JPH0750402B2 - ファジィ制御則と線形制御則の混合制御装置 - Google Patents
ファジィ制御則と線形制御則の混合制御装置Info
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- JPH0750402B2 JPH0750402B2 JP63124353A JP12435388A JPH0750402B2 JP H0750402 B2 JPH0750402 B2 JP H0750402B2 JP 63124353 A JP63124353 A JP 63124353A JP 12435388 A JP12435388 A JP 12435388A JP H0750402 B2 JPH0750402 B2 JP H0750402B2
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
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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、任意の非線形な制御出力を必要とする制御装
置に関する。
置に関する。
従来の技術 ファジィ制御は、数学モデルが記述できないような複雑
な制御対象において、人間が従来の経験から得ている知
識をファジィ推論を用いて計算機で実行しようとするも
のである。
な制御対象において、人間が従来の経験から得ている知
識をファジィ推論を用いて計算機で実行しようとするも
のである。
従来のファジィ制御は、第５図に示すように制御状況入
力部７から得られる情報、例えば制御偏差ｅ及び、その
変化率Δｅと、制御操作量出力部10から出力する操作量
ｕの間の関係をif〜then…規則として記述する場合、次
のような推論規則をファジィ推論規則記憶部９に複数個
用意する。
力部７から得られる情報、例えば制御偏差ｅ及び、その
変化率Δｅと、制御操作量出力部10から出力する操作量
ｕの間の関係をif〜then…規則として記述する場合、次
のような推論規則をファジィ推論規則記憶部９に複数個
用意する。
IF e is Zero and Δe is Positive Metium Then u is
Negative Medium. ここでif〜の部分を前件部、then…の部分を後件部と呼
ぶ。これを第６図に示す。Zero,Positive Medium及びNe
gative Mediumなどは規則の記述に用いる入力や出力の
ファジィ数を表すラベルであり、ファジィ変数である。
この図に示すように、一般にファジィ推論の前件部と後
件部の変数はファジィ変数で与えられている。
Negative Medium. ここでif〜の部分を前件部、then…の部分を後件部と呼
ぶ。これを第６図に示す。Zero,Positive Medium及びNe
gative Mediumなどは規則の記述に用いる入力や出力の
ファジィ数を表すラベルであり、ファジィ変数である。
この図に示すように、一般にファジィ推論の前件部と後
件部の変数はファジィ変数で与えられている。
発明が解決しようとする課題 前記従来例によるファジィ制御装置において、第７図に
示すような非線形な操作量ｕを出力しようとした場合、
どのように規則を記述すればよいかという見通しがつき
にくい。また、通常ファジィ制御は入力の全変域に対す
る全ての推論規則を用意する必要があり、そのためのメ
モリが多く必要である。さらに、一般にファジィ推論は
処理内容が複雑で、処理速度も遅いという課題がある。
示すような非線形な操作量ｕを出力しようとした場合、
どのように規則を記述すればよいかという見通しがつき
にくい。また、通常ファジィ制御は入力の全変域に対す
る全ての推論規則を用意する必要があり、そのためのメ
モリが多く必要である。さらに、一般にファジィ推論は
処理内容が複雑で、処理速度も遅いという課題がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、高速に任
意の非線形出力を得ることができる、ファジィ制御則と
線形制御則の混合制御装置を提供することを目的とす
る。
意の非線形出力を得ることができる、ファジィ制御則と
線形制御則の混合制御装置を提供することを目的とす
る。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、線形な入力と出力の
関係を記述した線形制御則と、非線形な入力と出力の関
係を記述したファジィ制御則とを備え、入力値に対する
線形制御則の出力値とファジィ制御則の出力値との重み
を適応的に決定して加算する構成である。
関係を記述した線形制御則と、非線形な入力と出力の関
係を記述したファジィ制御則とを備え、入力値に対する
線形制御則の出力値とファジィ制御則の出力値との重み
を適応的に決定して加算する構成である。
