JPH03296101A - ファジィ制御装置 - Google Patents

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】 「産業上の利用分野」 この発明は、ファジィ推論を用いて無人搬送車等の各種
の装置の制御を行うファジィ制御装置に関する。

「従来の技術」 近年、工場などのＦＡ（ファクトリ・オートメーノタン
）の発達に伴い、無人搬送車を用いた自動搬送システム
が数多く導入されてきている。

この種のシステムにおける無人搬送車の操舵角の制御に
は、主に車体に取付けたセンサによって、走行路上に敷
設された誘導線からのずれを検出し、このずれを修正す
るように操舵（ステアリング）角を変える方式が採用さ
れている。

また、近年、ファジィ推論を用いて各種の装置を制御す
るファジィ制御が様々な分野において利用されている。

ここで、第７図に無人搬送車の外観構成の斜視図を示す
。この図において、１は無人搬送車本体、２は前進およ
び後進における走行と舵取りを行う前輪、３は前輪２を
駆動する走行モータである。

また、４は前輪２の操舵角の設定を行うステアモータ、
５は操舵軸に直接取付けられ、前進における位置ずれを
検出するステアセンサである。このステアセンサ５は、
はぼＴ字状に形成され、その基端部がステアモータ４の
駆動軸に取付けられており、ステアモータ４の駆動軸の
動きにしたがって水平方向に揺動する。また、ステアセ
ンサ５の先端部両端には検知コイル５ａおよび５ｂが取
付けられており、これらによって、走行路上に貼付され
た磁気テープ（誘導線）６の検知が行なわれる。

この場合、検知コイル５ａは車体の進行方向Ａに対して
右側に取付ζすられており、検知コイル５ｂは同方向へ
に対して左側に取付ＩＪられている。この検知コイル５
ａおよび５ｂによる誘導線６の検知は、検知コイル５ａ
および５ｂを誘導線６の磁界中を移動させることにより
発生ずる起電力を利用したものである。この起電力は検
知コイル５ａあるいは５ｂが誘導線６から離れるほど小
さくなる。

さらに、７はコントロールボックスであり、ステアセン
サ５の出力信号を入力してステアモータ４を制御する。

８は回転自在？こ取り付けられた後輪である。

次に、第８図に従来の無人搬送車１の操舵角制御装置の
電気的構成のブロック図を示す。この図において、第７
図の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説
明を省略する。第８図において、９および１０はそれぞ
れ検知コイル５ａおよび５ｂに誘起された起電力を増幅
する増幅器、１１は差動増幅器であり、増幅器９と増幅
器１０のそれぞれの出力電圧の差ＤＡを出力する。

また、１２は差動増幅器１１の出ノＪ信号ＤＡに基づい
てファジィ推論し、操舵角制御指令Ｕを出力するファジ
ィ制御装置、１３は操舵角制御指令Ｕを増幅する増幅器
、１４は増幅器１３の出力信号を入力してステアモータ
４を駆動する駆動回路である。

ファジィ制御装置１２において、１５は差動増幅器１１
の出力信号ＤＡをディジタルデータＤＤに変換するＡ／
Ｄ変換器、１６はディジタルデータＤＤに基づいて誘導
線６に対するずれを示ずずれデータΔＤとその時間微分
Δ２Ｄを演算する前処理部である。

１７はファジィ推論部であり、ずれデータΔＤおよびそ
の時間微分△２Ｄとファジィ規則部１８に予め記憶され
た制御規則に基づいてファジィ推論し、操舵角制御指令
Ｕを求める。この場合、操舵角制御指令Ｕの一点化方法
として「面積法」を採用する。

