JPH0282320A - ファジィ・コンピュータ・システム - Google Patents

ファジィ・コンピュータ・システム

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Publication number
JPH0282320A
JPH0282320A JP63233579A JP23357988A JPH0282320A JP H0282320 A JPH0282320 A JP H0282320A JP 63233579 A JP63233579 A JP 63233579A JP 23357988 A JP23357988 A JP 23357988A JP H0282320 A JPH0282320 A JP H0282320A
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JP
Japan
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fuzzy
fuzzy logic
operation circuit
circuit
logic operation
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JP63233579A
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English (en)
Inventor
Niichi Andou
丹一 安藤
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Priority to AT89117422T priority patent/ATE138745T1/de
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、ファジィ論理演算を行なうためのコンピュ
ータ・システムに関する。
コンピュータ技術の進展と、ハードウェアの低価格化に
よって7社会のあらゆる分野でコンピュータが利用され
るようになってきている。
しかしながら従来のコンピュータでは、システムの取り
扱う対象を厳密にモデル化して、そのモデルに合わせた
プログラムの動作を細部にわたって詳細に記述しなけれ
ばならないという問題点があった。このため厳密にモデ
ル化できない対象を扱うプログラムを作成するのはきわ
めて困難であった。これは従来のコンピュータでは、1
とOで表わされる2値のデータを処理する動作を基本に
して、プログラムを作成していたためである。
従来のコンピュータでは、プログラムを作成するときに
、数式で厳密に記述して条件判断を行なう必要があった
発明の概要 この発明はこのような従来のコンピュータの問題点に着
目してなされたもので、ファジィ論理を使用して厳密に
モデル化できない、あいまいな部分のある対象を取り扱
うことのできるファジィ・コンピュータ・システムを実
現することを目的とする。
この発明によるファジィ・コンピュータφシステムは、
ディジタル・プロセッサ、ディジタル・メモリ、ファジ
ィ論理演算回路およびファジィ論理演算回路インタフェ
ースから構成される。ディジタル・メモリはディジタル
・プロセッサのプログラムおよびファジィ論理演算回路
の推論ルールを格納するものである。ファジィ論理演算
回路は所与の推論ルールに基づいてファジィ推論を実行
するものである。ファジィ論理演算回路インタフェース
はディジタル・プロセッサとファジィ論理演算回路とを
接続するものである。ディジタル・プロセッサはディジ
タル・メモリに格納されているプログラムにしたがって
、ディジタル・メモリに格納されている推論ルールをイ
ンタフェースを介してファジィ論理演算回路に与えると
ともに ファジィ論理演算回路の推論結果をインタフェ
ースを介して取込むものである。
この発明のシステムによると2従来のディジタル・コン
ピュータの特徴とファジィ論理演算回路の特徴を兼ね備
えているので、より幅広い分野での応用が可能となる。
この発明のシステムはファジィ論理演算回路を備えてい
るので、従来のディジタル・コンピュータで取り扱うこ
とが困難であった。あいまいな部分のある対象を取り扱
うことが容易になる。コンピュータで扱う必要のある対
象は厳密にモデル化できるものは少なく、はとんどの対
象かあいまいな部分を含んでいることから、この発明に
よってコンピュータの利用できる領域を飛躍的に拡大す
ることが可能になる。さらにファジィ論理はあいまいな
