, and one or more rule units 14 positioned as a subsequent layer of the first calculation layer Calculate the function sum of an intermediate layer composed of one or a plurality of rule layers with the rule layer as a layer unit and a consequent part membership function whose size is changed, positioned as a subsequent layer of the intermediate layer. A second calculation layer composed of a plurality of processing units 15a and a pair of two calculation position derivation values that are located as subsequent layers of the second calculation layer are associated with the control operation amount. Set Configured with a hierarchical network structure that constituted the output layer, the output unit 15b to be.
この入力層の入力ユニット12は、制御対象の制御状態
量を入力として、第1の算出層の対応する処理ユニット
13に対して、入力されてくる制御状態量を分配する。The input unit 12 of the input layer receives the control state quantity of the control target as an input, and the corresponding processing unit of the first calculation layer.
The input control state quantity is distributed to 13.
第1の算出層の処理ユニット13は、入力ユニット12か
ら通知される制御状態量と、その入力ユニット12との間
の内部結合に割り付けられる内部状態値との乗算値を入
力として、規定の演算を実行することでファジィ制御ル
ールの前件部メンバーシップ関数の真理値を算出して、
中間層の最前段のルール層のすべてのルールユニット14
に出力する。The processing unit 13 of the first calculation layer receives a multiplied value of a control state amount notified from the input unit 12 and an internal state value allocated to an internal connection between the input unit 12 and a prescribed operation. To calculate the truth value of the membership function of the antecedent part of the fuzzy control rule,
All rule units 14 in the first rule layer of the middle layer
Output to
中間層の最前段のルール層のルールユニット14は、処
理ユニット13から通知される複数の真理値とそれらの処
理ユニット13との間の内部結合に割り付けられる内部状
態値との乗算値を入力として、割り付けられる演算を実
行することでグレード値を算出して次段のルール層のす
べてのルールユニット14に出力するよう処理し、各ルー
ル層のルールユニット14は、前段のルール層のルールユ
ニット14から通知されるグレード値とそれらのルールユ
ニット14との間の内部結合に割り付けられる内部状態値
との乗算値を入力として、割り付けられる演算を実行す
ることでグレード値を算出して後段のルール層のすべて
のルールユニット14に出力するよう処理し、中間層の最
後段のルール層のルールユニット14は、前段のルール層
のルールユニット14から通知されるグレード値とそれら
のルールユニット14との間の内部結合に割り付けられる
内部状態値との乗算値を入力して、割り付けられる演算
を実行することでグレード値を算出して、第2の算出層
の対応する処理ユニット15aに出力する。The rule unit 14 of the foremost rule layer of the intermediate layer receives, as an input, a multiplied value of a plurality of truth values notified from the processing unit 13 and an internal state value assigned to an internal connection between the processing units 13. By executing the assigned operation, the grade value is calculated and processed so as to be output to all the rule units 14 of the next rule layer, and the rule units 14 of each rule layer are compared with the rule units 14 of the preceding rule layer. A grade value is calculated by executing an assigned operation by inputting a multiplied value of the grade value notified from the internal unit and an internal state value assigned to an internal connection between the rule units 14 and calculating a grade value, thereby executing a subsequent rule layer. Is processed so as to be output to all rule units 14 of the intermediate layer, and the rule unit 14 of the last rule layer of the middle layer is transmitted from the rule unit 14 of the previous rule layer A grade value is calculated by inputting a multiplied value of a grade value to be assigned and an internal state value assigned to an internal connection between the rule units 14 and executing an assigned operation to obtain a grade value. Output to the corresponding processing unit 15a of the layer.
第2の算出層の処理ユニット15aは、中間層の最後段
のルール層のルールユニット14から通知されるグレード
値と、そのルールユニット14との間の内部結合に割り付
けられる後件部メンバーシップ関数分割値(後件部メン
バーシップ関数から切り出される離散的な関数値)との
乗算値を入力として、そのグレード値により大きさの変
更される後件部メンバーシップ関数の関数和を算出(各
処理ユニット15aは関数和の部分値を算出し、その総和
が関数和となる)して、出力層の対応する出力ユニット
15bに出力する。The processing unit 15a of the second calculation layer includes a grade value notified from the rule unit 14 of the last rule layer of the intermediate layer, and a consequent membership function assigned to the internal connection between the rule unit 14 and the grade value. The multiplication value with the division value (the discrete function value cut out from the consequent part membership function) is input, and the function sum of the consequent part membership function whose size is changed by the grade value is calculated (each processing The unit 15a calculates a partial value of the function sum, and the sum is a function sum), and outputs the corresponding output unit of the output layer.
Output to 15b.
出力層の出力ユニット15bは、処理ユニット15aから通
知される後件部メンバーシップ関数の関数和部分値と、
その処理ユニット15aとの間の内部結合に割り付けられ
る定数分割値(規定の定数値の間を区画することで得ら
れる数値)との乗算値を入力として、制御操作量の導出
に用いる導出値を算出する。The output unit 15b of the output layer includes a function sum partial value of the consequent part membership function notified from the processing unit 15a,
A derived value used for deriving a control operation amount is obtained by taking as input a multiplied value by a constant division value (a numerical value obtained by partitioning between predetermined constant values) allocated to the internal connection with the processing unit 15a. calculate.
本発明の階層ネットワーク部11は、入力ユニット12を
介して制御状態量が与えられると、第1の算出層の処理
ユニット13は、その制御状態量に対して割り付けられた
関数変換機能を施すことで、演算結果値となるその制御
状態量についてのメンバーシップ関数の真理値を算出す
るとともに、その算出した真理値を中間層の最前段のル
ール層のルールユニット14に分配出力する。このように
して処理ユニット13から制御状態量についてのメンバー
シップ関数の真理値を受け取ると、中間層のルールユニ
ット14は、割り付けられた関数変換機能等の演算処理を
実行することで演算結果値となるグレード値を算出する
とともに、その算出したグレード値を後段のルールユニ
ット14へ出力していくことで、中間層としての演算結果
値であるグレード値を内部結合される第2の算出層の処
理ユニット15aに出力する。In the hierarchical network unit 11 of the present invention, when a control state quantity is given via the input unit 12, the processing unit 13 of the first calculation layer performs a function conversion function assigned to the control state quantity. Then, a truth value of the membership function for the control state quantity, which is an operation result value, is calculated, and the calculated truth value is distributed and output to the rule unit 14 of the foremost rule layer of the intermediate layer. When the truth value of the membership function for the control state quantity is received from the processing unit 13 in this manner, the rule unit 14 of the intermediate layer executes the operation processing such as the function conversion function assigned to the intermediate unit, thereby obtaining the operation result value and By calculating the grade value and outputting the calculated grade value to the subsequent rule unit 14, the processing of the second calculation layer in which the grade value, which is the operation result value as the intermediate layer, is internally combined is performed. Output to the unit 15a.
このグレード値を受け取ると、処理ユニット15aは、
ルールユニット14との間の内部結合に割り付けられる後
件部メンバーシップ関数分割値に従って、そのグレード
値により大きさの変更される後件部メンバーシップ関数
の関数和を算出するとともに、その算出した関数和部分
値を内部結合される出力層の出力ユニット15bに出力す
る。そして、この後件部メンバーシップ関数の関数和の
部分値を受け取ると、出力ユニット15bは、処理ユニッ
ト15aとの間の内部結合に割り付けられる定数分割値に
従って、制御操作量の導出に用いる導出値を算出する。Upon receiving this grade value, the processing unit 15a
In accordance with the consequent part membership function division value assigned to the inner connection with the rule unit 14, the function sum of the consequent part membership function whose size is changed by the grade value is calculated, and the calculated function is calculated. The sum partial value is output to the output unit 15b of the output layer that is internally coupled. Then, upon receiving the partial value of the function sum of the consequent part membership function, the output unit 15b outputs the derived value used for deriving the control operation amount according to the constant division value allocated to the internal connection with the processing unit 15a. Is calculated.
このように、本発明の階層ネットワーク部11は、ファ
ジィ制御ルールに適合すべく構造化された階層ネットワ
ーク構造の持つデータ変換機能に従ってファジィ制御ル
ールを実行するよう動作することになる。As described above, the hierarchical network unit 11 of the present invention operates to execute the fuzzy control rules according to the data conversion function of the hierarchical network structure structured to conform to the fuzzy control rules.
本発明では、階層ネットワーク構成ファジィ制御器10
を所望のファジィ制御器として構築しようとする場合、
オペレータは、先ず最初に、処理ユニット13に対して、
生成した制御状態量についてのメンバーシップ関数の真
理値を算出する機能を割り付け、ルールユニット14と処
理ユニット15aとの間の内部結合に、生成した制御操作
量についてのメンバーシップ関数を登録する。そして、
第1の算出層の処理ユニット13と中間層の最前段のルー
ル層のルールユニット14との間の内部結合と、中間層の
隣接するルール層のルールユニット14間の内部結合に内
部状態値の初期値を設定して内部状態値管理部16に格納
する。In the present invention, the hierarchical network configuration fuzzy controller 10
If you want to construct as the desired fuzzy controller,
The operator firstly asks the processing unit 13
A function for calculating the truth value of the membership function for the generated control state quantity is assigned, and the membership function for the generated control operation quantity is registered in an internal connection between the rule unit 14 and the processing unit 15a. And
The internal connection between the processing unit 13 of the first calculation layer and the rule unit 14 of the foremost rule layer of the intermediate layer and the internal connection between the rule units 14 of the adjacent rule layer of the intermediate layer are determined by the internal state value. Initial values are set and stored in the internal state value management unit 16.
