JPH0460703A - ファジイ制御装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は検出値が目標値になるように機器の運転を制御
する際に用いるファジィ制御装置に関するものである。

（ロ）従来の技術 一般に従来のファジィ制御装置としては特開平１−１４
２９０２号公報に記載きれた様なものがあった。この公
報に記ｅｒａれたものは、「自動車に搭載されたプロセ
ッサにより自動車の推進装置など被制御対象部をファジ
ィ制御するファジィ制御部を具備する自動車のファジィ
制御方式において、ファジィ制御部には記憶装置と、記
憶制御装置の読出制御部とを具備し、該記憶装置に、被
制御対象部における検出量と時間的変化とを所定の規則
に従って予め演算し、その結果をテーブルとして格納し
、記憶装置の読出制御部は所定の時期に該テーブルを読
み出して被制御部を制御する」ものであった。

ファジィ制御装置をこのように構成することによって、
プロセッサは検出値が与えられるとテーブルからこの検
出値に対応する値を読み出すのみの動作でファジィ制御
が行えるものであった。すなわちプロセッサは検出値に
対して処理時間のかかるファジィ推論をいちいち行う必
要がなく、プロセッサがファジィ制御に掛ける処理時間
を短くすることができる利点を有するものであった。

（ハ）発明が解決しようとする課題 このように構成された従来の技術ではテーブルを用いる
ことによってプロセッサの処理時間を短くすることがで
きるが、このような従来の技術では、ファジィ制御の出
力の分解能を小さくした細かな制御が必要な場合やファ
ジィ制御の出力レンジを広くする必要がある場合には、
前記テーブルを大きくする必要があった。例えば出力の
分解能を２倍、または出力レンジを２倍にするためには
テーブルを４倍の太きびに設定しなければならない問題
点を有しており、また、このような大きなテーブルを複
数備えることは記憶部の容量の制約からも一般の機器の
制御には不敵であり、複数の制御対象を精度良く広いレ
ンジで制御することができない問題点を有するものであ
った。

このような問題点に対して、本発明は記憶部の制約を受
けることなくファジィ制御の処理速度を上げたファジィ
制御装置を提供するものである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明のファジィ制御装置は、検出値及びこの検出値に
対して予め算出した前件部のメンバーシップ関数の成立
度合いからなるテーブルを格納した記憶部を備え、この
テーブルから読み出される前件部のメンバーシップ関数
の成立度合いをファジィ推論の制御規則に適用して後件
部のメンバーシップ関数の重み付けを行う重み付け部と
、この重み付けられた後件部のメンバーシップ関数から
出力値を算出する演算部とを備えたものである。

（＊）作用 このように構成された本発明のファジィ制御装置ｃｔ、
メンバーシップ関数の一部にテーブルを用いることによ
って、ファジィ制御の処理速度の向上が図れ、またテー
ブルを変えることによって他の機器の制御を行うことが
できるものである。

（へ）実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１図
はファジィ制御装置を被調和室の温度制御に適用した際
の概略図である。この図において、１は温度制御される
被調和室、２はこの被調和室に設けられた空調ユニット
であり、吐出口から冷却空気、または加熱空気を吐出し
て被調和室の冷房または暖房を行うものである。この空
調ユニットは後記するインバータ装置を用いることによ
って冷房能力、または暖房能力を変えることができるも
のである。３は被調和室１の室温を検出できるように取
り付けられた温度センサであり、サーミスタなど温度に
よって内部抵抗値が変化する検出素子を用いている。４
は室温設定器であり、設定温度に対応する信号を出力す
るものである。この室温設定器としては、可変抵抗を用
いて抵抗値を変えるもの、電圧発生器を用いて出力電圧
を変えるもの、設定値に対応した値のフードをまたは信
号を出力するものなど種々のものを用いることができる
。５は検出値の出力部であり、温度センサ３の内部抵抗
値の変化から対応する室温Ｔを算出し、この室温Ｔと室
温設定器４に設定きれた室温Ｓとの差“ｅ＝Ｔ−８”を
演算し、（尚、暖房運転を行うときには“ｅ−−（Ｔ−
５）”とする、また前回求めた差ｅ°と今回求めた差ｅ
との変化分“Δｅ＝”ｅ”−ｅ”を演算して、これらの
差ＣとΔＣとをマイクロコンピュータ−６へ出力する。

