DE4026995A1 - Control circuit of fuzzy logic type - has measuring sensor for actual value coupled to differentiator and subtraction input of first summator - Google Patents
Control circuit of fuzzy logic type - has measuring sensor for actual value coupled to differentiator and subtraction input of first summatorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Regelkreis, der nach der unschar fen Logik regelt, indem aus den Werten einer Wertetabelle mit tels einer Zugehörigkeitsfunktion das Regelsignal erzeugt wird.The invention relates to a control loop according to the fuzzy fen controls logic by using the values from a value table with the control signal is generated by means of a membership function.
In "der elektroniker", Nr. 3, 1990 ist auf Seite 39-43 ein Aufsatz von Günter Trautzl mit dem Titel "Unscharfe Logik: Fuzzy Logic" erschienen.In "der elektroniker", No. 3, 1990 is on page 39-43 Article by Günter Trautzl with the title "Unclear logic: Fuzzy Logic "appeared.
Für den Begriff "unscharfe Logik" sind neben der Bezeichnung Fuzzy Logic noch die Namen Rule-Base-System, ambivalente Logik und mehrwertige Logik gebräuchlich.For the term "fuzzy logic" are next to the label Fuzzy logic still called the rule-base system, ambivalent logic and multi-valued logic in use.
Die unscharfe Logik wurde bereits 1965 entwickelt, um auch nicht genaue und unvollständige Datensätze verarbeiten zu kön nen. Zu diesem Zweck wird mit Hilfe einer Zugehörigkeitsfunkti on, die häufig als Membership-Function bezeichnet wird, aus einer Wertetabelle z. B. das Regelsignal für einen Regelkreis gewonnen.The fuzzy logic was developed as early as 1965 not being able to process inaccurate and incomplete data records nen. For this purpose, with the help of a membership function on, often referred to as the membership function a table of values e.g. B. the control signal for a control loop won.
In der genannten Literaturstelle ist dieses Regelverfahren am Beispiel eines Wagens erläutert, auf dem ein Stab mit einer Mas se in Bewegungsrichtung des Wagens kippbar befestigt ist. Der Wagen wird vom Regelkreis so in waagerechter Richtung bewegt, daß der Stab mit der Masse nicht umfällt, sondern ausbalanciert wird. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß der Wagen die Balancierkunst eines Akrobaten nachahmt, der versucht, ei nen Stab in der hohlen Hand zu balancieren.In the cited reference, this standard procedure is on Example of a carriage explained on which a stick with a mas se is tiltably attached in the direction of movement of the carriage. The The control loop moves the carriage in a horizontal direction that the stick does not fall over with the mass, but balanced becomes. In other words, that means the car imitates the art of balancing an acrobat who is trying to balancing a stick in his cupped hand.
Die Lage des Stabes wird durch seine Winkelgeschwindigkeit und den Auslenkwinkel beschrieben, welche die Eingangsvariablen des Regelkreises darstellen. Die Ausgangsvariable ist die Geschwin digkeit des Wagens.The location of the rod is determined by its angular velocity and describes the deflection angle, which the input variables of the Represent control loop. The output variable is the speed speed of the car.
In der genannten Literaturstelle ist auf Seite 41 dieser Regel
kreis mit folgenden Worten beschrieben:
"Der Ansatz mittels Fuzzy Logic ist folgender: Das System hat
die zwei Eingangsvariablen Winkel R und Winkelgeschwindigkeit ω
und eine Ausgangsvariable Geschwindigkeit v. Zunächst faßt man
alle Eingangs- und Ausgangsvariablen wertemäßig in Gruppen zu
sammen und gibt auch hierfür die Zugehörigkeitsfunktion an. Zum
Beispiel teilt man den Winkel in die Werte groß-positiv, mit
tel-positiv, klein-positiv, null, klein-negativ, mittel-nega
tiv, groß-negativ. Dabei sollen mit groß alle Winkel von 20 bis
90 Grad (theoretische Grenze) gemeint sein, mit mittel alle Win
kel zwischen 5 und 25 Grad, mit klein alle Winkel zwischen 0
und 10 Grad, als null lasse man alle Werte zwischen -0,5 Grad
und +0,5 Grad zu. Die Membership-Funktion für groß liege bei
spielsweise so, daß alle Werte über 45 Grad den Zugehörigkeits
faktor 1 haben, die Zugehörigkeit dann aber abfällt, um bei 20
Grad bei 0,005 zu liegen. Auf ähnliche Art wird der Werteberei
ch von w und von v definiert. Auf diese Weise erhält man eine
Zuordnung der Systemvariablen zur Membership-Funktion.In the literature cited, this control cycle is described on page 41 in the following words:
"The approach using fuzzy logic is as follows: The system has the two input variables angle R and angular velocity ω and an output variable velocity v. First, you collect all input and output variables in terms of value and also specify the membership function for this. For example, divides the angle is large-positive, with tel-positive, small-positive, zero, small-negative, medium-negative, large-negative, and large means all angles from 20 to 90 degrees (theoretical limit) be, with medium all angles between 5 and 25 degrees, with small all angles between 0 and 10 degrees, as zero allow all values between -0.5 degrees and +0.5 degrees. The membership function for large for example in such a way that all values above 45 degrees have a membership factor of 1, but the membership then drops to 20 degrees at 0.005. In a similar way, the value range ch is defined by w and by v. In this way e you get an assignment of the system variables to the membership function.
