JPH0511807A - フアジイ推論における制御規則のフアジー変数の割振り方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、被制御系を非定常状態から定常状
態まで制御するファジィ推論における制御規則のファジ
ー変数の割振り方法に関し、非定常状態から定常状態ま
でに至る入出力変数の入出力値の全範囲を制御する場合
において、入出力変数の入出力値の変動を適格に把握
し、感度良く制御することを目的とする。 【構成】 ポジティブラベルまたはネガティブラベル
に、入力変数の入力値が近づく定常状態の収束値を、少
なくとも対応させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被制御系を非定常状態
から定常状態まで制御するファジィ推論における制御規
則のファジー変数の割振り方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ファジィ制御においては、被制
御系の状態を制御するため、ファジィ推論エンジンが採
用されている。即ち、事実を表現する入力変数がファジ
ィ推論エンジンに入力され、ファジィ推論エンジンにお
いては、この入力変数を制御規則に照らしてファジィ推
論がなされ、入力変数が制御規則に合致すれば、結論と
して、制御規則に沿った内容が出力され、この出力によ
り、操作手段を介して被制御系が操作されている。ここ
で、制御規則は、入出力変数名とその入力量に対するフ
ァジィ変数名を対にした前件部命題と、出力変数名とそ
れに対するファジィ変数名を対にした後件部命題とから
構成されている。そして、ファジィ変数に、入出力変数
の入出力値の全範囲の中央付近に割り振られる基準ラベ
ル，基準ラベルに対して上の状態と評価される１以上の
ポジティブラベル，基準ラベルに対して下の状態と評価
される１以上のネガティブラベルが付され、その内容は
メンバーシップ関数として表現されている。このメンバ
ーシップ関数は横軸に測定値、縦軸にグレードをとって
表現される。

【０００３】要するに、ファジィ推論エンジンにおい
て、入力された事実が、どの程度成り立つかを、知識
（制御規則）に照らし合わせて評価し、その成立の度合
いを考慮して、被制御系に対して制御出力が決められ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば、事
実（入力変数）として「室温」が入力され、出力変数と
して空調機の温度調整ダイヤルの回転量を出力するファ
ジィ推論エンジンを挙げて説明すれば、制御規則におけ
る入力変数としての「室温」の測定値の全範囲を、基準
ラベルを中心として複数のラベルで割り振れば、その範
囲内で事実としての「室温」が気温に応じて基準ラベル
を中心として、基準ラベルの上下に偏ることなく通常の
操作域を動くことになり、何ら問題は生じないが、事実
としての入力変数が特殊な操作域にあり、被制御系を、
制御出力と対応させて非定常状態から定常状態まで制御
するようなファジィ推論の場合は次の問題が生じる。

【０００５】例えば、ごみ焼却炉の燃焼状態の制御にフ
ァジィコントローラを採用する場合、ファジィ推論によ
り、炉温，排ガス量を入力変数として、ごみ押出機のス
トロークやごみの送り速度等を制御出力として燃焼状態
が制御される。炉温は２０℃付近から１２００℃付近ま
で変化するものの、定常状態は約８００℃〜９００℃と
なっており、炉温の全範囲である横軸の１２００℃の半
分を基準ラベル（ＺＲ）とすれば、定常状態付近でのラ
ベルの割振りが粗くなる。従って、定常状態では制御が
粗くなり、被制御系の状態が定常状態から外れても、定
常状態の収束値に戻ることは困難となっている。

【０００６】また、定常状態における８００℃〜９００
℃を基準ラベル（ＺＲ）とすれば、横軸のポジティブラ
ベルの１つは、１６００℃〜１８００℃となり、１２０
０℃を越えてしまい、横軸に、１２００℃以上の制御し
なくてよい範囲までもラベルが表示されることになり、
ラベルの設定が無駄となる。

【０００７】なお、非定常状態から定常状態に至る入出
力変数の測定値の全範囲を、細かく多数のラベルで区分
化することにより、制御規則のファジィ変数に多数のラ
ベルを割り振ることもできるが、ラベルの数を多くする
と、ファジィ推論エンジンの実行速度が落ちたり、或い
は、ファジィコントローラでは、そのラベルの数に制限
があり、実質上は所定の数のラベルで入出力変数の測定
値の全範囲を区分化することが要求されている。