ここで、ファジィ推論部１７による操舵角制御指令Ｕの
演Ｗ過程について説明する。

ファジィ制御規則としては第９図に示すｎ個のものが設
定されているものとする。これらの規則では、入力変数
がＸ　、（ずれデータΔＤ）およびＸ。

（ずれデータΔＤの時間微分Δ２Ｄ）の２個、出力変数
がＹ（操舵角制御指令Ｕ）の１個であり、Ａ〜Ａｎは、
ずれデータΔＤのメンバーシップ関数、Ｂ、−Ｂｎは、
ずれデータΔＤの時間微分Δ２Ｄのメンバーシップ関数
、０１〜Ｃｎは、操舵角制御指令Ｕのメンパーツツブ関
数をそれぞれ表している。

ファジィ推論部Ｉ７は、まず、規則１〜規則ｎについて
前件部の適合度の演算を行い、後件部のメンバーノツプ
関数を適合度によって頭切りして各規則毎のファジィ集
合を得る。

次に、ファジィ推論部Ｉ７は、得られたそれぞれのファ
ジィ集合の面積を演算した後、次式に基づいて操舵角制
御指令Ｕを演算する。

但し、８１〜Ｓｏは規則毎のファジィ集合の面積、Ｗ１
〜Ｗｎはメンバーシップ関数Ｃ９〜Ｃｎの重心をとるな
どの方法によって予め設定された代表点である。尚、（
＋）式は、各メンバーシップ関数Ｃ〜Ｃｎの代表点Ｗ、
−Ｗ、、の面積５ｌ−８ｎによる荷重平均を求めている
ことになる。

尚、以下の説明においては、説明を簡単にするために、
制御規則を第９図の■および■の２つとし、ずれデータ
ΔＤのメンバーシップ関数Ａ１およびＡ２をそれぞれ第
１Ｏ図および第１１図と、ずれデータΔＤの時間微分Δ
２Ｄのメンバーシップ関数ＢＩおよびＢ２をそれぞれ第
１２図および第１３図と、操舵角制御指令Ｕのメンバー
シップ関数Ｃ１およびＣ２をそれぞれ第１４図および第
１５図とする。

また、ファジィ制御装置１２は、一般に、マイクロコン
ピュータなどによってディジタル演算を行うので、差動
増幅器１１の出力信号ＤＡもＡ／Ｄ変換変換器−５いて
８ビット程度のディジタルデータＤＤに変換してから用
いている。従って、」−述した各メンバーシップ関数も
横軸を分割した離散ファジィ集合とし、分割幅を１０、
分割数を５とする。

このような構成において、無人搬送車１が前進した時に
前輪２の操舵角を制御する場合について説明する。無人
搬送車１が前進して誘導線６に対して左側（第７図の向
かって手］ｉｉｉ　ｆｌｌｌｌ　）にずれると、ステア
センザ５の検知コイル５ａに“は検知コイル５ｂより多
くの起電力が誘起され、これらの起電力がそれぞれ増幅
器９および１０において増幅された後、差動増幅器１１
にそれぞれ入力される。

これにより、差動増幅器ＩＩからは負の信号Ｄ６が出力
され、ファジィ制御装置１２に入力される。次に、差動
増幅器１１の出力信号ＤＡは、Ａ／Ｄ変換器１５におい
てディジタルデータＤＤに変換された後、前処理部１６
に入力される。そして、前処理部１６おいては、ディジ
タルデータＤ０に基づいてずれデータΔＤとその時間微
分Δ２Ｄとが演算されて出力される。

ここで、ずれデータΔＤの値が−１、ずれデータΔＤの
時間微分Δ２Ｄの値が２とすると、ファジィ推論部Ｉ７
は、これらの値を各ファジィ制御規則に基づいて評価す
る。

まず、規則１の前件部の適合度は、ずれデータΔＤのメ
ンバーシップ関数Ａ１の適合度が第１Ｏ図より０．４、
ずれデータΔＤの時間微分Δ２Ｄのメンパーツツブ関数
Ｂ１の適合度が第１２図より１０となるので、これらの
最小値をとると０４４となる。

次に、第１４図に示す操舵角制御指令Ｕのメンバーシッ
プ関数０１を適合度０．４の位置で頭切りするのである
が、この場合、分割毎にメンバーシップ関数ＣＩの値と
適合度０．４の最小値をとると、第１６図に示すような
ファジィ集合が得られろ。

