JPH0734162B2 - 類推制御方法 - Google Patents

類推制御方法

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JPH0734162B2
JPH0734162B2 JP60019916A JP1991685A JPH0734162B2 JP H0734162 B2 JPH0734162 B2 JP H0734162B2 JP 60019916 A JP60019916 A JP 60019916A JP 1991685 A JP1991685 A JP 1991685A JP H0734162 B2 JPH0734162 B2 JP H0734162B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、自動車，上下水道・交通などの公共システ
ム，電力システム，原子力プラントなどの制御に係り、
特に制御条件があいまいで未知の場合にも制御するのに
好適な類推制御方法に関する。
〔発明の背景〕
従来、制御規則があいまいな形で与えられている場合の
制御については、前田，他による“Fuzzy logicコント
ローラによる自動車の速度制御、”第９図システムシン
ポジウム、PP.7〜10（1983年８月）という文献において
論じられている。ここでは、“もし制御偏差が正であれ
ば、操作量の変化分を正にせよ”などのルール６個を与
え、簡単な制御を実現している。しかし、この方法は
“もし制御偏差が正であれば”に相当する制御条件が前
もつて与えられていない場合については配慮されていな
い。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、制御前提条件（以下、単に制御条件と
いう）が未知の場合においても、既知の制御条件との類
似性を評価し、制御値を類推することによつて制御可能
とする類推制御方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
このような目的を達成するために、本発明は、オペレー
タやセンサから得られた制御条件を既知の制御条件と比
較し、既知の制御条件に含まれていれば、既に与えられ
ている制御則にもとづいて制御する。含まれていなけれ
ば、既知の制御条件との類似度を評価し、類似度の値に
応じて既に与えられた制御則から得られる制御値を類
推，修正してシステムの制御を実行する点に特徴があ
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図から第６図により詳細
に説明する。
第１図は本発明による類推制御方法を実現する系の一実
施例の構成を示すものである。
第１図において、環境10,システム20からの信号30を検
知器または人間40が検知し、検知信号50を制御条件比較
装置60へ送る。制御条件比較装置60では、現検知条件が
既知条件記憶装置80に記憶されている条件に含まれてい
るか否かを信号70により比較する。この結果、含まれて
いれば信号50を信号90によりfuzzy制御装置150へ送る。
含まれていなければ信号50を信号100により類似度評価
装置110へ送る。類似度評価装置110では、検知された制
御条件と記憶されている既知条件との類似度を評価し、
その類似度を信号120により類推制御装置130へ送る。類
推制御装置130では、制御規則記憶装置140に記憶されて
いる複数個の規則のうち、この類似度に応じた規則を信
号170により得て、制御値を類推し、その値に応じた信
号180によつて被制御装置200を働かせる。fuzzy制御装
置150では信号90と制御規則記憶装置140に記憶されてい
る複数個の規則のうち、上記類似度に応じた規則を信号
160により得て、制御値を計算する。その制御値に応じ
た信号180によつて被制御装置200を働かせる。すなわ
ち、fuzzy制御装置150は、検知された制御条件が既知の
場合の制御装置であり、類推制御装置130は検知された
制御条件が未知の場合の制御装置といえる。
以下、システム20を自動車とした場合の各ブロツクの動
作について詳細に説明する。
環境10は、天候，路面状況などである。これらの状況を
信号30を通して検知器40により検知する。検知器40は人
間でもよい。検知した結果は、例えば、天候については
晴，雪，雨が強い，風が強いなど、路面についてはアス
フアルト，砂利，凹凸がはげしいなどが考えられる。シ
ステム20（自動車）については、速度，加速度，傾き，
振動，ハンドル角などがある。これらは信号50により制
御条件比較装置60へ送る。
制御条件比較装置60では、既知条件記憶装置80に記憶さ
れており、信号70によつて装置60に送られる条件、たと
えば乗りごこちに関する“もし道路が高速道路であれ
ば、空気圧を20気圧程度にして、スプリングを少し弱く
する”、“もし雨がはげしければ、車のスピードは30Km
/h位にする。”など（一般的には、If x→A then y→Ｂ