Der zweite Teil des Lösungsansatzes besteht darin, daß jetzt ein System von Regeln in folgender Form aufgestellt wird:The second part of the approach is that now a system of rules is drawn up in the following form:
- 1. Regel: Wenn R null ist und ω null ist, dann ist v gleich null.1st rule: If R is zero and ω is zero, then v is equal zero.
- 2. Regel: Wenn R null ist und ω positiv-klein ist, dann ist v gleich positiv-klein.2nd rule: If R is zero and ω is positive-small, then v is equally positive-small.
- 3. Regel: Wenn R positiv-klein ist und ω null ist, dann ist v gleich positiv-klein.3rd rule: If R is positive-small and ω is zero, then v equally positive-small.
- 4. Regel: Wenn R null ist und ω negativ-klein ist, dann ist v gleich negativ-klein4th rule: If R is zero and ω is negative-small, then v is equal negative-small
und so weiter. Durch solch ein Feld von groben, ungefähren Regeln (meist Erfahrungswerte) kann das gesamte System beschrie ben werden."and so on. Through such a field of rough, approximate The entire system can describe rules (mostly empirical values) be practiced. "
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Regelkreis zu optimie ren, der nach dem Prinzip der unscharfen Logik arbeitet.It is an object of the invention to optimize a control loop ren, who works on the principle of fuzzy logic.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ein Meßfühler, der den Istwert mißt, mit dem Eingang eines Differenzierers und mit dem Subtraktionseingang einer ersten Summationsstelle ver bunden ist, an deren Additionseingang der Sollwert anliegt, daß die Regeldifferenz E - die Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert - am Ausgang der ersten Summationsstelle dem er sten Eingang eines Reglers zugeführt wird, daß der Ausgang des Differenzierers mit dem zweiten Eingang des Reglers verbunden ist, daß der Regler mittels der Zugehörigkeitsfunktion aus dem Ausgangssignal ΔE des Differenzierers und der Regeldifferenz E ein digitales Regelsignal erzeugt, daß das digitale Regelsignal am Ausgang des Reglers in einem Integrierer integriert wird und daß das integrierte Regelsignal dem Stellglied des Regel kreises zugeführt wird.The invention solves this problem in that a sensor, which measures the actual value, with the input of a differentiator and ver with the subtraction input of a first summation point is bound to the addition input of the setpoint that the control difference E - the difference between the actual value and the setpoint - at the output of the first summation point to which it Most input of a controller is fed that the output of the Differentiator connected to the second input of the controller is that the controller uses the membership function from the Output signal ΔE of the differentiator and the control difference E a digital control signal that generates the digital control signal is integrated in an integrator at the output of the controller and that the integrated control signal the actuator of the rule circle is fed.
Es zeigenShow it
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figure 1 shows an embodiment of the invention.
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Matrix mit Eingangsvaria blen; Fig. 2 blen an embodiment of a matrix with input variables;
Fig. 3 ein Beispiel einer Zugehörigkeitsfunktion. Fig. 3 shows an example of a membership function.
Anhand des in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nun beschrieben und erläutert.The invention will now be described and explained with reference to the embodiment shown in FIG. 1.