また、規則２の前件部の適合度は、ずれデータΔＤのメ
ンバーシップ関数Ａ、の適合度が第１１図より０．８、
ずれデータΔＤの時間微分Δ２Ｄのメンバーシップ関数
Ｂ２の適合度が第１３図より０．６となるので、これら
の最小値をとると０．６となる。

次に、第１５図に示す操舵角制御指令Ｕのメンバーシッ
プ関数Ｃ３を適合度０．６の位置で頭切りすると、第１
７図に示すようなファジィ集合が得られる。

次に、ファジィ推論部１７は、第１６図および第１７図
のそれぞれのファジィ集合の面積を演算する。この面積
は、それぞれの分割したメンバーシップ関数値と分割幅
との積をすべて加算することにより求める。従って、第
１６図の面積Ｓ、は１３、第１７図の面積Ｓ２は１．５
となる。

そして、ファジィ推論部１７は、（１）式に基づいて操
舵角制御指令Ｕを演算する。

今、メンパーンツブ関数Ｃ１の代表点Ｗ、の値を１、メ
ンバーノツプ関数Ｃ７の代表点Ｗ、の値を１とすると、
面積Ｓ、かＩ　３、面積Ｓ、が１，５であるので、操舵
ｆｆＪ制御指令しは以下の１こうに求まる。

０ このようにして、ずれデータΔＤ−−１、ずれデータΔ
Ｄの時間微分Δ２Ｄ−２のときの操舵角制御指令Ｕ＝０
．０７１が得られる。そして、この操舵角制御指令Ｕが
増幅器１３に供給され、増幅された後、駆動回路１４へ
供給される。駆動回路１４は供給された操舵角制御指令
Ｕに応じてステアモータ４を駆動して前輪２の操舵角を
変える。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述した従来のファジィ制御装置においては
、以下に示す種類の演算を以下に示す回数だけ行う必要
である。

（イ）前件部の適合度を求める処理において、各入力変
数のメンバーシップ関数の適合度の最小値を求める演算 （規則数×（入力変数の数−１））回 （ロ）求められた前件部の適合度によって出力変数のメ
ンバーシップ関数を頭切りする処理において、出力変数
のメンバーシップ関数の分割毎の値と求められた前件部
の適合度との最小値を求める演算 （規則数Ｘ分割数×出力変数の数）回 （ハ）頭切りされて得られたファジィ集合の面積を求め
る処理において、分割されたメンバーシップ関数値と分
割幅との積をすべて加算する演算（規則数Ｘ分割数×出
力変数の数）回 （ニ）（１）式における乗算 （規則数Ｘ出力変数の数）回 （ポ）（１）式における加算 （（規則数士規則数−２）×出力変数の数）回さて、一
般に、規則数、入力変数の数および出力変数の数（Ｊ１
多くてもそれぞれ１００個、１０個および５個程度であ
るので、上述した（イ）、（ニ）および（ホ）の演算は
、さほど時間がかからない。

ところが、メンバーシップ関数の分割数は、演算の精度
を上げるためにある程度必要であるので、」二連した（
口）および（ハ）の演算にはかなりの時間がかかってし
まう。