表現が可能であるため、従来のコンピュータのプログラ
ムよりも少ない記述で動作させることが可能であり、プ
ログラムの作成や保守がより簡単なものになる。またこ
の発明では厳密な表現は必要がないため、システムや対
象に関する詳細な知識を持たない利用者が、容易にファ
ジィ論理の記述を作成したり、変更したりすることが可
能になり、従来のコンピュータよりも多くの人がシステ
ムを利用することが可能になる。
この発明では専用のハードウェア・システムでファジィ
論理演算を実現しているため、ディジタル・コンピュー
タのプログラムで実現するよりも高速でファジィ論理演
算を行なうことができる。
この発明では従来のコンピュータと同じようなプログラ
ムを実行するディジタル・プロセッサを持った構成にな
っているため、従来のコンピュータで実現できたことは
すべて実現することが可能で、ファジィ論理では扱いに
くい、数値演算。
シーケンス処理、外部入出力の制御、ディジタル・デー
タの記録、マン拳マシン・インタフェースなども容易に
行なうことが可能である。
すなわち1次のような処理が可能となる。
(1)複数組のファジィ推論 設定を変えて複数組のファジィ推論を行なうことができ
る。
(2)シーケンスの制御 外部の事象との同期、タイミングの制御、順序のある動
作を行なうことが可能になる。
(3)入力情報の処理 外部に接続するセンサ、端末装置、別のコンピュータ・
システム等からの情報をCPUで処理して、ファジィ論
理演算回路で取り扱える形式にすることが可能になる。
(4)出力情報の処理 ファジィ論理演算回路の出力した情報をCPUで処理し
、外部に接続するアクチュエータ、端末装置、別のコン
ピュータ・システム等に接続できる形式にして、出力す
ることが可能になる。
(5)メンバーシップ関数の設定 CPUからメンバーシップ関数を設定したり変更したり
することが可能になる。
(6)推論ルールの設定 CPUからファジィ論理演算の推論ルールを設定したり
変更したりすることが可能になる。
(7)外部入出力の制御 ファジィ論理演算回路の入出力とは別に、信号やデータ
の入出力を外部に対して行なうことができる。この結果
外部からシステムの動作を制御したり、外部機器に信号
を出力したりすることが可能になる。
(8)情報の記録 ファジィ論理演算回路の入出力情報や、ファジィ論理の
推論ルール、メンバーシップ関数などを記憶しておき、
利用することができる。
(9)マン・マシン−インタフェース システムの操作、推論ルールの設定、変更、メンバーシ
ップ関数の設定、変更を行なうなどにより、利用者が外
部からシステムを制御することが可能になる。
以下ファジィ論理演算回路として出願人が既に提案した
回路、すなわち複数本(たとえば25本)のライン上に
分布した電圧信号によってメンバーシップ関数を表わし
、複数本のライン上に分布した信号をそのまま用いてフ
ァジィ推論を実行する回路(たとえば特開昭63−12
3177号公報参照)を用いた実施例について詳述する
が、この発明におけるファジィ論理演算回路としてはデ
ィジタル信号を取扱う専用の回路等2種々のハードウェ
ア・システムの適用が可能であるのはいうまでもない。
実施例の説明 第1図はこの発明によるファジィ・コンピュータ・シス
テムの構成を示すものである。
このファ°シイ・コンピュータ争システムはCP U 
10.ディジタル・メモリ、ファジィ論理演算回路22
.ファジィ論理演算回路インタフェース21、外部から
システムの動作を制御する手段13゜ファジィ論理演算
回路にデータを入力する手段16、およびファジィ論理
演算回路の演算結果を利用する手段19から構成され、
これらがバス接続されている。
ディジタルψメモリにはRAMIIとROM12とがあ
る。RAMIIは各種データ、ファジィ論理演算回路2
2の推論ルール、メンバーシップ関数等を格納する。R
OM12にはCPUl0の実行するプログラムが格納さ
れている。
CPUl0はこのシステム全体を制御するもので、とく
にROM12に格納されたプログラムにしたがって、デ
ータの入出力、ファジィ論理演算回路22の制御を行な
う。
ファジィ論理演算回路22はファジィ論理の演算を行な
う。ファジィ論理演算回路インタフェース21はCPU
LOとファジィ論理演算回路22を接続するものである
。これらの回路21.22の構成の詳細については後述
する。
外部からシステムの動作を制御する手段13として、端
末装置15とこれを使用するための端末装置インタフェ
ース14がある。端末装置15はCRTデイスプレィと
キーボードとをもっている。端末装置15はシステムの
