JPH04291602A - Fuzzy control system - Google Patents

Fuzzy control system

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Publication number
JPH04291602A
JPH04291602A JP3056942A JP5694291A JPH04291602A JP H04291602 A JPH04291602 A JP H04291602A JP 3056942 A JP3056942 A JP 3056942A JP 5694291 A JP5694291 A JP 5694291A JP H04291602 A JPH04291602 A JP H04291602A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuzzy
rule
rules
model
control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3056942A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Aisu
英之 愛須
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP3056942A priority Critical patent/JPH04291602A/en
Publication of JPH04291602A publication Critical patent/JPH04291602A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[発明の目的][Object of the invention]

【0002】0002

【産業上の利用分野】本発明は汎用的なファジィ制御コ
ントローラに用いられるファジィ推論方式に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuzzy inference method used in a general-purpose fuzzy controller.

【0003】0003

【従来の技術】最近、システムの数式モデル化が困難な
制御対象に対しファジィ制御を取り入れる試みが、多数
、行われている。現在、制御へのファジィルールの利用
としては大きく分けて次の2種類がある。
2. Description of the Related Art Recently, many attempts have been made to incorporate fuzzy control into control objects whose systems are difficult to model mathematically. Currently, the use of fuzzy rules for control can be roughly divided into two types:

【0004】(1)オペレータの経験則をルール化した
り、実際の操作履歴データを分析することによりオペレ
ータのファジィモデルを作成し、オペレータと同様の制
御を実現する。
(1) A fuzzy model of the operator is created by making rules based on the operator's experience and analyzing actual operation history data, and realizing control similar to that of the operator.

【0005】(2)対象のモデル(ファジィモデルなど
)により、ある仮の操作量を与えたときの将来の状態を
予測し、予測値が目標をどの程度満足するかをファジィ
推論により評価する事により最適な操作量を決定する。
(2) Using a target model (such as a fuzzy model), predict the future state when a certain temporary operation amount is given, and use fuzzy inference to evaluate the extent to which the predicted value satisfies the target. determine the optimal amount of operation.

【0006】(1)はファジィ制御において最も一般的
に使われている方式であり、簡単にルール化できる。し
かし、ルールの中にオペレータの大局的な制御戦略が含
まれるため、それぞれのルールが複雑な相互作用を及ぼ
す。このため、オペレータの制御知識をただ並列に並べ
てもそのままでは有効に機能しない場合が多く、また、
一部のルールを変更したために全体のルールを設計しな
おさなくてはならない場合がよくある。さらに、制御目
的が変わると全面的にルールをつくり直さなくてはなら
ない。
[0006] Method (1) is the most commonly used method in fuzzy control and can be easily formulated into rules. However, since the rules include the operator's global control strategy, each rule has complex interactions. For this reason, simply arranging the operator's control knowledge in parallel often does not function effectively as it is;
Often, changes to some rules require the entire rule to be redesigned. Furthermore, if the purpose of control changes, the rules must be completely rewritten.

【0007】この点、(2)の制御方式だと、対象シス
テムのあいまいさを示すファジィモデルのルールと、制
御戦略を決定する部分に含まれるあいまいさを示してい
る目標評価ルールが明確に区別できるため、調整、設計
の方針がたてやすい。また、目標評価ルールに与える目
標ファジィ集合を変えてやるだけで、どんな制御目標に
も簡単に変更できる。以後これを、状態予測型ファジィ
制御方式と呼ぶことにする。
In this respect, in the control method (2), the fuzzy model rules that indicate the ambiguity of the target system and the goal evaluation rules that indicate the ambiguity included in the part that determines the control strategy are clearly distinguished. This makes it easy to formulate adjustment and design policies. Furthermore, any control target can be easily changed by simply changing the target fuzzy set given to the target evaluation rule. Hereinafter, this will be referred to as a state predictive fuzzy control method.

【0008】図2に従来の状態予測型ファジィ制御方式
のブロック図を示す。ただしここではモデルとしてファ
ジィモデルを用いている。図2において、1は前記仮操
作量をモデルに与える部分、2は状態を予測するための
ファジィモデル、3は予測値を評価するファジィ推論部
分、4は評価結果に応じて仮操作量を合成、または選択
する部分、5は現在の状態に応じて評価基準となる目標
値B*を決定する部分である。
FIG. 2 shows a block diagram of a conventional state prediction type fuzzy control system. However, a fuzzy model is used here. In FIG. 2, 1 is a part that gives the temporary manipulated variable to the model, 2 is a fuzzy model for predicting the state, 3 is a fuzzy inference part that evaluates the predicted value, and 4 is a composite of the temporary manipulated variable according to the evaluation result. , or the selection section 5 is a section that determines the target value B*, which is the evaluation standard, according to the current state.