従って、非常に短い制御周期か要求される制御において
は、制御が追いイ」かないという欠点があった。

そこで、制御を確実に行うためにメンバーシップ関数の
分割数を減らすと、演算の精度が落ちてしまうという問
題があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、演算
の精度を下げることなく、短い制御周期の制御を確実に
行うことができるファジィ制御装置を提供することを目
的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明は、複数の入力変数と複数の複数の出力変数と
からなる複数のファジィ制御規則毎に、前記複数の入力
変数の値に応じて前件部に記載されている前記複数の入
力変数のメンバーシップ関数の適合度の最小値を演算し
、後件部に記載されている前記複数の出力変数のメンバ
ーシップ関数を前記最小値によって頭切りし、得られた
図形の面積を計算し、前記複数のファジィ制御規則毎の
前記複数の出力変数のメンバーシップ関数の代表点の前
記複数のファジィ制御規則毎の前記面積による荷重平均
を求めて制御指令として出力するファジィ推論部を具備
したファジィ制御装置において、前記複数のファジィ制
御規則の前記複数の入力変数のメンバーシップ関数およ
び前記複数の出力変数のメンバーシップ関数のすべてを
それぞれの縦軸および横軸がそれぞれ所定の分割数によ
って分割された離散ファジィ集合とし、前記複数の出力
変数の前記離散ファジィ集合を各適合度によって頭切り
して得られる面積が前記各適合度毎に前記複数のファジ
ィ制御規則すべてについて予め記憶されたメモリを備え
、前記ファジィ推論部は、前記メモリから前記複数のフ
ァジィ制御規則毎に演算して得られた前記最小値に対応
した前記面積を、前記最小値によって前記複数の出力変
数のメンバーシップ関数を頭切りして得られる図形の面
積として選択することを特徴としている。

「作用」 この発明によれば、ファジィ推論部は、まず、複数のフ
ァジィ制御規則毎に、複数の入力変数の値に応じて前件
部に記載されている複数の入力変４ 数のメンバーシップ関数の適合度の最小値を演算する。

次に、メモリから複数のファジィ制御規則毎に、上記演
算によって得られた最小値に対応した面積を、最小値に
よって複数の出力変数のメンバーノツプ関数を頭切りし
て得られる図形の面積として選択する。

そして、複数のファジィ制御規則毎の複数の出力変数の
メンバーシップ関数の代表点の複数のファジィ制御規則
毎の面積による荷重平均を求めて制御指令として出力す
る。

「実施例」 この発明の一実施例について説明する前に、上述した課
題を解決するだめの基本的な考え方について説明する。

まず、入力変数および出力変数のそれぞれのメンバーシ
ップ関数は、それぞれの縦軸を同一の分割数によって分
割する。また、上述した（イ）の演算によって求められ
る適合度によって頭切りされる出力変数のメンバーシッ
プ関数の面積を各適合度毎に予めメモリに記憶しておく
。

例えは、第３図に示すような横軸を分割幅１０によって
１０個に分割した離散ファジィ集合を例にとり、このフ
ァジィ集合の縦軸０〜１０の間を分割幅１０によって１
０個に分割する（小数点２桁以下は四捨五入する）と、
第４図に示す離散ファジィ集合ができる。

次に、このようにした得られた離散ファジィ集合につい
て、縦軸の各適合度毎に頭切りした場合の面積をすべて
演鈴し、メモリに記憶する。第４図の場合、適合度０．
１によって頭切りすると、第５図が得られ、この面積が
１０であるので、これをメモリに記憶する。また、同様
に、第４図を適合度０２によって頭切りすると、第６図
が得られ、この面積が１９であるので、これをメモリに
記憶する。以下、同様の処理を適合度０３〜１０まて行
い、得られた面積をメモリに記憶する。

ここで、「従来の技術」において説明したファジィ推論
部１７による操舵角制御指令Ｕの演算過程に上述した考
え方を適用すると、以下に示すようになる。

ファジィ推論部１７は、まず、規則１〜規則ｎについて
前件部の適合度の演算を行い、後件部のメンバーシップ
関数の種類に応じて予め記憶しておいた面積の中から、
求められた適合度に対応した面積を選択し、その面積を
各規則から得られたファジィ集合の面積とする′。

次に、ファジィ推論部１７は、（１）式に基づいて操舵
角制御指令Ｕを演算する。

以」二説明１．た演算過程においては、以下に示す種類
の演算を以下に示す回数だけ行う必要である。

（１）前件部の適合度を求める処理において、各入力変
数のメンバーシップ関数の適合度の最小値を求める演算 （規則数×（入力変数の数−１））回 （ｉｉ）（１）式における乗算 （規則数×出力変数の数）回 （ｉｉｉ）（１）式における加算 ［（規則数士規則数−２）×出力変数の数ン回以上説明
した考え方を用いると、「従来の技術」において演算の
高速化の障害となっていた（口）および（ハ）の演算を
行う必要がないので、演算の処理時間が大幅に短縮され
る。

