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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Verwendung im
Zusammenhang mit Signalen, die fflr Fuzzy-Information repräsentativ sind.
Insbesondere betrifft sie Schaltungen, die geeignet sind, einen Ausgang
abzuleiten, der für den Schwerpunkt elektrischer Signale indikativ ist,
die für Fuzzy-Information repräsentativ sind, die über eine Vielzahl von
Leitungen verteilt sind.
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Wie wir weiter unten erläutern werden, sind Schaltungen, die
entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruiert sind, geeignet, um
Impulse zu erzeugen, die für eine manipulierte Variable repräsentativ
sind, die erforderlich ist, um einen Betätiger oder dergleichen unter
Verwendung der Ergebnisse der Fuzzy-Überlegungen zu steuern.
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Fuzzy-Information, die als Ergebnis von Fuzzy-Überlegungen
erhalten wird, erscheint in Form von elektrischen Signalen, die über eine
Vielzahl von Leitungen verteilt sind. Dementsprechend ist es notwendig,
um einen Betätiger oder dergleichen unter Verwendung dieser Signale zu
steuern, diese in eine manipulierte Variable zu konvertieren. Ein
Konvertierungsmechanismus, der zu diesem Zweck geeignet ist, wird als
Defuzzifier bezeichnet. Im allgemeinen wird die Konversion durch
arithmetisches Bestimmen des Schwerpunktes von Fuzzy-Größen durchgeführt (JP
Anmeldungs-Nr. 63-206007, 1988).
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Der Stand der Technik wird nachstehend auf der Basis des
Inhalts der oben erwähnten Publikation erläutert.
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Ein Beispiel von Fuzzy-Information wird unter Bezugnahme auf
Fig. 6 erläutert. Fuzzy-Informationselemente sind mit x bezeichnet und
es wird angenommen, daß diskrete Werte x&sub1;, x&sub2;, ..., xn-1, xn existieren.
Diese Elemente werden auf eine Vielzahl von Signalleitungen l&sub1;, l&sub2;, ...,
ln gegeben, und Grade (funktionale Werte entsprechend den Variablen) µ&sub1;,
µ&sub2;, ..., µn entsprechend diesen Elementen werden durch Analogspannungen
oder Stromsignale dargestellt, die auf den entsprechenden
Signalleitungen erscheinen.
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In diesem Fall wird angenommen, daß die Grade µ&sub1;, µ&sub2; ..., µn
durch Spannungen dargestellt werden. In Fig. 6 ist der Schwerpunkt
(Position auf der X-Achse) der Fuzzy-Information gegeben durch
SchwerpunktDementsprechend werden Multiplikationen, Additionen und Divisionen
benötigt, um den Schwerpunkt zu erhalten.
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Um daher den Schwerpunkt nur durch Addition zu erhalten, wird
Gleichung (1) in Gleichung (2) transformiert und letztere wird so
eingestellt, daß der Nenner in Gleichung (2) gleich 1 ist:
Schwerpunkt
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Das bedeutet, wenn K derart eingestellt wird, daß der Nenner gleich 1
ist, der Schwerpunkt gemäß folgender Gleichung (3) erhalten werden kann:
Schwerpunkt
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Bezugnehmend auf Fig. 7, die ein spezifisches
Schaltkreisdiagramm darstellt, werden Spannungen µ&sub1;, µ&sub2; ..., µn repräsentativ für
Elemente der Fuzzy-Information, auf n-Signalleitungen l&sub1;, l&sub2; ..., ln
gegeben und dann mit dem Koeffizienten K in einer Begründungseinrichtung
1 variablen Grades multipliziert. Fuzzy-Größen Kµ&sub1;,Kµ&sub2;, ..., Kµn, die
von der Begründungseinrichtung 1 geliefert werden, werden sowohl einem
gewichteten Summierkreis 2 als auch einem einfachen Summierkreis 3
eingegeben. In dem gewichteten Summierkreis 2 wird die Berechnung der
rechten Seite der Gleichung (3) durchgeführt, um ein Spannungssignal
auszugeben, das für den Schwerpunkt repräsentativ ist.
