JPH04291603A - Fuzzy control system - Google Patents

Fuzzy control system

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Publication number
JPH04291603A
JPH04291603A JP3056943A JP5694391A JPH04291603A JP H04291603 A JPH04291603 A JP H04291603A JP 3056943 A JP3056943 A JP 3056943A JP 5694391 A JP5694391 A JP 5694391A JP H04291603 A JPH04291603 A JP H04291603A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuzzy
rules
manipulated variable
fuzzy control
temporary
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3056943A
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
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Publication of JPH04291603A publication Critical patent/JPH04291603A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a fuzzy control system capable of sharply shortening an inference time and easily attaining simultaneous use with a feedback type fuzzy control rule. CONSTITUTION:In a fuzzy control system for individually finding out the status forecasting value of a controlled system in each temporary manipulated variable in a fuzzy model based upon the input of a past manipulated variable to the controlled system and the observation values of past and current system status variables, evaluating respective adaptation U1 to ON between respective forecasted values and control set points by fuzzy rules for target evaluation and determining an optimum manipulated variable by means of the adaptation U1 to UN, a condition that temporary manipulated variables are mutually primes is added, relating rules out of fuzzy model rules are grouped in each applied temporary manipulated variable to previously set up the temporary manipulated variable.

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−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 control 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−ルの利用方法
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, there are two main ways to use fuzzy rules for control:

【0004】(1)オペレ−タの経験則をル−ル化した
り、実際の操作履歴デ−タを分析することによりオペレ
−タのファジィモデルを作成し、オペレ−タと同様の制
御を実現する。
(1) Create a fuzzy model of the operator by converting the operator's empirical rules into rules and analyzing actual operation history data, and realize control similar to that of the operator. do.

【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)の方式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−ル化でき
る。しかし、ル−ルの中にオペレ−タの大局的な制御戦
略が含まれるため、それぞれのル−ルが複雑な相互作用
を及ぼす。このため、オペレ−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、1部のル−ルを変更したために全体のル−ルを設
計しなおさなくてはならない場合があよくある。さらに
、制御目的が変わると全面的にル−ルをつくり直さなく
てはならない。
The 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 overall control strategy, each rule has a complex interaction. For this reason, simply arranging the operator's control knowledge in parallel often does not function effectively as it is.
Furthermore, it is often the case that the entire rule must be redesigned because one part of the rule has been changed. 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−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−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−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 regard, in the control method (2), the fuzzy model rules that indicate the ambiguity of the target system and the target evaluation rules that indicate the ambiguity included in the part that determines the control strategy are used. Since they can be clearly distinguished, it is easy to formulate adjustment and design policies. Further, 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
ために、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と、過去および現在のシステム
状態量の観測値から、ファジィモデルを用いてシステム
の状態予測値をそれぞれの仮操作量について別々に求め
、目的評価の為のファジィル−ルでそれぞれの予測値の
制御目標値との適合度を評価し、この適合度を用いて最
適な操作量を決定するファジィ制御方式であって、仮操
作量が互いに素であるという条件を加え、与えられた仮
操作量ごとに前記ファジィモデルのル−ルの中から関係
するル−ルごとにグル−プ化し、あらかじめ仮操作量を
設定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 is based on past manipulated variable inputs to a controlled system and observed values of past and current system state quantities. Using a fuzzy model, the predicted state of the system is determined separately for each provisional manipulated variable, and the degree of conformity of each predicted value to the control target value is evaluated using fuzzy rules for objective evaluation. This is a fuzzy control method that determines the optimal manipulated variable using - It is characterized by grouping each rule and setting a temporary operation amount in advance.

【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
−ルは全ル−ル中のごく1部であるという性質を利用し
、ファジィモデルのル−ルと評価ル−ルを1つの仮操作
量ごとにグル−プ化しあらかじめ仮操作量を設定してお
くことにより、推論時間を短縮させ、フィ−ドバック型
ファジィ制御ル−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 prediction type fuzzy inference, only a small number of rules among all the rules are used in the fuzzy model to predict one provisional manipulated variable. By taking advantage of the property that the fuzzy model is a single part, the rules of the fuzzy model and the evaluation rules are grouped for each temporary operation amount, and the temporary operation amount is set in advance, thereby shortening the inference time. It also 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。 以上のことは、結論部が数式のファジィモデルルールの
場合も全く同様である。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。このことにより、フィ−ドバック
型ファジィ制御ル−ルと図2の4の合成・選択部を共有
することができ、同時使用が容易になる。
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. The above is exactly the same in the case of a fuzzy model rule whose conclusion part is a mathematical formula. In other words, one rule group can be handled in the same way as one conventional state feedback type fuzzy control rule. This allows the feedback type fuzzy control rule and the synthesis/selection section 4 in FIG. 2 to be shared, facilitating simultaneous use.

【0041】また、それぞれの仮操作量に対して使用す
るモデルル−ルの数が最小限になるため、推論速度も大
幅に向上する。
Furthermore, since the number of model rules used for each temporary operation amount is minimized, the inference speed is greatly improved.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明によれば、ファジィモデルのル−
ルと目標評価ル−ルを一つの仮操作量ごとにグル−プ化
しあらかじめ仮操作量を設定しておくことにより、推論
時間を大幅に短縮、フィ−ドバッグ型ファジィ制御ル−
ルとの同時使用も容易にする。
[Effects of the Invention] According to the present invention, fuzzy model rules
By grouping the rules and target evaluation rules for each temporary operation amount and setting the temporary operation amount in advance, the inference time can be greatly reduced and the feedback type fuzzy control rule can be
It also makes it easy to use it simultaneously with other tools.

【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と
、過去および現在のシステム状態量の観測値から、ファ
ジィモデルを用いてシステムの状態予測値をそれぞれの
仮操作量について別々に求め、目的評価の為のファジィ
ル−ルでそれぞれの予測値の制御目標値との適合度を評
価し、この適合度を用いて最適な操作量を決定するファ
ジィ制御方式であって、仮操作量が互いに素であるとい
う条件を加え、与えられた仮操作量ごとに前記ファジィ
モデルのル−ルの中から関係するル−ルごとにグル−プ
化し、あらかじめ仮操作量を設定することを特徴とする
ファジィ制御方式。
[Claim 1] Using a fuzzy model, a predicted state value of the system is obtained separately for each provisional manipulated variable from past manipulated variable inputs to the controlled system and observed values of past and present system state variables, This is a fuzzy control method that uses fuzzy rules for objective evaluation to evaluate the degree of compatibility between each predicted value and the control target value, and uses this degree of compatibility to determine the optimal manipulated variable. The present invention is characterized in that, for each given provisional operation amount, rules of the fuzzy model are grouped by related rules, and the provisional operation amount is set in advance. Fuzzy control method.
JP3056943A 1991-03-20 1991-03-20 Fuzzy control system Withdrawn JPH04291603A (en)

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