Die Drehzahl des Elektromotors M wird mittels eines Meßfühlers D erfaßt, der einen Zähler Z ansteuert. Der Zählerstand des Zäh lers Z ist deshalb stets zur augenblicklichen Drehzahl des Elek tromotors M proportional. Der Ausgang des Zählers Z ist mit dem Subtraktionseingang einer Summationsstelle S1 und dem Additions eingang einer Summationsstelle S2 verbunden. Außerdem ist der Ausgang des Zählers Z über ein Verzögerungsglied VZ1 mit dem Subtraktionseingang der Summationsstelle S2 verbunden. Am Addi tionseingang der Summationsstelle S1 liegt der Sollwert SW. Am Ausgang der Summationsstelle S1 ist deshalb die Regeldifferenz E - die Differenz zwischen dem Istwert IS und dem Sollwert SW - abnehmbar. Die Regeldifferenz E am Ausgang der Summationsstelle S1 und das Ausgangssignal ΔE der Summationsstelle S2 werden einem Regler RG zugeführt, dessen digitales Ausgangssignal ΔU dem ersten Eingang einer Summationsstelle S3 zugeführt wird. Der Ausgang der Summationsstelle S3 ist mit dem Eingang eines Pulsweitenmodulators PWM verbunden, der den Elektromotor M an steuert, und ist über ein Verzögerungsglied VZ2 mit dem zweiten Eingang der Summationsstelle S3 verbunden.The speed of the electric motor M is detected by means of a sensor D which controls a counter Z. The counter reading of the counter Z is therefore always proportional to the instantaneous speed of the electric motor M. The output of the counter Z is connected to the subtraction input of a summation point S 1 and the addition input of a summation point S 2 . In addition, the output of the counter Z is connected to the subtraction input of the summation point S 2 via a delay element VZ1. The setpoint SW lies at the addition input of the summation point S 1 . The control difference E - the difference between the actual value IS and the setpoint SW - can therefore be removed at the output of the summation point S 1 . The control difference E at the output of the summation point S 1 and the output signal ΔE of the summation point S 2 are fed to a controller RG, whose digital output signal ΔU is fed to the first input of a summation point S 3 . The output of the summation point S 3 is connected to the input of a pulse width modulator PWM, which controls the electric motor M, and is connected via a delay element VZ 2 to the second input of the summation point S 3 .
Die Summationsstelle S2 und das Verzögerungsglied VZ1 bilden ein Differenzierglied DF, welches das Ausgangssignal des Zäh lers Z differenziert. Der Integrierer I, der aus der Summations telle S3 und dem Verzögerungsglied VZ2 aufgebaut ist, inte griert das digitale Regelsignal ΔU des Reglers RG.The summation point S 2 and the delay element VZ 1 form a differentiating element DF, which differentiates the output signal of the counter Z. The integrator I, which is composed of the summation point S 3 and the delay element VZ 2 , integrates the digital control signal ΔU of the controller RG.
Dem Regler RG werden das digitale Regelsignal E und das diffe renzierte digitale Ausgangssignal ΔE des Zählers Z zugeführt. Im Regler RG sind in einer Matrix, z. B. der in Fig. 2 abgebil deten 7×7-Matrix Werte für die digitalen Signale E und ΔE ge speichert. Mittels der Zugehörigkeitsfunktion sucht sich der Regler RG aus der Matrix das digitale Regelsignal ΔU. Das ge fundene Regelsignal ΔU wird mittels der Summationsstelle S3 und des Verzögerungsgliedes VZ2 integriert; das integrierte Regelsignal U wird dem Eingang des Pulsweitenmodulators PWM zu geführt, der den Elektromotor M ansteuert.The digital control signal E and the differentiated digital output signal ΔE of the counter Z are fed to the controller RG. In the controller RG are in a matrix, for. B. the 7 × 7 matrix shown in FIG. 2 stores values for the digital signals E and ΔE ge. Using the membership function, the controller RG looks for the digital control signal ΔU from the matrix. The found control signal ΔU is integrated by means of the summation point S 3 and the delay element VZ 2 ; The integrated control signal U is fed to the input of the pulse width modulator PWM, which controls the electric motor M.