以下、図面を容態（、てこの発明の一実施例について説
明する。まず、制御規則および各メンバーシップ関数（
Ｊ、従来と同様、第９図〜第１７図のものを用いる。但
し、各メンバーシップ関数は、横軸を５分割し、縦軸を
１０分割した離散ファジィ集合とする。

第１図はこの発明の一実施例によるファジィ制御装置を
適用した無人搬送車１の操舵角制御装置の電気的構成の
ブロック図であり、この図において、第８図の各部に対
応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する
。この図に示す操舵角制御装置が第８図のものと異なる
点は、メモリ１９が新たに設けられている点である。こ
のメモリ１つは、第２図に示すように、］―述した（１
）の演算によって求められる適合度によって頭切りされ
るメンパーツノブ関数ＣＩおよびＣ３の面積か各８ 適合度０．１−１．０毎に予め記憶されている。

このような構成において、無人搬送車１が前進した時に
前輪２の操舵角を制御する場合について説明する。無人
搬送車１が前進して誘導線６に対して左側（第７図の向
かって手前側）にずれると、ステアセンサ５の検知コイ
ル５ａには検知コイル５ｂ、］：り多くの起電力が誘起
され、これらの起電力がそれぞれ増幅器９およびＩＯに
おいて増幅された後、差動増幅器１１にそれぞれ入力さ
れる。

これにより、差動増幅器１１からは負の信号Ｄ６が出力
され、ファジィ制御装置１２に入力される。次に、差動
増幅器１１の出力信号ＤＡは、Ａ／Ｄ変換器１５におい
てディジタルデータＤＤに変換された後、前処理部１６
に入力される。そして、前処理部１６おいては、ディジ
タルデータＤ０に基づいてずれデータΔＤとその時間微
分Δ２Ｄか演算されて出力される。

ここで、ずれデータΔＤの値が−１１ずれデータΔＤの
時間微分Δ２Ｄの値が２とすると、ファジィ推論部１７
は、これらの値を各ファジィ制御規則に基づいて評価す
る。

まず、規則１の前件部の適合度は、ずれデータΔＤのメ
ンバーノツプ関数Ａ１の適合度が第１０図より０．４、
Ｊ゛れデータΔＤの時間微分Δ２Ｄのメンバーシップ関
数Ｂ、の適合度が第１２図より１０となるので、これら
の最小値をとると０．４となる。

次に、第１４図に示す操舵角制御指令Ｕのメンバーシッ
プ関数Ｃ４を適合度０４の位置て頭切りした場合の面積
Ｓ置よ、第２図より１．３となる。

また、規則２の前件部の適合度は、ずれデータ△Ｄのメ
ンバーノツプ関数△、の適合度が第１１図より０．８、
ずれデータΔＤの時間微分Δ２Ｄのメンバーシップ関数
Ｂ２の適合度が第１３図より０．６となるので、これら
の最小値をとると０．６となる。

次に、第１５図に示す操舵角制御指令Ｕのメンバーシッ
プ関数Ｃ７を適合度０．６の位置で頭切りした場合の面
積Ｓ２は、第２図より１５となる。

そして、ファジィ推論部１７は、（１）式に基づいて操
舵角制御指令Ｕを演算する。

今、メンバーシップ関数０１の代表点Ｗ、の値が１、メ
ンバーシップ関数０２の代表点Ｗ、の値が１、面積Ｓ１
が１．３、面積Ｓ２が１．５であるので、操舵角制御指
令Ｕは、以下のように求まる。