と記す）の前件部、すなわちｘ→Ａという制御条件と現
在検知された制御条件ｚ→Ｃとを比較する。
もし、ｘ＝ｚかつＡ＝Ｃであれば、信号90によりｚ→Ｃ
をfuzzy制御装置150へ送る。そうでない場合は信号100
で類似度評価装置110へ送り、類似度を評価する。
類似度は人間を与えてもよいが、以下では検知条件と既
知条件との比較により計算する一方法を示す。これに
は、概念構造の重なりを利用する。たとえば、りんごと
いう概念は、色，形，味など次元と呼ばれるものから構
成されており、速度という概念は長さと時間という次元
で構成されている。
いま、速度ｘと距離ｚを例にして類似度を計算してみ
る。
ｘとｚの類似度ｇ（x,z）は と定義する。
ここで、ｆ（ｘ）はｘを構成する次元の指数の絶対値の
和である。速度の次元は［LT-1］で表わされるから２、
距離の次元は［Ｌ］で表わされるから１となる。また、
ｆ（x,z）はｘの次元とｚの次元に共に含まれる次元の
指数の絶対値であり、共に含まれる次元が複数個ある場
合は、各次元について求めた絶対値の和とする。この例
では１となる。結局、速度ｘと距離ｚの類似度は となる。
この値は信号120により類推制御装置130へ送られる。類
推制御装置130では、類似度と制御規則記憶装置140から
信号170により得られる。［If x→A then y→Ｂ］など
の制御規則とを用いて制御値を類推する。
以下では、類推制御方法の説明をわかりやすくするた
め、まずfuzzy制御方法について延べ、次に類推制御方
法を示す。
fuzzy制御は、fuzzy制御装置150にて信号90と制御規則
記憶装置140に記憶されている制御規則に応じた信号160
を用いて、以下の方法で行う。
いま、装置140に記憶されている制御規則が第２図に示
すように、If x→A1 then y→B1（制御規則R1）とIf x
→A2 then y→B2（制御規則R2）の二つとする。ここ
で、A1やA2、B1やB2は“凹凸がはげしい”、“スプリン
グを少し弱くする”などあいまいな形で表わされるのが
普通であり、これらは第２図に示すようにfuzzy集合論
におけるメンバシツプ関数として一般に表現することが
できる。
信号90から得られた値がｘ＝x0であつたとする、R1につ
いて B1 ＊（ｙ）＝（A1（x0）・B1（ｙ）） （２） を計算する（第２図の一転鎖線参照）ここで、A1（ｘ）
やB1（ｙ）はfuzzy集合A1やB1のメンバシツプ関数であ
る。
B1 ＊（ｙ）を計算する際、前件部がIf x→A1だけでなく
If x→A1,v→G1など複数個あつた場合は、A1（x0）G
1（v0）のようにミニマム演算をした後にB1（ｙ）との
積を求める。
同様にR2についてもB2 ＊（ｙ）を求める。（第２図のR2
に関する個所の一点鎖線参照）。
次に、Ｆ＝B1 ＊UB2 ＊を求め（第３図の一点鎖線参
照）、自動車を制御すべき制御値として信号190により
被制御装置200に送られる制御値を次式により求める。
さて、制御条件比較装置60への信号50がｚ→Ｃという未
知の制御条件であつたとする。また、制御規則記憶装置
140に記憶されている制御規則は前述のR1で信号170によ
り類推制御装置130へ送られたとする。制御規則が複雑
個ある場合も重ね合せによつて以下の方法と同様に扱え
る。
類推制御においては、ｘとｚの類似性、A1とＣの類似性
から次に示す９つの場合に分けることができる。なお、
ｚやＣを機器で検知しにくい場合は人間が検知し、類似
度を与えるものとする。
（１） ｘとｚが等しく、A1とＣが等しい場合： この場合は前述のfuzzy制御に対応しているので、装置1
50で制御値を求める。
（２） ｘとｚが等しく、A1とＣが類似性をもつ場合： この場合は、ｘ→A1が「雨が強い」、ｚ→Ｃが「雨が非
常に強い」というような場合に相当する。“非常に",
“多少とも",“かなり”などは、一般にmodifierと呼ば
れ、第２図に示したB1は、モデイフアイヤ（modifier）
に対応した値（以下、ｈと記す）によつて修正する。修
正例を第４図に示す。結局、雨が強ければスピードを落
とすという制御規則が既知で記憶されており、いま雨が
非常に強いという未知の制御条件を検知したので、スピ
ードを非常に落とすと類推することになる。この後の制
御値決定方法は前述のfuzzy制御方法と同じである。
（３） ｘとｚが等しく、A1とＣが類似性をもたない場
合： この場合は、ｘ→A1が「雨が強い」、ｚ→Ｃが「雨が弱
い」というような場合に相当する。この場合は制御条件
が似ていないとみなし、ｈ＝０とする。これによつてメ
ンバシツプ関数｛B1（ｈ）｝ｈを求める式（３）よりy0
は不安になる。すなわち、この場合は制御条件が異なる
ため、y0は決定できないことになり、妥当な結論を得る
ことができる。y0を決定できない場合のｙは、標準値ys
にもどしたり、現在値を維持する。
（４） ｘとｚに類似性があり、A1とＣが等しい場合： この場合は、ｘ→A1が「雨が強い」、ｚ→Ｃが「ミゾレ
が強い」というような場合に相当する。この場合は、式
（１）で定義される類似度g,0≦ｇ≦１によつてメンバ
シツプ関数は｛B1（ｈ）｝ｇと変換される。すなわち類
似度の分だけ後件部があいまいになることを意味してい
る（第４図参照）。
この後の制御値決定方法は前述のfuzzy制御方法と同じ
である。
（５） ｘとｚに類似性があり、A1とＣにも類似性があ
る場合： この場合は、ｘ→A1が「雨が強い」、ｚ→Ｃが「ミゾレ
がかなり強い」というような場合に相当する。この場合
は、g,hによつてメンバシツプ関数は｛B1（ｈ）｝g,hと
変換される。と変換される。
第５図に変換の一例を示す。以降の制御方法はfuzzy制
御方法と同じである。
（６） ｘとｚに類似性があり、A1とＣが類似性をもた
ない場合： この場合は、ｘ→A1が「雨が強い」、ｚ→Ｃが「ミゾレ
が弱い」というような場合に相当する。この場合は、ｈ
＝０となるため、 ｛B1（ｙ）｝g,h＝｛B1（ｙ）｝０＝１となり（３）と
同様にy0は不定となる。
（７） ｘとｙに類似性がなく、A1とＣは等しい場合： この場合は、ｘ→A1が「雨が強い」、ｚ→Ｃが「風が強
い」というような場合に相当する。この場合は、ｇ＝０
となり、（３）と同様にy0は不定となる。
（８） ｘとｚに類似性がなく、A1とＣが類似性がある
場合： この場合もｇ＝０となり、（３）と同様にy0は不定とな
る。
（９） ｘとｚに類似性がなく、A1とＣが類似性がない
場合： この場合もｇ＝０となり、（３）と同様にy0は不定とな
る。
第６図は本発明の処理手順の一例を示すフローチヤート
である。
本実施例によれば、 （１） 自動車の制御において、記憶されていない制御
条件が入力されても、それが記憶されている制御条件と
類似性をもてば、制御可能、 （２） 類推によつて制御を行うため、従来の方法より
も記憶しておく制御則の数が少なくてもよい、 （３） 制御条件にあいまいさが入る場合でも制御可
能、 （４） 乗りごこちなど、あいまい評価因子を含む場合
も制御可能、 という効果がある。
本発明は、上下水道・交通などの公共システム，電力シ
ステム，原子力プラントなどの制御においても、前述の
制御規則を各システムやプラントに応じて作成すること
により、同じ手順で制御することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、 （ａ）類推と類似度という概念を導入し、制御則の数を
減少させ得るだけでなく、多様な状況や複雑な問題を扱
うことができる。
（ｂ）記憶しておく制御則の数を減少させることがで
き、メモリ容量の減少がはかれる。
（ｃ）制御則は代表的な場合についてのみ与えればよ
く、制御則の作成効率が向上する。
（ｄ）類推制御により、未知の制御条件下でも制御でき
る。
この結果、制御則の設計効率の向上だけでなく、運用効
率の向上も図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の類推制御方法による制御装置の一実施
例のブロツク構成図、第２図はfuzzy制御則の一例を示
す図、第３図はfuzzy制御則の後件部を合成した場合の
結果を示す図、第４図はfuzzy制御則の後件部をmodifie
rによつて修正した結果の一例を示す図、第５図はfuzzy
制御則の後件部をmodifierと類似度によつて修正した結
果の一例を示す図である。第６図は処理手順の一例を示
すフローチヤートである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】前件部と後件部で表わされる制御規則の前
    件部に相当する制御条件が満足されたとき対応する後件
    部を実行する制御方法であって、現時点の制御条件を検
    知する処理と、あらかじめ与えられた既知の制御条件を
    記憶装置に記憶する処理と、新たに検知された制御条件
    と上記記憶装置から読み出された既知の制御条件とを比
    較して一致するか否かを調べる処理と、上記検知された
    制御条件に一致する既知の制御条件が存在しないときは
    検知された制御条件と既知の制御条件との間の類似性を
    複数の場合に分類して各場合における上記制御条件間の
    類似度を評価する処理と、評価された類似度に応じて既
    に与えられた制御規則を用いて制御値を類推し決定する
    処理と、上記検知された制御条件に一致する既知の制御
    条件が存在するときは該既知の制御条件に対応した制御
    規則を用いて制御値を決定する処理と、決定した制御値
    にもとづき被制御装置を制御する処理とを設けたことを
    特徴とする類推制御方法。
  2. 【請求項２】上記制御値を類推し決定する処理は上記評
    価された類似度に応じて既に与えられた制御規則の後件
    部を修正する処理を含む特許請求の範囲第１項記載の類
    推制御方法。
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