続いて、オペレータは、学習信号提示装置20及び学習
処理装置30を起動する。このようにして起動されると、
学習信号提示装置20は、階層ネットワーク部11の入力層
に対して学習用の制御状態量データを提示するととも
に、学習処理装置30に対して学習用の制御操作量データ
を提示する。この学習信号の提示を受けて、学習処理装
置30は、学習用の制御状態量データの提示に応答して出
力される階層ネットワーク部11からの制御操作量データ
が、提示される学習用の制御操作量データと概略一致す
るようになるべく、第1の算出層の処理ユニット13と中
間層の最前段のルール層のルールユニット14との間の内
部結合の内部状態値と、中間層の隣接するルール層のル
ールユニット14間の内部結合の内部状態値とを学習し
て、その求められた内部状態値の学習値を内部状態値管
理部17に設定する処理を実行する。Subsequently, the operator activates the learning signal presentation device 20 and the learning processing device 30. When activated in this way,
The learning signal presenting device 20 presents the learning control state amount data to the input layer of the hierarchical network unit 11 and presents the learning control operation amount data to the learning processing device 30. In response to the presentation of the learning signal, the learning processing device 30 outputs the control operation amount data from the hierarchical network unit 11 output in response to the presentation of the learning control state amount data, to the learning control amount to be presented. The internal state value of the internal connection between the processing unit 13 of the first calculation layer and the rule unit 14 of the foremost rule layer of the intermediate layer and the adjacent state of the intermediate layer so as to substantially match the operation amount data A process of learning the internal state value of the internal connection between the rule units 14 of the rule layer and setting the learned value of the obtained internal state value in the internal state value management unit 17 is executed.
なお、この内部状態値の学習処理にあって、入力ユニ
ット12と処理ユニット13との間に設定される内部結合の
内部状態値や、中間層の最後段のルール層のルールユニ
ット14と処理ユニット15aとの間に設定される内部結合
の内部状態値を学習対象とすることが可能である。In the learning process of the internal state value, the internal state value of the internal connection set between the input unit 12 and the processing unit 13 and the rule unit 14 and the processing unit of the last rule layer of the intermediate layer are set. It is possible to set the internal state value of the internal connection set between the target and the target 15a as the learning target.
入力ユニット12と処理ユニット13との間に設定される
内部結合の内部状態値を学習対象とすると、この学習処
理により求まる新たな内部状態値により、予め想定した
制御状態量のメンバーシップ関数をより制御対象に適合
したものにチューニングできるようになる。Assuming that the internal state value of the internal connection set between the input unit 12 and the processing unit 13 is to be learned, the membership function of the control state quantity assumed in advance is further improved by a new internal state value obtained by this learning processing. Tuning can be performed to match the control target.
また、ルールユニット14と処理ユニット15aとの間に
設定される内部結合の内部状態値を学習対象すると、こ
の学習処理により求まる新たな内部状態値により、予め
想定した制御操作量のメンバーシップ関数をより制御対
象に適合したものにチューニングできるようになる。Further, when learning the internal state value of the internal connection set between the rule unit 14 and the processing unit 15a, the membership function of the control operation amount assumed in advance is calculated by the new internal state value obtained by this learning processing. It is possible to tune to one that is more suitable for the control target.
この内部状態値の学習値が設定されると、階層ネット
ワーク構成ファジィ制御器10は、所望の制御論理を実行
するファジィ制御器として機能することになる。When the learning value of the internal state value is set, the hierarchical network configuration fuzzy controller 10 functions as a fuzzy controller that executes a desired control logic.
このように、本発明では、ファジィ制御ルールに適合
すべく構造化された階層ネットワーク構造を持つ階層ネ
ットワーク部11に従って、ファジィ制御器を構築するこ
とを特徴とする。As described above, the present invention is characterized in that a fuzzy controller is constructed according to the hierarchical network unit 11 having a hierarchical network structure structured to conform to the fuzzy control rules.
ニューロコンピュータとしてよく知られているよう
に、階層ネットワーク構造のデータ変換機能に従うデー
タ処理装置は、階層ネットワーク構造の内部結合に割り
付けられる内部状態値が設定されると、想定していなか
った入力信号が入力されることがあっても、それらしい
出力信号を出力するという“柔らかい”データ処理を実
現するものである。本発明は、このような階層ネットワ
ーク構成データ処理装置の階層ネットワーク構造をファ
ジィ制御ルールに適合させて構造化して階層ネットワー
ク部11として備えるよう構成する。そして、予め生成し
た制御状態量や制御操作量についてのメンバーシップ関
数とは切り離して、ファジィ制御ルールのルール部分の
内部結合の内部状態値を学習対象可能とするよう構成す
る。As is well known as a neurocomputer, a data processing device that follows a data conversion function of a hierarchical network structure, when an internal state value assigned to an internal connection of the hierarchical network structure is set, an unexpected input signal is generated. This realizes "soft" data processing of outputting an appropriate output signal even if it is input. According to the present invention, the hierarchical network structure of such a hierarchical network configuration data processing device is structured so as to be adapted to fuzzy control rules and provided as a hierarchical network unit 11. Then, the internal state value of the internal connection of the rule part of the fuzzy control rule can be learned separately from the membership function for the previously generated control state amount and control operation amount.
このような階層ネットワーク構成データ処理装置を利
用することで、学習処理装置30により機械的にファジィ
制御ルールの関係付けを決定することが実現されること
から、オペレータにかかるファジィ制御ルールのチュー
ニングの負荷を大きく低減できることになる。そして、
階層ネットワーク構成データ処理装置をそのまま利用す
るのではなくて、ファジィ制御ルールに適合する形式で
もって構造化される階層ネットワーク部11を用いること
から、メンバーシップ関数はメンバーシップ関数で切り
離してチューニングする等の処理が行え、従来のファジ
ィ制御器との整合性も保てることになる。By using such a hierarchical network configuration data processing device, the learning processing device 30 can mechanically determine the association of the fuzzy control rules. Can be greatly reduced. And
Instead of using the hierarchical network configuration data processing device as it is, using the hierarchical network unit 11 structured in a format that conforms to the fuzzy control rules, the membership function is tuned separately with the membership function. And the consistency with the conventional fuzzy controller can be maintained.
以下、実施例に従って本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
第2図に、本発明の階層ネットワーク構成ファジィ制
御器10を構築するための一実施例を図示する。図中、第
1図で説明したものと同じものについては同一の記号で
示してある。1′−hは第1図の入力ユニット12に対応
する入力ユニット、1−iは第1図の処理ユニット13は
ルールユニット14を構成することになる基本ユニット、
1−jは第1図の出力ユニット15を構成することになる
基本ユニット、16aは第1図の内部状態値管理部16に対
応する重み値管理部であって、階層ネットワーク部11の
内部結合に割り付けられる重み値(第1図の内部状態値
に対応する)を管理するものである。FIG. 2 shows an embodiment for constructing the hierarchical network configuration fuzzy controller 10 of the present invention. In the figure, the same components as those described in FIG. 1 are indicated by the same symbols. 1'-h is an input unit corresponding to the input unit 12 of FIG. 1, 1-i is a processing unit 13 of FIG. 1 which is a basic unit constituting a rule unit 14,
1-j is a basic unit constituting the output unit 15 of FIG. 1, and 16a is a weight value management unit corresponding to the internal state value management unit 16 of FIG. Is managed (corresponding to the internal state value in FIG. 1).
21は学習信号格納部であって、階層ネットワーク部11
の重み値の学習のために用いられる学習信号(制御状態
量データと制御操作量データとの対を基本単位として構
成される)を格納するもの、22は学習信号提示部であっ
て、学習信号格納部21から学習信号を読み出して、その
内の制御状態量データを階層ネットワーク部11に提示す
るとともに、対をなすもう一方の制御操作量データを後
述する重み値変更部30aと次に説明する学習収束判定部2
3に提示するもの、23は学習収束判定部であって、階層
ネットワーク部11から出力される制御操作量データと学
習信号提示部22からの学習用の制御操作量データとを受
けて、階層ネットワーク部11のデータ処理機能の誤差が
許容範囲に入ったか否かを判定して、その判定結果を学
習信号提示部22に通知するものである。Reference numeral 21 denotes a learning signal storage unit, and a hierarchical network unit 11
And a learning signal presenting unit 22 for storing a learning signal (constituted as a basic unit of a pair of control state amount data and control operation amount data) used for learning the weight value of the learning signal. The learning signal is read from the storage unit 21, the control state amount data therein is presented to the hierarchical network unit 11, and the other control operation amount data forming a pair is described below with a weight value changing unit 30a. Learning convergence judgment unit 2
What is presented in 3 is a learning convergence determination unit 23, which receives the control operation amount data output from the hierarchical network unit 11 and the control operation amount data for learning from the learning signal presentation unit 22, and It is for determining whether or not an error in the data processing function of the unit 11 is within an allowable range, and notifying the learning signal presentation unit 22 of the determination result.
30aは第1図の学習処理装置30に相当する重み値変更
部であって、学習信号提示部22からの学習用の制御操作
量データと階層ネットワーク部11からのネットワーク出
力データとを受けて、バック・プロパゲーション法に従
って重み値の更新量を算出して重み値を更新していくこ
とで、重み値を収束値にと収束させるべく学習するもの
である。30a is a weight value changing unit corresponding to the learning processing device 30 in FIG. 1, and receives learning control operation amount data from the learning signal presenting unit 22 and network output data from the hierarchical network unit 11, By calculating the update amount of the weight value according to the back propagation method and updating the weight value, learning is performed so that the weight value converges to the convergence value.