作用 本発明は上記した構成により、線形部分を含んだ任意の
非線形操作量を出力する際、ファジィ推論規則が適用さ
れない線形操作量を出力するような計測値が入力された
場合は、線形制御則のみの演算のため演算時間が短くな
り、また、ファジィ推論規則は、入力の全変域に対する
規則を用意する必要はなく、非線形領域のみの規則でよ
く、記憶する規則数を減らすことでメモリを節約でき、
さらに制御操作量の線形な部分と非線形な部分がなめら
かに切り換わる。
非線形操作量を出力する際、ファジィ推論規則が適用さ
れない線形操作量を出力するような計測値が入力された
場合は、線形制御則のみの演算のため演算時間が短くな
り、また、ファジィ推論規則は、入力の全変域に対する
規則を用意する必要はなく、非線形領域のみの規則でよ
く、記憶する規則数を減らすことでメモリを節約でき、
さらに制御操作量の線形な部分と非線形な部分がなめら
かに切り換わる。
実施例 以下、本発明における一実施例を図面を用いて説明す
る。第１図において、１は制御状況入力部で、センサ等
による計測値を入力する。２は制御演算部で、制御状況
入力部１の出力である制御入力から制御操作量を決定す
るための演算を行う。４はファジィ推論規則記憶部で、
ファジィ推論に用いる推論規則を記憶している。ここで
用いられる推論規則は『IF〜（前件部）THEN…（後件
部）』の形式で表現され、前件部はファジィ変数を含む
推論命題であり、後件部はファジィ数ではなく通常の実
数値で書き表してある。５は線形制御規則記憶部で、制
御状況入力部１の出力である複数の制御入力を線形結合
して操作出力を決定する線形制御則を記憶している。３
は制御規則管理部で、制御演算部２で使用する演算規則
を、ファジィ推論規則記憶部４と線形制御規則記憶部５
から取り出す。６は制御操作量出力部で、制御演算の結
果を出力する。
る。第１図において、１は制御状況入力部で、センサ等
による計測値を入力する。２は制御演算部で、制御状況
入力部１の出力である制御入力から制御操作量を決定す
るための演算を行う。４はファジィ推論規則記憶部で、
ファジィ推論に用いる推論規則を記憶している。ここで
用いられる推論規則は『IF〜（前件部）THEN…（後件
部）』の形式で表現され、前件部はファジィ変数を含む
推論命題であり、後件部はファジィ数ではなく通常の実
数値で書き表してある。５は線形制御規則記憶部で、制
御状況入力部１の出力である複数の制御入力を線形結合
して操作出力を決定する線形制御則を記憶している。３
は制御規則管理部で、制御演算部２で使用する演算規則
を、ファジィ推論規則記憶部４と線形制御規則記憶部５
から取り出す。６は制御操作量出力部で、制御演算の結
果を出力する。
以下、動作説明を行う。制御状況入力値が制御演算部２
に入力されると、制御演算部２は制御規則管理部３に対
し、演算に用いるファジィ推論規則と線形制御規則を取
り出すように指示する。制御規則管理部３は、ファジィ
推論規則記憶部４と線形制御規則記憶部５からファジィ
推論規則と線形制御規則を取り出し、制御演算部２に出
力する。制御演算部２は、以下に示すようなファジィ推
論を行う。
に入力されると、制御演算部２は制御規則管理部３に対
し、演算に用いるファジィ推論規則と線形制御規則を取
り出すように指示する。制御規則管理部３は、ファジィ
推論規則記憶部４と線形制御規則記憶部５からファジィ
推論規則と線形制御規則を取り出し、制御演算部２に出
力する。制御演算部２は、以下に示すようなファジィ推
論を行う。
ここでは、ファジィ推論規則はｎ個あるものとし、線形
制御規則をｎ＋１番目の規則とみなす。いま、入力値xj
0,j＝1,2,…,mが計測されたとき、ファジィ推論におけ
る各規則の結論のファジィ数を次のように求める。ここ
で、μij（Xj 0）は前件命題のファジィ数に対する入力
値Xj 0のメンバシップ値を表し、fiは後件部の実数値で
ある。
制御規則をｎ＋１番目の規則とみなす。いま、入力値xj
0,j＝1,2,…,mが計測されたとき、ファジィ推論におけ
る各規則の結論のファジィ数を次のように求める。ここ
で、μij（Xj 0）は前件命題のファジィ数に対する入力
値Xj 0のメンバシップ値を表し、fiは後件部の実数値で
ある。
・ｕ＝fiのとき μｉ（ｕ）＝μi1（X1 0）Λμi2（X2 0）Λ…Λμim（Xm
0） ・その他のとき μｉ（ｕ）＝０ ただし、ｉ＝1,2,…,n これはｎ個の規則の前件部の適合度合を表している。次
に、ｎ＋１番目の規則である線形制御規則の適合度合を
次式より求める。
0） ・その他のとき μｉ（ｕ）＝０ ただし、ｉ＝1,2,…,n これはｎ個の規則の前件部の適合度合を表している。次
に、ｎ＋１番目の規則である線形制御規則の適合度合を
次式より求める。
したがって、この適合度合はｎ個のファジィ推論規則の
適合度合が低い場合に高くなる。
適合度合が低い場合に高くなる。
ｎ＋１番目の線形制御規則は、 ｕ＝k1X1 0＋k2X2 0＋……＋kmXm 0 である。これをfn+1で表す。