【0009】ファジィモデルは一般的にルール形式では
次のようになる。
[0009] Generally, a fuzzy model has the following rule format.

【0010】0010

【数1】[Math 1]

【0011】ここでf()は含む関数を表す。また、x
,uはそれぞれ状態ベクトル、入力ベクトルを示し、t
 は現在時刻、dtはサンプリング周期を示す。
[0011] Here, f() represents the included function. Also, x
, u indicate the state vector and input vector, respectively, and t
is the current time, and dt is the sampling period.

【0012】また、[0012] Also,

【0013】[0013]

【数2】[Math 2]

【0014】であり、A,B は状態空間、U は入力
空間上で定義された参照ファジィ集合のラベルである。 NA,NB,NUはそれぞれ定義された参照ファジィ集
合の数を表す。
##EQU1## where A and B are state spaces, and U is a label of a reference fuzzy set defined on the input space. NA, NB, and NU each represent the number of defined reference fuzzy sets.

【0015】状態予測型ファジィ制御のルールは、[0015] The rules for state predictive fuzzy control are as follows:

【0
016】
0
016]

【数3】[Math 3]

【0017】で与えられる。ここで、 B* j は状
態空間上の目標を表す参照ファジィ数、u ´|t は
仮操作量である。Uj は仮操作量として与えられるも
のなら何でも良く、結論部の u|t が同じ Uj 
になりさえすれば良い。
It is given by: Here, B* j is a reference fuzzy number representing a target on the state space, and u ′|t is a temporary manipulated variable. Uj can be anything as long as it is given as a temporary manipulated variable, and u|t in the conclusion part is the same Uj
All you have to do is become.

【0018】しかし、状態予測型ファジィ制御方式は動
的なシステムを制御しようとする場合、次に示すような
2つの問題点がある。
However, when trying to control a dynamic system, the state predictive fuzzy control method has the following two problems.

【0019】第1の問題点は、システムの過去及び現在
の状態から、それぞれの仮操作量を与えたときの予測値
をモデルにより求め、さらにその予測値のそれぞれを目
標評価ルールにより評価するという2段構造のコントロ
ーラになっているため、推論速度が遅いと言う事である
The first problem is that the model calculates predicted values when given each temporary operation amount from the past and present state of the system, and then evaluates each predicted value using the target evaluation rule. Since the controller has a two-stage structure, the inference speed is slow.

【0020】第2の問題点は、ファジィ推論がモデルと
目標評価の2段階に分かれているため、通常のフィード
バック型ファジィ制御ルールと同時に使用する場合など
、設計が難しく、扱いにくくなる。
The second problem is that since fuzzy inference is divided into two stages: model and target evaluation, it becomes difficult to design and difficult to handle when used simultaneously with normal feedback type fuzzy control rules.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、状態
予測型ファジィ制御方式は、推論速度が遅い、通常のフ
ィードバック型ファジィ制御ルールと同時に使用する場
合など、設計が難しく、扱いにくくなる、という問題が
あった。
[Problems to be Solved by the Invention] As mentioned above, state predictive fuzzy control methods have slow inference speeds and are difficult to design and difficult to handle when used simultaneously with normal feedback fuzzy control rules. There was a problem.

【0022】本発明は、このような問題を解決するため
に創案されたものであり、推論時間を大幅に短縮、フィ
ードバック型ファジィ制御ルールとの同時使用も容易に
することが可能なファジィ制御方式を提供することを目
的とする。
The present invention was devised to solve these problems, and provides a fuzzy control method that can significantly reduce inference time and facilitate simultaneous use with feedback-type fuzzy control rules. The purpose is to provide

【0023】[発明の構成][Configuration of the invention]

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明のファジィ制御方式は、制御対象システム
への過去の操作量入力、過去および現在のシステム状態
量の観測値を用いてファジィ推論で出力操作量を決定す
るファジィ制御方式であって、ルール結論部で定義され
た操作によるシステムの状態量の予測値と制御目標値と
の適合度を評価するファジィ命題をファジィルール前件
部に設けてファジィ推論することを特徴としている。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the fuzzy control method of the present invention uses a past manipulated variable input to a controlled system and observed values of past and current system state quantities to perform fuzzy control. This is a fuzzy control method that determines the output operation amount by inference, and the fuzzy rule antecedent part is a fuzzy proposition that evaluates the degree of compatibility between the predicted value of the system state quantity and the control target value by the operation defined in the rule conclusion part. It is characterized by fuzzy inference.