本発明の階層ネットワーク部11は、第1図でも説明し
たように、ファジィ制御ルールと同一構造をもつように
構造化された階層ネットワーク構造により構成されるこ
とになる。この本発明に特徴的な階層ネットワーク部11
の説明に入る前に、一般的に知られている階層ネットワ
ーク構成データ処理装置の備える階層ネットワーク構造
(以下、公知の階層ネットワーク構造と称することにす
る)について説明するとともに、重み値変更部30aが実
装する学習アルゴリズムであって、この公知の階層ネッ
トワーク構造の内部結合の重み値の値を決定する学習ア
ルゴリズムであるところのバック・プロパゲーション法
について詳述する。As described in FIG. 1, the hierarchical network unit 11 of the present invention has a hierarchical network structure structured to have the same structure as the fuzzy control rules. Hierarchical network unit 11 characteristic of the present invention
Prior to the description, a hierarchical network structure (hereinafter, referred to as a known hierarchical network structure) provided in a generally known hierarchical network configuration data processing device will be described, and the weight value changing unit 30a will be described. The back propagation method, which is a learning algorithm to be implemented, which is a learning algorithm for determining the value of the weight value of the internal connection of the known hierarchical network structure, will be described in detail.
公知の階層ネットワーク構造は、基本的には、基本ユ
ニットと呼ぶ一種のノードと、重み値を持つ内部結合と
から階層ネットワークを構成している。第3図に、基本
ユニット1の基本構成を示す。この基本ユニット1は、
多入力一出力系となっており、複数の入力に対し夫々の
内部結合の重み値を乗算する乗算処理部2と、それらの
全乗算結果を加算する累算処理部3と、この累算値に非
線型の閾値処理を施して一つの最終出力を出力する閾値
処理部4とを備える。In a known hierarchical network structure, a hierarchical network is basically configured from a kind of node called a basic unit and an internal connection having a weight value. FIG. 3 shows the basic configuration of the basic unit 1. This basic unit 1
A multi-processing unit 2 for multiplying a plurality of inputs by respective weights of the internal connection, an accumulating unit 3 for adding all multiplication results thereof, And a threshold processing unit 4 for performing a non-linear threshold processing on the output of the first and second outputs.
h層を前段層としi層を後段層とすると、この累算処
理部3では下記の(1)式の演算を実行し、閾値処理部
4では下記の(2)式の演算を実行する。Assuming that the h-th layer is the first layer and the i-th layer is the second layer, the accumulation processing unit 3 executes the operation of the following expression (1), and the threshold processing unit 4 executes the operation of the following expression (2).
ypi=1/(1+exp(−xpi+θi)) (2)式 但し、 h :h層のユニット番号 i :i層のユニット番号 p :入力信号のパターン番号 θi:i層のi番ユニットの閾値 Wih:h−i層間の内部結合の重み値 xpi:h層の各ユニットからi層のi番ユニットへの入力
の積和 yph:p番目パターンの入力信号に対するh層のh番ユニ
ットからの出力 ypi:p番目パターンの入力信号に対するi層のi番ユニ
ットからの出力 そして、公知の階層ネットワーク構造部では、このよ
うな構成の多数の基本ユニット1が、入力信号値をその
まま分配して出力する入力ユニット1′を入力層とし
て、第4図に示すように階層的に接続されることで階調
ネットワークを構成して、入力パターン(入力信号)を
対応する出力パターン(出力パターン)に変換するとい
う並列的なデータ処理機能を発揮することになる。 y pi = 1 / (1 + exp (−x pi + θ i )) (2) where h: unit number of h layer i: unit number of i layer p: pattern number of input signal θ i : i number of i layer Unit threshold value W ih : Weight value of internal connection between hi and i layers x pi : Sum of products of inputs from each unit of h layer to unit i of y layer y ph : h layer of input signal of p-th pattern Output from the h-th unit y pi : Output from the i-th unit in the i-th layer with respect to the input signal of the p-th pattern As shown in FIG. 4, an input unit 1 'for directly distributing and outputting as an input layer is hierarchically connected as shown in FIG. (Output pattern) parallel data processing It will exert its logical functions.
バッグ・プロパゲーション法では、階層ネットワーク
の重み値Wihと閾値θiとを誤差のフィードバックによ
り適応的に自動調節して学習することになる。(1)
(2)式から明らかなように、重み値Wihと閾値θiと
の調節は同時に実行される必要があるが、この作業は相
互に干渉する難しい作業となる。そこで、本出願人は、
先に出願の「特願昭62−333484号(昭和62年12月28日出
願、“ネットワーク構成データ処理装置”)」で開示し
たように、入力側のh層に常に“1"を出力するとともに
その出力に対して閾値θiを重み値として割り付けるユ
ニットを設けることで、閾値θiを重み値Wihの中に組
み込んで閾値θiを重み値として扱うようにすることを
提案した。このようにすることで、上述の(1)(2)
式は、 ypi=1/(1+exp(−xpi)) (4)式 で表されることになる。In the bag propagation method, learning is performed by adaptively and automatically adjusting the weight value W ih and the threshold value θ i of the hierarchical network by error feedback. (1)
As is apparent from the equation (2), the adjustment of the weight value W ih and the threshold value θ i needs to be performed simultaneously, but this operation is a difficult operation that interferes with each other. Therefore, the applicant has
As previously disclosed in "Japanese Patent Application No. 62-333484 (filed on December 28, 1987," Network Configuration Data Processing Apparatus ")," 1 "is always output to the h layer on the input side. In addition, it has been proposed to provide a unit for assigning the threshold value θ i as a weight value to the output, thereby incorporating the threshold value θ i into the weight value W ih and treating the threshold value θ i as a weight value. By doing so, the above (1) and (2)
ceremony, y pi = 1 / (1 + exp (−x pi )) (4)
次に、この(3)(4)式の記述形式のものに従っ
て、バック・プロパゲーション法による重み値の学習処
理方式について説明する。ここで、この説明は、階層ネ
ットワーク部11が、第4図に示すh層−i層−j層とい
う3層の階層ネットワークをもつもので行う。Next, a description will be given of a weight value learning processing method by the back propagation method according to the description format of the expressions (3) and (4). Here, the description will be made on the assumption that the hierarchical network unit 11 has a three-layer hierarchical network of h layer-i layer-j layer shown in FIG.
(3)(4)式からの類推によって次の(5)(6)
式が得られる。すなわち、 ypj=1/(1+exp(−xpj)) (6)式 但し、 j :j層のユニット番号 Wji:i−j層間の内部結合の重み値 xpj:i層の各ユニットからj層のj番ユニットへの入力
の積和 ypj:p番目パターンの入力信号に対するj層のj番ユニ
ットからの出力 重み値変更部30aでは、学習用の入力パターンが提示
されたときに出力される出力層からの出力パターンypj
と、その出力パターンypjのとるべき信号である教師パ
ターンdpj(p番目パターンの入力信号に対するj層j
番目ユニットへの教師信号)とを受け取ると、先ず最初
に、出力パターンypjと教師パターンdpjとの差分値〔dy
pj−ypj〕を算出し、次に、 αpj=ypj(1−ypj)(dpj−ypj) (7)式 を算出し、続いて、 但し、ε:学習定数 ζ:モーメンタム t:学習回数 に従って、i層−j層間の重みの更新量ΔWji(t)を
算出する。ここで、「ζΔWji(t−1)」という前回
の更新サイクル時に決定された重み値の更新量に係るも
のを加算するのは学習の高速化を図るためである。By analogy with equations (3) and (4), the following equations (5) and (6)
An expression is obtained. That is, y pj = 1 / (1 + exp (−x pj )) (6) where j: the unit number of the j-th layer W ji : the weight of the internal connection between the i-j layers x pj : the j-th layer from each unit of the i-th layer Y pj : output from the j-th unit in the j-th layer with respect to the p-th pattern input signal. The weight value changing unit 30a outputs when the input pattern for learning is presented. Output pattern y pj from output layer
And a teacher pattern d pj which is a signal to be taken by the output pattern y pj (j layer j for the p-th pattern input signal)
Upon receiving the teacher signal) and to the second unit, first difference value between the first output pattern y pj and the teacher pattern d pj [dy
pj− y pj ], and then α pj = y pj (1−y pj ) (d pj −y pj ) (7) Here, the update amount ΔW ji (t) of the weight between the i-th layer and the j-th layer is calculated according to ε: learning constant ζ: momentum t: learning number. Here, for adding those pertaining to the update amount of the weight values determined in the previous update cycle of "ζΔW ji (t-1)" is order to speed up the learning.
続いて、重み値変更部30aは、算出したαpjを用い
て、先ず最初に、 を算出し、次に、 に従って、h層−i層間の重み値の更新量ΔWih(t)
を算出する。Subsequently, the weight value changing unit 30a firstly uses the calculated α pj to , Then , The update amount ΔW ih (t) of the weight value between the h layer and the i layer
Is calculated.
続いて、重み値変更部30aは、この算出した更新量に
従って次の更新サイクルのための重み値 Wji(t)=Wji(t−1)+ΔWji(t) Wih(t)=Wih(t−1)+ΔWih(t) を決定していく方法を繰り返していくことで、学習用の
入力パターンが提示されたときに出力される出力層から
の出力パターンypjと、その出力パターンypjのとるべき
信号である教師パターンdpjとが一致することになる重
み値Wji,Wihを学習するよう処理している。Subsequently, the weight value changing section 30a, the weight value W ji (t) = W ji (t-1) + ΔW ji (t) W ih (t) = W for the next update cycle according to the update amount calculated as described above By repeating the method of determining ih (t−1) + ΔW ih (t), an output pattern y pj from the output layer that is output when an input pattern for learning is presented, and its output weight value W ji where the teacher pattern d pj is the signal to be taken by the pattern y pj is to be consistent, and treated to learn the W ih.