総合推論結果は重み付き重心を採用して次のように求め
ることができる。
ることができる。
以下に、入力が制御偏差ｅ及びその変化率Δｅの場合の
例について説明する。ファジィ制御規則は、例えば以下
に示す２つの規則（ルール１、ルール２）を用意したと
する。ここで、PM（正で中位）、PS（正で小）、NS（負
で小）は変域を［−6,6］の区間としたファジィ数で、
第２図のように三角型の対称なメンバシップ関数として
与える。
例について説明する。ファジィ制御規則は、例えば以下
に示す２つの規則（ルール１、ルール２）を用意したと
する。ここで、PM（正で中位）、PS（正で小）、NS（負
で小）は変域を［−6,6］の区間としたファジィ数で、
第２図のように三角型の対称なメンバシップ関数として
与える。
（ルール１） If e is PM and Δe is NS Then u is 6. （ルール２） If e is PS and Δe is NS Then u is −4.5. 線形制御規則は次に示す規則（ルール３）とする。
（ルール３） ｕ＝0.5e＋0.5Δｅ まず、入力がｅ＝3.5、Δｅ＝−３のときを考える。第
３図よりルール１での結論のファジィ数μ１（ｕ）のｕ
＝６では0.5、ルール２での結論のファジィ数μ
２（ｕ）のｕ＝−4.5では0.25となる。ルール３の適合
度合μ３（ｕ）は、 μ３（ｕ）＝max［0,1−（0.5＋0.25）］ ＝0.25 したがって操作量ｕ＊は、 次にｅ＝−４、Δｅ＝２のときを考える。このときは、
ルール１、ルール２には該当せず、それぞれの結論のフ
ァジィ数はともに０である。したがって、ルール３のみ
で操作量が決定される。
３図よりルール１での結論のファジィ数μ１（ｕ）のｕ
＝６では0.5、ルール２での結論のファジィ数μ
２（ｕ）のｕ＝−4.5では0.25となる。ルール３の適合
度合μ３（ｕ）は、 μ３（ｕ）＝max［0,1−（0.5＋0.25）］ ＝0.25 したがって操作量ｕ＊は、 次にｅ＝−４、Δｅ＝２のときを考える。このときは、
ルール１、ルール２には該当せず、それぞれの結論のフ
ァジィ数はともに０である。したがって、ルール３のみ
で操作量が決定される。
ｕ＊＝−0.5＊４＋0.5＊２ ＝−１ このような計算によって、ｅとΔｅが［−6,6］の区間
における操作量を求めたものを第４図に示す。これより
部分的に非線形になっていることが分かる。このよう
に、本発明はファジィ制御と線形制御の混合制御になっ
ているため、線形操作量を出力する領域においては線形
制御則が働く。線形制御則の設計は、古典制御理論によ
る周波数軸上の伝達関数法や現代制御理論による時間軸
上の状態変数法によって見通し良く行うことができる。
一方、非線形操作量を出力する領域においては、主にフ
ァジィ制御則が働く。ファジィ制御則の設計は、従来の
ように入力値の全変域について行う必要はなく、非線形
部分のみで良いため、容易となる。
における操作量を求めたものを第４図に示す。これより
部分的に非線形になっていることが分かる。このよう
に、本発明はファジィ制御と線形制御の混合制御になっ
ているため、線形操作量を出力する領域においては線形
制御則が働く。線形制御則の設計は、古典制御理論によ
る周波数軸上の伝達関数法や現代制御理論による時間軸
上の状態変数法によって見通し良く行うことができる。
一方、非線形操作量を出力する領域においては、主にフ
ァジィ制御則が働く。ファジィ制御則の設計は、従来の
ように入力値の全変域について行う必要はなく、非線形
部分のみで良いため、容易となる。
発明の効果 以上のように、本発明では線形部分を含んだ任意の非線
形操作量を出力する際、ファジィ推論規則が適用されな
い線形操作量を出力するような計測値が入力された場合
は、線形制御則のみの演算のため演算時間が短くなる。
さらに、ファジィ推論規則は、入力の全変域に対する規
則を用意する必要はなく、非線形領域のみの規則でよ
く、記憶する規則数を減らすことができ、メモリを節約
することができ、さらに制御操作量の線形な部分と非線
形な部分がなめらかに切り換わるという優れた効果を発
揮することができる。
形操作量を出力する際、ファジィ推論規則が適用されな
い線形操作量を出力するような計測値が入力された場合
は、線形制御則のみの演算のため演算時間が短くなる。
さらに、ファジィ推論規則は、入力の全変域に対する規
則を用意する必要はなく、非線形領域のみの規則でよ
く、記憶する規則数を減らすことができ、メモリを節約
することができ、さらに制御操作量の線形な部分と非線
形な部分がなめらかに切り換わるという優れた効果を発
揮することができる。
第１図は本発明における一実施例の混合制御装置のブロ
ック図、第２図はファジィ変数の説明図、第３図は本発
明におけるファジィ推論過程の説明図、第４図は前記混
合制御装置の一実施例の制御出力の説明図、第５図は従
来例におけるファジィ制御装置のブロック図、第６図は