操作、メンバーシップ関数の設定変更、データの表示等
に利用される。
外部からデータを入力する手段16は、たとえば外部の
センサ18等からの信号を入力するためのファジィ入力
インタフェースであり、たとえば3台のA/Dコンバー
タ17を含んでいる。CPUl0は外部に接続したセン
サ18などからデータを入力して、A/Dコンバータ1
7でディジタル信号に変換し、さらにファジィ・データ
に変換した後。
ファジィ論理演算回路インタフェース21に出力するこ
とができる。
ファジィ論理演算回路22の演算結果を利用する手段1
9は、外部に制御信号を出力するためのファジィ出力イ
ンタフェースを含む。この実施例ではファジィ出力イン
タフェースは、D/Aコンバータ20で構成され、外部
にアナログの制御信号を出力する。
第1図では外部からシステムの動作を制御する手段13
はCPUl0にバスに接続されているが、これは電源ス
ィッチを入れるなどの、他の方式で実現することもでき
る。
また第1図ではファジィ論理演算回路22にデータを入
力する手段16と、ファジィ論理演算回路22の演算結
果を利用する手段19はCPUl0のバスと接続されて
いるが、これらはファジィ論理演算回路22に直接接続
する構成とすることや、端末装置15から入出力する構
成とすることもてきる。
第2図はインタフェース21とファジィ論理演算回路2
2の構成の一例を示している。この図において、バイナ
リイ・バスは白抜きで表現され、メンバーシップ関数を
表わす電圧信号分布を伝達する複数本(たとえば25本
)のラインはハツチングが描かれたバス記号で表現され
ている。
ファジィ論理演算回路22ではr個のファジィ推論ルー
ル(モーダス・ポネンス、 If−thenルールと呼
ばれるもの)を用いた推論が可能であり、そのためにr
個のファジィ推論エンジン30が設けられている。この
推論エンジン30はインプリケーションの前件部に2つ
のファジィ命題をもつルルに適用されるアーキテクチャ
を持つものである。インプリケーションの前件部のファ
ジィ集合(またはメンバーシップ関数)をA、、B。
(1=1〜r)、インプリケーションの後件部のファジ
ィ集合(またはメンバーシップ関数)をC,(i=1〜
r)で表わす。またプレミスのファジィ集合(またはメ
ンバーシップ関数)をA’ 、B’で表わす。推論エン
ジン30は、A′とA、を入力とするC−MIN回路(
コレスポンデンスMIN回路)32.B’ とB、を入
力とするC−MIN回路33  C−MIN回路32の
出力を人力とするE−MAX回路(アンサンプルMAX
回路)34.C−MIN回路33の出力を入力とするE
−MAX回路35.これらE−MAX回路34と35の
出力を入力とするコンドロールドMINMAX回路3θ
、および回路36の出力がトランケーティング入力とな
り、この入力によりC0を裁断(MIN演算)するトラ
ンケーション回路37から構成される。トランケーショ
ン回路37の出力が1つの推論結果C1′を表わす。コ
ンドロールドMI N−MAX回路36は制御入力に応
じてMIN演算またはMAX演算を行なうものである。
全推論エンジン30の出力はC−MAX回路31で総合
され、最終的な推論結果C′が得られる。
ファジィ論理演算回路インタフェース21はCPU10
から与えられるデータに基づいて推論エンジン30にメ
ンバーシップ関数A’、B’、A1゜B、、C,および
コンドロールドMIN−MAX回路86の制御信号を与
えるとともに、ファジィ論理演算回路22の推論結果C
′をCPUl0が取込めるようにするためのものである
。インタフェース21は、メンバーシップ関数出力イン
タフェース41を含み、このインタフェース41はメン
バーシップ関数発生回路(以下MFGという)である。
MFG41はラッチ回路43と電圧分布発生回路42と
からなる。これらのMFG41は」二連したすべてのメ
ンバーシップ関数A’ 、B′、A、、B、。
】       l C1について設けられている。CPUl0からバスを経
てメンバーシップ関数を表わすコード(ラベル)がラッ
チ回路43に与えられる。そしてラッチ回路43に与え
られたコードに対応するメンバーシップ関数を表わす電
圧分布が電圧分布発生回路42から発生し、対応する推
論エンジン30に入力する。インタフェース21にはさ
らにコンドロールドMI N−MAX回路36の制御信
号を表わすコードを一時記憶するラッチ回路44が設け
られている。
このコードもまたCPUl0から与えられる。
インタフェース21にはさらに、ファジィ論理演算回路
22から得られる推論結果C′をCPUl0に与えるた