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Zwischenzeitlich vollführt der Einfachsummierkreis 3 die
Berechnung des Nenners der Gleichung (2) und gibt das Ergebnis der
Berechnung auf einen Spannungseinstellkreis 4. Der andere Eingangsanschluß des
Spannungseinstellkreises 4 wird mit einer Spannung entsprechend dem Grad
1 gespeist. Dementsprechend wird in Ansprache auf das Ausgangssignal aus
dem Spannungseinstellkreis 4 der Koeffizient K in der
Begründungseinrichtung variablen Grades 1 eingestellt, so daß der Ausgang von dem
Einfachsummierkreis 3 immer gleich 1 ist.
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Entsprechend dem oben beschriebenen Stand der Technik wird das
Ausgangssignal des Einfachsummierkreises 3 für elektrische Signale, die
über eine Vielzahl von Leitungen verteilt sind, derart kontrolliert, daß
er äquivalent zu 1 ist. Im allgemeinen wird diese Art von Kontrolle
durch Verwendung eines Mitgliederfunktionskreises durchgeführt, der mit
einem Gradsteuermittel versehen ist. In diesem Fall wird kein
Dividierkreis benötigt und die Schaltkreisausbildung dementsprechend
vereinfacht, wodurch ein Anstieg in der Arbeitsgeschwindigkeit erzielt wird,
jedoch wird auf der anderen Seite der Mitgliederfunktionskreis
kompliziert, und ein Steuermechanismus ist hinzuzufügen.
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In einem Fall, in dem die manipulierte Variable die Breite
eines Impulses ist (beispielsweise ein Injektorantriebsteuersignal einer
Brennstoffeinspritzvorrichtung oder ein Zündzeitgeberimpuls), wird der
bestimmte Wert in Form einer Spannung ausgegeben, und es ist daher
notwendig, ein Interface zum Umwandeln der Ausgangsspannung in eine
Impulsbreite vorzusehen.
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Die japanische Patentanmeldung 880319476 offenbart einen
Einfachsummierkreis und einen gewichteten Summierkreis, die auf Signale
einwirken, die Fuzzy-Information repräsentieren, die über eine Vielzahl
von Leitungen verteilt ist. Die Ausgänge führen zu einem Dividierer, in
dem die gewichtete Summe durch die einfache Summe dividiert wird, um ein
Schwerpunktsignal abzuleiten. Die einfache Summe wird auch mit einer
Bezugsspannung in einem Komparator verglichen, um ein Signal abzuleiten,
das eine Abnormalität des Fuzzy-Prozessors anzeigt.
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Die vorliegende Erfindung entstand aus unserer
Forschungsarbeit, um Schaltungen einfacherer Konfiguration zu schaffen, die geeignet
sind, Ausgänge zu liefern, die für den Schwerpunkt solcher elektrischer
Signale indikativ sind, und wie oben erläutert, sind unsere bevorzugten
Ausführungsformen der Schaltung geeignet, einen Ausgang in Form einer
Impulsbreite zu liefern, die für den besagten Schwerpunkt indikativ ist.
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Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
sehen wir eine Schaltung vor, ausgebildet zum Ableiten eines Ausgangs,
der für den Schwerpunkt unscharfer Information indikativ ist, die durch
elektrische Signale repräsentiert ist, die über eine Vielzahl von
Leitungen verteilt sind und von denen jedes einem diskreten Wert
entspricht, der durch eine Eingangsvariable erfaßt wird, wobei das Signal
auf jeder Leitung den Rang von jenem diskreten Wert darstellt, wobei die
Schaltung umfaßt: einen gewichteten Summierkreis, ausgebildet zur
Ausgabe des Ergebnisses einer Summe von besagten Signalen nach Multiplizieren
jedes besagten Signals mit einem entsprechenden Gewichtungswert
entsprechend dem diskreten Wert der Variablen, die ihrer besagten Leitung
zugeordnet ist; einen einfachen summierenden Integrationskreis, ausgebildet
zur Durchführung und Ausgabe des Ergebnisses einer Summenintegration
besagter elektrischer Signale ohne Gewichtgung; wobei besagte Schaltung
durch einen Komparator gekennzeichnet ist, der zum Liefern besagten
Ausgangs in Form eines Pulses, dessen Breite für besagten Schwerpunkt
mdikativ ist, durch Herstellen eines Vergleichs zwischen Ausgängen von
besagten beiden Summierkreisen ausgebildet ist.