【０００８】要するに、非定常状態の範囲が定常状態の
範囲に比して大きく、非定常状態の領域の適当な点を、
基準ラベル（ＺＲ）にした場合、この基準ラベル（Ｚ
Ｒ）を中心にして、全範囲を、基準ラベル（ＺＲ），ポ
ジティブラベル，ネガティブラベルで割り振ると、定常
状態付近でのラベルの割振りの区間が広くなり、定常状
態付近での細かい制御が困難となる。或いは、ラベルの
数を一定にした状態で、基準ラベル（ＺＲ）を定常状態
の領域の適当な点にすると、ポジティブラベルまたはネ
ガティブラベルが、入出力変数の測定値の全範囲を越え
ることになり、無用にラベルが設定されることになる。

【０００９】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、非定常状態から定常状態
までに至る入出力変数の入出力値の全範囲を制御する場
合において、入出力変数の入出力値の変動を適格に把握
し、感度良く制御することができるファジィ推論におけ
る制御規則のファジー変数の割振り方法を提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ファジィ推論
エンジンの制御出力により操作手段を介して被制御系の
状態を、制御出力と対応させて非定常状態から定常状態
まで制御するファジィ推論の際、非定常状態から定常状
態までに至る入出力変数の入出力値の全範囲を、メンバ
ーシップ関数で表現され入出力変数の入出力値の全範囲
の中央付近に割り振られる基準ラベルと、メンバーシッ
プ関数で表現され基準ラベルに対して上の状態と評価さ
れる１以上のポジティブラベルと、メンバーシップ関数
で表現され基準ラベルに対して下の状態と評価される１
以上のネガティブラベルとで、これらのラベルの数を一
定にした条件で、分割して複数の区間に割り振るファジ
ィ推論における制御規則のファジー変数の割振り方法に
おいて、ポジティブラベルまたはネガティブラベルに、
入力変数の入力値が近づく定常状態の収束値を、少なく
とも対応させたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明においては、ファジィ推論の際、次の作
用が生じる。定常状態では、制御規則においては、ファ
ジィ変数としてそのポジティブラベルまたはネガティブ
ラベルのメンバーシップ関数及びその付近のメンバーシ
ップ関数が適用される。従って、被制御系の状態が変化
した場合、これらのラベルによりファジィ推論がなさ
れ、被制御系の状態の変化に応じてファジィ推論エンジ
ンから制御出力が出力されるので、例えば、入力変数の
入力値が定常状態の収束値からずれても、ファジィ推論
エンジンの感度が悪くならない。

【００１２】一方、非定常状態では、定常状態に割り振
られたラベル以外のラベルが割り振られ、非定常状態の
範囲で、所定の数のラベルが確保されている。従って、
入出力値に対して、それらのラベルにより表現されるフ
ァジィ変数の数を適当数確保され、制御規則が適切な数
で、適用され、制御出力が適切に制御される。

【００１３】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例に係わるフ
ァジィ推論における制御規則のファジー変数の割振り方
法ついて、ごみ焼却炉を例に採り、その燃焼状態をファ
ジィ制御する場合を図１ないし図５に基づき説明する。
入力変数として、ごみ焼却炉の排ガス温度，排ガス量
と、ごみ押出機の前回の押出しストロークを採るととも
に、制御出力（出力変数）として、ごみ押出機の押出し
ストロークを採る。

【００１４】図１において、符号１はごみ焼却炉を示し
ている。このごみ焼却炉１は、ごみクレーン（図示せ
ず）によりごみが供給されるホッパ２と、このホッパ２
からごみを案内するホッパシュート３と、このホッパシ
ュート３のごみを移送するごみ押出機４を有する給塵装
置と、給塵装置により供給されたごみを乾燥する乾燥ス
トーカ５と、乾燥ストーカ５からのごみを燃焼する燃焼
ストーカ６と、燃焼ストーカ６からのごみをおき火燃焼
させる後燃焼ストーカ７とを備えている。上記のごみ押
出機４は、上下２段で構成されており、ホッパシュート
３の下部に設けられている。乾燥ストーカ５，燃焼スト
ーカ６，後燃焼ストーカ７は、炉体８内に収容され、こ
の炉体８の上端には燃焼ガスを排出する排出口９が形成
され、炉体８の側壁面には、排ガス温度センサ１０が介
装されるとともに、排出口９に接続された排出管１１の
途中に、排ガス量検知センサ１２が介装されている。ま
た、ごみ押出機４の下部にはストローク検出センサ１３
が介装されている。ごみ押出機４により押出しストロー
クが制御される。

【００１５】ファジィコントローラ１４は、ファジィ推
論エンジン１５と知識Ｋとを有し、ファジィ推論エンジ
ン１５は、知識Ｋ及び後述する事実（入力変数）を入力
し、その事実を知識Ｋに照らし、知識Ｋの内容と合致す
れば結論として、知識Ｋの内容にそった制御出力を出力
するものである。