【0025】[0025]

【作用】本発明のファジィ制御方式では、状態予測型フ
ァジィ推論においてファジィモデルを用いた場合、ファ
ジィモデルで1つの仮操作量に対し予測に使用されるル
ールは全ルール中のごく一部であるという性質を利用し
、ファジィモデルのルールと評価ルールを一つの仮操作
量ごとにグループ化し、さらにモデルのルールと評価ル
ールを一体化することにより、一段のルールによって状
態予測型ファジィ制御と同様の効果を実現し、推論時間
を大幅に短縮、フィードバック型ファジィ制御ルールと
の同時使用も容易にする。
[Operation] In the fuzzy control method of the present invention, when a fuzzy model is used in state predictive fuzzy inference, the number of rules used in the fuzzy model to predict one provisional manipulated variable is only a small part of all the rules. Utilizing this property, by grouping the fuzzy model rules and evaluation rules for each temporary operation amount, and further integrating the model rules and evaluation rules, it is possible to perform the same type of state predictive fuzzy control using a single rule. effect, significantly shortens inference time, and facilitates simultaneous use with feedback-type fuzzy control rules.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0027】図1は本発明の一実施例のファジィ制御方
式を説明するためのブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram for explaining a fuzzy control method according to an embodiment of the present invention.

【0028】従来のファジィ制御方式の数3に示すルー
ルにおいてファジィモデルに与える仮操作量u ´に数
4、数5の制限を加え、仮操作量はファジィモデル前件
部で使用した操作量の参照ファジィ集合と同じものを使
い、しかもそれらは互いに素であるとする。すると、フ
ァジィモデルのルールと目標評価ルール(状態予測型フ
ァジィ制御ルール)とは、簡単なグループ化ができる。 数5の条件は、仮操作量が非ファジィ値である場合は自
動的に満足している。
In the rule shown in Equation 3 of the conventional fuzzy control method, the restrictions of Equations 4 and 5 are added to the temporary operation amount u ′ given to the fuzzy model, and the temporary operation amount is equal to the amount of operation used in the antecedent part of the fuzzy model. Assume that we use the same reference fuzzy sets and that they are disjoint. Then, the fuzzy model rules and the target evaluation rules (state prediction type fuzzy control rules) can be easily grouped. Condition 5 is automatically satisfied when the temporary manipulated variable is a non-fuzzy value.

【0029】[0029]

【数4】[Math 4]

【0030】[0030]

【数5】[Math 5]

【0031】すなわち、ファジィモデルにUiを加えた
ときは、前件部に命題(u|t =Ui ) を持たな
いファジィモデルルールは前件部適合度が0 となり使
用しない。(u|t =Ui ) を持つルールも、そ
の命題の適合度は1.0 となるのでその命題は除いて
考えて良い。このことを利用するとファジィモデルのル
ールの中から仮操作量ごとに関係するルールのみを抜き
出してグループ化できる。例として次のようなファジィ
モデルを考える。
That is, when Ui is added to the fuzzy model, fuzzy model rules that do not have the proposition (u|t = Ui) in the antecedent part have a fitness of 0 and are not used. A rule with (u|t = Ui) can also be considered excluding that proposition since its fitness is 1.0. By utilizing this fact, it is possible to extract and group only the rules related to each provisional operation amount from among the rules of the fuzzy model. As an example, consider the following fuzzy model.

【0032】[0032]

【数6】[Math 6]

【0033】ここで条件数3よりHere, from condition number 3

【0034】[0034]

【数7】[Math 7]

【0035】と設定すると、状態予測型ファジィ制御ル
ールは次の2つが存在する。
When set as follows, the following two state prediction type fuzzy control rules exist.

【0036】[0036]

【数8】[Math. 8]

【0037】ここでRR1 に関係するファジィモデル
ルールについて考えると、(u´|t =UA)を条件
として持たないR3、R4は無視でき、R1、R2につ
いては(u´|t =UA)を消去して、次のように対
応づけられる。
Considering the fuzzy model rules related to RR1, R3 and R4, which do not have (u'|t = UA) as a condition, can be ignored, and for R1 and R2, (u'|t = UA) can be ignored. It can be deleted and associated as shown below.