めの推論結果入力インタフェース45が設けられている
。このインタフェース45は推論結果C′を表わす電圧
分布を出力するラインのそれぞれに接続されたA/Dコ
ンバータ46を含み、各ラインの電圧がディジタル信号
に変換されて順次バスを経てCPUl0に取込まれる。
インタフェース21はさらに推論結果C′を確定値に変
換するデフアシファイア47とデフアシファイア47の
アナログ出力をディジタル信号に変換するA/Dコンバ
ータ48を含んでいる。A/Dコンバータ48の出力は
バスを経てCPUl0に取込まれる。
CPUl0がすべてのメンバーシップ関数出力インタフ
ェース41とM I N−MAX回路制御インタフェー
スとしてのラッチ回路44にデータ(コード)を書き込
むと、ファジィ論理演算回路22がファジィ論理演算を
行い、演算結果を出力する。
ファジィ論理演算回路22が出力した演算結果を。
インタフェース45またはデフアシファイア47を経て
CPUl0が読み込むことによって演算結果を利用する
ことが可能になる。
以上のようにしてCPUl0はROM12のプログラム
にしたがってインタフェース21のラッチ回路43、4
4への1回の書込みによって1回のファジィ推論を行な
うことができる。書込むルールを変えることにより繰返
しファジィ推論を行なってもよいシ、推論結果に基づい
てインタフェースへのコードの書込みを行なうようにし
てもよい。
この実施例では利用者が端末装置15を操作することに
よって、システムを制御することもできる。たとえば端
末装置15からルールの設定、推論の開始、推論の停止
を行なうこともできる。たとえばルールの設定、推論の
開始、推論の停止に対応するコマンドをSET、RUN
、5TOPとする。SETコマンドは”SETルール・
コード”によって入力される。SETコマンドが入力さ
れると、CPUl0はRAMII内の対応するルールを
インタフェース21に設定する。RUNコマンドが入力
されると、CPUl0はファジィ推論を行なう。ファジ
ィ推論を行なう形式は、システムが扱う対象によフて異
なったものになる。たとえば制御への応用では、CPU
l0はセンサ18からの入力データをもとに、繰り返し
ファジィ推論を行ない、外部に接続した機器の制御を行
なう。
ファジィ推論を行なっているときに、利用者が端末装置
15から5TOPコマンドを入力すると。
CPUl0はファジィ推論を停止して、入力待の状態に
戻る。
この実施例では、3つのA/Dコンバータ17ニよって
センサ18などの信号を入力することができる。
CP U 1QはこのA/DコンバータITから入力し
たデータなどの非ファジィ値を、メンバーシップ関数に
変換してRA M 11に格納したり、場合によっては
ファジィ推論のためにインタフェース21にセットする
次に変形例についてまとめて述べておく。
(1)プログラムの格納手段 以上に説明した実施例ではプログラムはP−ROMに格
納されているが、RAMにプログラムを格納するような
実現方式も可能である。またプログラムはCPUの内部
に組み込む構成や、外部記憶装置からプログラムを読み
込む構成とすることも可能である。
(2)メモリの構成 必要なメモリ容量が少ない場合には、CPUの内部に組
み込むことも可能である。
(3)ファジィ論理演算回路の構成 ファジィ論理演算回路はディジタル回路で構成すること
も可能である。
(4)ファジィ論理演算回路インタフェースメンバーシ
ップ関数は通常開じものがさまざまな対象に使用できる
ため、必ずしも書き換えられる必要はない。この場合メ
ンバーシップ関数を上記実施例とは異なる方式で設定す
ることも可能である。
上記実施例では電圧分布発生回路でメンバーシップ関数
を発生しているが、D/Aコンバータを使用してもよい
し、D/Aコンバータとアナログマルチプレクサを使用
して実現してもよい。
さらにルールが固定されたファジィ推論エンジンを使用
してもよい。また前件部において使う論理がANDまた
はORのいずれかに決まっている場合には、コンドロー
ルドM I N−MAX回路を使う必要はなく、MIN
またはMAX回路で構成できる。コンドロールドM I
 N−MAX回路の制御人力をCPUからではなく、ス
イッチやジャンパピンで設定するようにすることも可能
である。
(5)外部からシステムの動作を制御する手段」1記実
施例では端末を使用して外部からシステムを制御してい
たが、外部入出力インタフェースをもつ構成として信号
によって制御する構成とすることも可能である。ロボッ
トや機械などの制御には2 この方式か有効である。
もちろん端末の代わりに、キーボードとビットマツプデ
