JPS63279302A

JPS63279302A - ファジイ推論方式

Info

Publication number: JPS63279302A
Application number: JP11530287A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Hoshiai; 忠星合
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-05-12
Filing date: 1987-05-12
Publication date: 1988-11-16

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】［概　要］あいまい理論を用いたファジィ制御システムにおいて、
各ルール条件部の論理値を重みとして用い、各ルール結
論部の結論結果の操作量を加重平均して最終的な操作量
を出力するよう構成したもので、推論結果の正確さを高
めた。

［産業上の利用分野１本発明は自動制御に係わり、特にあいまい制御とも呼ば
れるファジィ制御における推論方式に関する。

［従来の技術］従来の通常の制御方式の根本は、複数の制御コ■変数の
設定とそれらの間の微分方程式であったが、ファジィ制
御では、変数はファジィ変数と呼ばれてファジィ集合で
記述され、ファジィ変数間の因果関係を数式ではなくル
ールで与える点が異なっている。

ルールは、例えばｒＩＦ　　浄水場の原水濁度が中位且
つ温度が低くない　ＴＨＥＮ　　注入率補正量を負の中
位にする」の形式で与えられる。このルールは、人間（
熟練者）の経験による知識（制＜１１Ｉに関する）を表
しており、厳密な数式ではなく、あいまいさを許すこと
ば（ファジィ変数）を用いているので、人間の有するあ
いまいな概念（「大きい」、「中位」、「小さい」など
）をそのまま記述することができる。

制御変数の間の関係が、複雑な非線形の関係にあるとき
でも、人間の熟練者は、制御の対象となる装置の操作を
経験を積むにつれて、望ましい結果を生む制御方法を体
得するが、この経験的知識（コツ）をルール群にまとめ
て、総合的判断を下すというのがファジィ制御の特徴で
ある。

ルールのＩＦ部は、ルール条件部として、ルールの適用
条件を表すために、入力変数を用いた論理式として記述
される。ルール条件部の条件は、第４図に示すように、
例えば「中位」の程度は「メンバーシップ関数」と呼ば
れるあいまいさの拡がりを持つファジィ集合として示さ
れる。

ルールのＴＨＥＮ部は、ルール結論部として、ルール条
件部（ＩＦ部）の条件を満たした場合の操作変数の制御
量を、ファジィ集合の表現で与えたものである。

条件部に原水濁度上界の入力値を入れルールを適用する
と、図に示すように、条件部の論理値Ｌ＝０．７５とな
り、ルール結論部において注入率補正の操作量が、高さ
Ｌの実線で示すようなメンバーシップ関数のファジィ集
合で得られ、その重心値Ｙが出力される。

それぞれのルールが結論した操作量はまちまちであるの
で、複数のルール適用結果の総合判断は、各ルールの条
件部が適合する度合に応じて重み付けを行い、この重み
付けにより最終的な操作量を加重平均により求める。

［発明が解決しようとする問題点１最終的な操作量を求める総合的判断における重み付けは
、従来は、操作量に対応するファジィ集合のメンバーシ
ップ関数の面積（例えば、第４図に斜線を施して示す）
を算出し、これを重みとして使用していた。

しかし、メンバーシップ関数の面積は、高さ方向と幅方
向の要素を持つが、高さ方向はそのファジィ集合の適合
度（真実度）を表すので重み付けとして妥当であるが、
幅方向はファジィ集合のあいまい度（分布の分散の程度
）を表すので、幅の狭い即ちより確かな量よりも、幅の
広い即ちより不確かな量の方を重み付けとして優先して
しまうという欠点があった。

本発明は、このような従来の問題点を解消した新規なフ
ァジィ推論方式を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］第１図は本発明のファジィ推論方式の原理ブロック図を
示す。

図において、■はファジィ推論部であり、入力変数から
操作変数をファジィ推論する。ファジィ推論部ｌは、ル
ール部１１と加重平均部１２からなる。

ルール部１１は、入力変数と操作変数との関係を記述し
た複数のルールに基づいてそれぞれ入力変数に応じてル
ール条件部の論理値とルール結論部の結論結果の操作量
を出力する。

加重平均部１２は、ルール部１１の各ルールの出力した
論理値を重みとして操作量を重み付け平均して最終的な
操作量を算出し出力する。

４は制御対象システムである。

２はセンサー部であり、制御対象システム４から入力変
数のデータを得てファジィ推論部１に入力する。

３は操作値設定部であり、制御対象システム４への制御
値を設定する。

［作用］センサー部２で検出された制御対象システム４の入力変
数は、ルール部１１の各ルール（ルール１〜ルールｎ）
に入力される。

ルール部１１では、各ルールごとに関係する入力変数の
値に応じてルールを適用し、論理値Ｌｉ　と操作量Ｙｉ
を出力する。

加重平均部１２では、ルール部１１の各ルールの出力し
た論理値と操作量の群について、論理値Ｌｉを重みＷｉ
　として操作量を重み付け平均する計算を行い、その結
果を最終的な操作変数として出力する。

操作値設定部３は、出力された操作変数を制御対象シス
テム４への制御値として設定する。

このファジィ推論方式によれば、ファジィ集合のあいま
い度を表す分散の大きいものが重み付けとして優先され
る不都合はなくなり、ファジィ集合のメンバーシップ関
数の面積を計算する必要もなくなる。

［実施例］以下第２図および第３図に示す実施例により、本発明を
さらに具体的に説明する。

第２図は、本発明の一実施例による推論の例を示す図で
ある。

本例は、浄水場の薬品注入制御のための推論の例である
。

本例では、ルール部はルール１　ｒｌＦ　　原水濁度上
界が中位　ＴＨＥＮ　　注入率補正量を少しプラスにす
る」と、ルール２　ｒｌＦ　　原水濁度が中位且つ温度
が低くない　Ｔ　）ｉ　Ｅ　Ｎ　　注入率補正量を負で
中位にする」という二つのルールを持っている。

まず、ルール１において、原水濁度上昇の入力変数を入
力してルールを適用すると、（１）ルール条件部におい
て論理値としてＬ＋　＝　０．７５が得られ、（２）結
論部で操作量（注入率補正量）として、ファジィ集合の
メンバーシップ関数の重心値Ｙ＋が得られる。

次に、ルール２においては、ルール条件部は「原水濁度
が中位」と「温度が低（ない」という二つの条件の’　
Ａ　Ｎ　Ｄ　」条件となっている。

（３）第１の条件に対して原水濁度の入力変数を入れ、
論理値０．８が得られ、（４）第２の条件に対して水温
の入力変数を入れ、論理値０．２５が得られる。

ファジィ演算の定義に従うと、ｒＡＮＤ、条件に対して
は最小値演算を施すことになっているので、こΦ場合は
条件部の論理値Ｌ２　＝　０．２５となり、（５）結論
部で操作量（注入率補正量）として、メンバーシップ関
数の重心値Ｙ２が得られる。

（６）ルール１の出力Ｌ＋、Ｙ＋、およびルール２の出
力Ｌ２．Ｙ２から、Ｙｌの重みＷ＋＝Ｌ＋　とじ、Ｙ２
の重みＷ２＝Ｌ２として、次式により加重平均を求める
。

このＹ８が求める総合判断結果の操作量であり、これが
操作値設定部に出力される。

第３図は、本発明の一実施例によるファジィ推論部の動
作を示すフローチャートである。

以下、フローチャートの各ステップに従って、処理の流
れを説明する。

■ルール番号ｉをｉ＝１とおく。

■ルール条件部の条件が複数かを判断し、一つであれば
ステップ■に進み、複数であればステ、ンプ■へ進む。

■ルールｉの条件部に該当入力変数を入れ論理値Ｌｉを
求め、ステップ■へ飛ぶ。

■ルールｉの第１の条件に該当入力変数を入れ論理値を
求める。

■ルールｉの第２〜第ｍ（最終）の条件に該当入力変数
を入れて論理値を求め、ステップ■へ進む。

■ルールｉの条件がＡＮＤかＯＲかに応じて、各条件の
論理値のうち最小のものか、最大のものかを取り出し、
ルールｉの条件部の論理値Ｌｉとする。

■ルールｉの結論部から操作変数に対するメンバーシッ
プ関数の重心値を求め、操作ｉＹｉ　とする。

■条件部の論理値Ｌｉと操作？Ｊ　Ｙｉを加重平均部へ
出力する。

■ｉ＝ｉ＋１　（ｉを）”ラス１する）。

［相］ｉがルール数ｎに達したかを判断し、ｉ＝ｎなら
ばステップ■へ進み、そうでないならば、ステップ■へ
戻る。

■加重平均部へルールの終了通知を出す。

■各ルールのＬｉ、Ｙｉを記憶し、ルール部からの終了
通知によりステップ［相］へ進む。

■各ルールからの操作量Ｙｉの加重平均のための重みＷ
ｉ＝Ｌｉ　とする。

［相］次式を計算する。

■Ｙ’″を操作値設定部へ出力する。

Ｙｌを操作値設定部に送ることにより、ファジィ推論に
よる制御過程の１サイクルが終了する。

以降、各制御サイクルごとに、以上の過程を繰り返すこ
とによりファジィ制御が遂行される。

［発明の効果］以上説明のように本発明によれば、ファジィ集合のあい
まい度を表す分散の大きいものが重み付けとして優先さ
れる不都合はなくなり、ファジィ制御の操作変数の設定
の精度の向上に寄与する効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック回、第２図は本発明の一実施例による推論の例を示す図、第３図は本発明の一実施例による動作を示すフローチャ
ート、第４図はルールの適用の説明図である。図面において、１はファジィ推論部、　　　２はセンサー部、３は操作
値設定部、　　　　４は制御対象システム、１１はルー
ル部、　　　　　１２は加重平均部、をそれぞれ示す。本発明のｍ１里ブロック図第　１　図 ■ （ｂ）Ｗ＋＝Ｌｔ　、　Ｗ２＝Ｌｚラド５色、５月め一実囚ジー１：４Ｊ　ｉこよる丁江盲
街のイアｒＪＥ示１胃１］第′２図

Claims

【特許請求の範囲】入力変数から操作変数をファジィ推論するファジョ推論
部（１）と、制御対象システム（４）から入力変数のデ
ータを得るセンサー部（２）と、制御対象システム（４
）への制御値を設定する操作値設定部（３）からなる自
動制御システムにおいて、ファジィ推論部（１）が、入力変数と操作変数との関係を記述した複数のルールに
基づいてそれぞれ入力変数に応じてルール条件部の論理
値とルール結論部の結論結果の操作量を出力するルール
部（１１）と、ルール部（１１）の各ルールの出力した論理値を重みと
して操作量を重み付け平均して最終的な操作量を算出し
出力する加重平均部（１２）を備えるよう構成したこと
を特徴とするファジィ推論方式。