JP5038882B2 - Fuzzy inference control apparatus, plant system, and fuzzy control method - Google Patents

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Description

本発明は、ファジィ推論制御装置、プラントシステム、および、ファジィ制御方法に関するものである。 The present invention relates to a fuzzy inference control device, a plant system, and a fuzzy control method.

圧延機(ロール機)は、金属素材などの圧延板材を、回転する圧延ロールの間に通すことにより、圧延板材を加工する。圧延板材の加工結果は、圧延ロールの表面の形状または状態に影響される。そこで、圧延機のノズルは、クーラント(coolant:冷却媒体)を圧延ロールに噴射することにより、圧延時の圧延ロールの表面の形状または状態を変化させる。ノズルに接続された圧延機のアクチュエータは、クーラントの流量を制御する。   A rolling mill (rolling machine) processes a rolled sheet by passing a rolled sheet such as a metal material between rotating rolls. The processing result of the rolled sheet material is affected by the shape or state of the surface of the rolling roll. Therefore, the nozzle of the rolling mill changes the shape or state of the surface of the rolling roll during rolling by injecting a coolant (cooling medium) onto the rolling roll. The rolling mill actuator connected to the nozzle controls the coolant flow rate.

冷間圧延機の形状制御を決定するためのクーラントの流量を制御する手法として、特許文献1と特許文献2に示されるように、ファジィ制御(Fuzzy Control)が適用されている。ファジィ制御を適用した形状制御は、形状検出器からの形状偏差絶対値、形状時間偏差、形状位置偏差をメンバーシップ関数(Membership function)を用いて、定性的な概念に変換し、ファジィ推論(Fuzzy Inference)を実行している。制御ルールやメンバーシップ関数は、圧延機の機械的特性、熟練者の制御操作方法等をもとに、技術者が決めている。そのため、常識的な制御ルールやメンバーシップ関数となっている。   As a technique for controlling the coolant flow rate for determining the shape control of the cold rolling mill, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, fuzzy control is applied. Shape control using fuzzy control converts the absolute value of shape deviation, shape time deviation, and shape position deviation from the shape detector into a qualitative concept using a membership function, and fuzzy inference (Fuzzy inference) Running Inference). Control rules and membership functions are determined by engineers based on the mechanical characteristics of the rolling mill, the control operation method of skilled workers, and the like. Therefore, it is a common-sense control rule and membership function.

ところが、実際の圧延現象は、被圧延材の板厚、板幅、鋼の種類の他に、圧延速度、圧延油の種類、温度、圧延ロールの状態等により変化するので、同一の制御ルールやメンバーシップ関数を用いると、応答速度や制御精度の点で不都合が生じてくる。   However, the actual rolling phenomenon changes depending on the rolling speed, the type of rolling oil, the temperature, the state of the rolling roll, etc. in addition to the thickness, width, and steel type of the material to be rolled. Use of the membership function causes inconvenience in terms of response speed and control accuracy.

この課題を解決するため、特許文献3のように制御ルールやメンバーシップ関数を遺伝子表現し、遺伝的アルゴリズム(GA:Genetic Algorithm)を適用するとともに、得られる子世代の遺伝子についてその遺伝子から展開して得たルールを用いてファジィ推論を実施する自動チューニング手段が考えられている。
特許2515028号明細書 特許2548818号明細書 特開2000−339168号公報
In order to solve this problem, gene expression of control rules and membership functions is applied as in Patent Document 3, and a genetic algorithm (GA) is applied, and the gene of the child generation obtained is expanded from that gene. An automatic tuning means that performs fuzzy inference using the rules obtained in this way is considered.
Japanese Patent No. 2515028 Japanese Patent No. 2548818 JP 2000-339168 A

前記従来技術においては、制御精度の向上、調整期間の短縮化が問題となっている。つまり、従来技術により、制御ルール、メンバーシップ関数を自動チューニングすると、全ての最適化対象に対してのGA演算が必要となり、無駄な演算(重複)が発生したり、制御ルールの修正が矛盾したりする。以下、圧延機の形状制御を例に説明する。   In the prior art, improvement of control accuracy and shortening of the adjustment period are problems. In other words, if the control rules and membership functions are automatically tuned using the conventional technology, GA computations are required for all optimization targets, resulting in unnecessary computations (duplication) and inconsistent control rule modifications. Or Hereinafter, the shape control of the rolling mill will be described as an example.

図16は、形状検出器のゾーン毎に対応した複数のクーラントノズル毎にファジィ推論を行う一般的概念を示す説明図である。   FIG. 16 is an explanatory diagram showing a general concept for performing fuzzy inference for each of a plurality of coolant nozzles corresponding to each zone of the shape detector.

形状検出器は、圧延板材の板幅をゾーン毎に検出する。形状検出器はセンサで区切られている。各センサをChannel(以下、chと略す)で区別する。形状検出器が検出した各パラメータをもとに、ファジィ制御の制御量が計算される。そして、圧延板材の状態は、ファジィ制御の結果により変化し、形状検出器がその変化した各パラメータを再び検出する。   The shape detector detects the plate width of the rolled plate material for each zone. The shape detector is delimited by sensors. Each sensor is distinguished by Channel (hereinafter abbreviated as ch). Based on each parameter detected by the shape detector, a control amount of fuzzy control is calculated. And the state of a rolled sheet material changes with the result of fuzzy control, and a shape detector detects each changed parameter again.

圧延機の形状制御を例にとると、形状制御装置には圧延ロールの長さ方向に並べて配置され圧延ロールの表面の形状を制御するためにロール冷却媒体を噴射する複数の冷却媒体噴射ノズルがある。その複数のノズルはそれぞれアクチュエータにより制御される。このアクチュエータは、入力された制御量の数値をノズルの制御量に変換する。よって、アクチュエータに入力する制御量を計算する必要がある。   Taking the shape control of a rolling mill as an example, the shape control device includes a plurality of cooling medium injection nozzles arranged side by side in the length direction of the rolling roll and injecting a roll cooling medium to control the shape of the surface of the rolling roll. is there. Each of the plurality of nozzles is controlled by an actuator. This actuator converts the numerical value of the input control amount into a nozzle control amount. Therefore, it is necessary to calculate the control amount input to the actuator.

ファジィ制御の制御量は、制御機器(クーラントを噴出するノズル)を動作させるためのアクチュエータごとに、ファジィ推論の結果として計算される。アクチュエータは複数存在し、各アクチュエータはChannel(以下、chと略す)により他のアクチュエータと区別される。ファジィ制御(i)の「(i)」は各冷却媒体噴射ノズル数に対応するワークロールの長さ方向の位置を表わすインデックスである。   A control amount of fuzzy control is calculated as a result of fuzzy inference for each actuator for operating a control device (a nozzle that ejects coolant). There are a plurality of actuators, and each actuator is distinguished from other actuators by Channel (hereinafter abbreviated as ch). “(I)” in the fuzzy control (i) is an index representing the position in the length direction of the work roll corresponding to the number of cooling medium spray nozzles.

ここで、各chからファジィ制御を行うため、n個の異なる空間を持つ制御ルールを要する。各chからの制御ルールを最適化すると、n回最適化する必要があり、重複する部分(空間)は何度も最適化され、制御ルールの修正が矛盾したりする問題がある。例えば、1chの制御ルールを最適化した後、2chの制御ルールを最適化する場合、1chと2chの制御ルールが重複したら、最適化した制御ルールをまた最適化する矛盾が発生する。なお、特許文献1は、制御ルールベース6の全ての空間を見ている。特許文献3には、制御対象が一つであるため、制御ルールベース6の空間は一つしか存在しない。   Here, since fuzzy control is performed from each channel, a control rule having n different spaces is required. When the control rule from each channel is optimized, it is necessary to optimize n times, and the overlapping portion (space) is optimized many times, and there is a problem that the correction of the control rule is inconsistent. For example, when optimizing a 1ch control rule and then optimizing a 2ch control rule, if the 1ch and 2ch control rules overlap, a contradiction occurs in optimizing the optimized control rule again. Note that Patent Document 1 looks at the entire space of the control rule base 6. In Patent Document 3, since there is only one control object, there is only one space for the control rule base 6.

図17は、各制御ルールに対して遺伝子を生成し、最適化する方法を示す説明図である。複数のノズルにより制御された結果、形状検出器(図16)が検出したそれぞれのchごとの板幅(ゾーン)に対して、制御ルールベース6から最適化対象ルールとして抽出した複数の制御ルール(図中の黒マス)を用いて制御するため、各制御ルールに対して遺伝子を生成し、chごとに最適化する。最適化した結果、ファジィ制御の制御量の度合いを示す「NB,NS,ZO、PS,PB」などの定性的表現(ファジィな表現)が、適宜変更される。NBなどの定性的表現の略語の意味については、後記する表1において説明する。   FIG. 17 is an explanatory diagram showing a method for generating and optimizing genes for each control rule. As a result of being controlled by a plurality of nozzles, a plurality of control rules (optimization target rules) extracted from the control rule base 6 with respect to the plate width (zone) for each ch detected by the shape detector (FIG. 16) ( In order to control using black squares in the figure, a gene is generated for each control rule and optimized for each channel. As a result of optimization, qualitative expressions (fuzzy expressions) such as “NB, NS, ZO, PS, PB” indicating the degree of control amount of fuzzy control are appropriately changed. The meaning of abbreviations for qualitative expressions such as NB will be described in Table 1 below.

なお、制御ルールベース6は、格子状に図示しているが、この格子は図2において後記する2次元のマトリクスを縮小して、簡略化したものである。この格子マスの各白マスは、制御に使用されない制御ルール(後件部のみ)を示す。格子マスの黒マスの集合は、制御に使用される制御ルール(後件部のみ)の集合である制御ルール空間を示す。   The control rule base 6 is illustrated in a lattice shape, but this lattice is a simplified version of the two-dimensional matrix described later in FIG. Each white cell of this lattice cell indicates a control rule (only the consequent part) that is not used for control. The set of grid cells of black cells indicates a control rule space which is a set of control rules (only the consequent part) used for control.

そこで、この発明の目的とするところは、制御ルールをもとにファジィ制御を行うプラントシステムにおいて、制御精度の向上、および、制御ルールの調整期間の短縮化をすることにある。   Accordingly, an object of the present invention is to improve control accuracy and shorten a control rule adjustment period in a plant system that performs fuzzy control based on a control rule.

前記課題を解決するため、本発明は、複数の制御対象プラントと、制御対象である各プラントの状態と、その各プラントの状態に応じた各プラントの制御内容と、の組み合わせを、定性的な表現で示す1組の制御ルールに基づいて、前記複数のプラントをそれぞれファジィ制御する複数のファジィ制御装置を持つファジィ推論制御装置であって、
前記制御ルールを記憶する制御ルールベースと、
前記制御ルールベースと、前記複数のプラントの状態からファジィ制御装置で使用される制御ルールの組み合わせである制御ルール空間を決定する制御ルール空間決定機構と、
制御前後における状態量変化から制御により状態量が悪化した悪化制御ルール空間を決定する悪化制御ルール空間決定機構と、
前記悪化制御ルール空間決定機構が決定した悪化制御ルール空間から、プラントに対する制御ルールを示す1本の遺伝子を作成し、制御ルールを絞り込む制御ルール抽出機構と、
前記制御ルール抽出機構が絞り込んだ制御ルールに基づいて前記各プラントを制御した制御結果を、所定の評価関数で評価する評価機構と、
前記評価機構の評価結果に基づいて、前記各プラントの制御中に、前記制御ルール抽出機構が作成した遺伝子を遺伝的アルゴリズムにより最適化する遺伝的操作機構と、を有することを特徴とする。
その他の手段は、後記する。
To solve the above problems, the present invention includes a plurality of control target plant, and the state of each plant that is a control object, the control content of each plant according to the state of the each plant, a combination of qualitative A fuzzy inference control device having a plurality of fuzzy control devices for fuzzy control of each of the plurality of plants based on a set of control rules expressed in simple expressions,
A control rule base for storing the control rules;
A control rule space determining mechanism that determines a control rule space that is a combination of control rules used in a fuzzy control device from the state of the plurality of plants, and the control rule base ;
A deterioration control rule space determining mechanism for determining a deterioration control rule space in which the state quantity has deteriorated due to control from the state quantity change before and after control;
From deteriorating control rules space where the deterioration control rule space determining mechanism has determined, the control rule extracted mechanism to create a single gene showing the control rules for the plant, Filter control rule,
An evaluation mechanism for evaluating a control result obtained by controlling each plant based on the control rules narrowed down by the control rule extraction mechanism, using a predetermined evaluation function;
And a genetic operation mechanism for optimizing a gene created by the control rule extraction mechanism by a genetic algorithm during control of each plant based on the evaluation result of the evaluation mechanism.
Other means will be described later.

本発明によれば、制御ルールをもとにファジィ制御を行うプラントシステムにおいて、制御精度の向上、および、制御ルールの調整期間の短縮化をすることができる。   According to the present invention, in a plant system that performs fuzzy control based on a control rule, it is possible to improve control accuracy and shorten a control rule adjustment period.