【0038】<仮操作量u ´|t としてUAを使用
した場合に関係するルール群M|u´=UA >
<Group of rules M |u′=UA when UA is used as the temporary operation amount u′|t>

【00
39】
00
39]

【数9】[Math. 9]

【0040】u ´=UB と考えても同様のルール群
M|u´=UB ができる。これらのルール群はお互い
に全く干渉はせず、仮操作量として与える値もあらかじ
めあたえられているため、モデルルーム部分に現在の状
態量と過去の状態量及び操作量さえ与えてやれば、その
まま(u|t =UA)を出力すべき割合がでてくる。 つまり1つのルール群が従来の1つの状態フィードバッ
ク型ファジィ制御ルールと同様に扱えるようになる。
Even if u'=UB is considered, a similar rule group M|u'=UB can be obtained. These rule groups do not interfere with each other at all, and the values to be given as temporary manipulated variables are given in advance, so if you give the current state quantity, past state quantity, and manipulated quantity to the model room part, it will work as it is. The ratio at which (u|t = UA) should be output is determined. In other words, one rule group can be handled in the same way as one conventional state feedback type fuzzy control rule.

【0041】さらに、上述の性質を利用すると、それぞ
れのルール群を一体化して1つのファジィ制御ルールに
する事ができる。すなわち、ルール結論部で定義された
操作による状態量の予測値と現在の制御目的との適合度
を評価するファジィ命題をルール前件部に設ける事によ
り、ファジィモデルによる予測を直接行うことなく、1
段ファジィ推論のみで状態予測型ファジィ制御と同じ効
果を実現する事か可能である。
Furthermore, by utilizing the above-mentioned properties, each rule group can be integrated into one fuzzy control rule. In other words, by providing a fuzzy proposition in the rule antecedent part that evaluates the degree of compatibility between the predicted value of the state quantity based on the operation defined in the rule conclusion part and the current control purpose, the prediction by the fuzzy model is not directly performed. 1
It is possible to achieve the same effect as state-predictive fuzzy control using staged fuzzy inference alone.

【0042】上述の例でいうとルール群M|u´=UA
 を数10の様に一体化できる。
In the above example, the rule group M|u′=UA
can be integrated as shown in the number 10.

【0043】[0043]

【数10】[Math. 10]

【0044】上記ファジィ推論において、ファジィ演算
としてMax−Min演算法以外を使用した場合や、結
論部が数式のファジィモデルルールの場合、必ずしも全
く同様の推論結果を得ることはできないが、ほぼ同じ効
果が得られる。
In the above fuzzy inference, if a method other than Max-Min operation is used as the fuzzy operation, or if the conclusion part is a fuzzy model rule with a mathematical formula, it is not necessarily possible to obtain exactly the same inference result, but almost the same effect can be obtained. is obtained.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、ファジィモデルのルー
ルと評価ルールを一つの仮操作量ごとにグループ化し、
さらに予測ルールと目標評価ルールを一体化して1つの
ファジィ制御ルールとすることにより、一段のルールに
よって状態予測型制御と同様の効果を実現し、推論時間
を大幅に短縮、フィードバック型ファジィ制御ルールと
の同時使用も容易になる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, fuzzy model rules and evaluation rules are grouped for each temporary operation amount,
Furthermore, by integrating the prediction rule and the target evaluation rule into one fuzzy control rule, it is possible to achieve the same effect as state prediction type control with a single rule, significantly shorten the inference time, and achieve the same effect as the feedback type fuzzy control rule. It also becomes easier to use them simultaneously.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の一実施例のファジィ制御方式を説明す
るためのブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram for explaining a fuzzy control method according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の状態予測型ファジィ制御方式を説明する
ためのブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram for explaining a conventional state prediction type fuzzy control method.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】制御対象システムへの過去の操作量入力、
過去および現在のシステム状態量の観測値を用いてファ
ジィ推論で出力操作量を決定するファジィ制御方式であ
って、ルール結論部で定義された操作によるシステムの
状態量の予測値と制御目標値との適合度を評価するファ
ジィ命題をファジィルール前件部に設けてファジィ推論
することを特徴とするファジィ制御方式。
[Claim 1] Past operation amount input to the controlled system;
This is a fuzzy control method that determines the output manipulated variable by fuzzy inference using observed values of past and current system state quantities, and the control target value and the predicted value of the system state quantity based on the operation defined in the rule conclusion section. A fuzzy control method characterized in that fuzzy inference is performed by providing a fuzzy proposition for evaluating the fitness of a fuzzy rule in the antecedent part of the fuzzy rule.
JP3056942A 1991-03-20 1991-03-20 Fuzzy control system Withdrawn JPH04291602A (en)

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JP3056942A JPH04291602A (en) 1991-03-20 1991-03-20 Fuzzy control system

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