【００１６】知識Ｋには、複数の規則からなる非定常状
態制御規則Ｒ１と、複数の規則からなる定常状態制御規
則Ｒ２とが盛り込まれている。具体的には、非定常状態
制御規則Ｒ１は、ごみ焼却炉１の燃焼状態が非定常状態
であることをを示す判断であり、被制御系としての入力
変数名（排ガス温度，排ガス量）とその入力量に対する
ファジィ変数名を対応させるとともに、必要に応じて前
回の押出しストロークという入力変数名とその入力量に
対するファジィ変数名を対応させてなる前件部命題と、
押出しストロークという出力変数名とそれに対するファ
ジィ変数名を対応させた後件部命題とから構成されてお
り、例えば、規則の１つは、「もし、前回の押出しスト
ロークが少なく、かつ、排ガス温度が低く、かつ、排ガ
ス量が少なければ、押出しストロークを少し上げろ。」
と定めている。

【００１７】定常状態制御規則Ｒ２は、燃焼状態を示す
排ガス温度，排ガス量が所定の状態のとき押出しストロ
ーク（制御出力）が変化しないという定常状態であると
の判断であり、例えば、規則の１つは、「もし、排ガス
温度が高く、かつ、排ガス量が高いならば、前回の押出
しストロークと押出しストロークを同じにしろ。」と定
めている。

【００１８】図２ないし図５は、各入出力変数名のラベ
ルをそれぞれ示す。即ち、図２は排ガス温度のラベル、
図３は排ガス量のラベル、図４は前回の押出しストロー
クのラベル、図５は押出しストロークのラベルを示す。
各図においては、入出力変数の全範囲を複数のラベルで
割り振って、メンバーシップ関数で表現される複数のフ
ァジー変数が示されており、横軸に測定値を取り、縦軸
にグレードを取っている。ラベル（表現する量）とし
て、入力変数の入力値の全範囲の中央付近に割り振られ
る基準ラベル，基準ラベルに対して上の状態と評価され
る１以上のポジティブラベル，基準ラベルに対して下の
状態と評価される１以上のネガティブラベルが付され
る。即ち、以下の７種類を定めている。

【００１９】 ＮＬ とても（非常に）小さい（少ない） ＮＭ 小さい（少ない） ＮＳ 少し小さい（少ない） ＺＲ 中ぐらい（適している） ＰＳ 少し大きい（多い） ＰＭ 大きい（多い） ＰＬ とても（非常に）大きい（多い） なお、図５の押出しストロークはストローク範囲Ｌ１を
７つのラベルで割り振っているのに対して、図４におい
ては、後述の如く前回の押出しストロークを影響要素と
して各制御規則のうちの後件部メンバーシップ関数が決
定されるので、その横軸の範囲Ｌを、押出しストローク
の横軸の範囲Ｌ１より狭くしている。

【００２０】しかして、ごみ押出機４により、ホッパシ
ュート３のごみが乾燥ストーカ５に移送される。ごみ押
出機４の押出しストロークによりごみの供給量が制御さ
れ、その結果、ごみの燃焼状態がファジィコントローラ
１４により以下のように制御される。そして、ごみは、
攪拌・解きほぐされながら前方に移送され、乾燥ストー
カ５から燃焼ストーカ６に運ばれ、さらに、燃焼ストー
カ６で、ごみは攪拌・解きほぐされながら燃焼され、前
方に移送して後燃焼ストーカ７に運ばれる。

【００２１】図１において、入力変数としての排ガス温
度が排ガス温度センサ１０により測定され、入力変数と
しての排ガス量が排ガス量検知センサ１２により測定さ
れ、入力変数として、ごみ押出機４の前回の押出しスト
ロークがストローク検出センサ１３により測定され、そ
れらの測定値が、ファジィ推論エンジン１５に入力され
る。ファジィ推論エンジン１５において、ファジィ推論
が行なわれ、押出しストロークが出力されるが、先ず、
ファジィコントローラ１４では、入出力変数の測定値に
対して初期値が与えられると、燃焼状態が非定常状態に
入り、この初期値がファジィ推論エンジン１５に入力さ
れ、以下のように、ファジィ推論エンジン１５の押出し
ストロークにより、そのストロークに応じた量のごみが
乾燥ストーカ５に移送され、給塵装置の油圧シリンダを
介して被制御系の状態（排ガス温度，排ガス量）がファ
ジィ制御されて、押出しストロークと対応させて非定常
状態から定常状態に移行する。