Besonders vorteilhaft ist es, in der Matrix die Werte symme trisch zur Diagonalen abzulegen. Bei dem in der Fig. 2 gezeig ten Ausführungsbeispiel einer 7×7-Matrix sind in der ersten Zei le alle Spaltenplätze mit je einem Wert belegt, in der zweiten Zeile ist nur der vierte Spaltenplatz mit einem Wert belegt, in der dritten Zeile sind die Spaltenplätze 5 bis 7 mit einem Wert belegt, in der vierten Zeile sind wieder alle Spaltenplätze mit je einem Wert belegt, in der fünften Zeile sind die ersten vier Spaltenplätze mit je einem Wert belegt, in der sechsten Zeile ist nur der vierte Spaltenplatz mit einem Wert belegt und schließlich sind in der siebten Zeile alle Spaltenplätze mit je einem Wert belegt.It is particularly advantageous to store the values symmetrically to the diagonal in the matrix. In the exemplary embodiment of a 7 × 7 matrix shown in FIG. 2, all column positions are each assigned a value in the first row, only a fourth column position is assigned a value in the second row, and those in the third row are Column positions 5 to 7 are assigned a value, in the fourth line all column positions are each assigned a value, in the fifth line the first four column positions are each assigned a value, in the sixth line only the fourth column position is assigned a value and finally, in the seventh row, all column places are each assigned a value.
In der Matrix haben die verwendeten Symbole folgende Bedeutung:
NG: Negativ-groß,
NM: Negativ-mittel,
NK: Negativ-klein,
ZO: Null,
PK: Positiv-klein,
PM: Positiv-mittel,
PG: Positiv-groß.The symbols used in the matrix have the following meaning:
NG: negative large,
NM: negative medium,
NK: negative-small,
ZO: zero,
PK: positive-small,
PM: positive medium,
PG: positive big.
Wenn z. B. E und ΔE an den Eingängen des Reglers RG den Wert ZO haben, so ist das digitale Regelsignal ΔU nach der Zugehörig keitsfunktion ebenfalls ZO. Hat E dagegen den Wert PK und ΔE den Wert PG, so wählt der Regler für ΔU den Wert PG.If e.g. B. E and ΔE at the inputs of the controller RG the value ZO have, the digital control signal ΔU is the corresponding function also ZO. In contrast, E has the value PK and ΔE the value PG, the controller selects the value PG for ΔU.
In der Fig. 3 ist ein Beispiel einer Zugehörigkeitsfunktion ge zeigt. Um die Werte der Ausgangsvariablen ΔU von null, klein, mittel und groß zu bestimmen, dienen acht Bits. Um die Werte der Eingangsvariablen E und ΔE zu bestimmen, sind ebenfalls acht Bits vorgesehen.An example of a membership function is shown in FIG. 3. Eight bits are used to determine the values of the output variables ΔU of zero, small, medium and large. Eight bits are also provided to determine the values of the input variables E and ΔE.
Die Werte für die Ausgangsvariable ΔU und die Eingangsvariablen E und ΔE sind Erfahrungswerte. Die für den jeweiligen Regelfall besten Werte für die Ausgangsvariable und die Eingangsvariablen werden in Versuchen ermittelt.The values for the output variable ΔU and the input variables E and ΔE are empirical values. The for the respective rule best values for the output variable and the input variables are determined in experiments.
Die Erfindung ist allgemein für Regelkreise geeignet, die nach dem Verfahren der unscharfen Logik arbeiten.The invention is generally suitable for control loops according to using the fuzzy logic method.
Claims (6)
daß die Regel differenz E - die Differenz zwischen dem Istwert (IW) und dem Sollwert (SW) - am Ausgang der ersten Summationsstelle (S1) dem ersten Eingang eines Reglers (RG) zugeführt wird,
daß der Ausgang des Differenzierers (DF) mit dem zweiten Eingang des Reglers (RG) verbunden ist,
daß der Regler (RG) mittels der Zugehörigkeitsfunktion aus dem Ausgangssi gnal ΔE des Differenzierers (DF) und der Regeldifferenz E ein digitales Regelsignal (ΔU) erzeugt,
daß das digitale Regelsignal (ΔU) am Ausgang des Reglers (RG) in einem In tegrierer (I) integriert wird und
daß das integrierte Re gelsignal (U) dem Stellglied (PWM) des Regelkreises zuge führt wird.1. Control loop which controls according to the fuzzy logic method by generating the control signal (U) from the values of a value table by means of a membership function, characterized in that a sensor (D) which measures the actual value (IW) with which Input of a differentiator (DF) and connected to the subtraction input of a first summation point (S 1 ), at whose addition input the setpoint (SW) is present,
that the control difference E - the difference between the actual value (IW) and the setpoint (SW) - at the output of the first summation point (S 1 ) is fed to the first input of a controller (RG),
that the output of the differentiator (DF) is connected to the second input of the controller (RG),
that the controller (RG) generates a digital control signal (ΔU) by means of the membership function from the output signal ΔE of the differentiator (DF) and the control difference E,
that the digital control signal (ΔU) at the output of the controller (RG) is integrated in an integrator (I) and
that the integrated control signal (U) leads to the actuator (PWM) of the control circuit.