従来例におけるファジィ推論過程の説明図、第７図は非
線形制御出力の説明図である。 １……制御状況入力部、２……制御演算部、３……制御
規則管理部、４……ファジィ推論規則記憶部、５……線
形制御規則記憶部、６……制御操作量出力部。
ック図、第２図はファジィ変数の説明図、第３図は本発
明におけるファジィ推論過程の説明図、第４図は前記混
合制御装置の一実施例の制御出力の説明図、第５図は従
来例におけるファジィ制御装置のブロック図、第６図は
従来例におけるファジィ推論過程の説明図、第７図は非
線形制御出力の説明図である。 １……制御状況入力部、２……制御演算部、３……制御
規則管理部、４……ファジィ推論規則記憶部、５……線
形制御規則記憶部、６……制御操作量出力部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 計測自動制御学会論文集，「ファジイモ デリング」，Ｖｏｌ．23 Ｎｏ．６（昭和 62年６月）ＰＰ．650−652 東芝レビュー，「ファジイ制御技術の動 向」Ｖｏｌ．43 Ｎｏ．４（1988年），Ｐ Ｐ．300−303 東芝レビュー，「原子炉再循環流量制御 系へのファジイ理論の適用」Ｖｏｌ．43 Ｎｏ．４（1988年）ＰＰ．317−320
Claims (2)
- 【請求項１】線形な入力と出力の関係を記述した線形制
御則と、非線形な入力と出力の関係を記述したファジィ
制御則とを備え、入力値に対する線形制御則の出力値と
ファジィ制御則の出力値との重みを適応的に決定して加
算することを特徴としたファジィ制御則と線形制御則の
混合制御装置。 - 【請求項２】線形制御則の出力値とファジィ制御則の出
力値に対する重みは、ファジィ制御則に対する適合度合
を基に決定することを特徴とした請求項１記載のファジ
ィ制御則と線形制御則の混合制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63124353A JPH0750402B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | ファジィ制御則と線形制御則の混合制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63124353A JPH0750402B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | ファジィ制御則と線形制御則の混合制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01293402A JPH01293402A (ja) | 1989-11-27 |
| JPH0750402B2 true JPH0750402B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=14883286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63124353A Expired - Fee Related JPH0750402B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | ファジィ制御則と線形制御則の混合制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750402B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3268662B2 (ja) * | 1992-11-13 | 2002-03-25 | キヤノン株式会社 | 画像処理装置 |
-
1988
- 1988-05-20 JP JP63124353A patent/JPH0750402B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 東芝レビュー，「ファジイ制御技術の動向」Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．４（１９８８年），ＰＰ．３００−３０３ |
| 東芝レビュー，「原子炉再循環流量制御系へのファジイ理論の適用」Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．４（１９８８年）ＰＰ．３１７−３２０ |
| 計測自動制御学会論文集，「ファジイモデリング」，Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．６（昭和６２年６月）ＰＰ．６５０−６５２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01293402A (ja) | 1989-11-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |