JP2559879B2 - Fuzzy controller - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ファジィ制御ルールに従って制御状態量に対応する制
御操作量を算出して出力するファジィ制御器に関し、 ファジィ制御ルールの前件部演算として限界積の演算
機能を実現しつつ、従来から使用されている論理積演算
への変更も容易に可能ならしめることを目的とし、 前件部演算手段を、入力信号値を分配する入力ユニッ
トと、前段層からの入力と該入力に対して乗算されるべ
き内部状態値とを受け取って積和値を得るとともに、該
積和値を関数変換することで出力を得る基本ユニットと
を構成単位として、複数の入力ユニットを入力層とし、
かつ1又は複数の基本ユニットを中間層として1又は複
数段の中間層を備え、かつ1つの基本ユニットを出力層
とし、入力層と最前段の中間層との間、中間層相互間及
び最終段の中間層と出力層との間で内部結合が構成され
るとともに、該内部結合の内部状態値として出力値から
入力信号値の限界積値が出力されることになる値が設定
される階層ネットワーク構造部でもって構成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] A fuzzy controller that calculates and outputs a control operation amount corresponding to a control state amount according to a fuzzy control rule, and realizes an arithmetic function of a marginal product as an antecedent operation of the fuzzy control rule. At the same time, for the purpose of easily enabling the change to the logical product operation which has been conventionally used, the antecedent operation means is composed of an input unit for distributing an input signal value, an input from the preceding layer and A plurality of input units are used as input units with a basic unit that receives an internal state value to be multiplied with respect to an input to obtain a product sum value and obtains an output by function-converting the product sum value. age,
And one or a plurality of basic units as an intermediate layer and one or a plurality of intermediate layers, and one basic unit as an output layer, between the input layer and the foremost intermediate layer, between the intermediate layers and between the final layers. A hierarchical network in which an inner coupling is configured between the intermediate layer and the output layer, and a value at which a limit product value of the input signal value is output from the output value is set as the internal state value of the inner coupling. It is composed of a structural part.
本発明は、ファジィ制御ルールに従ってファジィ推論
を実行することで制御状態量に対応する制御操作量を算
出して出力するファジィ制御器に関し、特に、ファジィ
制御ルール中に記述される前件部演算として限界積の演
算機能を実現しつつ、従来から使用されている論理積演
算への変更も容易に可能ならしめるファジィ制御器に関
する。The present invention relates to a fuzzy controller that calculates and outputs a control operation amount corresponding to a control state amount by executing fuzzy inference according to a fuzzy control rule, and in particular, as an antecedent operation described in the fuzzy control rule. The present invention relates to a fuzzy controller that realizes a function of calculating a marginal product and can easily change to a logical product operation that has been conventionally used.
新しい制御処理方式として、ファジィ制御が普及しつ
つある。このファジィ制御は、人間の判断等のあいまい
さを含む制御アルゴリズムをif−then形式で表現し、フ
ァジィ推論に従ってこの制御アルゴリズムを実行してい
くことで、検出される制御状態量からの制御操作量を算
出して制御対象を制御していくものである。このファジ
ィ制御を実現するファジィ制御器は、制御アルゴリズム
のもつあいまいさを吸収するために、制御アルゴリズム
中に記述される演算機能を容易に変更できるような構成
にしていく必要がある。Fuzzy control is spreading as a new control processing method. This fuzzy control expresses a control algorithm including ambiguity such as human judgment in if-then format, and executes this control algorithm according to fuzzy inference, so that the control operation amount from the detected control state amount Is calculated to control the controlled object. In order to absorb the ambiguity of the control algorithm, the fuzzy controller that realizes this fuzzy control needs to be configured so that the arithmetic function described in the control algorithm can be easily changed.
ファジィ制御ルールは、 if x1 is big and x2 is small then y1 is bigとい
う形式(IF部は前件部と呼ばれて、温度データ等の制御
状態量についての条件を記述する部分であり、THEN部は
後件部と呼ばれて、操作端等の制御操作量についての条
件を記述する部分である)に従って制御論理を記述する
ものであって、ファジィ制御器は、制御対象の制御論理
として用意されるこのような複数のファジィ制御ルール
を管理するとともに、各ファジィ制御ルール中に記述さ
れる「大きい」とか「小さい」とかいうようなあいまい
な言語表現の意味をメンバーシップ関数として定量化し
て管理する構成を採ることになる。The fuzzy control rule is of the form if x 1 is big and x 2 is small then y 1 is big (the IF part is called the antecedent part and is the part that describes the conditions for the control state quantity such as temperature data. , THEN part is called the consequent part, which is the part that describes the condition of the control operation amount such as the operation end), and the fuzzy controller describes the control logic of the controlled object. It manages such multiple fuzzy control rules, and quantifies the meaning of ambiguous linguistic expressions such as “large” and “small” described in each fuzzy control rule as a membership function. It will take a configuration to manage.
そして、ファジィ制御器は、制御対象から温度データ
や水位データ等の制御状態量が与えられると、先ず最初
に、管理している制御状態量のメンバーシップ関数(前
件部メンバーシップ関数となる)から与えられた制御状
態量がもつメンバーシップ関数値(真理値)を算出す
る。次に、最小値を選択するという前件部演算に従っ
て、各ファジィ制御ルールにおける後件部に対しての適
用値を決定する処理を実行する。すなわち、上述のファ
ジィ制御ルールの例で説明するならば、「x1 is big」
の真理値が“0.8"で、「x2 is small」の真理値が“0.
5"である場合には、前件部演算に従って、この“0.5"を
そのファジィ制御ルールの後件部に対しての適用値とし
て決定するよう処理するのである。When a fuzzy controller receives a control state quantity such as temperature data or water level data from a control target, first, a membership function of the control state quantity being managed (becomes a membership function of the antecedent part). The membership function value (truth value) of the control state quantity given by Next, in accordance with the antecedent operation of selecting the minimum value, the process of determining the applied value to the antecedent in each fuzzy control rule is executed. That is, to explain using the example of the fuzzy control rules above, "x 1 is big"
The truth value of "0.8" and the truth value of "x 2 is small" are "0.
In the case of 5 ", processing is performed so as to determine this" 0.5 "as the applicable value to the consequent part of the fuzzy control rule in accordance with the antecedent part calculation.
続いて、ファジィ制御器は、最大値を選択するという
後件部演算に従って、同一の制御操作量の同一のメンバ
ーシップ関数(後件部メンバーシップ関数となる)につ
いて与えられる各ファジィ制御ルールの後件部に対して
の適用値から、そのメンバーシップ関数に対しての適用
値を決定する処理を実行する。すなわち、上述のファジ
ィ制御ルールで後件部の「y1 is big」に対して“0.5"
を適用値とし、一方、別のファジィ制御ルールでもって
「y1 is big」に対して“0.6"を適用値とする場合に
は、後件部演算に従って、この“0.6"を制御操作量y1の
「big」のメンバーシップ関数に対しての適用値として
決定するよう処理するのである。Then, the fuzzy controller follows each fuzzy control rule given for the same membership function of the same control operation amount (becomes the consequent membership function) according to the consequent operation of selecting the maximum value. A process of determining an applicable value for the membership function from the applied value for the subject part is executed. That is, in the fuzzy control rule described above, “0.5” is applied to the consequent part “y 1 is big”.
When "0.6" is applied to "y 1 is big" by another fuzzy control rule by using the fuzzy control rule, this "0.6" is used as the control value y according to the consequent operation. It is processed so as to be determined as the applied value to the membership function of "big" of 1 .
続いて、ファジィ制御器は、決定された適用値に従っ
て制御操作量のメンバーシップ関数を縮小するととも
に、同一の制御操作量についてのこの縮小されたメンバ
ーシップ関数の関数和の図形の重心を求める等の処理に
従って、ファジィ推論値である制御操作量を算出して操
作端等に出力するという処理を実行することになる。す
なわち、制御操作量y1の「big」のメンバーシップ関数
をその決定された適用値に従って縮小し、別のファジィ
制御ルールから求められる制御操作量y1の「small」等
のメンバーシップ関数をその決定された適用値に従って
縮小するとともに、それらのメンバーシップ関数の関数
和の図形の重心を求める等の処理に従って、ファジィ制
御器としての出力となる制御操作量を算出するよう処理
するのである。Subsequently, the fuzzy controller reduces the membership function of the control operation amount according to the determined applied value, and obtains the center of gravity of the function sum of the reduced membership functions for the same control operation amount, etc. In accordance with the process (1), a process of calculating a control operation amount which is a fuzzy inference value and outputting it to the operation end or the like is executed. That is, the membership function of "big" of the control operation amount y 1 is reduced according to the determined applied value, and the membership function such as "small" of the control operation amount y 1 obtained from another fuzzy control rule is reduced to The control value is reduced according to the determined application value, and the control operation amount that is the output as the fuzzy controller is calculated according to the processing such as obtaining the barycenter of the figure of the function sum of the membership functions.
このような構成を採るファジィ制御器にあって、従来
では、上述したように、入力信号値の最小値を選択して
出力するという演算処理を実行する前件部演算機能を備
えるよう構成していた。そして、この前件部演算機能を
プログラム手段でもって実装するよう構成していた。In the fuzzy controller having such a configuration, conventionally, as described above, the fuzzy controller is configured to have the antecedent operation function for executing the operation of selecting and outputting the minimum input signal value. It was Then, the operation function of the antecedent part is configured to be implemented by a program means.
しかしながら、ファジィ制御ルールは、制御対象の制
御に熟知しているオペレータの対象プロセスに関する知
識に従って生成されるものである。これから、最初から
所望の制御を実現できるファジィ制御ルールを生成する
という訳にはいかないというのが実情であり、生成した
ファジィ制御ルールをシミュレーションや現地テストに
より評価しながら試行錯誤的にチューニングしていくこ
とで、制御対象に適合したファジイ制御ルールにと完成
させていくという手順をとらざるを得ない。However, the fuzzy control rule is generated according to the knowledge of the target process of the operator who is familiar with the control of the control target. In the future, it is not possible to generate a fuzzy control rule that can achieve the desired control from the beginning, and the fuzzy control rule generated will be tuned by trial and error while being evaluated by simulations and field tests. Therefore, there is no choice but to take the procedure of completing the fuzzy control rule suitable for the controlled object.
これから、前件部演算機能も、入力値の最小値を選択
して出力するという論理積演算ではなくて、別の種類の
演算機能のものが必要になることが起こる。しかるに、
従来のファジィ制御器では論理積演算の前件部演算機能
しか備えていないために、このような要求に応ずること
ができないという問題点があった。この要求に対処する
ためには、必要となる前件部演算機能をサブルーチンと
して予め装置内に用意することで対応できるのではある
が、このような対応方法を採用するとメモリ容量を圧迫
する等といった別の問題点がでてくることになる。From this, it may happen that the antecedent part arithmetic function also requires another kind of arithmetic function, rather than the logical product operation of selecting and outputting the minimum value of the input values. However,
Since the conventional fuzzy controller has only the antecedent operation function of the logical product operation, there is a problem that it cannot meet such a demand. In order to deal with this demand, it is possible to deal with the necessary antecedent part arithmetic function by preparing it as a subroutine in the device in advance. However, if such a corresponding method is adopted, the memory capacity will be compressed. Another problem will come up.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
ファジィ制御ルール中に記述される前件部演算として限
界積の演算機能を実現しつつ、更に従来から使用されて
いる論理積演算への変更も容易に実現できるようにする
新たなファジィ制御器の提供を目的とするものである。The present invention has been made in view of such circumstances,
A new fuzzy controller that realizes the arithmetic function of the marginal product as the antecedent operation described in the fuzzy control rules, and that can easily change to the logical product operation that has been used conventionally. It is intended to be provided.
第1図は本発明の原理構成図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the present invention.
図中、10は本発明を具備するファジィ制御器、11はフ
ァジィルール管理部であって、制御対象に対しての制御
論理を記述するファジィ制御ルールを管理するもの、12
はファジィルール選択部であって、ファジィルール管理
部11の管理するファジィ制御ルールを処理対象とすべく
順次選択するもの、13は前件部メンバーシップ関数管理
部であって、ファジィ制御ルール中に記述される制御状
態量に関しての言語的表現を定量化する前件部メンバー
シップ関数の真理値を管理するもの、14は後件部メンバ
ーシップ関数管理部であって、ファジィ制御ルール中に
記述される制御操作量に関しての言語的表現を定量化す
る後件部メンバーシップ関数の真理値を管理するもの、
15は入力データ受付部であって、制御対象から採取され
る制御状態量データの受付処理を実行するもの、16は前
件部真理値算出部であって、選択されたファジィ制御ル
ールを処理単位として、入力されてくる制御状態量がも
つ前件部メンバーシップ関数の真理値を算出するもの、
17は前件部演算部であって、算出された前件部メンバー
シップ関数の真理値に対して前件部演算を施すことで処
理対象のファジィ制御ルールの後件部に対しての適用値
を決定するもの、18は後半部演算部であって、同一の後
件部メンバーシップ関数について与えられる各ファジィ
制御ルールの後件部に対しての適用値から、その後件部
メンバーシップ関数に対しての適用値を決定するもの、
19は推論値算出部であって、前件部演算部17の出力する
同一の後件部を持たないファジィ制御ルールについての
適用値と、後件部演算部18の出力する同一の後件部を持
つファジィ制御ルールについての適用値とを入力とし
て、例えば、それらの適用値に従って、後件部メンバー
シップ関数を縮小するとともに、その縮小された後件部
メンバーシップ関数の関数和の図形重心を求めることで
ファジィ推論値である制御操作量データを算出するもの
である。In the figure, 10 is a fuzzy controller equipped with the present invention, 11 is a fuzzy rule management unit that manages fuzzy control rules that describe the control logic for a control target, 12
Is a fuzzy rule selection unit that sequentially selects the fuzzy control rules managed by the fuzzy rule management unit 11 to be processed. 13 is a membership function management unit of the antecedent part. It manages the truth value of the antecedent part membership function that quantifies the linguistic expression about the described control state quantity, and 14 is the consequent part membership function management part, which is described in the fuzzy control rule. That manages the truth value of the consequent part membership function that quantifies the linguistic expression regarding the controlled operation amount,
Reference numeral 15 is an input data acceptance unit that executes acceptance processing of the control state quantity data collected from the controlled object, and 16 is an antecedent part truth value calculation unit that processes the selected fuzzy control rule as a processing unit. , Which calculates the truth value of the antecedent membership function of the input control state quantity,
Reference numeral 17 denotes an antecedent part operation part, which is an applied value to the consequent part of the fuzzy control rule to be processed by performing an antecedent part operation on the calculated truth value of the antecedent part membership function. 18 is the latter half operation part, and from the applied value to the consequent part of each fuzzy control rule given for the same consequent part membership function, to the subsequent part membership function Determining the applicable value of
Reference numeral 19 denotes an inference value calculation unit, which applies the fuzzy control rules that do not have the same consequent part output from the antecedent part calculation part 17 and the same consequent part output from the consequent part calculation part 18. With the applied values of the fuzzy control rules having and, for example, the consequent membership function is reduced according to those applied values, and the figure centroid of the functional sum of the contracted consequent membership functions is calculated. The control manipulated variable data, which is a fuzzy inference value, is calculated by obtaining it.
本発明の前件部演算部17は、1つ又は複数の入力と該
入力に対して乗算されるべき内部状態値とを受け取って
積和値を得るとともに、該積和値を関数変換することで
出力値を得る複数の基本ユニット1の階層ネットワーク
構造により構成されて前件部演算を実行する階層ネット
ワーク構造部20と、この階層ネットワーク構造部20の階
層ネットワーク構造の内部結合に割り付けられる内部状
態値を管理する内部状態値管理部21とから構成される。
この階層ネットワーク構造部20は、基本ユニット1と入
力信号値を分配する入力ユニット1′とを構成単位にし
て、複数の入力ユニット1′−hにより構成される入力
層と、1つ又は複数の基本ユニット1−iにより構成さ
れて1つ又は複数段設けられる中間層と、1つの基本ユ
ニット1−jにより構成される出力層とを備えるととも
に、入力ユニット1′−hと基本ユニット1−iとの間
と、基本ユニット1−iの相互間と、基本ユニット1−
iと基本ユニット1−jとの間を相互に内部結合する階
層ネットワーク構造を採る。そして、内部状態値管理部
21は、階層ネットワーク構造部20が入力信号値の限界積
値を出力するよう動作することになる内部状態値の値を
管理する構成を採る。The antecedent operation unit 17 of the present invention receives one or more inputs and an internal state value to be multiplied with respect to the inputs to obtain a product sum value, and performs a function conversion of the product sum value. A hierarchical network structure unit 20 configured to execute an antecedent operation by being configured by a hierarchical network structure of a plurality of basic units 1 for obtaining output values, and an internal state assigned to an internal connection of the hierarchical network structure of this hierarchical network structure unit 20. It is composed of an internal state value management unit 21 that manages values.
This hierarchical network structure unit 20 has a basic unit 1 and an input unit 1'which distributes an input signal value as a structural unit, and an input layer composed of a plurality of input units 1'-h and one or a plurality of input layers. An input layer 1'-h and a basic unit 1-i are provided, which are provided with an intermediate layer composed of the basic unit 1-i and provided in one or a plurality of stages, and an output layer composed of one basic unit 1-j. , Between the basic units 1-i, and the basic unit 1-i
A hierarchical network structure in which i and the basic unit 1-j are internally connected to each other is adopted. And the internal state value management unit
Reference numeral 21 has a configuration for managing the value of the internal state value that the hierarchical network structure unit 20 operates to output the marginal product value of the input signal value.
本発明の階層ネットワーク構造部20は、自分自身のも
つ階層ネットワーク構造とその階層ネットワーク構造の
内部結合に割り付けられた内部状態値とにより規定され
るデータ変換機能に従って、入力層に入力されてくる入
力信号値の限界積値を算出して後件部演算部18に出力す
るよう動作する。すなわち、入力値としてz1,z2,…,zn
(0≦zi≦1)が入力されてくるときに、下記のYager
の式においてp=1とおくことで定義される限界積値Y
を算出して出力する。The hierarchical network structure unit 20 of the present invention inputs the input to the input layer according to the data conversion function defined by its own hierarchical network structure and the internal state value assigned to the internal connection of the hierarchical network structure. It operates so as to calculate the limit product value of the signal values and output it to the consequent operation unit 18. That is, z 1 , z 2 , ..., z n as input values
When (0 ≦ z i ≦ 1) is input, the following Yager
Limit product value Y defined by setting p = 1 in the equation
Is calculated and output.
Y=z1∧z2∧…∧zn =1−[1∧((1−z1)p+(1−z2)p+… +(1−zn)p)1/P] このように、本発明の前件部演算部17は、前件部真理
値算出部16により算出された前件部メンバーシップ関数
の真理値の限界積値を算出して後件部に対しての適用値
として決定するよう処理するものであることから、従来
の論理積演算を実行する前件部演算機能では適切な制御
を実行できないような場合に対して、より適切な制御を
実現する途を与えることになる。 Y = z 1 ∧z 2 ∧ ... ∧z n = 1- [1∧ ((1-z 1) p + (1-z 2) p + ... + (1-z n) p) 1 / P] This As described above, the antecedent part computing section 17 of the present invention calculates the marginal product value of the truth value of the antecedent part membership function calculated by the antecedent part truth value calculating part 16 to obtain the consequent part. Since it is processed so that it is determined as an applicable value, there is a way to realize more appropriate control in the case where the antecedent part arithmetic function that executes the conventional AND operation cannot perform appropriate control. Will be given.
そして、この階層ネットワーク構造部20のデータ変換
機能は、階層ネットワーク構造が同一であっても、内部
結合に割り付けられる内部状態値の値を変更することで
その演算内容を自在に変更できるという特徴があること
から、内部状態値管理部21に入力信号値の論理積を出力
するよう動作する内部状態値の値を登録することで、直
ちに従来のファジィ制御器と同一構成に戻すことも可能
になるのである。The data conversion function of the hierarchical network structure unit 20 is characterized in that even if the hierarchical network structure is the same, the content of the operation can be freely changed by changing the value of the internal state value assigned to the internal connection. Therefore, by registering the value of the internal state value that operates to output the logical product of the input signal values in the internal state value management unit 21, it is possible to immediately return to the same configuration as the conventional fuzzy controller. Of.
以下、実施例に従って本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail according to examples.
第2図に、本発明の一実施例を図示する。第1図で説
明したように、図中の16は前件部真理値算出部、17は前
件部演算部、20は階層ネットワーク構造部、21は内部状
態値管理部である。FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. As described with reference to FIG. 1, reference numeral 16 in the figure is an antecedent part truth value calculation part, 17 is an antecedent part calculation part, 20 is a hierarchical network structure part, and 21 is an internal state value management part.
前件部真理値算出部16は、入力されてくる制御状態量
がもつ前件部メンバーシップ関数の真理値を算出するよ
う処理する。すなわち、選択されたファジィ制御ルール
の前件部が、制御状態量X1,X2,Xnに関して、 IF X1 is Small, X2 is Medium,…,Xn is Bigという
記述をしていて、これに対して、制御対象から、 X1=A1,X2=A2,…,Xn=An という制御状態量データが与えられたとすると、前件部
真理値算出部16は、第2図に示すように、制御状態量X1
の「Small」を定量化するメンバーシップ関数に従ってA
1という値がもつメンバーシップ関数値Z1を特定し、制
御状態量X2の「Medium」を定量化するメンバーシップ関
数に従ってA2という値がもつメンバーシップ関数値Z2を
特定し、制御状態量Xnの「Big」を定量化するメンバー
シップ関数に従ってAnという値がもつメンバーシップ関
数値Znを特定する処理を行う。なお、第2図では説明の
便宜上、これらのメンバーシップ関数値(真理値)が並
列的に求まるもので図示したが、実際には時系列に1つ
ずつ求められることになる。The antecedent part truth value calculation unit 16 performs processing so as to calculate the truth value of the antecedent part membership function of the input control state quantity. That is, the antecedent part of the selected fuzzy control rule describes IF X 1 is Small, X 2 is Medium, ..., X n is Big for the control state quantities X 1 , X 2 , X n. On the other hand, if the controlled object is given the control state quantity data of X 1 = A 1 , X 2 = A 2 , ..., X n = A n , the antecedent part truth value calculation part 16 As shown in FIG. 2, the control state quantity X 1
A according to the membership function that quantifies the "Small" of A
The membership function value Z 1 with the value 1 is specified, and the membership function value Z 2 with the value A 2 is specified according to the membership function that quantifies “Medium” of the control state quantity X 2 and the control state According to the membership function that quantifies “Big” of the quantity X n , the processing for identifying the membership function value Z n having the value A n is performed. In FIG. 2, for the sake of convenience of description, these membership function values (truth values) are illustrated in parallel, but in reality, they are calculated one by one in time series.
階層ネットワーク構造部20は、この前件部真理値算出
部16から与えられる真理値に対して限界積演算を実行す
る前件部演算を施すことで、その真理値の算出対象とな
ったファジィ制御ルールの後件部に対しての適用値を決
定するよう処理することになる。The hierarchical network structure unit 20 performs the antecedent part operation for executing the marginal product operation on the truth value given from the antecedent part truth value calculation part 16, thereby performing the fuzzy control which is the object of calculation of the truth value. Processing will be performed so as to determine the applied value to the consequent part of the rule.
第3図に、階層ネットワーク構造部20を構成すること
になる基本ユニット1の基本構成を図示する。この図に
示すように、基本ユニット1は、多入力一出力系となっ
ており、複数の入力に対し夫々の内部結合の重み値(第
1図で説明した内部状態値に対応するもの)を乗算する
乗算処理部2と、それらの全乗算結果を加算する累算処
理部3と、この累算値に非線型の閾値処理を施して一つ
の最終出力を出力する閾値処理部4とを備えるものであ
って、h層を前段層としi層を後段層とすると、i層の
i番目の基本ユニット1の累算処理部3では下記の
(1)式の演算を実行し、閾値処理部4では下記の
(2)式の演算を実行するよう処理する。FIG. 3 illustrates the basic configuration of the basic unit 1 that constitutes the hierarchical network structure unit 20. As shown in this figure, the basic unit 1 is a multi-input / single-output system, in which a plurality of inputs are assigned weight values of internal coupling (corresponding to the internal state values described in FIG. 1). A multiplication processing unit 2 for multiplying, an accumulation processing unit 3 for adding all the multiplication results thereof, and a threshold processing unit 4 for subjecting the accumulated value to nonlinear threshold processing and outputting one final output. When the h layer is the front layer and the i layer is the rear layer, the accumulation processing unit 3 of the i-th basic unit 1 of the i layer executes the operation of the following equation (1) and the threshold processing unit In step 4, processing is performed so as to execute the operation of the following expression (2).
ypi=1/(1+exp(−xpi+θi)) (2)式 但し、 h:h層のユニット番号 p:入力信号のパターン番号 θi:i層のi番ユニットの閾値 Wih:h−i層間の内部結合の重み値 yph:p番目パターンの入力信号に対するh層のh番ユニ
ットからの出力 そして、階層ネットワーク構造部20は、このような構
成を採る基本ユニット1と前件部真理値算出部16の算出
する真理値を分配する入力ユニット1′とを構成単位に
して、第4図に示すように、複数個の入力ユニット1′
−hにより構成される入力層と、1つ又は複数個の基本
ユニット1−iにより構成されて1つ又は複数段設けら
れる中間層(この実施例では1段)と、1つの基本ユニ
ット1−jにより構成される出力層とを備えるととも
に、入力ユニット1′−hと基本ユニット1−iとの間
と、基本ユニット1−iの相互間と、基本ユニット1−
iと基本ユニット1−jとの間を相互に内部結合するこ
とで構成される階層ネットワーク構造を持つよう構成さ
れる。ここで、入力ユニット1′−hのユニット数は、
前件部演算部17を1つの階層ネットワーク構造部20で実
装する場合には、最も多くの前件部条件を記述するファ
ジィ制御ルールのその条件数(すなわち、求められる真
理値数)に合わせられて用意されることになる。 y pi = 1 / (1 + exp (−x pi + θ i )) (2) where, h: unit number of layer p: input signal pattern number θ i : threshold value of unit i of layer W ih : h -Weight value of internal coupling between the i layers y ph : output from the h-th unit of the h-layer with respect to the input signal of the p-th pattern Then, the hierarchical network structure unit 20 uses the basic unit 1 and the antecedent unit having such a configuration. As shown in FIG. 4, a plurality of input units 1 ′ are used as a structural unit with the input unit 1 ′ that distributes the truth value calculated by the truth value calculation unit 16.
-H, an input layer formed by one or a plurality of basic units 1-i, an intermediate layer (one stage in this embodiment) formed by one or a plurality of stages, and one basic unit 1- and an output layer constituted by j, between the input unit 1'-h and the basic unit 1-i, between the basic units 1-i, and the basic unit 1-i.
i and the basic unit 1-j are internally connected to each other to have a hierarchical network structure. Here, the number of units of the input unit 1'-h is
When the antecedent part operation part 17 is implemented by one hierarchical network structure part 20, it is matched with the condition number (that is, the required number of truth values) of the fuzzy control rule that describes the most antecedent part conditions. Will be prepared.
このように構成される階層ネットワーク構造部20は、
階層ネットワーク構造とその階層ネットワーク構造の内
部結合により割り付けられる重み値とにより規定される
データ変換機能に従って、入力されてくる入力信号を対
応の出力信号に変換する処理を実行する機能を発揮する
ことになり、このデータ変換機能に従って前件部演算を
実行するよう処理することになる。本発明では、この階
層ネットワーク構造部20のデータ変換機能に従い、前件
部演算部17が入力信号値の限界積値を算出して出力する
ことになるよう構成するものである。The hierarchical network structure unit 20 configured in this way is
To exhibit a function of converting an input signal that is input to a corresponding output signal according to a data conversion function that is defined by a hierarchical network structure and a weight value assigned by the internal connection of the hierarchical network structure. That is, processing is performed so as to execute the antecedent operation according to this data conversion function. According to the present invention, according to the data conversion function of the hierarchical network structure unit 20, the antecedent operation unit 17 is configured to calculate and output the limiting product value of the input signal value.
階層ネットワーク構造部20は、プログラム手段、ハー
ドウェア手段のいずれにより構成することも可能である
が、ハードウェア手段で構成する場合には、本出願人が
出願した「特願昭63−216865号(昭和63年8月31日出
願、“ネットワーク構成データ処理装置”)」で開示し
たものを用いることが可能である。The hierarchical network structure unit 20 can be configured by either program means or hardware means. However, when it is configured by hardware means, the applicant has filed “Japanese Patent Application No. 63-216865 ( It is possible to use the one disclosed in “Network configuration data processing device” filed on August 31, 1988.
すなわち、基本ユニット1は、第5図に示すように、
入力スイッチ部7を介して入力される前段層からの出力
と重み値保持部8が保持する重み値とを乗算する乗算型
D/Aコンバータ2aと、乗算型D/Aコンバータ2aの出力値と
前回の累算値とを加算して新たな累算値を算出するアナ
ログ加算器3aと、アナログ加算器3aの加算結果を保持す
るサンプルホールド回路3bと、累算処理が終了したとき
にサンプルホールド回路3bの保持データを非線形変換す
る非線型関数発生回路4aと、後段層への出力となる非線
型関数発生回路4aのアナログ信号値をホールドする出力
保持部5と、出力保持部5の保持データを出力する出力
スイッチ部6と、これらの各処理部を制御する制御回路
9とを備えることで実現される。That is, the basic unit 1 is, as shown in FIG.
Multiplication type for multiplying the output from the preceding layer input via the input switch unit 7 and the weight value held by the weight value holding unit 8
The addition result of the D / A converter 2a, the analog adder 3a that adds the output value of the multiplication D / A converter 2a and the previous accumulated value to calculate a new accumulated value, and the analog adder 3a A sample-hold circuit 3b for holding, a non-linear function generating circuit 4a for performing non-linear conversion of the held data of the sample-hold circuit 3b when the accumulation processing is completed, and an analog of the non-linear function generating circuit 4a which is an output to a subsequent layer. It is realized by including the output holding unit 5 that holds the signal value, the output switch unit 6 that outputs the held data of the output holding unit 5, and the control circuit 9 that controls each of these processing units.
そして、階層ネットワーク構造部20は、この構成を採
る基本ユニット1が、第6図に示すように、1本の共通
なアナログバス70でもって電気的に接続される構成で実
現される。ここで、図中、71は基本ユニット1の重み値
保持部8に重み値を与える重み出力回路、72は入力ユニ
ット1′に対応する初期信号出力回路、73はデータ転送
の制御信号である同期制御信号を重み出力回路71、初期
信号出力回路72及び制御回路9に伝える同期制御信号
線、74は同期制御信号を送出する主制御回路である。The hierarchical network structure unit 20 is realized by a structure in which the basic unit 1 having this structure is electrically connected by a single common analog bus 70 as shown in FIG. Here, in the figure, 71 is a weight output circuit for giving a weight value to the weight value holding unit 8 of the basic unit 1, 72 is an initial signal output circuit corresponding to the input unit 1 ', and 73 is a synchronization signal which is a control signal for data transfer. A synchronous control signal line for transmitting the control signal to the weight output circuit 71, the initial signal output circuit 72 and the control circuit 9, and a main control circuit 74 for transmitting the synchronous control signal.
この構成の階層ネットワーク構造部20において、主制
御部74は、前段層の基本ユニット1を時系列的に順次選
択するとともに、この選択処理と同期させて、選択され
た基本ユニット1の出力保持部5が保持する最終出力を
アナログバス70を介して時分割の送信形式に従って後段
層の基本ユニット1の乗算型D/Aコンバータ2aに対して
出力するよう処理する。この入力を受け取ると、後段層
の基本ユニット1の乗算型D/Aコンバータ2aは、対応す
る重み値を順次選択して入力値と重み値との乗算処理を
行い、アナログ加算器3aとサンプルホールド回路3bとに
より構成される累算処理部3はこの乗算値を順次累算し
ていく。続いて、前段層の基本ユニット1に関してのす
べての累算処理が終了すると、主制御回路74は、後段層
の基本ユニット1の非線型関数発生回路4aを起動して最
終出力の算出を行い、出力保持部5がこの変換処理結果
の最終出力を保持するよう処理する。そして、主制御回
路74は、この後段層を新たな前段層として次の後段層に
対して同様の処理を繰り返していくことで、入力パター
ン(入力信号)に対応する出力パターン(出力信号)が
出力されるべく処理するのである。In the hierarchical network structure unit 20 of this configuration, the main control unit 74 sequentially selects the base unit 1 of the preceding layer in time series and, in synchronization with this selection process, the output holding unit of the selected base unit 1. The final output held by 5 is processed to be output to the multiplication type D / A converter 2a of the basic unit 1 of the subsequent layer via the analog bus 70 according to the time-division transmission format. Upon receiving this input, the multiplication type D / A converter 2a of the basic unit 1 in the subsequent layer sequentially selects the corresponding weight values and performs the multiplication processing of the input value and the weight value, and the analog adder 3a and the sample hold. The accumulation processing unit 3 including the circuit 3b sequentially accumulates the multiplied values. Then, when all the accumulation processing for the basic unit 1 of the previous layer is completed, the main control circuit 74 activates the nonlinear function generating circuit 4a of the basic unit 1 of the subsequent layer to calculate the final output, The output holding unit 5 performs processing so as to hold the final output of this conversion processing result. Then, the main control circuit 74 repeats the same processing for the next succeeding layer by using this latter layer as a new preceding layer, so that the output pattern (output signal) corresponding to the input pattern (input signal) is obtained. It is processed so that it can be output.
階層ネットワーク構造部20は、その階層ネットワーク
構造が固定的な場合にあっても、その階層ネットワーク
構造の内部結合に割り付けられる重み値に従ってそのデ
ータ変換機能を設定できるという特徴がある。本発明で
は、この特徴を利用して、前件部演算部17が限界積演算
を実行することになるよう構成するものである。The hierarchical network structure unit 20 is characterized in that even if the hierarchical network structure is fixed, the data conversion function can be set according to the weight value assigned to the internal connection of the hierarchical network structure. In the present invention, by utilizing this feature, the antecedent operation unit 17 is configured to execute the marginal product operation.
第7図に、この階層ネットワーク構造部20の内部結合
に割り付けられる重み値を学習するための学習システム
の一実施例を図示する。次に、この学習システムの実施
例に従って、階層ネットワーク構造部20の内部結合の重
み値を決定するための学習処理について詳細に説明す
る。FIG. 7 shows an embodiment of a learning system for learning the weight value assigned to the internal connection of the hierarchical network structure unit 20. Next, the learning process for determining the weight value of the internal connection of the hierarchical network structure unit 20 will be described in detail according to the embodiment of the learning system.
第7図において、30は計算機上に構築される階層ネッ
トワーク・シミュレータであって、階層ネットワーク構
造部20のデータ処理機能を模擬するもの、40は学習信号
提示装置であって、階層ネットワーク構造部20の内部結
合の重み値の学習のために用いる学習信号群(学習提示
信号と学習教師信号との対を基本単位とする)を管理
し、更に、その学習信号群の内の学習提示信号を階層ネ
ットワーク・シミュレータ30に提示するとともに、学習
教師信号を後述する学習処理装置50に提示するものであ
る。この処理の実現のために、学習信号提示装置40は、
学習信号群を管理する学習信号格納部41と、学習信号格
納部41から学習用の学習信号を読み出して、その内の学
習提示信号を階層ネットワーク・シミュレータ30に提示
するとともに、対をなすもう一方の学習教師信号を後述
する学習処理装置50と次に説明する学習収束判定部43に
提示する学習信号提示部42と、階層ネットワーク・シミ
ュレータ30から出力される出力信号と学習信号提示部42
からの学習教師信号とを受けて、階層ネットワーク・シ
ミュレータ30のデータ処理機能の誤差が許容範囲に入っ
たか否かを判定して、その判定結果を学習信号提示部42
に通知する学習収束判定部43とを備えることになる。In FIG. 7, reference numeral 30 is a hierarchical network simulator built on a computer, which simulates the data processing function of the hierarchical network structure unit 20, and 40 is a learning signal presentation device, which is a hierarchical network structure unit 20. Manages a learning signal group (a basic unit is a pair of a learning presentation signal and a learning teacher signal) used for learning the weight value of the internal coupling of, and further, the learning presentation signal in the learning signal group is hierarchically arranged. The learning teacher signal is presented to the network simulator 30 and the learning processing device 50 to be described later. In order to realize this processing, the learning signal presentation device 40
A learning signal storage unit 41 that manages a learning signal group, and a learning signal for learning is read from the learning signal storage unit 41, and the learning presentation signal in the learning signal is presented to the hierarchical network simulator 30, and another pair is formed. Learning teaching signal of the learning processing device 50 described later, a learning signal presentation unit 42 presenting the learning convergence determination unit 43 described below, an output signal output from the hierarchical network simulator 30, and a learning signal presentation unit 42.
The learning signal is received from the learning signal presenting unit 42, and it is determined whether the error of the data processing function of the hierarchical network simulator 30 is within the allowable range.
And a learning convergence determination unit 43 for notifying the.
50は階層ネットワーク構成データ処理装置の重み値の
学習アルゴリズムとして知られているバック・プロパゲ
ーション法を実装する学習処理装置であって、学習信号
提示装置40による学習提示信号の提示に応答して出力さ
れる階層ネットワーク・シミュレータ30からの出力信号
群と、学習信号提示装置40から提示される学習教師信号
群との間の誤差値を算出し、該誤差値に基づいて学習対
象とされる重み値を順次更新していくことで該誤差値が
許容範囲となる内部結合の重み値を学習するものであ
る。Reference numeral 50 denotes a learning processing device that implements a back propagation method known as a weight value learning algorithm of a hierarchical network configuration data processing device, and is output in response to the presentation of the learning presentation signal by the learning signal presentation device 40. The error value between the output signal group from the hierarchical network simulator 30 and the learning teacher signal group presented from the learning signal presentation device 40 is calculated, and the weight value to be learned based on the error value. Is sequentially updated to learn the weight value of the internal coupling within which the error value is within the allowable range.
すなわち、学習処理装置50は、バック・プロパゲーシ
ョン法に従い、第4図に示すh層−i層−j層という3
層構造の階層ネットワーク構造部20で説明するならば、
学習用の入力信号(学習提示信号)が提示されたときに
出力される出力層からの出力信号ypjと、その出力信号y
pjのとるべき信号である学習教師信号dpjとが定まる
と、先ず最初に、出力信号ypjと学習教師信号dpjとの差
分値〔dpj−ypj〕を算出し、次に、 αpj=ypj(1−ypj)(dpj−ypj) を算出し、続いて、 に従って、i層−j層間の重み値の更新量ΔWji(t)
を算出する。ここで、tは学習回数を表しており、前回
の更新サイクル時に決定された重み値の更新量に係るも
のを加算するのは学習の高速化を図るためである。That is, the learning processing device 50 uses the h-layer-i-layer-3 shown in FIG. 4 according to the back propagation method.
If explained in the layered hierarchical network structure section 20,
An output signal y pj from the output layer that is output when a learning input signal (learning presentation signal) is presented, and the output signal y
When the learning teacher signal d pj , which is the signal to be taken by pj , is determined, first, the difference value [d pj −y pj ] between the output signal y pj and the learning teacher signal d pj is calculated, and then α pj = y pj (1-y pj ) (d pj -y pj ) is calculated, and then According to the update amount ΔW ji (t) of the weight value between the i layer and the j layer
Is calculated. Here, t represents the number of times of learning, and the reason for adding the value related to the update amount of the weight value determined in the previous update cycle is to speed up the learning.
続いて、学習処理装置50は、算出したαpjを用いて、
先ず最初に、 を算出し、次に、 に従って、h層−i層間の重み値の更新量ΔWih(t)
を算出する。続いて、この算出した更新量に従って次の
更新サイクルのための重み値 Wji(t)=Wji(t−1)+ΔWji(t) Wih(t)=Wih(t−1)+ΔWih(t) を決定していく方法を繰り返していくことで、学習提示
信号が提示されたときに出力される出力層からの出力信
号ypjと、その出力信号ypjのとるべき信号である学習教
師信号dpjとが一致することになる重み値Wji,Wih及び閾
値θi,θjを学習することになる。Subsequently, the learning processing device 50 uses the calculated α pj ,
First of all, And then According to the update amount ΔW ih (t) of the weight value between the h layer and the i layer
Is calculated. Then, the weight value W ji (t) = W ji (t−1) + ΔW ji (t) W ih (t) = W ih (t−1) + ΔW for the next update cycle according to the calculated update amount. By repeating the method of determining ih (t), it is the output signal y pj from the output layer that is output when the learning presentation signal is presented, and the output signal y pj is the signal to be taken. The weight values W ji and W ih and the thresholds θ i and θ j that will be in agreement with the learning teacher signal d pj will be learned.
なお、本出願人は、先に出願の「特願昭62−333484号
(昭和62年12月28日出願、“ネットワーク構成データ処
理装置”)」で開示したように、入力側のh層に常に
“1"を出力するとともにその出力に対して閾値θを重み
値として割り付けるユニットを設けることで、閾値θを
重み値Wの中に組み込んで閾値θを重み値として扱うよ
うにすることを提案した。これから、閾値θの学習もま
た重み値Wの学習と同様の学習処理により学習されるこ
とになる。In addition, the applicant of the present invention, as disclosed in the previous application “Japanese Patent Application No. 62-333484 (filed on Dec. 28, 1987,“ network configuration data processing device ”)”, has the h-layer on the input side. Proposed to incorporate threshold value θ into weight value W and treat threshold value θ as a weight value by providing a unit that always outputs “1” and assigns threshold value θ as a weight value to the output. did. From this, the learning of the threshold value θ is also learned by the same learning process as the learning of the weight value W.
階層ネットワーク・シミュレータ30は、第7図に示す
ように、階層ネットワーク構造部20の入力ユニット1′
及び基本ユニット1の内部結合関係を管理するネットワ
ーク構造管理部31と、演算処理全体の制御を実行する演
算制御部32と、階層ネットワーク構造部20の入力ユニッ
ト1′及び基本ユニット1の各ユニットに入力される入
力値を一時的に展開する入力データ展開部33と、各内部
結合に割り付けられる重み値を管理する重み値管理部34
と、基本ユニット1の演算機能を模擬すべく備えられる
演算実行部35と、演算実行部35の演算結果を管理する出
力データ管理部36とを備えるよう構成される。そして、
この演算実行部35は、重み値と入力値との乗算値を算出
する乗算値算出部37と、この乗算値算出部37の算出値の
総和値を算出する総和値算出部38と、この総和値算出部
38の算出値を閾値処理する閾値算出部39とを備えるよう
構成される。As shown in FIG. 7, the hierarchical network simulator 30 includes an input unit 1'of the hierarchical network structure unit 20.
And a network structure management unit 31 that manages the internal connection relationship of the basic unit 1, an operation control unit 32 that controls the entire arithmetic processing, an input unit 1 ′ of the hierarchical network structure unit 20 and each unit of the basic unit 1. An input data expansion unit 33 that temporarily expands input input values, and a weight value management unit 34 that manages the weight values assigned to each inner join.
And an arithmetic execution unit 35 provided to simulate the arithmetic function of the basic unit 1, and an output data management unit 36 for managing the arithmetic result of the arithmetic execution unit 35. And
The calculation execution unit 35 includes a multiplication value calculation unit 37 that calculates a multiplication value of a weight value and an input value, a sum total value calculation unit 38 that calculates a sum value of the calculation values of the multiplication value calculation unit 37, and a sum total of these sum values. Value calculator
It is configured to include a threshold value calculation unit 39 that performs threshold processing on the calculated value of 38.
このように構成されることで、階層ネットワーク・シ
ミュレータ30は、ファジィ制御器に実装されている階層
ネットワーク構造部20の実行するデータ処理機能を模擬
することになる。なお、階層ネットワーク構造部20をプ
ログラム手段で構成するときには、例えば、このような
階層ネットワーク・シミュレータ30を用いることで実現
することが可能である。With such a configuration, the hierarchical network simulator 30 simulates the data processing function executed by the hierarchical network structure unit 20 installed in the fuzzy controller. When the hierarchical network structure unit 20 is configured by a program means, it can be realized by using such a hierarchical network simulator 30, for example.
階層ネットワーク構造部20を限界積演算を実行するも
のとして構築するために、ユーザは、先ず最初に、限界
積演算の入出力信号関係を生成して学習信号提示装置40
の学習信号格納部41に登録する処理を実行する。すなわ
ち、入力信号とそれらの入力信号の激烈積値を出力信号
とする入出力信号関係を生成して、学習信号格納部41に
登録する処理を行うものである。In order to construct the hierarchical network structure unit 20 as one for executing the marginal product operation, the user first generates the input / output signal relation of the marginal product operation and learns the learning signal presentation device 40.
The process of registering in the learning signal storage unit 41 is executed. That is, the input signal and the input / output signal relationship in which the intense product value of those input signals is used as the output signal are generated and registered in the learning signal storage unit 41.
2つの値z1,z2(0≦zi≦1)に対しての限界積値Y
は、 Y=0∨(z1+z2−1) で表されることになる。これから、第8図に、階層ネッ
トワーク構造部20の入力層の入力ユニット1′−hのユ
ニット数が2個である場合におけるこの限界積演算の入
出力信号関係を図示する。この第8図の例では、81個の
入出力信号関係を生成した例を示してある。Limit product value Y for two values z 1 and z 2 (0 ≦ z i ≦ 1)
Will be represented by Y = 0∨ (z 1 + z 2 −1). From this, FIG. 8 shows the input / output signal relationship of this marginal product operation when the number of input units 1'-h in the input layer of the hierarchical network structure section 20 is two. In the example of FIG. 8, an example in which 81 input / output signal relationships are generated is shown.
続いて、ユーザは、登録された入出力信号関係の内の
入力信号を学習提示信号とし、これに対応付けられる出
力信号を学習教師信号として用いることを指示して学習
信号提示装置40を起動するとともに、この起動処理に対
応させて学習処理装置50を起動することで、階層ネット
ワーク・シミュレータ30の重み値管理部34の重み値がこ
の入出力信号関係を実現することになるべく学習に入る
ことを指示する。Subsequently, the user activates the learning signal presenting device 40 by instructing to use the input signal in the registered input / output signal relationship as the learning presentation signal and the output signal associated with this as the learning teacher signal. At the same time, by starting the learning processing device 50 in correspondence with this starting process, the weight value of the weight value management unit 34 of the hierarchical network simulator 30 is set to start learning so as to realize this input / output signal relationship. Give instructions.
この起動指示に従い、階層ネットワーク・シミュレー
タ30はファジィ制御器に実装(あるいは実装予定)され
ている階層ネットワーク構造部20として動作して、提示
される学習提示信号をその重み値により規定されるデー
タ変換機能に従って変換して出力していくとともに、学
習処理装置50は、この階層ネットワーク・シミュレータ
30からの出力信号を受けて上述のバック・プロパゲーシ
ョン法に従って内部結合の重み値(重み値管理部34で管
理される)を更新し、学習信号提示装置40は、階層ネッ
トワーク・シミュレータ30からの出力信号が学習教師信
号と概略一致するまで、学習信号の提示を繰り返してい
く処理を行うことになる。この処理により、登録された
限界積演算の入出力信号関係を実現する階層ネットワー
ク構造部20の内部係合の重み値が階層ネットワーク・シ
ミュレータ30の重み値管理部34に格納されることにな
る。In accordance with this activation instruction, the hierarchical network simulator 30 operates as the hierarchical network structure unit 20 implemented (or scheduled to be implemented) in the fuzzy controller to convert the presented learning presentation signal into the data conversion specified by the weight value. The learning processing device 50 converts this according to the function and outputs it.
Upon receiving the output signal from 30, the internal connection weight value (managed by the weight value management unit 34) is updated according to the back propagation method described above, and the learning signal presentation device 40 receives the output from the hierarchical network simulator 30. The learning signal is repeatedly presented until the output signal substantially matches the learning teacher signal. By this processing, the weight value of the internal engagement of the hierarchical network structure unit 20 that realizes the registered input / output signal relationship of the marginal product operation is stored in the weight value management unit 34 of the hierarchical network simulator 30.
第9図に、第8図に示した入出力信号関係を学習信号
として用いて学習を実行した場合の学習データを図示す
る。ここで、第9図(a)は、学習回数が0回(すなわ
ち、学習開始時)における各学習提示信号の提示に対し
ての階層ネットワーク・シミュレータ30の出力信号デー
タ、第9図(b)は学習回数が500回における各学習提
示信号の提示に対しての階層ネットワーク・シミュレー
タ30の出力信号データ、第9図(c)は、学習回数が16
28回における各学習提示信号の提示に対しての階層ネッ
トワーク・シミュレータ30の出力信号データを表してい
る。ここで、この学習は、階層ネットワーク構造部20の
中間層が1段構成の10ユニットからなるもので行った。
また、学習の開始時には、各内部結合の重み値(閾値も
含む)の初期値として乱数発生手段により発生される乱
数値を割り付けた。この図では、例えば、第8図の学習
信号の「B09」の学習提示信号を階層ネットワーク・シ
ミュレータ30に与えたときに、学習回数が1628回のとき
には階層ネットワーク・シミュレータ30から“0.098"が
出力されたことを表している。ここで、この“0.098"に
括弧書きで対応付けられている“0.100"は「B09」の学
習教師信号である。FIG. 9 shows learning data when learning is executed using the input / output signal relationship shown in FIG. 8 as a learning signal. Here, FIG. 9 (a) is output signal data of the hierarchical network simulator 30 for presentation of each learning presentation signal when the number of times of learning is 0 (that is, at the start of learning), FIG. 9 (b). Is the output signal data of the hierarchical network simulator 30 for the presentation of each learning presentation signal when the learning frequency is 500 times, and the learning frequency is 16 in FIG. 9 (c).
The output signal data of the hierarchical network simulator 30 for each presentation of each learning presentation signal is shown. Here, this learning was performed when the intermediate layer of the hierarchical network structure unit 20 was composed of 10 units of one-stage structure.
Further, at the start of learning, a random number value generated by the random number generating means is assigned as an initial value of the weight value (including the threshold value) of each internal connection. In this figure, for example, when the learning presentation signal “B09” of the learning signal of FIG. 8 is given to the hierarchical network simulator 30, when the number of learning times is 1628, the hierarchical network simulator 30 outputs “0.098”. It means that it was done. Here, "0.100", which is associated with this "0.098" in parentheses, is the learning teacher signal of "B09".
第10図に、学習回数と階層ネットワーク・シミュレー
タ30のデータ処理機能の誤差をプロットしたものを図示
する。この図に示すように、学習回数が500回を越える
と、第8図の学習信号の提示に対して、階層ネットワー
ク・シミュレータ30は概略それに対応する学習教師信号
を出力することになる。そして、この状態になると、学
習信号にないものが提示されるときにあっても、限界積
演算の内容に近いそれらしい出力信号を出力するよう動
作することになる。FIG. 10 shows a plot of the number of learning times and the error of the data processing function of the hierarchical network simulator 30. As shown in this figure, when the number of learning times exceeds 500, in response to the presentation of the learning signal in FIG. 8, the hierarchical network simulator 30 outputs a learning teacher signal roughly corresponding thereto. Then, in this state, even when something not included in the learning signal is presented, an operation is performed so as to output an appropriate output signal close to the content of the marginal product calculation.
第11図に、学習回数が1628回のときにおける階層ネッ
トワーク構造部20の各内部結合に割り付けられる重み値
及び閾値(階層ネットワーク・シミュレータ30の重み値
管理部34で管理される)の学習値を図示する。ここで、
“−1.111794"は、入力層の第1ユニットと中間層の第
1ユニットとの間の内部結合の重み値、“−1.494546"
は、出力層のユニットと中間層の第1ユニットとの間の
内部結合の重み値、“0.156501"は、中間層の第1ユニ
ットの閾値、“3.352931"は出力層のユニットの閾値を
表している。FIG. 11 shows the learning value of the weight value and threshold value (managed by the weight value management unit 34 of the hierarchical network simulator 30) assigned to each internal connection of the hierarchical network structure unit 20 when the number of learning times is 1628. Illustrate. here,
“−1.111794” is the weight value of the internal coupling between the first unit of the input layer and the first unit of the intermediate layer, “−1.494546”
Is a weight value of the internal coupling between the unit of the output layer and the first unit of the intermediate layer, "0.156501" is the threshold value of the first unit of the intermediate layer, and "3.352931" is the threshold value of the unit of the output layer. There is.
第9図(c)及び第10図から分かるように、この第11
図に示す重み値及び閾値をファジィ制御器に実装されて
いる階層ネットワーク構造部20の内部状態値管理部21に
登録すれば、その階層ネットワーク構造部20により演算
処理を実行する前件部演算部17は、前件部真理値算出部
16により算出された真理値の限界積値を算出して出力す
るという前件部演算を実行することになる。As can be seen from FIG. 9 (c) and FIG.
If the weight value and the threshold value shown in the figure are registered in the internal state value management unit 21 of the hierarchical network structure unit 20 mounted in the fuzzy controller, the antecedent operation unit that executes the arithmetic processing by the hierarchical network structure unit 20. 17 is the antecedent part truth value calculation part
The antecedent operation of calculating and outputting the marginal product value of the truth value calculated by 16 is executed.
この前件部演算部17が実行する激烈積演算処理の実行
により、従来のファジィ制御器が用いる論理積演算の前
件部演算では適切な制御を実行できないことが起こるこ
とがある場合にあっても、より適切な制御を実行できる
ようにする途が与えられることになる。In some cases, due to the execution of the intense product arithmetic processing executed by the antecedent operation unit 17, it may not be possible to execute appropriate control in the antecedent operation of the AND operation used by the conventional fuzzy controller. Will also provide a way to enable more appropriate control.
一方、内部状態値管理部21に対して、第12図に示す論
理積演算の入出力関係を規定する学習信号により求めら
れた第13図の重み値及び閾値が登録されると、階層ネッ
トワーク構造部20からは、第12図の学習提示信号の入力
に対して、第14図に示すような入力信号の論理積値を与
える出力信号が出力されることになる。このように、本
発明では、ファジィ制御ルール中に記述される前件部演
算として限界積の演算機能を実現しつつ、単に内部状態
値管理部21の管理データを変更するだけでもって、従来
のファジィ制御器が備える論理積演算の前件部演算に戻
すことも可能となるのである。On the other hand, when the weight value and the threshold value of FIG. 13 obtained by the learning signal that defines the input / output relation of the logical product operation shown in FIG. The section 20 outputs an output signal giving a logical product value of the input signals as shown in FIG. 14 with respect to the input of the learning presentation signal of FIG. As described above, in the present invention, while realizing the arithmetic function of the marginal product as the antecedent operation described in the fuzzy control rule, by simply changing the management data of the internal state value management unit 21, It is also possible to return to the antecedent operation of the logical product operation provided in the fuzzy controller.
図示実施例について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではない。例えば、実施例では2入力の前件
部演算部17に対しての適用例で説明したが、2入力に限
られることなく更に多入力のものに対してもそのまま適
用できる。また、基本ユニット1の演算処理は、閾値変
換処理に限られるものでない。また、本出願人は、先に
出願の「特願昭63−227825号(昭和63年9月12日出願、
“ネットワーク構成データ処理装置の学習処理方
式”)」で、バック・プロパゲーション法の改良を図っ
てより短時間で重み値の学習処理を実現できるようにす
る発明を開示したが、本発明はこのような改良されたバ
ック・プロパゲーション法やバック・プロパゲーション
法以外の別の重み値の学習方式も利用することができ
る。そして、シミュレータ等を利用することなく、ファ
ジィ制御器に実装する階層ネットワーク構造部20そのも
のを利用して、重み値及び閾値の学習を行うようにする
のであってもよいのである。Although the illustrated embodiment has been described, the present invention is not limited to this. For example, in the embodiment, the application example to the antecedent operation unit 17 having two inputs has been described, but the present invention is not limited to two inputs and can be applied to a multi-input one as it is. The arithmetic processing of the basic unit 1 is not limited to the threshold conversion processing. Further, the applicant of the present invention has previously filed “Japanese Patent Application No. 63-227825 (filed on September 12, 1988,
In "Learning processing system of network configuration data processing device"), an invention is disclosed in which the learning process of weight values can be realized in a shorter time by improving the back propagation method. The improved back propagation method or another weight value learning method other than the back propagation method can be used. The weight value and the threshold value may be learned using the hierarchical network structure unit 20 itself installed in the fuzzy controller without using a simulator or the like.
以上説明したように、本発明によれば、ファジィ制御
ルールの前件部演算として限界積の演算機能を実現しつ
つ、従来から使用されている論理積演算への変更も容易
に可能となるファジィ制御器を構築できるようになるこ
とから、より制御対象に適合したファジィ制御器を構成
することができるとともに、従来のファジィ制御器とし
て動作させる必要がある場合に対しても容易に対応でき
ることになる。As described above, according to the present invention, the fuzzy control operation can be easily changed to the conventional AND operation while realizing the operation function of the marginal product as the antecedent operation of the fuzzy control rule. Since it becomes possible to construct a controller, it is possible to configure a fuzzy controller that is more suitable for the controlled object, and it is possible to easily deal with the case where it is necessary to operate as a conventional fuzzy controller. .
第1図は本発明の原理構成図、 第2図は本発明の一実施例、 第3図は基本ユニットの基本構成図、 第4図は階層ネットワーク構造部の基本構成図、 第5図は基本ユニットの一実施例、 第6図は階層ネットワーク構造部の一実施例、 第7図は本発明が使用する学習システムの説明図、 第8図は生成する学習信号の説明図、 第9図及び第10図は学習データの説明図、 第11図は重み値及び閾値の学習データの説明図、 第12図は論理積演算を割り付けるときに生成する学習信
号の説明図、 第13図は論理積演算の重み値及び閾値の学習データの説
明図、 第14図は論理積演算機能として動作させるときの出力デ
ータの説明図である。 図中、1は基本ユニット、1′は入力ユニット、10はフ
ァジィ制御器、16は前件部真理値算出部、17は前件部演
算部、18は後件部演算部、20は階層ネットワーク構造
部、21は内部状態値管理部、30は階層ネットワーク・シ
ミュレータ、40は学習信号提示装置、50は学習処理装置
である。1 is a block diagram of the principle of the present invention, FIG. 2 is an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a block diagram of a basic unit, FIG. 4 is a block diagram of a hierarchical network structure unit, and FIG. An example of a basic unit, FIG. 6 is an example of a hierarchical network structure part, FIG. 7 is an explanatory diagram of a learning system used by the present invention, FIG. 8 is an explanatory diagram of a learning signal to be generated, and FIG. And FIG. 10 is an explanatory diagram of learning data, FIG. 11 is an explanatory diagram of learning data of weight values and thresholds, FIG. 12 is an explanatory diagram of a learning signal generated when assigning a logical product operation, and FIG. 13 is a logical diagram. FIG. 14 is an explanatory diagram of the learning data of the weight value and the threshold value of the product calculation, and FIG. 14 is an explanatory diagram of the output data when operating as the logical product calculation function. In the figure, 1 is a basic unit, 1'is an input unit, 10 is a fuzzy controller, 16 is an antecedent part truth value calculation part, 17 is an antecedent part calculation part, 18 is an antecedent part calculation part, and 20 is a hierarchical network. A structure unit, 21 is an internal state value management unit, 30 is a hierarchical network simulator, 40 is a learning signal presentation device, and 50 is a learning processing device.
フロントページの続き (72)発明者 川村 旭 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 益岡 竜介 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 浅川 和雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 松岡 成典 東京都日野市富士町1番地 富士ファコ ム制御株式会社内 (72)発明者 岡田 浩之 東京都日野市富士町1番地 富士ファコ ム制御株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−292602(JP,A) 特開 平3−134704(JP,A) 特開 平3−222003(JP,A) 国際公開89/11684(WO,A) 菅野「ファジイ制御」(昭63.5. 30)日刊工業新聞社 寺野ら「応用ファジイシステム入門」 (平1.9.20)オーム社Front page continuation (72) Inventor Asahi Kawamura 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited (72) Inventor Ryusuke Masuoka 1015, Kamedotachu, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture (72) Invention Kazuo Asakawa 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited (72) Inventor Shigenori Matsuoka, No. 1, Fujimachi, Hino City, Tokyo Fuji Facom Control Co., Ltd. (72) Hiroyuki Okada, Tokyo Hino City, Tokyo Fuji Town No. 1 within Fuji Facom Control Co., Ltd. (56) Reference JP-A-2-292602 (JP, A) JP-A-3-134704 (JP, A) JP-A-3-222003 (JP, A) International Published 89/11684 (WO, A) Kanno "Fuzzy control" (Sho 63.5.30) Nikkan Kogyo Shimbun Terano et al. "Introduction to applied fuzzy system" (Head 1.9.20) Ohmsha
Claims (1)
れる制御状態量についてのメンバーシップ関数値を算出
する前件部真理値算出部(16)と、該前件部真理値算出
部(16)の算出値に論理演算を施して出力値を得る前件
部演算部(17)と、該前件部演算部(17)の出力する同
一の後件部を持つファジィ制御ルールについての出力値
に論理演算を施して出力値を得る後件部演算部(18)
と、該前件部演算部(17)の出力する同一の後件部を持
たないファジィ制御ルールについての出力値と、該後件
部演算部(18)の出力する出力値と、制御操作量につい
てのメンバーシップ関数値とから制御操作量を算出する
推論値算出部(19)とを備えるファジィ制御器におい
て、 上記前件部演算部(17)が、 入力信号値を分配する入力ユニット(1′)と、前段層
からの1つ又は複数の入力と該入力に対して乗算される
べき内部状態値とを受け取って積和値を得るとともに、
該積和値を関数変換することで出力を得る基本ユニット
(1)とを構成単位として、 複数の上記入力ユニット(1′−h)を入力層とし、か
つ1つ又は複数の上記基本ユニット(1−i)を中間層
として1つ又は複数段の中間層を備え、かつ1つの上記
基本ユニット(1−j)を出力層とし、 入力層と最前段の中間層との間、中間層相互間及び最終
段の中間層と出力層との間で内部結合する階層ネットワ
ーク構造部(20)と、 上記階層ネットワーク構造部(20)の参照する内部状態
値を管理する領域として外部からアクセス可能となる形
態で用意されて、上記階層ネットワーク構造部(20)が
入力信号値の限界積値を出力するよう動作する内部状態
値を管理する内部状態値管理部(21)とを備えること
を、 特徴とするファジィ制御器。Claim: What is claimed is: 1. An antecedent part truth value calculating part (16) for calculating a membership function value for an input control state quantity in units of fuzzy control rules, and an antecedent part truth value calculating part (16). To the output value for the fuzzy control rule having the same consequent part output from the antecedent part arithmetic part (17), which performs the logical operation on the calculated value of Consequent operation part (18) that performs logical operation and obtains output value
And an output value for the fuzzy control rule that does not have the same consequent part output from the antecedent part computing part (17), an output value output from the consequent part computing part (18), and a control operation amount. In the fuzzy controller including the inference value calculation unit (19) that calculates the control operation amount from the membership function value for the input unit (1), the antecedent operation unit (17) distributes the input signal value. ′), One or more inputs from the previous layer and an internal state value to be multiplied with respect to the inputs to obtain a sum of products value,
A basic unit (1) that obtains an output by function-transforming the sum of products is used as a structural unit, a plurality of the input units (1′-h) are used as an input layer, and one or a plurality of the basic units ( 1-i) as an intermediate layer, one or more intermediate layers are provided, and one of the basic units (1-j) is used as an output layer, and an intermediate layer between the input layer and the frontmost intermediate layer is provided. The hierarchical network structure part (20) that is internally connected between the intermediate layer and the output layer and the intermediate layer at the final stage, and the area that manages the internal state value referenced by the hierarchical network structure part (20) can be accessed from the outside. And an internal state value management unit (21) that manages an internal state value that operates so that the hierarchical network structure unit (20) outputs a marginal product value of input signal values. And fuzzy controller.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2071166A JP2559879B2 (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Fuzzy controller |
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JP2071166A JP2559879B2 (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Fuzzy controller |
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Family Applications (1)
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1990
- 1990-03-20 JP JP2071166A patent/JP2559879B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
Title |
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寺野ら「応用ファジイシステム入門」(平1.9.20)オーム社 |
菅野「ファジイ制御」(昭63.5.30)日刊工業新聞社 |
Also Published As
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