【００２２】ファジィ推論エンジン１５において、入力
変数としての前回の押出しストローク、及び、排ガス温
度，排ガス量からなる被制御系の状態が、非定常状態制
御規則Ｒ１に照らして、ファジィ推論される。即ち、燃
焼が開始されて非定常状態の時点では、入力変数として
の排ガス温度は、例えば所定の測定値Ｔに対して図２に
示すラベルＮＭというファジィ変数及びグレードＧＴで
示され、かつ、入力変数としての排ガス量は、例えば所
定の測定値Ｖに対して図３に示すラベルＮＭというファ
ジィ変数及びグレードＧＶで示され、さらに、例えば入
力変数としての前回の押出しストロークが所定の測定値
Ｓに対して図４に示すラベルＮＭというファジィ変数及
びグレードＧＳで示されている場合には、非定常状態制
御規則Ｒ１のうちの１つの規則の「もし、前回の押出し
ストロークが少なく、かつ、排ガス温度が低く、かつ、
排ガス量が少なければ、押出しストロークを少し上げ
ろ。」に照らし合わせると、制御出力（出力変数）は、
ファジィ推論により、「 押出しストロークを少し上げ
ろ」（図５のラベルＮＳ）となる。即ち、上記３つのグ
レードのうちから最小の値を適合値とし、この適合値に
対して、上記規則が適用され、出力変数のメンバーシッ
プ関数の重心が計算される。上記の制御規則以外の規則
に対しても、出力変数のメンバーシップ関数の重心が計
算され、これらの重心位置を合成し、これらの重心位置
が押出しストロークの出力値とされる（デファジフィケ
ーション）。

【００２３】そして、ファジィ推論エンジン１５におい
て、フィードバックされる入力変数としての排ガス温度
が高いというファジィ変数で示され、排ガス量が多いと
いうファジィ変数で示される状態になると、「もし、排
ガス温度が高く、かつ、排ガス量が高いならば、前回の
押出しストロークと押出しストロークを同じにしろ。」
と定めた定常状態制御規則Ｒ２のうちの１つの規則に照
らして、ファジィ推論され、押出しストロークは、変化
しないように出力される。このようにして、押出しスト
ロークが変化せず、排ガス温度が高く、かつ、排ガス量
が高い状態が保持されるという定常状態に移行し、排ガ
ス温度，排ガス量は所定の収束値に収束する。この状態
では、排ガス温度，排ガス量と押出しストロークがバラ
ンスがとれた定常状態となり、排ガス温度が高く、排ガ
ス量が多いことが、結果的に適当であると判断されるこ
とになる。

【００２４】なお、排ガス温度の定常状態の収束値は、
ラベルＰＭ付近の温度域（約８００℃〜９００℃）とさ
れ、排ガス量の定常状態の収束値は、ラベルＰＭ付近の
量（３００００立方ｍ／ｈ）とされている。

【００２５】しかして、本実施例においては、ファジィ
推論の際、次の作用が生じる。定常状態では、制御規則
においては、ファジィ変数としてそのポジティブラベル
のメンバーシップ関数及びその付近のメンバーシップ関
数が適用される。従って、被制御系の状態（排ガス温
度，排ガス量）が変化した場合、これらのラベルにより
ファジィ推論がなされ、被制御系の状態の変化に応じて
ファジィ推論エンジン１４から制御出力が出力されるの
で、入力変数の入力値が定常状態の収束値からずれて
も、ファジィ推論エンジン１４の感度が悪くならない。

【００２６】一方、非定常状態では、定常状態に割り振
られたラベル以外のラベルが割り振られ、非定常状態の
範囲で、所定の数のラベルが確保されている。従って、
入力値に対して、それらのラベルにより表現されるファ
ジィ変数の数を適当数確保され、制御規則が適切な数
で、適用され、制御出力が適切に制御される。

【００２７】以上の如き構成によれば、ラベルの数を一
定にした条件で、ポジティブラベルに、入力変数の入力
値が近づく定常状態の収束値を、少なくとも対応させた
ので、非定常状態においても、ラベルの数を増加させる
ことなく、所定の数のラベルを確保して割り振ることが
できる。従って、被制御系の状態が非定常状態の範囲で
変動する場合に、与えられたラベルの数に応じた制御規
則で済み、これに対応するために制御規則を増加させる
ことなく、例えば、ファジィコントローラの実行速度を
落とさなくて済む。