そして、階層ネットワーク部11がg層−h層−i層−
j層という4層構造の階層ネットワークをもつときに
は、重み値変更部30aは、先ず最初に、 を算出し、次に、 に従ってg層−h層間の重み値の更新量ΔWhg(t)を
算出するというように、前段側の層間の重み値の更新量
ΔWを、出力側の後段から求まる値とネットワーク出力
データとを使いながら決定していくよう処理するのであ
る。Then, the hierarchical network unit 11 includes the g-layer-h-layer-i-layer-
When a four-layer hierarchical network called a j-layer is provided, the weight value changing unit 30a firstly , Then The update amount ΔW hg (t) of the weight value between the g layer and the h layer is calculated according to the following formula. It is processed so that it is determined while using it.
ここで、基本ユニット1が閾値処理部4を備えない場
合には、上述の(7)式は、 αpj=(dpj−ypj) (7)式 となり、上述の(9)式は、 となり、上述の(11)式は、 となる。Here, when the basic unit 1 does not include the threshold processing unit 4, the above equation (7) becomes α pj = (d pj −y pj ) (7), and the above equation (9) becomes And the above equation (11) becomes Becomes
次に、本発明に特徴的な階層ネットワーク部11につい
て説明する。Next, the hierarchical network unit 11 characteristic of the present invention will be described.
第5図に、階層ネットワーク部11の一実施例を図示す
る。図中、1′は第4図に示した入力ユニット、1は第
4図に示した基本ユニット、1aは前段に位置する2個の
基本ユニット1の出力値に重み値“1"及び“−1"を乗じ
たものを入力とし、かつ閾値処理部4を備えない基本ユ
ニット1により構成される減算器1a、1bは前段に位置す
る複数の基本ユニット1の出力値に規定の重み値を乗じ
たものを入力とし、かつ閾値処理部4を備えない基本ユ
ニット1により構成される真理値加算器、1cは前段に位
置する真理加算器1bの出力値に規定の重み値を乗じたも
のを入力とし、かつ閾値処理部4を備えない基本ユニッ
ト11により構成される重心導出値算出器である。FIG. 5 shows an embodiment of the hierarchical network unit 11. In the figure, 1 'is the input unit shown in FIG. 4, 1 is the basic unit shown in FIG. 4, 1a is the weight value "1" and "-" for the output values of the two basic units 1 located at the preceding stage. Subtractors 1a and 1b each configured by a basic unit 1 having a multiplied value of 1 "as an input and having no threshold processing unit 4 multiply output values of a plurality of basic units 1 located at the preceding stage by a specified weight value. Value adder composed of a basic unit 1 having no threshold value processing unit 4 as input, and 1c is an input value obtained by multiplying the output value of the truth adder 1b located at the preceding stage by a specified weight value. And a center-of-gravity derivation value calculator constituted by a basic unit 11 not having the threshold value processing unit 4.
40は階層ネットワーク部11を構成する前件部真理値算
出層であって、入力される制御状態量を受け取るととも
に、制御状態量についてのメンバーシップ関数の真理値
を算出するもの、41は階層ネットワーク部11を構成する
グレード値算出層であって、前件部真理値算出層40で算
出された制御状態量についてのメンバーシップ関数の真
理値に対して割り付けられた関数変換処理を実行するこ
とでグレード値を算出するもの、42は階層ネットワーク
部11を構成する後件部真理値処理層であって、グレード
値算出層41で算出されたグレード値に基づいて縮小・拡
大される制御操作量についてのメンバーシップ関数の関
数和を算出するもの、43は階層ネットワーク部11を構成
する重心導出値算出層であって、ファジィ推論値である
重心値を求めるときに用いられる重心導出値を後件部真
理値処理層42で算出された関数和から算出するものであ
る。Reference numeral 40 denotes a prerequisite part truth value calculation layer constituting the hierarchical network unit 11, which receives an input control state quantity and calculates a truth value of a membership function for the control state quantity, and 41 denotes a hierarchical network. By performing a function conversion process assigned to the truth value of the membership function for the control state amount calculated by the antecedent part truth value calculation layer 40 in the grade value calculation layer constituting the unit 11 A grade value calculation unit 42 is a consequent part truth value processing layer constituting the hierarchical network unit 11 and controls a control operation amount reduced / expanded based on the grade value calculated by the grade value calculation layer 41. 43 is a centroid derived value calculation layer constituting the hierarchical network unit 11, which is used when calculating a centroid value which is a fuzzy inference value. The center of gravity derived value and calculates from the function sum calculated by the consequent truth treatment layer 42.
グレード値算出層41は、第1図で説明した中間層に対
応するものであって、1つ又は複数の基本ユニット1に
より構成されるルール層を層単位として1つ又は複数段
のルール層により構成されることになる。また、この第
5図の実施例では、前件部真理値算出層40が第1図の入
力層と算出層とを構成し、後件部心真理処理層42及び重
心導出値算出層43が第1図の出力層を構成することにな
る。The grade value calculation layer 41 corresponds to the intermediate layer described with reference to FIG. 1, and includes one or a plurality of rule layers in which a rule layer configured by one or a plurality of basic units 1 is a layer unit. Will be composed. In the embodiment of FIG. 5, the antecedent part truth value calculation layer 40 constitutes the input layer and the calculation layer of FIG. 1, and the consequent part truth processing layer 42 and the centroid derivation value calculation layer 43 are included. This constitutes the output layer shown in FIG.
前件部真理値算出層40は、第5図に示すように、X1と
いう制御状態量についてのメンバーシップ関数SAにより
求められるX1の真理値といったように、入力される制御
状態量がもつメンバーシップ関数の真理値を算出する機
能を実行する。第6図及び第7図に、この前件部真理値
算出層40の機能を実現するための一実施例を図示する。As shown in FIG. 5, the antecedent part truth value calculation layer 40 has the membership of the input control state quantity such as the truth value of X1 obtained by the membership function SA for the control state quantity X1. Performs the function of calculating the truth value of a function. 6 and 7 show an embodiment for realizing the function of the antecedent truth value calculation layer 40. FIG.
第6図に示す実施例は、基本ユニット1より出力され
る出力値y が、第6図(a)に示すように、 ω<0,θ<0 であるときには、第8図に示す「温度が高い」というメ
ンバーシップ関数と類似する関数形状となり、また、 ω>0,θ>0 であるときには、第8図に示す「温度が低い」というメ
ンバーシップ関数と類似する関数形状となることに着目
して、第6図(b)に示すように、この基本ユニット1
の入力に割り付けられる重み値ω及び閾値θを適切に設
定することで、第8図の「温度が低い」や「温度が高
い」という関数形状のメンバーシップ関数の真理値の算
出処理を実現するものを開示している。The embodiment shown in FIG. 6 has an output value y output from the basic unit 1. However, as shown in FIG. 6 (a), when ω <0, θ <0, the function shape becomes similar to the membership function “temperature is high” shown in FIG. 8, and ω> 0 , θ> 0, focusing on the fact that the function shape is similar to the membership function “low temperature” shown in FIG. 8, and as shown in FIG.
By appropriately setting the weight value ω and the threshold value θ to be assigned to the input of, the processing of calculating the truth value of the membership function having the function shape of “low temperature” or “high temperature” in FIG. 8 is realized. Disclose something.
また、第7図に示す実施例では、2つの基本ユニット
1より出力される出力値の差分値y が、第7図(a)に示すように、第8図の「温度が普
通」というメンバーシップ関数と類似する関数形状とな
ることに着目して、第7図(b)に示すように、2個の
基本ユニット1と、この2個の基本ユニット1の出力値
の差分値を算出するよう処理する上述の減算器1aとを備
えて、この2個の基本ユニット1の入力に割り付けられ
る重み値ω1,ω2及び閾値θ1,θ2を適切にすること
で、第8図の「温度が普通」という関係形状のメンバー
シップ関数の真理値の算出処理を実現するものを開示し
ている。In the embodiment shown in FIG. 7, the difference y between the output values output from the two basic units 1 However, as shown in FIG. 7 (a), focusing on the fact that the function shape is similar to the membership function "temperature is normal" in FIG. 8, and as shown in FIG. 7 (b), It comprises two basic units 1 and the above-described subtractor 1a for processing to calculate the difference between the output values of the two basic units 1, and the weights assigned to the inputs of the two basic units 1 FIG. 8 discloses that a value of ω 1 , ω 2 and a threshold θ 1 , θ 2 are appropriately set so as to realize a process of calculating a truth value of a membership function having a relational shape of “normal temperature” in FIG. I have.
後件部真理値処理層42は、第5図に示すように、グレ
ード値算出層41からYという制御操作量についてのメン
バーシップ関数SAやMMやLAに対応付けられるグレード値
が出力されるので、このグレード値に従って同一制御操
作量に係る対応のメンバーシップ関数を縮小(拡大のこ
ともある)するとともに、その縮小したメンバーシップ
関数の関数和を算出する機能を実行する。第9図に、こ
の後件部真理値処理層42の機能を実現するための一実施
例を図示する。なお、第5図の実施例では、制御操作量
が1種類しかないもので開示しているが、バルブの弁開
度とヒータの加熱量といったように複数種類ある場合に
は、夫々の縮小されるメンバーシップ関数の関数和を算
出するための機能が備えられることになる。As shown in FIG. 5, the consequent part truth value processing layer 42 outputs the grade value associated with the membership function SA, MM, or LA for the control operation amount of Y from the grade value calculation layer 41. According to this grade value, the function of reducing the membership function corresponding to the same control operation amount (may be expanded) and calculating the function sum of the reduced membership function is executed. FIG. 9 shows an embodiment for realizing the function of the consequent part truth value processing layer. Although the embodiment of FIG. 5 discloses that there is only one type of control operation amount, when there are a plurality of types such as a valve opening degree and a heating amount of a heater, each control operation amount is reduced. A function for calculating the function sum of the membership functions is provided.