Ｕ＝　　ＩＸ］、３＋ＩＸ１．５＝０．０７１１．３＋
１．５ これは、「従来の技術」において求めた値と同一の演算
結果である。

このようにして、ずれデータΔＤ＝−１、ずれデータ△
Ｄの時間微分Δ２Ｄ−２のときの操舵角制御指令Ｕ＝０
．０７１が得られる。そして、この操舵角制御指令Ｕが
増幅器１３に供給され、増幅された後、駆動回路１４へ
供給される。駆動回路１４は供給された操舵角制御指令
Ｕに応じてステアモータ４を駆動して前輪２の操舵角を
変える。

尚、上述した一実施例においては、説明を簡単？こする
ために、出力変数の数が１個、１つの出力変数に対する
メンバーシップ関数の種類が２種類、各メンバーシップ
関数の縦軸の分割数がＩＯである例を示したが、通常は
、出力変数の数が５個、１つの出力変数に対するメンバ
ーシップ関数の種類が１０種類、各メンバーシップ関数
の縦軸の分割数が２５６であれば、充分な演算精度が得
られる。

また、例えば、出力変数の数を１０個、１つの出力変数
に対するメンバーシップ関数の種類を２０種類、各メン
バーシップ関数の縦軸の分割数を５１２とした場合、メ
モリ１９の記憶容量は１００　ｋｂｙｔｅ程度あるので
、メモリ１９の記憶容量および価格の而において特に問
題になることはない。

さらに、上述した一実施例においては、この発明を無人
搬送車１の操舵角制御装置に適用した例を示したが、制
御指令の一点化方法として「面積法」を採用しているフ
ァジィ制御装置であればどのようなものにても適用でき
ることはいうまでもない。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明ににれば、演算の精度を
下げることなく、短い制御周期の制御を２ 確実に行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるファジィ制御装置を
適用した操舵角制御装置の電気的構成を示すブロック図
、第２図はメモリＩ９の構成の一例を示す図、第３図お
よび第４図はそれぞれメンパーンツブ関数の一例を示す
図、第５図および第６図はそれぞれ第４図のメンバーシ
ップ関数を適合度０．１および０．２によって頭切りし
た場合の図、第７図は無人搬送車の外観構成を示す斜視
図、第８図は従来の無人搬送車１の操舵角制御装置の電
気的構成を示すブロック図、第９図はファジィ制御規則
の一例を示す図、第１０図〜第１７図はそれぞれメンバ
ーシップ関数の一例を示す図である。 Ｉ２・・・・・ファジィ制御装置、１７・・・ファジィ
推論部、Ｉ８・・　ファジィ規則部、１９　・・・メモ
リ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　複数の入力変数と複数の出力変数とからなる複数のフ
   ァジィ制御規則毎に、前記複数の入力変数の値に応じて
   前件部に記載されている前記複数の入力変数のメンバー
   シップ関数の適合度の最小値を演算し、後件部に記載さ
   れている前記複数の出力変数のメンバーシップ関数を前
   記最小値によって頭切りし、得られた図形の面積を計算
   し、前記複数のファジィ制御規則毎の前記複数の出力変
   数のメンバーシップ関数の代表点の前記複数のファジィ
   制御規則毎の前記面積による荷重平均を求めて制御指令
   として出力するファジィ推論部を具備したファジィ制御
   装置において、 前記複数のファジィ制御規則の前記複数の入力変数のメ
   ンバーシップ関数および前記複数の出力変数のメンバー
   シップ関数のすべてをそれぞれの縦軸および横軸がそれ
   ぞれ所定の分割数によって分割された離散ファジィ集合
   とし、 前記複数の出力変数の前記離散ファジィ集合を各適合度
   によって頭切りして得られる面積が前記各適合度毎に前
   記複数のファジィ制御規則すべてについて予め記憶され
   たメモリを備え、 前記ファジィ推論部は、前記メモリから前記複数のファ
   ジィ制御規則毎に演算して得られた前記最小値に対応し
   た前記面積を、前記最小値によって前記複数の出力変数
   のメンバーシップ関数を頭切りして得られる図形の面積
   として選択することを特徴とするファジィ制御装置。