このマイクロコンピュータ−６はテーブル７〜９を用い
て出力を演算しインバータ装置１０へ出力する。このイ
ンバータ装置１０は、マイクロコンピュータ−６から与
えられた信号に基づいて空調ユニット２の運転能力を可
変制御するものである０例えば、空調ユニット２に誘導
電動機を駆動源とする圧縮機を用いた場合は、この誘導
電動機に供給する交流電力の周波数を変えることによっ
て空調ユニット２の運転能力を変えることができる。（
以下の実施例を用いる。）また、他の方式としては直流
−電動機を駆動源とする圧縮機を用いた場合は、この直
流電動機に供給する直流電力の電圧を変えることによっ
て空調ユニット２の運転能力を変えることができる。

以下、マイクロコンピュータ−６の動作について説明す
る。マイクロコンピュータ−６は前記ｅとΔＣとを用い
てファジィ推論を行うものである。まず前件部の差ｅに
関する５個のメンバーシップ関数は第２図に示すように
設定されている。メンバーシップ関数ＺＯは差ｅがない
と感じる集合を表し、メンバーシップ関数ＰＳは差ｅが
プラス側に少しあると感じる集合を表し、メンバーシッ
プ関数ＰＢは差ｅがプラス側に大きくあると感じる集合
を表し、メンバーシップ関数ＮＳは差Ｃがマイナス側に
少しあると感じる集合を表し、メンバーシップ関数ＮＢ
は差ｅがマイナス側に大きくあると感じる集合を表して
いる。

第２図においてメンバーシップ関数ＮＢ（ｅ）〜ＦＢ（
ｅ）は“ｅｍｉ　ｎ≦ｅ≦ｅｍａｘ″に対して夫々“０
〜Ｅｍａｘ”の値を取るように設定きれている。このｅ
のレンジを越えるものについてはｅ”ｅｍａｘ”または
“ｅ＝ｅｍｉｎ”の時の値が設定される。この図から判
るように“ｅ＝ｅ１″の時はメンバーシップ関数ＺＯ（
ｅ）の値がＥｌでありメンバーシップ関数ＰＳ（ｅ）の
値がＥ２である。また“ｅ＝ｅ２”の時はメンバーシッ
プ関数ＰＳ（ｅ）の値がＥ４でありメンバーシップ関数
ＰＢ（ｅ）の値がＥ３である。このようにｅの値に対し
てメンバーシップ関数ＮＢ（ｅ）〜ＰＢ（ｅ）の値は一
定値に決まるのでこの関係を予め算出し第３図に示す様
なテーブルにして第１図に示すテーブル７に格納する。

尚、ｅｍａＸ、ｅｍｊｎはファジィ推論を適用する対象
物や利用者の五感等に合わせて任意に設定される。例え
ばｅｍａｘ、ｅｍｉｎは室温と設定温度との差であるか
ら、ｅ　ｍ　ａ　ｘは正の値、ｅｍｉｎは負の値番こ設
定し、１例としてｅ　ｍ　ａ　ｘ　＝　５、ｅ　ｍ　ｉ
　ｎ　＝　−５とする。このｅｍｉ　ｎ−ｅｍａｘ迄の
分解能はマイクロコンピュータ−６の処理速度や能力を
考慮して設定する。本実施例では説明を容易にするため
の分解能すなわちｅｍｉｎ　Ｎｅｍａｘ迄のステップ数
を１００にして説明する。（１ステツプ＝０．１の温度
差になる）Ｅｍａｘは０〜２５５（１６進でＦＦ）の値
を取る。なおメンバーシップ関数は第２図に示した三角
形に限るものではなく台形、釣り鐘形など任意の形を利
用者の五感に基づいて設定すれば良いことは言うまでも
なく、また夫々のメンバーシップ関数毎にＥ　ｍ　ａ　
ｘの値を変えてもよいことは言うまでもない。従って第
３図に示すテーブルは任意の形のメンバーシップ関数に
よって求められる値とｅとの関係を示している。

第４図は前記と同様に前件部の差Δｅに関する５個のメ
ンバーシップ関数を示すものである。このメンバーシッ
プ関数も差ｅに対するメンバーシップ関数と同様の集合
を表すメンバーシップ関数ＮＢ−ＰＢが設定されている
。