以下に、本発明が適用されるクーラント制御システムの一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の実施形態のように、ファジィ制御が導入されているクーラント制御において、制御ルールを遺伝的操作により最適化して行くことが可能である。   Hereinafter, an embodiment of a coolant control system to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. As in the following embodiment, in coolant control in which fuzzy control is introduced, it is possible to optimize control rules by genetic operations.

図1は、本実施形態によるファジィ制御の制御ルールの最適化機構を備えたクーラント制御システムを示すブロック図である。クーラント制御システムは、ファジィ推論制御装置1が制御対象(圧延現象)12を制御すると、その結果が制御対象の状態量15に反映されるシステムである。ファジィ推論制御装置1の動作は、モード切替機構16により決定される。   FIG. 1 is a block diagram showing a coolant control system provided with a fuzzy control control rule optimization mechanism according to the present embodiment. The coolant control system is a system in which when the fuzzy inference control device 1 controls the control target (rolling phenomenon) 12, the result is reflected in the state quantity 15 of the control target. The operation of the fuzzy inference control device 1 is determined by the mode switching mechanism 16.

ファジィ推論制御装置1は、ファジィ制御装置13とバルブON/OFFパターン決定機構14とからなる。ファジィ推論制御装置1は、演算処理を行う際に用いられる記憶手段としてのメモリと、前記演算処理を行う演算処理装置とを少なくとも備えるコンピュータとして構成される。なお、メモリは、RAM(Random Access Memory)などにより構成される。演算処理は、CPU(Central Processing Unit)によって構成される演算処理装置が、メモリ上のプログラムを実行することで、実現される。   The fuzzy inference control device 1 includes a fuzzy control device 13 and a valve ON / OFF pattern determination mechanism 14. The fuzzy inference control device 1 is configured as a computer including at least a memory serving as storage means used when performing arithmetic processing and an arithmetic processing device that performs the arithmetic processing. The memory is constituted by a RAM (Random Access Memory) or the like. Arithmetic processing is realized by an arithmetic processing unit configured by a CPU (Central Processing Unit) executing a program on a memory.

ファジィ推論制御装置1は、制御ルール空間決定機構7と、制御ルール抽出機構8と、制御ルール評価機構9と、遺伝的操作機構10と、悪化制御ルール空間決定機構11と、ファジィ制御装置13と、バルブON/OFFパターン決定機構14と、を有する。ファジィ制御装置13は、クラス分け機構2と、推論機構3と、評価機構4と、制御ルールベース6と、を有する。クラス分け機構2は、メンバーシップ関数5を用いる。   The fuzzy inference control device 1 includes a control rule space determination mechanism 7, a control rule extraction mechanism 8, a control rule evaluation mechanism 9, a genetic operation mechanism 10, a deterioration control rule space determination mechanism 11, a fuzzy control device 13, And a valve ON / OFF pattern determination mechanism 14. The fuzzy control device 13 includes a classification mechanism 2, an inference mechanism 3, an evaluation mechanism 4, and a control rule base 6. The classification mechanism 2 uses a membership function 5.

クラス分け機構2は、制御対象の状態量15をメンバーシップ関数5を用いてクラス分けし、定性的な概念に変換し、確信度を計算する。クラス分け機構2が入力を受け付ける制御対象の状態量15は、(i−1)ch、(i)ch、(i+1)chなど、chごとに規定される。   The classification mechanism 2 classifies the state quantity 15 to be controlled using the membership function 5, converts it into a qualitative concept, and calculates a certainty factor. The state quantity 15 to be controlled that the classification mechanism 2 receives input is defined for each ch, such as (i-1) ch, (i) ch, (i + 1) ch.

推論機構3は、制御ルールベース6を参照し、クラス分けされた定性的な概念を用いてファジィ推論を行う。具体的には、推論機構3は、クラス分け機構2により計算された確信度を用いて適用する制御ルールを判別し、制御ルールベース6から抽出し、「IF−THEN」ルールを作成し、ファジィ推論を行う。   The inference mechanism 3 refers to the control rule base 6 and performs fuzzy inference using categorized qualitative concepts. Specifically, the inference mechanism 3 discriminates a control rule to be applied using the certainty factor calculated by the classification mechanism 2, extracts it from the control rule base 6, creates an “IF-THEN” rule, and creates a fuzzy Make inferences.