daß der Ausgang des Meßfühlers (D), der die Drehzahl eines Elektromotors (M) mißt, mit dem Eingang eines Zählers (Z) verbunden ist, dessen Zählerstand propor tional zur Drehzahl des Elektromotors (M) ist, daß der Aus gang des Zählers (Z) mit dem Subtraktionseingang der er sten Summationsstelle (S1) und mit dem Eingang des Diffe renzierers (DF) verbunden ist,
daß das integrierte Regelsi gnal (U) am Ausgang des Integrierers (I) einem Pulsweiten modulator (PWM) zugeführt wird, der den Elektromotor (M) ansteuert. 2. Control loop according to claim 1, characterized in that
that the output of the sensor (D), which measures the speed of an electric motor (M), is connected to the input of a counter (Z), the counter reading is proportional to the speed of the electric motor (M), that the output of the counter ( Z) is connected to the subtraction input of the most summation point (S 1 ) and to the input of the differentiator (DF),
that the integrated Regelsi signal (U) at the output of the integrator (I) is fed to a pulse width modulator (PWM) which controls the electric motor (M).
daß in der ersten Zeile der Matrix alle Spaltenplätze mit Wer ten belegt sind,
daß in der zweiten Zeile nur der vierte Spaltenplatz mit einem Wert belegt ist,
daß in der dritten Zeile der vierte, fünfte, sechste und siebte Spaltenplatz mit je einem Wert belegt sind, daß in der vierten Zeile al le Spaltenplätze mit je einem Wert belegt sind,
daß in der fünften Zeile der erste, zweite, dritte und vierte Spalten platz mit je einem Wert belegt sind,
daß in der sechsten Zeile nur der vierte Spaltenplatz mit einem Wert belegt ist und
daß in der siebten Zeile alle Spaltenplätze mit je einem Wert belegt sind.6. Control loop according to claim 5, characterized in that a 7 × 7 matrix is provided,
that in the first line of the matrix all column spaces are filled with values,
that only the fourth column position is assigned a value in the second row,
that in the third line the fourth, fifth, sixth and seventh column positions are each assigned a value, that in the fourth line all column positions are each assigned a value,
that in the fifth row the first, second, third and fourth column spaces are each assigned a value,
that in the sixth row only the fourth column position is assigned a value and
that in the seventh row all column positions are each assigned a value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904026995 DE4026995A1 (en) | 1990-08-25 | 1990-08-25 | Control circuit of fuzzy logic type - has measuring sensor for actual value coupled to differentiator and subtraction input of first summator |
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DE4026995A1 true DE4026995A1 (en) | 1992-02-27 |
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DE19904026995 Withdrawn DE4026995A1 (en) | 1990-08-25 | 1990-08-25 | Control circuit of fuzzy logic type - has measuring sensor for actual value coupled to differentiator and subtraction input of first summator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4026995A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4219775A1 (en) * | 1992-05-15 | 1993-11-18 | Thomson Brandt Gmbh | Control or regulation of electric motor using pulse modulation - supplying control signal of control stage to motor control circuit which essentially only amplifies this and, by amplified signal, supplies current to motor |
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KR100321465B1 (en) * | 1993-07-20 | 2002-06-20 | 가나이 쓰도무 | Frequency control method and apparatus for inverter |
-
1990
- 1990-08-25 DE DE19904026995 patent/DE4026995A1/en not_active Withdrawn
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EP1001320A1 (en) * | 1998-11-10 | 2000-05-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for the identification of a process with a delay using compensation and device for controlling such a process |
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Legal Events
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