第４図においてメンバーシップ関数ＮＢ（八〇）〜ＰＢ
（Δｅ）は“Δｅ　ｍ　ｉ　ｎ≦Δｅ≦△ｅ　ｍ　ａＸ
″に対して夫々“０〜ΔＥｍａｘ”の値を取るように設
定されている。この八〇のレンジを越えるものについて
は“八〇＝Δｅｍａｘ”または“△Ｃ＝△ｅ　ｍ　ｉ　
ｎ”の時の値が設定される。このΔｅに関するメンバー
シップ関数は第２図に示したＣに関するメンバーシップ
関数と同様に設定されている。尚、Δｅは差の変化分で
あるからΔｅ　ｍ　ｉ　ｍ〜Δｅ　ｍ　ａ　ｘまでの幅
が小さく、Δｅｍａｘは正の値、八ｅ　ｍ　ｉ　ｎは負
の値を取る。１例としてΔｅ　ｍ　ａ　Ｘ　＝１、八ｅ
　ｍ　ｉ　ｎ　＝　−１とする。このΔｅ　ｍ　ｉ　ｎ
〜Δｅ　ｍ　ａ　ｘ迄の分解能は前記と同様にマイクロ
コンピュータ−６の処理速度や能力を考慮して設定する
。本実施例では説明を容易にするため分解能すなわちΔ
ｅｍｉｎ〜ΔＣｍａｘ迄のステップ数を２００にして説
明する。

（１ステップ＝０．０１の変化になる）△Ｅ　ｍ　ａＸ
は０〜２５５（１６進でＦＦ）の値を取る。

このようにして設定きれたメンバーシップ関数を用いて
八〇に対応する夫々のメンバーシップ関数ＮＢ−ＰＢの
値を第３図と同様に予め算出して第１図に示すテーブル
７に第３図に示すテーブルと共に格納する。

従って、テーブル７にはｅとΔＣに基づく前件部のメン
バーシップ関数の値が格納されている。

第５図は後件部のメンバーシップ関数に重み付けを行う
チューニングの関係図（ファジィ推論に用いる制御規則
）であり、Ｃに対するメンバーシップ関数成立度合いと
Δｅに対するメンバーシップ関数の成立度合いとから後
件部のメンバーシップ関数の重み付けを行うものである
。後件部のメンバーシップ関数は関数ＮＢ−ＦＢまでの
７個を設定している。メンバーシップ関数ｚＯは第１図
に示す空調ユニット２の運転能力を変更させない集合を
表し、メンバーシップ関数ＰＳは空調ユニット２の運転
能力を少し増加させる集合を表し、メンバーシップ関数
ＰＭは空調ユニット２の運転能力を中ぐらいに増加させ
る集合を表し、メンバーシップ関数ＰＢは空調ユニット
２の運転能力を大きく増加させる集合を表し、メンバー
シップ関数ＮＳは空調ユニット２の運転能力を少し減少
させる集合を表し、メンバーシップ関数ＮＭは空調ユニ
ット２の運転能力を中ぐらいに減少させる集合を表し、
メンバーシップ関数ＮＢは空調ユニット２の運転能力を
大きく減少きせる集合を表している。尚、これらのメン
バーシップ関数の横軸は空調ユニット２の運転能力の増
減量を設定する。ファジィ推論の制御規則としては以下
の１７個の制御規則を設定している。

（１）ｅに関するメンバーシップ間数ＮＢが成立しかつ
ΔＣに関するメンバーシップ関数ＮＢが成立すれば後件
部のメンバーシップ関数ＮＢが成立する。

（２）ｅに関するメンバーシップ間数ＮＳが成立しかつ
Δｅに関するメンバーシップ関数ＮＳが成立すれば後件
部のメンバーシップ関数ＮＭが成立する。

（１７）　ｅに関するメンバーシップ関数ＰＢが成立し
かつ△Ｃに関するメンバーシップ関数ＦＢが成立すれば
後件部のメンバーシップ関数ＰＢが成立する。

第６図は後件部のメンバーシップ関数の配置状態を示し
た特性図であり、これらのメンバーシップ関数は第５図
に示した制御規則に基づいて重み付けが行われるもので
ある。この後件部の出力は空調ユニットの運転能力（周
波数）の増減量を表している。この後、第５図に示す関
係図で重み付けの行われたメンバーシップ関数の重心位
置を算出してこの重心に対応するΔｆの値を求め第１図
に示したインバータ装置に出力する。第６図に示したメ
ンバーシップ関数においてΔｆ’　ｍ　ａ　ｘは正の値
を取り、Δｆ’ｍｉｎは負の値を取る。Δｆ’ｍｉｎ〜
Δｆ’ｍａｘの幅は１５０ステツプであり１ステツプに
±１ヘルツの増減信号が対応している。