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Gemäß einem zweiten und alternativen Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist eine Schaltung vorgesehen, ausgebildet zum Ableiten eines
Ausgangs, der für den Schwerpunkt unscharfer Information indikativ ist,
die durch elektrische Signale repräsentiert sind, die über eine Vielzahl
von Leitungen verteilt sind und von denen jede einem diskreten Wert
entspricht, der durch eine Eingangsvariable erfaßt wird, wobei das Signal
auf jeder Leitung den Rang von jenem diskreten Wert darstellt, wobei die
Schaltung umfaßt: einen gewichteten Summierintegrationskreis,
ausgebildet zur Durchführung und Ausgabe des Ergebnisses einer Summenintegration
von besagten Signalen nach Multiplizieren jedes besagten Signals mit
einem entsprechenden Gewichtungswert entsprechend dem diskreten Wert der
Variablen, die ihrer besagten Leitung zugeordnet ist; einen einfachen
Summierkreis, ausgebildet zur Ausgabe des Ergebnisses einer Summe
besagter Signale ohne Gewichtung; wobei besagte Schaltung durch einen
Komparator gekennzeichnet ist, der zum Liefern besagten Ausgangs in Form
eines Pulses, dessen Breite für besagten Schwerpunkt indikativ ist, durch
Herstellen eines Vergleichs zwischen Ausgängen von besagten beiden
Summierkreisen ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird nachstehend spezifischer beispielhaft unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
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Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des
entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruierten Schaltkreises ist;
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Fig. 2 im einzelnen die in Fig. 1 gezeigte Anordnung
illustriert;
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Fig. 3 ein Zeitlaufdiagramm ist, das den Betrieb der in Fig. 2
dargestellten Anordnung zeigt;
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Fig. 4 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der
Schaltung ebenfalls entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 5 im einzelnen die in Fig. 4 dargestellte Anordnung
zeigt;
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Fig. 6 ein Beispiel einer Fuzzy-Information zeigt; und
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Fig. 7 eine konventionelle Schaltung zur
Schwerpunktsbestimmung zeigt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der
Schaltung zum Bestimmen des Schwerpunktes zur Impulserzeugung gemäß der
vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf Fig. 1 sind Fuzzy-Busse 7 mit
einem Einfachsummierintegrationskreis 5 verbunden und Abzweigleitungen von
den Fuzzy-Bussen 7 sind ähnlich mit einem gewichteten Summierkreis 2
verbunden. Ein Komparator 6 wird mit den Ausgängen von dem
Einfachsummierintegrationskreis 5 und dem gewichteten Summierkreis 2 versorgt.
Bezugsziffer 8 bezeichnet eine Triggereinrichtung (nicht dargestellt) zum
Rückstellen des Integrationskreises 5.
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Die Anordnung der Ausführungsform wird weiter unter Bezugnahme
auf die Detailansicht von Fig. 2 erläutert. Der
Einfachsummierintegrationskreis
5 ist mit den Fuzzy-Bussen 7 über entsprechende Widerstände R
verbunden, und ein Kondensator 10 und ein Transistor 11 sind parallel
zwischen einem Minusanschluß und einem Ausgangsanschluß eines
Operationsverstärkers 9 innerhalb des Einfachsummierintegrationskreises 5
geschaltet. Der Ausgangsanschluß ist mit einem Minusanschluß des
Komparators 6 verbunden.
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Während der gewichtete Summierkreis 2 mit den Fuzzy-Bussen 7
über entsprechende Gewichtungswiderstände R&sub1;, ..., RN entsprechend den
diskreten Werten xi einer Variablen verbunden ist, deren Werte µi die
Ränge sind, ist ein Widerstand Rf zwischen einem Minusanschluß und dem
Ausgangsanschluß eines Operationsverstärkers 12 innerhalb des
gewichteten Summierkreises 2 angeschlossen. Der Ausgangsanschluß ist mit einem
Plusanschluß des Komparators 6 verbunden. Zusätzlich ist der
Plusanschluß jedes Operationsverstärkers 9 und 12 über einen Widerstand R&sub0;
geerdet.