第9図に示す実施例は、第9図(a)に示すように、
同一の制御操作量についてのメンバーシップ関数を細か
く等間隔に区画して各区画の真理値yiを特定し、次に、
第9図(b)に示すように、この特定された真理値yiの
個数分用意される上述する真理値加算器1bの入力(グレ
ード値算出層41の最後段のルール層の基本ユニット1か
らの出力が与えられる)に重り値“yi"を割り付けるこ
とで、後件部真理値処理層42の機能を実現するものを開
示している。The embodiment shown in FIG. 9 is, as shown in FIG.
The membership function for the same control operation amount is finely divided at regular intervals to identify the truth value y i of each division,
As shown in FIG. 9 (b), the inputs of the above-described truth value adders 1b prepared for the number of the specified truth values y i (the basic unit 1 of the last rule layer of the grade value calculation layer 41). (Which is given an output from the data processor) is assigned a weight value “y i ” to realize the function of the consequent part truth value processing layer 42.
重心導出値算出層43は、第5図に示すように、後件部
真理値処理層42から縮小された制御操作量についてのメ
ンバーシップ関数の関数和が出力されるので、この関数
和図形の重心を求めるときに必要とされる2つの重心導
出値Y1,Y2を算出する機能を実行する。第10図に、この
重心導出値算出層44の機能を実現するための一実施例を
図示する。As shown in FIG. 5, the center-of-gravity derivation value calculation layer 43 outputs the function sum of the membership function for the reduced control operation amount from the consequent truth value processing layer 42. The function of calculating two center-of-gravity derivation values Y 1 and Y 2 required for obtaining the center of gravity is executed. FIG. 10 shows an embodiment for realizing the function of the center-of-gravity derived value calculation layer 44.
ファジィ制御器では一般的に、下式に従って、同一制
御操作量についての縮小されたメンバーシップ関数の関
数和の図形の重心を求めることで、 ファジィ推論値である制御操作量を算出する方法を採っ
ている。そこで、この第10図に示す実施例では、上述の
重心導出値算出器1cを2個用意して、後件部真理値処理
層42の真理値加算器1bとの間の内部結合の重み値とし
て、一方の重心導出値算出器1cに対しては、真理値加算
器1bに対応付けられる制御操作量の最小値を起点にして
大きくなる順に従い例えば0から1までの間で等間隔も
って増加する重み値を割り付けるとともに、他方の重心
導出値算出器1cに対しては、真理値加算器1bに対応付け
られる制御操作量の最大値を起点にして小さくなる順に
従い例えば0から−1までの間で等間隔もって減少する
重み値を割り付けることで、2つの重心導出値Y1,Y2を
算出する処理を実現するものを開示している。なお、最
終的な重心値は、階層ネットワーク部11とは別に用意さ
れる演算手段に従いこの2個の重心導出値算出器1cの出
力値を使用して求められるよう構成される。In general, a fuzzy controller obtains a barycenter of a figure of a function sum of reduced membership functions for the same control operation amount according to the following equation. A method of calculating a control operation amount which is a fuzzy inference value is employed. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 10, the above-described two center-of-gravity derived value calculators 1c are prepared, and the weight value of the internal connection with the truth value adder 1b of the consequent part truth value processing layer 42 is provided. As for one of the center-of-gravity derived value calculators 1c, they increase at equal intervals, for example, from 0 to 1 in order of increasing from the minimum value of the control operation amount associated with the truth value adder 1b as a starting point. A weight value is assigned to the other center-of-gravity derived value calculator 1c. For example, from 0 to -1 in the order of decreasing from the maximum value of the control operation amount associated with the truth value adder 1b. A technique is disclosed that realizes a process of calculating two center-of-gravity derivation values Y 1 and Y 2 by assigning weight values that decrease at equal intervals between them. Note that the final barycenter value is configured to be obtained using the output values of the two barycenter derived value calculators 1c in accordance with arithmetic means provided separately from the hierarchical network unit 11.
すなわち、この構成により、一方の重心導出値算出器
1cは、例えば、真理値加算器1bが6ユニットである場合
で説明するならば、 Y1=0・C1+0.2・C2+0.4・C3 +0.6・C4+0.8・C5+1・C6 但し、Ciは真理値加算器1bの出力値を出力し、これに
対して、他方の重心導出値算出器1cは、 Y2=−1・C1−0.8・C2−0.6・C3 −0.4・C4−0.2・C5−0.C6 を出力するので、この重心導出値算出器1eの出力値Y1,Y
2を使用して、 を計算すると、 というように、上述の(13)式で説明した重心値が求め
られることになる。That is, with this configuration, one center of gravity derived value calculator
1c, for example, if a description will be given of a case truth adder 1b is 6 units, Y 1 = 0 · C 1 +0.2 · C 2 +0.4 · C 3 +0.6 · C 4 +0.8 · C 5 +1 · C 6 However, C i outputs the output value of the truth adder 1b, contrast, other centroid derived value calculator. 1c, Y 2 = -1 · C 1 -0.8 · Since C 2 −0.6 ・ C 3 −0.4 ・ C 4 −0.2 ・ C 5 −0.C 6 is output, the output values Y 1 , Y
Using 2 , Calculate Thus, the center of gravity value described in the above equation (13) is obtained.
このように構成される階層ネットワーク部11にあっ
て、前件部真理値算出層40の基本ユニット1及び減算器
1aとグレード値算出層41の最前段のルール層の基本ユニ
ット1との間と、グレード値算出層41の隣接するルール
層の基本ユニット1間は相互に内部結合する構成が採ら
れることになる。なお、前件部真理値算出層40における
入力ユニット1′と基本ユニット1との間は、真理値の
算出対象のメンバーシップ関数が例えば温度と湿度とに
より規定される不快指数のように異なる制御状態量に関
係する場合には、複数のものと内部結合する構成が採ら
れる。In the hierarchical network unit 11 thus configured, the basic unit 1 and the subtractor of the truth value calculation layer 40 of the antecedent part
A structure is adopted in which internal connection is made between 1a and the basic unit 1 of the rule layer at the first stage of the grade value calculation layer 41 and between the basic units 1 of the adjacent rule layers of the grade value calculation layer 41. . Note that between the input unit 1 ′ and the basic unit 1 in the antecedent part truth value calculation layer 40, the membership function whose truth value is to be calculated has a different control function such as an unpleasant index defined by temperature and humidity. When it is related to the state quantity, a configuration is adopted in which a plurality of states are internally connected.
本発明では、このように構成される階層ネットワーク
部11の内部結合の重み値の内の決定されていない重み値
を、制御対象から入手される実際の制御データを用いて
重み値変更部30aに従って学習していくよう処理するこ
とになる。すなわち、オペレータは、前件部真理値算出
層40の基本ユニット1の各入力の内部結合に対して、フ
ァジィ制御ルール中に記述される制御状態量のメンバー
シップ関数の真理値を算出するための重み値及び閾値を
設定するとともに、後件部真理値処理層42の真理値加算
器1bの各入力の内部結合に対して、ファジィ制御ルール
中に記述される制御操作量をメンバーシップ関数の関数
パターンを表現するための重み値を設定すると、グレー
ド値算出層41の各基本ユニット1の各入力に割り付けら
れる重み値を学習すべく、制御対象から入手される実際
の制御データ群を学習信号提示装置20の学習信号格納部
21に登録し、続いて学習信号提示装置20に対して、登録
された制御データ群を階層ネットワーク部11及び重み値
変更部30aに提示していくよう指示することで階層ネッ
トワーク部11の重み値の学習の実行を指示する。In the present invention, the weight values that have not been determined among the weight values of the internal connection of the hierarchical network unit 11 configured as described above are calculated according to the weight value changing unit 30a using actual control data obtained from the control target. It will be processed to learn. That is, the operator calculates the truth value of the membership function of the control state quantity described in the fuzzy control rule for the internal connection of each input of the basic unit 1 of the antecedent part truth value calculation layer 40. A weight value and a threshold value are set, and a control operation amount described in a fuzzy control rule is defined as a function of a membership function for an internal connection of each input of the truth value adder 1b of the consequent truth value processing layer 42. When a weight value for expressing a pattern is set, an actual control data group obtained from a control object is presented as a learning signal to learn a weight value assigned to each input of each basic unit 1 of the grade value calculation layer 41. Learning signal storage of device 20
21 and then instructs the learning signal presenting apparatus 20 to present the registered control data group to the hierarchical network unit 11 and the weight value changing unit 30a, so that the weight value of the hierarchical network unit 11 is Instruct the execution of learning.