次にこれらのテーブルを用いた動作を示すフローチャー
トを第７図に示し、実際の動作と共に説明する。まずス
テップＳＯにてファジィ推論を開始する。このファジィ
推論は所定周期毎（３０秒位）ごとに行われるものであ
る。これによって第１図に示す空調ユニットの能力がこ
の所定周期毎に増減修正されるものである。ステップＳ
１にてまずｅ、Δｅの値を入力する０次にステップＳ２
にてテーブル７を参照してＮＢ（ｅ）、ＮＳ（ｅ）。

ＺＯ（ｅ）、ＰＳ（ｅ）、ＰＢ（ｅ）の値を求める。ｅ
の値をｅｌとした時（第３１５０参照）にはＮＢ（ｅｌ
　）＝　Ｏ、ＮＳ（ｅ　１）−０、ｚＯ（ｅ　１）−Ｅ
ｌ　。

ＰＳ（ｅ　１）＝Ｅ２　、ＰＢ（ｅ　１）＝０である。

ステップＳ３では同様にテーブル７を参照してＮＢ（Δ
ｅ）、ＮＳ（Δｅ）、２０（Δｅ）、ＰＳ（Δｅ）。

ＦＢ（Δｅ）を求める。Δｅの値をΔｅ１とした時には
ＮＢ（Δｅｌ）＝Ｏ，ＮＳ（Δｅｌ）＝Ｏ，ｚＯ（Δｅ
１）＝ΔＥｌ、ＰＳ（ΔＣ１）＝ΔＥ２　、　ＰＢ（ｅ
ｌ）＝Ｏとする。次にステップＳ４にて後件部のメンバ
ーシップ関数の重み付けを行う、すなわち、前記メンバ
ーシップ関数が有効なもの（値が０でないもの）はｚＯ
（ｅｌ）−Ｅｌ　、ＰＳ（ｅｌ）−Ｅ２．ｚＯ（Δｅｌ
）−ΔＥｌ、ＰＳ（ΔＣ１〉＝ΔＥ２である。従って第
５図の集合規則に照らし合わせると２０（ｅｌ）ｘＺＯ
（Δｅ１）がｚＯに対し、２０（ｅｌ）ｘＰＳ（Δｅｌ
）がＰＳに対し、ＰＳ（ｅｌ）ＸＺＯ（Δｅｌ）がＰＳ
に対し、ＰＳ（ｅｌ）ＸＰＳ（Δｅｌ）がＰＭに対して
夫々重み付けが行われる。尚、後件部の同じメンバーシ
ップ関数に重み付けが行われたときは重み付け値の小啓
い方を有効な値とする。従って、後件部のメンバーシッ
プ関数ｚＯの値はＥＩＸΔＥ１であり、メンバーシップ
関数ＰＳの値はＥ１×ΔＥ２（ＥＩＸΔＥ２≦Ｅ２ＸΔ
Ｅ１とする）であり、メンバーシップ関数ＰＭの値はＥ
２ＸΔＥ２である。このＺＯ，ＰＳ、ＰＭの関係を第８
図に示す。次いでステップＳ５へ進み第８図に示したメ
ンバーシップ関数２０．ＰＳ、ＰＭの重心位置Ｇを算出
し、この重心Ｇに対応するΔｒｇの値を求める。この八
ｆｇの値を空調ユニットの能力の増減量として出力する
。

尚、上記の説明ではメンバーシップ関数の値を直接演算
させたが、これらの値はＯ〜１までの数値に変換して演
算処理を行っても良いものである。

以上のように本発明を用いたときには、前件部のメンバ
ーシップ関数に対応するデータのテーブルの大きさは温
度と設定値との差Ｃに対しては５００（＝１００Ｘ５）
、偏差ΔＣに対しては１０００（＝２００Ｘ５）の合わ
せて１５００バイト（１データ１バイトとする）がテー
ブル７のだいたいの大きさであり、集合規則、後件部の
メンバーシップ関数のデータは合わせて１００バイト程
度で構成できる。