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Die Arbeitsweise wird unter Verwendung des Zeitablaufdiagramms
von Fig. 3 als nächstes erläutert.
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Zuerst wird in dem Einfachsummierintegrationskreis 5 der
Kondensator 10 durch das Triggermittel 8 geöffnet, um die Schaltung 5
zurückzusetzen. Als Ergebnis verschiebt sich der Ausgang des Komparators 6
auf den Pegel L. Da der Transistor 11 augenblicklich ausschaltet,
vollführt der Einfachsummierintegrationskreis 5 eine einfache Summierung der
Spannungen auf den Fuzzy-Bussen 7 und liefert einen invertierten
Integrationsausgang V&sub1;, der proportional zu der Zeitkonstanten bestimmt
durch den Widerstand R und die Kapazität C des Kondensators 10 ist:
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Der gewichtete Summierkreis 2 summiert die Spannungen µ&sub1;, ...,
µn auf den Fuzzy-Bussen 7 in Übereinstimmung mit den gewichteten
Widerständen R&sub1;, ..., Rn und liefert einen invertierten Ausgang V&sub2; in
einem vorbestimmten Verhältnis, bestimmt durch den Widerstand Rf:
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Wenn in diesem Fall der Ausgang V&sub1; des
Einfachsummierintegrationskreises 5 nicht höher als der Ausgang V&sub2; des gewichteten
Summierkreises 2 ist, verschiebt sich der Ausgang des Komparators 6 zum Pegel
H. Daher wird die Zeit T, während der der Komparator 6 das Signal L
ausgibt, in eine Impulsbreite als einen bestimmten Wert konvertiert. Die
Zeit T, bei der V&sub1; = V&sub2; erreicht wird, wird durch Gleichung (6)
ausgedrückt und entspricht dem Schwerpunkt der Fuzzy-Größen auf den Fuzzy-
Bussen 7:
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Es sollte notiert werden, daß der Gradient der Wellenform V&sub1;
durch Gewichtung in gewünschter Weise geändert werden kann.
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Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform
unserer Schaltung, und Fig. 5 ist ein Detailblockdiagramm.
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In dieser Ausführungsform sind der
Einfachsummierintegrationskreis 5 und der gewichtete Summierkreis 2, die in Fig. 1 gezeigt sind,
durch einen gewichteten Summierintegrationskreis 13 bzw. einen
Einfachsummierkreis 14 ersetzt. Dementsprechend wird Fuzzy-Information, die auf
die Fuzzy-Busse 7 ausgegeben wird, sowohl dem gewichteten
Summierintegrationskreis 13 als auch dem Einfachsummierkreis 14 eingegeben, und ein
Ausgang V&sub1; aus dem gewichteten Summierintegrationskreis 13 und ein
Ausgang V&sub2; aus dem Einfachsummierkreis 14 werden in den Komparator 6
gegeben. Da die Betriebsweise der Schaltung aus der ersten Ausführungsform
abgeleitet werden kann, ist die Beschreibung hiervon weggelassen. Bei
dieser Ausführungsform wird der bestimmte Wert in Form eines
Reziprokwertes wie folgt ausgegeben:
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Angenommen, daß dann, wenn V&sub1; = V&sub2; ist, t=T ist, folgt
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Entsprechend dieser Ausführungsform ist es möglich, einen
Ausgang in Form einer Impulsbreite zu erhalten, die gleich dem Reziprokwert
der Zeit T ist.
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Dementsprechend werden in beiden unserer beschriebenen
Ausführungsformen das Ergebnis der gewichteten Summation der Elemente der
Fuzzy-Information und das Ergebnis der Einfachsummation hiervon in einem
Komparator verglichen. Desweiteren kann der Komparatorausgang selbst als
eine Impulsbreite ohne das Erfordernis eines Umwandlers geliefert
werden, wodurch die direkte Steuerung des Betätigers ermöglicht wird.