イスプレィな七の入出力装置を組み合わせることも可能
である。
通信回路と接続して、遠隔地からシステムの動作を制御
するようにしてもよい。
外部からシステムの動作を制御するために、必ずしもC
PUと外部とのインタフェース回路は必要ではない。た
とえば電源をONすることによって、システムの起動を
制御するような構成とすることも可能である。この場合
プログラムで、起動後に動作を開始するタイミングを遅
らせるようにもできる。さらに外部の事象、たとえば時
刻に同期させるため、たとえばタイマ回路と組み合わせ
てもよい。また電源の異常などによって、システムの動
作を制御する構成としてもよい。
(6)ファジィ論理演算回路にデータを入力する手段 」1記実施例では、A/Dコンバータを使用してデータ
を入力して、ファジィ論理演算回路インタフェースを介
して、ファジィ論理演算回路にファジィメンバーシップ
関数を入力していたが、入力方式にはこれ以外にも、た
とえば次に示すようなさまざまなものがある。
ファジィ論理演算回路をディジタル回路で構成した場合
には、A/Dコンバータは不要になり。
たとえばラッチ回路で接続すればよい。上記実施例のフ
ァジィ論理演算回路やプログラムで実現していた機能の
一部を、外部の回路で実現してファジィ論理演算回路や
プログラムの構成を変更することも可能である。
外部のセンサなとからCPUを介さないで、インタフェ
ース回路などを使用して、直接ファジィ論理演算回路に
入力する構成とすることもてきる。外部のシステムでフ
ァジィの情報に変換して、直接ファジィ論理演算回路に
入力する構成とすることもできる。
利用者が端末装置などから入力し、ディジタルCPUの
プログラムで変換して入力する。構成とすることもでき
る。また利用者が端末なとがら。
ファジィの情報を直接入力する構成とすることもできる
別のファジィ・コンピュータが出力したメンバーシップ
関数を入力する構成とすることもできる。この場合必ず
しも、別のファジィ・コンピュータと直接接続する必要
はなく、後述するように一度磁気ディスクなどに記録し
たデータを利用してもよい。
ディジタル・コンピュータがプログラムで処理して得ら
れるデータを、ファジィ論理演算回路に入力する構成と
することもできる。
ディジタル・コンピュータのシミュレーションでデータ
を生成して、ファジィ論理演算回路に入力する構成とす
ることもできる。ファジィ・コンピュータの動作を解析
するときなとには、この方式が有効である。
あらかじめ記録されたデータを、ファジィ論理演算回路
に入力する構成とすることも可能である。たとえば、セ
ンサなどから入力したデータを、磁気ディスクなどの記
憶装置に記録しておいて、プログラムで読み込んで、フ
ァジィ論理演算回路に入力する構成とすることもてきる
入力するデータがセンサなどから得られるような確定値
である場合には、前件部の演算を上記実施例のように、
メンバーシップ関数の形式で行なう必要はない。確定値
入力の場合のインタフニス21とファジィ論理演算回路
22の例の一部を第3図に示す。センサ等からの入力a
、bに対してそれに対応するメンバーシップ関数を表わ
す信号を出力するメンバーシップ関数回路(MFC)H
がそれぞれ設けられている。MFCのメンバーシップ関
数を規定する定数(ピーク位置等)はCPU10からバ
スを経て定数設定回路39に与えられ、さらにMFC3
8に適した形態でM F C38に入力する。2つのM
FC38の出力はMIN回路36aを経てトランケーシ
ョン回路37のトランケーティング入力として与えられ
る。
(7)ファジィ論理演算回路の演算結果を利用する手段 上記実施例では、ファジィ論理演算回路の出力メンバー
シップ関数を、CPUがA/Dコンバータで入力して、
データの処理をした後、D/Aコンバータでアナログの
制御信号に変換していたが、演算結果を利用する手段に
はこれ以外にも。
たとえば次に示すようなさまざまなものがある。
ファジィ論理演算回路からCPUを介さないで、外部に
直接データや信号を出力する構成とすることも可能であ
る。たとえば機器の制御などの場合に、ファジィ論理演
算回路からインタフェース回路を使用して直接制御信号
を出力することも可能である。
端末装置やプリンタなどにデータとして出力し、たとえ
ば利用者が読むなどの構成とすることもできる。出力す
る形態としては、たとえばメンバーシップ関数を数値と
して直接出力する方式や、グラフ化して表示する方式、
「少し熱い」等の表現で出力する等の方式がある。また
磁気テプなどの記録媒体に記録しておいて、あとで利用
することも可能である。