これに対して、前件部への入力値に対して後件部の出力
値を対応させた従来のテーブルを用いてファジィ制御を
行うと、この従来技術によるテーブルの大きさは本発明
と同じ精度を得るためには２００００（＝１００Ｘ２０
０）バイトの大きさのテーブルが必要になるものである
。従って、本発明を用いることにより少ない記憶容量に
よって高精度のファジィ制御が得られるものである。ま
た、特に演算時間のかかる前件部のメンバーシップ関数
の値の算出をテーブルを用いて行うことによって、ファ
ジィ推論に要する時間も短縮でき、ファジィ装置による
制御サイクルを短くして対象物の制御特性を向上させる
ことができる。

また前件部のメンバーシップ関数の設定を変えたテーブ
ルを予め記憶しておく、すなわち異なるメンバーシップ
関数によるテーブルを複数用意して、条件に合わせて使
用するテーブルを切り換えれば、より良いファジィ制御
が行えるものである０本実施例に合わせると、空調ユニ
ットの冷房運転用に設定した前件部のメンバーシップ関
数を用いたテーブルと空調ユニットの暖房運転用に設定
した前件部のメンバーシップ関数を用いたテーブルとを
記憶し、空調ユニットが冷房運転に設定されたかまたは
暖房運転に設定されたかによって使用するテーブルを切
り換えるようにするのが望ましいものである。

（ト）発明の効果 以上のように本発明のファジィ制御装置は、検出値及び
この検出値に対して予め算出した前件部のメンバーシッ
プ関数の成立度合いからなるテーブルを格納した記憶部
を備え、このテーブルから読み出される前件部のメンバ
ーシップ関数の成立度合いをファジィ推論の制御規則に
適用して後件部のメンバーシップ関数の重み付けを行う
重み付け部と、この重み付けられた後件部のメンバーシ
ップ関数から出力値を算出する演算部とを備えたので、
テーブルのデータを変えることによって異なる特性のフ
ァジィ推論を行うことができる。

従って、テーブルのデータを変えれは他の制御対象物に
対しても容易にファジィ推論が行えるものである。また
、単一の被制御対象物に対して複数のテーブルを格納す
れは、被制御対象物の運転状態に応じてファジィ推論の
特性を変えることができ、常に最適なファジィ推論が行
えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略を示す概略図、第２図は前件部の
メンバーシップ関数の特性図、第３図は第２図に示した
メンバーシップ関数の入力値と出力値とを示すテーブル
の図、第４図は他の前件部のメンバーシップ関数の特性
図、第５図は後件部のメンバーシップ関数に重み付けを
行う際の関係を示す関連図、第６図は後件部のメンバー
シップ関数の特性図、第７図はファジィ推論を行う際の
動作を示すフローチャート、第８図は重み付けされたメ
ンバーシップ関数を合成した図形の図である。 １・・・被調和室、　２・・・空調ユニット、　　３・
・・温度センサ、　　４・・・室温設定器、　　５・・
・出力部、６・・・マイクロコンピュータ−７〜９・・
・記憶部、　　１０・・・インバータ装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被制御対象部の検出値が目標値になるように機器
   の運転を制御する際に、検出値に基づく複数のメンバー
   シップ関数からなる前件部と、前件部のメンバーシップ
   関数の成立度合いに応じて後件部のメンバーシップ関数
   の重み付けを行う加重部とを有し、この重み付けがなさ
   れたメンバーシップ関数を合成した値に基づいて機器の
   動作量や機器の能力を制御するように成したファジイ制
   御装置において、ファジイ制御装置は、検出値及びこの
   検出値に対して予め算出した前件部のメンバーシップ関
   数の成立度合いからなるテーブルを格納した記憶部を備
   え、このテーブルから読み出される前件部のメンバーシ
   ップ関数の成立度合いをファジイ推論の制御規則に適用
   して後件部のメンバーシップ関数の重み付けを行う重み
   付け部と、この重み付けられた後件部のメンバーシップ
   関数から出力値を算出する演算部とを備えたことを特徴
   とするファジイ制御装置。