【００２８】また、被制御系の状態が非定常状態の範囲
で変動する場合に、所定の数のラベルが確保されている
ので、適格に制御して定常状態の収束値に近づけること
ができる。定常状態においてもラベルの数を確保してい
るので、定常状態付近でのラベルの割振りの区間を適当
な広さで確保することができ、定常状態付近での細かい
制御を可能にする。要するに、被制御系が非定常状態ま
たは定常状態にあっても、入力変数の変化に対応して、
ファジィ推論エンジンは感度のバランスが悪くならな
い。さらに、ラベルの数を一定にした状態で、ポジティ
ブラベルが、入力変数の測定値の全範囲を越えることが
なくなり、無用にラベルが設定されることがない。

【００２９】なお、本実施例においては、ラベルの数を
一定にした条件で、ポジティブラベルに、入力変数（排
ガス温度，排ガス量）の入力値が近づく定常状態の収束
値を対応させているが、ネガティブラベルまたは基準ラ
ベル（ＺＲ）に、入力変数の入力値が近づく定常状態の
収束値を対応させることもでき、この場合にも同様の効
果を奏する。

【００３０】また、本実施例においては、ポジティブラ
ベルに、入力変数（排ガス温度，排ガス量）の入力値が
近づく定常状態の収束値を対応させているが、入力変数
（排ガス温度，排ガス量）の入力値が定常状態の収束値
を近づくことに対応させて、出力変数の出力値を定常状
態の収束値に近づけることもできる。

【００３１】さらに、本実施例においては、本実施例に
係わるファジィ推論における制御規則のファジー変数の
割振り方法ついて、ごみ焼却炉を例に採り、その燃焼状
態をファジィ制御する場合を説明しているが、制御され
る対象としてこれに限定されることなく、少なくとも、
ファジィ推論エンジンの制御出力により操作手段を介し
て被制御系の状態を、制御出力と対応させて非定常状態
から定常状態まで制御するファジィ推論において適用す
ることができる。例えば、水量制御に適用できる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ラベルの数を一定にした条件で、ポジティブラベルまた
はネガティブラベルに、入力変数の入力値が近づく定常
状態の収束値を、少なくとも対応させたので、非定常状
態においても、ラベルの数を増加させることなく、所定
の数のラベルを確保して割り振ることができる。従っ
て、被制御系の状態が非定常状態の範囲で変動する場合
に、与えられたラベルの数に応じた制御規則で済み、こ
れに対応するために制御規則を増加させることなく、例
えば、ファジィコントローラの実行速度を落とさなくて
済む。

【００３３】また、被制御系の状態が非定常状態の範囲
で変動する場合に、所定の数のラベルが確保されている
ので、適格に制御して定常状態の収束値に近づけること
ができる。定常状態においてもラベルの数を確保してい
るので、定常状態付近でのラベルの割振りの区間を適当
な広さで確保することができ、定常状態付近での細かい
制御を可能にする。要するに、被制御系が非定常状態ま
たは定常状態にあっても、入出力変数の変化に対応し
て、ファジィ推論エンジンの感度のバランスが悪くなら
ない。

【００３４】さらに、ラベルの数を一定にした状態で、
ポジティブラベルまたはネガティブラベルが、入出力変
数の測定値の全範囲を越えることがなくなり、無用にラ
ベルが設定されることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わるファジィ推論エンジン
を示す説明図である。

【図２】排ガス温度のラベルを示す図である。

【図３】排ガス量のラベルを示す図である。

【図４】前回の押出しストロークのラベルを示す図であ
る。

【図５】押出しストロークのラベルを示す図である。

【符号の説明】

４ ごみ押出機 １５ ファジィ推論エンジン Ｋ 知識 Ｒ１ 非定常状態制御規則 Ｒ２ 定常状態制御規則

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ファジィ推論エンジンの制御出力により
   操作手段を介して被制御系の状態を、制御出力と対応さ
   せて非定常状態から定常状態まで制御するファジィ推論
   の際、 非定常状態から定常状態までに至る入出力変数の入出力
   値の全範囲を、メンバーシップ関数で表現され入出力変
   数の入出力値の全範囲の中央付近に割り振られる基準ラ
   ベルと、メンバーシップ関数で表現され基準ラベルに対
   して上の状態と評価される１以上のポジティブラベル
   と、メンバーシップ関数で表現され基準ラベルに対して
   下の状態と評価される１以上のネガティブラベルとで、
   これらのラベルの数を一定にした条件で、分割して複数
   の区間に割り振るファジィ推論における制御規則のファ
   ジー変数の割振り方法において、 ポジティブラベルまたはネガティブラベルに、入力変数
   の入力値が近づく定常状態の収束値を、少なくとも対応
   させたことを特徴とするファジィ推論における制御規則
   のファジー変数の割振り方法。