ファジィ論理演算回路の出力を別のファジィ・コンピュ
ータの入力として利用する構成とすることも可能である
。この場合必ずしも、別のファジィ・コンピュータと直
接接続する必要はなく。
後述するように一度磁気ディスクなどに記録したデータ
を利用してもよい。
ファジィ論理演算回路の出力を、ディジタル・コンピュ
ータのプログラムで利用することも可能である。たとえ
ば、ディジタル・コンピュータのプログラムでロボット
や機械などを制御しているときに、ファジィ推論を組み
合わせることによって7通常のプログラムで処理するの
が困難な部分があるときに、ファジィ推論で補うことが
可能になる。
またAIのような推論を行うプログラムと組み合わせる
ことによって、一意的にイエスかノーと決められないよ
うな部分があるときに、ファジィ推論で処理することが
可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図はファジィ・コンピュータ・システムの構成を示
すブロック図、第2図はファジィ論理演算回路とそのイ
ンタフェースの具体例を示すブロック図、第3図はファ
ジィ論理演算回路とそのインタフェースの他の例を示す
ブロック図である。 10・・・CPU。 11・・・RAM。 12・・・ROM。 21・・・ファジィ論理演算回路インタフェース。 22・・・ファジィ論理演算回路。 以  上

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ディジタル・プロセッサ,ディジタル・メモリ,
    ファジィ論理演算回路およびファジィ論理演算回路イン
    タフェースから構成され, ディジタル・メモリはディジタル・プロセッサのプログ
    ラムおよびファジィ論理演算回路の推論ルールを格納す
    るものであり, ファジィ論理演算回路は所与の推論ルールに基づいてフ
    ァジィ推論を実行するものであり,ファジィ論理演算回
    路インタフェースはディジタル・プロセッサとファジィ
    論理演算回路とを接続するものであり, ディジタル・プロセッサはディジタル・メモリに格納さ
    れているプログラムにしたがって,ディジタル・メモリ
    に格納されている推論ルールをインタフェースを介して
    ファジィ論理演算回路に与えるとともに,ファジィ論理
    演算回路の推論結果をインタフェースを介して取込むも
    のである,ファジィ・コンピュータ・システム。
  2. (2)外部からシステムの動作を制御する手段を持つ請
    求項(1)のファジィ・コンピュータ・システム。
  3. (3)ファジィ論理演算回路にデータを入力する手段,
    およびファジィ論理演算回路の推論結果を利用する手段
    を持つ請求項(1)のファジィ・コンピュータ・システ
    ム。
JP63233579A 1988-09-20 1988-09-20 ファジィ・コンピュータ・システム Pending JPH0282320A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63233579A JPH0282320A (ja) 1988-09-20 1988-09-20 ファジィ・コンピュータ・システム
US07/406,961 US5243687A (en) 1988-09-20 1989-09-13 Fuzzy computer system having a fuzzy inference processing circuit for controlling and adapting output signal to the set membership signal
EP89117422A EP0360256B1 (en) 1988-09-20 1989-09-20 Fuzzy computer system
AT89117422T ATE138745T1 (de) 1988-09-20 1989-09-20 Fuzzy computersystem
DE68926557T DE68926557T2 (de) 1988-09-20 1989-09-20 Fuzzy Computersystem

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JP63233579A JPH0282320A (ja) 1988-09-20 1988-09-20 ファジィ・コンピュータ・システム

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