学習信号提示装置20から学習用の制御状態量データを
受け取ると、階層ネットワーク部11の入力ユニット1′
は、この制御状態量データを前件部真理値算出層40の対
応する基本ユニット1に分配する。この制御状態量デー
タを受け取ると、前件部真理値算出層40の基本ユニット
1及び減算器1aは、上述の構成に従って制御状態量につ
いてのメンバーシップ関数の真理値を算出して、グレー
ド値算出層41の最前段のルール層のすべての基本ユニッ
ト1に対してその算出した真理値を出力する。この真理
値を受け取ると、グレード値算出層41の最前段のルール
層の基本ユニット1は、上述の(2)式に従ってグレー
ド値を算出して次段のルール層のすべての基本ユニット
1に対してその算出したグレード値を出力する。以下、
前段からのグレード値を受け取ると、グレード値算出層
41の各ルール層の基本ユニット1は、上述の(2)式に
従ってグレード値を算出して後段のルール層のすべての
基本ユニット1に対してその算出したグレード値を出力
していくことで、後件部真理値処理層42に対してグレー
ド値を出力するよう処理する。When receiving the control state quantity data for learning from the learning signal presentation device 20, the input unit 1 'of the hierarchical network unit 11
Distributes the control state quantity data to the corresponding basic unit 1 of the antecedent part truth value calculation layer 40. Upon receiving this control state quantity data, the basic unit 1 and the subtractor 1a of the antecedent part truth value calculation layer 40 calculate the truth value of the membership function for the control state quantity according to the above-described configuration, and calculate the grade value. The calculated truth value is output to all the basic units 1 in the foremost rule layer of the layer 41. Upon receipt of this truth value, the basic unit 1 of the foremost rule layer of the grade value calculation layer 41 calculates the grade value according to the above-described equation (2), and applies it to all the basic units 1 of the next rule layer. And outputs the calculated grade value. Less than,
When receiving the grade value from the previous stage, the grade value calculation layer
The basic unit 1 of each rule layer 41 calculates the grade value according to the above equation (2), and outputs the calculated grade value to all the basic units 1 of the subsequent rule layer. Processing is performed to output the grade value to the consequent part truth value processing layer.
そして、グレード値算出層41からのグレード値を受け
取ると、後件部真理値処理層42の真理値加算器1bは、グ
レード値に従って縮小される制御操作量についてのメン
バーシップ関数の関数和を算出して次段の重心導出値算
出層43の内部結合される重心導出値算出器1cにその算出
した関数和を出力し、この関数和を受け取ると、重心導
出値算出層43の重心導出値算出器1cは、上述した2つの
重心導出値Y1,Y2を算出して出力し、この出力を受けて
図示しない演算手段が最終的な出力である制御操作量デ
ータを算出して、重み値変更部30a及び学習収束判定部2
3に出力する。Then, upon receiving the grade value from the grade value calculation layer 41, the truth value adder 1b of the consequent part truth value processing layer 42 calculates the function sum of the membership function for the control operation amount reduced according to the grade value. Then, the calculated function sum is output to the center-of-gravity derivation value calculator 1c which is internally connected to the next-stage center-of-gravity derivation value calculation layer 43. The calculator 1c calculates and outputs the above-described two center-of-gravity derivation values Y 1 and Y 2 , and receives this output, and a calculating means (not shown) calculates control operation amount data as a final output, and Change unit 30a and learning convergence determination unit 2
Output to 3.
このようにして階層ネットワーク部11から制御操作量
データを受け取ると、重み値変更部30aは、上述の
(7)式に従ってαpjを算出して(8)式に従って重心
導出値算出器1cと真理値加算器1bとの間の内部結合の重
み値の更新量を算出する。この内部結合の重み値は固定
的に設定されるべきものであることから、この算出され
た更新量に従って重み値を変更する処理は行わない。な
お、この学習処理の開始にあたって、学習用の制御操作
量データから教師信号として用いられる上述の2つの
Y1,Y2を算出することが要求されるが、この処理は、例
えば、学習用の制御操作量データ値を通る特定な傾きの
直線と、後件部メンバーシップ関数の左右の両端点上と
の交点に従って決定する等の方法により実行されること
になる。When the control operation amount data is received from the hierarchical network unit 11 in this manner, the weight value changing unit 30a calculates α pj according to the above equation (7), and calculates the center of gravity derived value calculator 1c according to the equation (8). The update amount of the weight value of the internal connection with the value adder 1b is calculated. Since the weight value of the inner connection is to be fixedly set, the process of changing the weight value according to the calculated update amount is not performed. At the start of the learning process, the two above-mentioned two signals used as teacher signals from the control operation amount data for learning are used.
It is required to calculate Y 1 and Y 2. This process is performed, for example, on a straight line having a specific slope passing through the learning control manipulated variable data value and a left and right end point of the consequent part membership function. This is performed by a method such as determination according to the intersection with.
続いて、重み値変更部30aは、この算出したαpjを用
いて、上述の(9)式に従ってβpiを算出して(10)式
に従って真理値加算器1bとグレード値算出層41の最後段
のルール層の基本ユニット1との間の内部結合の重み値
の更新量を算出する。この重み値は、制御操作量につい
てのメンバーシップ関数をチューニングする場合には学
習対象となることになるが、概略適切なメンバーシップ
関数が求められている場合には、学習対象とするまでも
ないことから、この算出された更新量に従って重み値を
更新する処理を行わなくてもよい。Subsequently, using the calculated α pj , the weight value changing unit 30a calculates β pi according to the above equation (9), and calculates the truth value adder 1b and the last of the grade value calculation layer 41 according to the equation (10). The update amount of the weight value of the internal connection with the basic unit 1 of the rule layer of the stage is calculated. This weight value is to be learned when tuning the membership function for the control operation amount, but needless to be learned when an approximately appropriate membership function is obtained. Therefore, it is not necessary to perform the process of updating the weight value according to the calculated update amount.
続いて、重み値変更部30aは、この算出したβpiを用
いて、上述の(11)式に従ってγphを算出して(12)式
に従ってグレード値算出層41の最後段のルール層の基本
ユニット1とその前段のルール層の基本ユニット1との
間の内部結合の重み値の更新量を算出する。この内部結
合の重み値は学習対象となるものであることから、重み
値変更部30aは、この算出した更新量に従って次の更新
サイクルのための重み値を算出して重み値管理部16aに
格納する。Subsequently, using the calculated β pi , the weight value changing unit 30a calculates γ ph according to the above equation (11), and calculates the basic value of the last rule layer of the grade value calculation layer 41 according to the equation (12). The update amount of the weight value of the internal connection between the unit 1 and the basic unit 1 of the preceding rule layer is calculated. Since the weight value of the inner connection is to be learned, the weight value changing unit 30a calculates a weight value for the next update cycle according to the calculated update amount and stores the weight value in the weight value management unit 16a. I do.
続いて、重み値変更部30aは、同様の処理に従って、
学習対象となるグレード値算出層41の隣接するルール層
の基本ユニット1間の内部結合の重み値の更新量を算出
し、この算出した更新量に従って次の更新サイクルのた
めの重み値を算出して重み値管理部16aに格納していく
とともに、学習対象となるグレード値算出層41の最前段
のルール層の基本ユニット1と前件部真理値算出層40の
基本ユニット1及び減算器1aとの間の内部結合の重み値
の更新量を算出し、この算出した更新量に従って次の更
新サイクルのための重み値を算出して重み値管理部16a
に格納する。Subsequently, the weight value changing unit 30a performs a similar process,
The update amount of the weight value of the internal connection between the basic units 1 of the rule layer adjacent to the grade value calculation layer 41 to be learned is calculated, and the weight value for the next update cycle is calculated according to the calculated update amount. The basic unit 1 of the foremost rule layer of the grade value calculation layer 41 to be learned, the basic unit 1 of the antecedent part truth value calculation layer 40, and the subtractor 1a are stored in the weight value management unit 16a. , And calculates a weight value for the next update cycle according to the calculated update amount, and calculates a weight value management unit 16a.
To be stored.
そして、重み変更部30aは、制御状態量のメンバーシ
ップ関数について概略適切なものが求められている場合
には、前件部真理値算出層40内の内部結合の重み値につ
いては学習対象とするまでもないことから、ここで、重
み値の更新処理を打ち切ることができる。Then, the weight changing unit 30a sets the weight of the internal connection in the antecedent part truth value calculation layer 40 to be a learning target when a roughly appropriate membership function of the control state quantity is obtained. Since it is not necessary, the updating process of the weight value can be terminated here.
学習信号提示装置20の学習収束判定部23が重み値の学
習収束を判断しない場合には、学習信号提示部22から同
じ学習用の制御データ群の提示が再度実行されることに
なるので、重み値変更部30aは、上述の処理と同一の手
順を繰り返していくことで、グレード値算出層41の隣接
するルール層の基本ユニット1間の内部結合の重み値
と、グレード値算出層41の最前段のルール層の基本ユニ
ット1の前件部真理値算出層40の基本ユニット1及び減
算器1aとの間の内部結合の重み値の更新処理を続行す
る。なお、これらの内部結合の重み値の学習開始時の初
期値は、例えば乱数的に設定されることになる。If the learning convergence determining unit 23 of the learning signal presenting device 20 does not determine the learning convergence of the weight value, the learning signal presenting unit 22 presents the same learning control data group again. The value changing unit 30a repeats the same procedure as the above-described processing, thereby obtaining the weight value of the internal connection between the basic units 1 of the adjacent rule layers of the grade value calculation layer 41 and the maximum value of the grade value calculation layer 41. The update processing of the weight value of the internal connection between the basic unit 1 of the antecedent truth value calculation layer 40 of the basic unit 1 of the preceding rule layer and the subtractor 1a is continued. Note that the initial values at the start of the learning of the weight values of these internal connections are set, for example, in random numbers.
この学習処理により、学習用の制御データ群の関係付
けを規定するグレード値算出層41の隣接するルール層の
基本ユニット1間の内部結合の重みと、グレード値算出
層41の最前段のルール層の基本ユニット1と前件部真理
値算出層40の基本ユニット1及び減算器1aとの間の内部
結合の重み値とが求められることになるが、この重み値
は、階層ネットワーク部11が制御対象をファジィ制御ル
ールに従って正確に制御できるものとならしめる重み値
であることを表している。これから、この学習された重
み値を最終的に重み値管理部16aに登録していくこと
で、階層ネットワーク部11を所望のファジィ制御器とし
て機能できるようになるのである。By this learning process, the weight of the internal connection between the basic units 1 of the adjacent rule layers of the grade value calculation layer 41 that defines the association of the learning control data group, and the first rule layer of the grade value calculation layer 41 And the weight value of the internal connection between the basic unit 1 of the antecedent part and the basic unit 1 of the antecedent part truth value calculation layer 40 and the subtractor 1a. This weight value is controlled by the hierarchical network unit 11. This indicates that the weight value allows the object to be accurately controlled according to the fuzzy control rules. From now on, by finally registering the learned weight value in the weight value management unit 16a, the hierarchical network unit 11 can function as a desired fuzzy controller.
また、この第5図の実施例では、グレード値算出層41
の各ルール層が1個の基本ユニット1に従ってグレード
値を求めるための関数演算処理(ルール演算処理)を実
行するものを開示したが、階層ネットワーク部11の中の
部分的な階層ネットワークを利用する方法に従ってグレ
ード値を求めるように構成することも可能である。すな
わち、階層ネットワーク部11の中にルール演算を実現す
るための基本ユニット群を確保して、この基本ユニット
群の内部結合の重み値に対して指定のルール演算を実現
すべく学習された固定的な値をセットすることでグレー
ド値を求めるようにしてもよいのである。このようにす
れば、ルール演算としてより複雑な演算機能を実現でき
ることになる。In the embodiment of FIG. 5, the grade value calculation layer 41
In which each rule layer executes a function operation process (rule operation process) for obtaining a grade value in accordance with one basic unit 1, uses a partial hierarchical network in the hierarchical network unit 11. It is also possible to configure so as to obtain the grade value according to the method. That is, a basic unit group for realizing a rule operation is secured in the hierarchical network unit 11, and a fixed unit learned to realize a specified rule operation with respect to the weight value of the internal connection of the basic unit group is learned. The grade value may be obtained by setting a proper value. In this way, a more complicated calculation function can be realized as a rule calculation.
なお、この第5図の実施例では、基本ユニット1の演
算処理として、(2)式で表されるシグモイド関数の変
換処理を施すものを開示したが、線型関数の変換処理や
ステップ関数の変換処理を施すもので実現することも可
能である。In the embodiment shown in FIG. 5, the arithmetic processing of the basic unit 1 performs the conversion processing of the sigmoid function represented by the expression (2). However, the conversion processing of the linear function and the conversion processing of the step function are disclosed. It is also possible to realize by processing.
階層ネットワーク部11のハードウェア部品による構成
方法としては、本出願人が出願した「特願昭63−216865
号(昭和63年8月31日出願、“ネットワーク構成データ
処理装置”)」で開示したものを用いるうことが可能で
ある。As a method of configuring the hierarchical network unit 11 using hardware components, there is a method disclosed in Japanese Patent Application No. 63-216865 filed by the present applicant.
No. (filed on Aug. 31, 1988, "Network Configuration Data Processing Apparatus").
すなわち、基本ユニット1は、第12図に示すように、
入力スイッチ部7を介して入力される前段層からの出力
と重み値保持部8が保持する重み値とを乗算する乗算型
D/Aコンバータ2aと、乗算型D/Aコンバータ2aの出力値と
前回の累算値とを加算して新たな累算値を算出するアナ
ログ加算器3aと、アナログ加算器3aの加算結果を保持す
るサンプルホールド回路3bと、累算処理が終了したとき
にサンプルホールド回路3bの保持データを非線形変換す
る非線型関数発生回路4aと、後段層への出力となる非線
型関数発生回路4aのアナログ信号値をホールドする出力
保持部5と、出力保持部5の保持データを出力する出力
スイッチ部6と、これらの各処理部を制御する制御回路
9とを備えることで実現される。ここで、減算器1aや真
理値加算器1bや重心導出値算出器1cや平均値算出器1dに
ついては、非線型関数発生回路4aを介さずに、サンプル
ホールド回路3bの保持データが出力保持部5に保持され
る構成が採られることになる。That is, as shown in FIG. 12, the basic unit 1
Multiplication type for multiplying the output from the preceding layer input through the input switch unit 7 and the weight value held by the weight value holding unit 8
A D / A converter 2a, an analog adder 3a that adds the output value of the multiplying D / A converter 2a and the previous accumulated value to calculate a new accumulated value, and an addition result of the analog adder 3a A sample-and-hold circuit 3b for holding, a non-linear function generating circuit 4a for non-linearly converting data held in the sample-and-hold circuit 3b when the accumulation processing is completed, and an analog of the non-linear function generating circuit 4a for outputting to a subsequent layer. This is realized by including an output holding unit 5 that holds a signal value, an output switch unit 6 that outputs data held by the output holding unit 5, and a control circuit 9 that controls these processing units. Here, regarding the subtractor 1a, the truth value adder 1b, the center-of-gravity derived value calculator 1c, and the average value calculator 1d, the data held by the sample-and-hold circuit 3b is output to the output holding unit without passing through the nonlinear function generating circuit 4a. 5 will be adopted.
そして、階層ネットワーク部11は、この構成を採る基
本ユニット1が、第13図に示すように、1本の共通なア
ナログバス70でもって電気的に接続される構成で実現さ
れる。ここで、図中、71は基本ユニット1の重み保持部
8に重み値を与える重み出力回路、72は入力ユニット
1′に対応する初期信号出力回路、73はデータ転送の制
御信号である同期制御信号を重み出力回路71、初期信号
出力回路72及び制御回路9に伝える同期制御信号線、74
は同期制御信号を送出する主制御回路である。The hierarchical network unit 11 is realized by a configuration in which the basic units 1 having this configuration are electrically connected by one common analog bus 70 as shown in FIG. In the figure, reference numeral 71 denotes a weight output circuit for giving a weight value to the weight holding unit 8 of the basic unit 1, 72 denotes an initial signal output circuit corresponding to the input unit 1 ', and 73 denotes a control signal for data transfer. A synchronous control signal line 74 for transmitting a signal to the weight output circuit 71, the initial signal output circuit 72, and the control circuit 9;
Is a main control circuit for transmitting a synchronization control signal.
この構成の階層ネットワーク部11において、主制御回
路74は、前段層の基本ユニット1を時系列的に順次選択
するとともに、この選択処理と同期させて、選択された
基本ユニット1の出力保持部5が保持する最終出力をア
ナログバス70を介して時分割の送信形式に従って後段層
の基本ユニット1の乗算型D/Aコンバータ2aに対して出
力するよう処理する。この入力を受け取ると、後段層の
基本ユニット1の乗算型D/Aコンバータ2aは、対応する
重み値を順次選択して入力値と重み値との乗算処理を行
い、アナログ加算器3aとサンプルホールド回路3bとによ
り構成される累算処理部3はこの乗算値を順次累算して
いく。続いて、前段層の基本ユニット1に関してのすべ
ての累算処理が終了すると、主制御回路74は、後段層の
基本ユニット1の非線型関数発生回路4aを起動して最終
出力の算出を行い、出力保持部5がこの変換処理結果の
最終出力を保持するよう処理する。そして、主制御回路
74は、この後段層を新たな前段層として次の後段層に対
して同様の処理を繰り返していくことで、入力パターン
に対応する出力パターンが出力されるべく処理するので
ある。In the hierarchical network unit 11 having this configuration, the main control circuit 74 sequentially selects the basic units 1 in the preceding layer in a time-series manner, and synchronizes with the selection processing to output the output holding units 5 of the selected basic units 1. Is processed so as to be output to the multiplication type D / A converter 2a of the basic unit 1 in the subsequent stage via the analog bus 70 in accordance with a time-division transmission format. Upon receiving this input, the multiplying D / A converter 2a of the subsequent-stage basic unit 1 sequentially selects corresponding weight values, performs multiplication processing of the input values and the weight values, and performs analog-adder 3a and sample-and-hold operations. The accumulation processing unit 3 constituted by the circuit 3b sequentially accumulates the multiplied values. Subsequently, when all the accumulating processes for the basic unit 1 of the preceding layer are completed, the main control circuit 74 activates the nonlinear function generating circuit 4a of the basic unit 1 of the subsequent layer to calculate the final output, and The output holding unit 5 performs processing to hold the final output of this conversion processing result. And the main control circuit
Reference numeral 74 designates a process in which an output pattern corresponding to the input pattern is output by repeating the same processing for the next subsequent layer using the subsequent layer as a new preceding layer.
階層ネットワーク部11は、このようなハードウェア部
品による構成に依らずに、ソフトウェア手段により構成
することも可能である。このように構成すれば、制御状
態量についてのメンバーシップ関数の真理値をテーブル
手段等により正確に管理して、この管理するメンバーシ
ップ関数を検索することで前件部真理値算出層40の実行
する機能である制御状態量についてのメンバーシップ関
数の真理値の算出処理を実現できることになることか
ら、第8図で説明したような関数形状のメンバーシップ
関数に限られることがなくなる。そして、グレード値算
出層41のルール演算処理として基本ユニット1の演算処
理に拘束されることなくより複雑なものを採用すること
ができるようになる。The hierarchical network unit 11 can be configured by software means without depending on such a configuration by hardware components. With this configuration, the truth value of the membership function for the control state quantity is accurately managed by a table means or the like, and the managed membership function is searched to execute the antecedent part truth value calculation layer 40. Since the process of calculating the truth value of the membership function with respect to the control state quantity, which is a function to perform, can be realized, it is not limited to the membership function having the function shape as described with reference to FIG. Then, as the rule calculation process of the grade value calculation layer 41, a more complicated rule calculation process can be adopted without being restricted by the calculation process of the basic unit 1.
図示実施例について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではない。例えば、本出願人は、先に出願の
「特願昭63−227825号(昭和63年9月12日出願、“ネッ
トワーク構成データ処理装置の学習処理方式”)」で、
バック・プロパゲーション法の改良を図ってより短時間
で重み値の学習処理を実現できるようにする発明を開示
したが、本発明はこのような改良されなバック・プロパ
ゲーション法やバック・プロパゲーション法以外の別の
重み値の学習方式も利用することができるのである。そ
して、階層ネットワーク部11を構成する各ユニットの演
算処理の実現方法は本発明の本質をなすものではないの
であって、如何なる構成方法を採るものであってもよい
のである。Although the illustrated embodiment has been described, the present invention is not limited to this. For example, the applicant has previously filed “Japanese Patent Application No. 63-227825 (filed on September 12, 1988,“ Learning processing method of network configuration data processing device ”)”.
The invention has been disclosed in which the back-propagation method is improved so that the learning process of the weight value can be realized in a shorter time. However, the present invention provides such an improved back-propagation method and back-propagation method. A learning method of another weight value other than the modulus can also be used. The method of realizing the arithmetic processing of each unit constituting the hierarchical network unit 11 does not constitute the essence of the present invention, and may adopt any configuration method.
以上説明したように、本発明によれば、階層ネットワ
ーク構造に従ってファジィ制御器を構築するようにした
ものであることから、機械的な処理に従って所望の制御
論理を実行するファジィ制御器を構築できるようにな
る。これから、オペレータにかかるファジィ制御ルール
のチューニングの負荷を大きく低減できることになる。
そして、公知の階層ネットワーク構成データ処理装置の
階層ネットワーク構造をそのまま利用するのではなく
て、ファジィ制御ルールに適合する形式でもって構造化
させたものを用いるように構成したことから、従来のフ
ァジィ制御器との整合性を保てることになる。As described above, according to the present invention, since a fuzzy controller is constructed according to a hierarchical network structure, a fuzzy controller that executes a desired control logic according to mechanical processing can be constructed. become. Thus, the load on the operator for tuning the fuzzy control rules can be greatly reduced.
Then, instead of using the hierarchical network structure of the known hierarchical network configuration data processing apparatus as it is, it is structured to be structured in a format compatible with the fuzzy control rules. The consistency with the container can be maintained.
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の原理構成図、 第2図は本発明の一実施例、 第3図は基本ユニットの基本構成図、 第4図は階層ネットワークの基本構成図、 第5図は階層ネットワーク部の一実施例、 第6図及び第7図は前件部真理値算出層の一実施例、 第8図はメンバーシップ関数の説明図、 第9図は後件部真理値処理層の一実施例、 第10図は重心導出値算出層の一実施例、 第11図は基本ユニットの一実施例、 第12図は階層ネットワーク部の一実施例である。 図中、1は基本ユニット、1′は入力ユニット、2は乗
算処理部、3は累算処理部、4は閾値処理部、10は階層
ネットワーク構成ファジィ制御器、11は階層ネットワー
ク部、12は入力ユニット、13は処理ユニット、14はルー
ルユニット、15aは処理ユニット、15bは出力ユニット、
16は内部状態値管理部、20は学習信号提示装置、21は学
習信号格納部、22は学習信号提示部、23は学習収束判定
部、30は学習処理装置、40は前件部真理値算出層、41は
グレード値算出層、42は後件部真理値処理層、43は重心
導出値算出層、44は平均値算出層である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention, FIG. 2 is an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram illustrating the basic structure of a basic unit, and FIG. Fig. 5 is an embodiment of the hierarchical network unit, Figs. 6 and 7 are embodiments of the truth value calculation layer of the antecedent part, Fig. 8 is an explanatory diagram of the membership function, and Fig. 9 is the consequent. FIG. 10 shows an embodiment of a centroid derived value calculation layer, FIG. 11 shows an embodiment of a basic unit, and FIG. 12 shows an embodiment of a hierarchical network unit. In the figure, 1 is a basic unit, 1 'is an input unit, 2 is a multiplication processing unit, 3 is an accumulation processing unit, 4 is a threshold processing unit, 10 is a hierarchical network configuration fuzzy controller, 11 is a hierarchical network unit, and 12 is a hierarchical network unit. Input unit, 13 is a processing unit, 14 is a rule unit, 15a is a processing unit, 15b is an output unit,
16 is an internal state value management unit, 20 is a learning signal presentation device, 21 is a learning signal storage unit, 22 is a learning signal presentation unit, 23 is a learning convergence determination unit, 30 is a learning processing device, and 40 is a truth value calculation of the antecedent unit The layer, 41 is a grade value calculation layer, 42 is a consequent part truth value processing layer, 43 is a center of gravity derived value calculation layer, and 44 is an average value calculation layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益岡 竜介 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 大和田 有理 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 浅川 和雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 松岡 成典 東京都日野市富士町1番地 富士ファコ ム制御株式会社内 (72)発明者 岡田 浩之 東京都日野市富士町1番地 富士ファコ ム制御株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−182903(JP,A) 特開 平2−292602(JP,A) 特開 平2−189635(JP,A) 特開 平3−260807(JP,A) 国際公開89/11684(WO,A1) 西口映、「ニューラルネットワークに よるファジィメンバーシップ関数の自動 調整」、第15回システムシンポジウム講 演論文集、計測自動制御学会、平成元年 10月19日、P.261−266 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05B 13/00 - 13/02 G06F 9/44 554 G06F 15/18 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Ryusuke Masuoka 1015 Uedanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Yuri Owada 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Fujitsu Limited ( 72) Inventor Kazuo Asakawa 1015 Uedanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Within Fujitsu Limited (72) Inventor Shigenori Matsuoka 1 Fujimachi, Hino-shi, Tokyo Fuji Facom Control Co., Ltd. (72) Inventor Hiroyuki Okada Tokyo No. 1, Fujimachi, Hino-shi, Tokyo (56) References JP-A-3-182903 (JP, A) JP-A-2-292602 (JP, A) JP-A-2-189635 (JP, A) JP-A-3-260807 (JP, A) WO 89/11684 (WO, A1) Akira Nishiguchi, "Neural Network Automatic adjustment of fuzzy membership function, "Proc. Of the 15th System Symposium, Proc. Of the Society of Instrument and Control Engineers, October 19, 1989, p. 261-266 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G05B 13/00-13/02 G06F 9/44 554 G06F 15/18 JICST file (JOIS)
Claims (1)
ィ制御ルールを実行することで、入力される制御状態量
に対応する制御操作量を算出して出力する階層ネットワ
ーク構成ファジィ制御器であって、 上記階層ネットワーク部(11)が、 制御状態量と、該制御状態量を入力する内部結合に割り
付けられる内部状態値との乗算値を入力として、前件部
メンバーシップ関数の真理値を算出する複数の処理ユニ
ットで構成される第1の算出層と、 該第1の算出層の後段に位置して、前段層の全てのユニ
ットの出力値と、その間の内部結合に割り付けられる内
部状態値との乗算値を入力として、グレード値を算出す
るルールユニットの1つ又は複数により構成されるルー
ル層を1つ又は複数段備えることで構成される中間層
と、 最後段のルール層の対応するルールユニットの出力値
と、その間の内部結合に割り付けられて、後件部メンバ
ーシップ関数から切り出される離散的な該関数値との乗
算値を入力として、該出力値により大きさの変更される
後件部メンバーシップ関数の関数和を算出する複数の処
理ユニットで構成される第2の算出層と、 該第2の算出層の対応する処理ユニットの出力値と、そ
の間の内部結合に割り付けられて、規定の定数値の間を
区画することで得られる数値との乗算値を入力として、
制御操作量の導出値を算出する2つを1組とする出力ユ
ニットで構成される出力層とを備えることを、 特徴とする階層ネットワーク構成ファジィ制御器。1. A hierarchical network configuration fuzzy controller that calculates and outputs a control operation amount corresponding to an input control state amount by executing a fuzzy control rule according to a hierarchical network unit (11). A hierarchical network unit (11) receives a multiplied value of a control state quantity and an internal state value assigned to an internal connection for inputting the control state quantity, and calculates a truth value of a membership function of the antecedent part. A first calculation layer composed of a processing unit, and a multiplication of output values of all units in a preceding layer located at a stage subsequent to the first calculation layer and an internal state value allocated to an internal connection therebetween A middle layer composed of one or a plurality of rule layers composed of one or a plurality of rule units for calculating a grade value by using a value as an input, and a final rule layer The output value of the corresponding rule unit and the multiplication value of the discrete function value allocated to the inner connection therebetween and cut out from the consequent membership function are input, and the size is changed by the output value. A second calculation layer composed of a plurality of processing units for calculating a function sum of the consequent part membership function, an output value of a corresponding processing unit of the second calculation layer, and an internal connection therebetween And the multiplication value with the numerical value obtained by dividing between the specified constant values as input,
An output layer comprising an output unit, which is a set of two units for calculating a derived value of the control operation amount, a fuzzy controller configured as a hierarchical network.
Priority Applications (8)
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|---|---|---|---|
| JP2060262A JP2763370B2 (en) | 1990-03-12 | 1990-03-12 | Hierarchical network configuration fuzzy controller |
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| EP91905520A EP0471857B1 (en) | 1990-03-12 | 1991-03-12 | Neuro-fuzzy integrated data processing system; network structure conversion system ; fuzzy model extracting system |
| CA002057078A CA2057078C (en) | 1990-03-12 | 1991-03-12 | Neuro-fuzzy fusion data processing system |
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (1)
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Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH02292602A (en) * | 1989-05-02 | 1990-12-04 | Nkk Corp | Artificial neural circuit network type fuzzy controller |
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-
1990
- 1990-03-12 JP JP2060262A patent/JP2763370B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 西口映、「ニューラルネットワークによるファジィメンバーシップ関数の自動調整」、第15回システムシンポジウム講演論文集、計測自動制御学会、平成元年10月19日、P.261−266 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03260806A (en) | 1991-11-20 |
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