評価機構4は、推論機構3のファジィ推論結果を定量化する。具体的には、評価機構4は、Δα(i)を算出し、α(i)を計算する。なお、(i)は各冷却媒体噴射ノズル数に対応するワークロールの長さ方向の位置を表わすインデックスである。   The evaluation mechanism 4 quantifies the fuzzy inference result of the inference mechanism 3. Specifically, the evaluation mechanism 4 calculates Δα (i) and calculates α (i). Note that (i) is an index representing the position in the length direction of the work roll corresponding to the number of cooling medium spray nozzles.

図2は、現状の制御ルールベース6を示す。制御ルールベース6は、制御ルールをマトリクス(表)形式で示すものである。各マトリクスは、以下の(1)〜(3)に示す3つの評価指数に対応する。これらの評価指数は、図16に示す形状検出器が、各chごとにセンサで検出するパラメータである。
(1)制御偏差A(i)は、目標形状との偏差である。マトリクスの行要素(ANB〜APB)に対応する。
(2)形状変化率B(i)は、目標形状との偏差を時間に対して微分したものである。マトリクスの列要素(BNB〜BPB)に対応する。
(3)局部伸び評価指数C(i)は、目標形状との偏差を板幅(空間)に対して微分したものである。3つの各マトリクス(C=CF,CS,CB)に対応する。
FIG. 2 shows the current control rule base 6. The control rule base 6 shows control rules in a matrix (table) format. Each matrix corresponds to three evaluation indexes shown in the following (1) to (3). These evaluation indices are parameters detected by the sensor for each channel by the shape detector shown in FIG.
(1) The control deviation A (i) is a deviation from the target shape. Corresponds to the matrix row elements (ANB to APB).
(2) The shape change rate B (i) is obtained by differentiating the deviation from the target shape with respect to time. This corresponds to the matrix column elements (BNB to BPB).
(3) The local elongation evaluation index C (i) is obtained by differentiating the deviation from the target shape with respect to the plate width (space). It corresponds to each of the three matrices (C = CF, CS, CB).

Figure 0005038882
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表1は、各マトリクスに表記されている略語の意味を示す。   Table 1 shows the meaning of the abbreviations written in each matrix.

Figure 0005038882
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(式1)は、3つの評価指数の計算式を示す。   (Formula 1) shows calculation formulas of three evaluation indexes.

以下、ファジィ制御に関する用語を定義する。
・制御ルールは、特許文献1の「推論ルール」と同等である。つまり、制御ルールは、前件部(IF〜)と後件部(Then〜)との組により、表現される。つまり、前件部を満たすときに、後件部が実施される制御内容となる。前件部は、前件部変数A(i)、B(i)、C(i)を用いて、表現される。後件部(Then〜)は、GAにより最適化する部分であり、出力量(NB、NS、ZO、PS、PB)として表現される。
・制御ルールベース6は、制御ルールの前件部変数A(i)、B(i)、C(i)を用いて後件部(出力量:NB、NS、ZO、PS、PB)を配列したものである。
・制御ルール空間は、図2に示す前件部変数C(i)ごとの三つのマトリクスを重ねて、3次元で表わしたものである。
Hereinafter, terms related to fuzzy control are defined.
The control rule is equivalent to the “inference rule” of Patent Document 1. That is, the control rule is expressed by a set of an antecedent part (IF˜) and a consequent part (Then˜). That is, when the antecedent part is satisfied, the control content is implemented by the consequent part. The antecedent part is expressed using the antecedent part variables A (i), B (i), and C (i). The consequent part (Then ~) is a part that is optimized by GA, and is expressed as an output amount (NB, NS, ZO, PS, PB).
The control rule base 6 arranges the consequent part (output amount: NB, NS, ZO, PS, PB) using the antecedent part variables A (i), B (i), and C (i) of the control rule. It is a thing.
The control rule space is a three-dimensional representation of the three matrices for each antecedent variable C (i) shown in FIG.

図3は、制御ルールベース6からの座標の読み方を示す説明図である。制御対象の状態量15に対してメンバーシップ関数5を用いてクラス分けし、確信度を計算すると、各ノズルに対して属する制御ルールが判る。その制御ルールの座標を読み込んで、座標順に配列しつつ1本の遺伝子を作成する。重複する制御ルールの座標は上書きする。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing how to read the coordinates from the control rule base 6. When the state quantity 15 to be controlled is classified using the membership function 5 and the certainty factor is calculated, the control rule belonging to each nozzle can be determined. The coordinates of the control rule are read, and one gene is created while arranging them in the coordinate order. Overwrite the coordinates of overlapping control rules.

図3の行成分(A〜A)は、図2の行成分(ANB〜APB)に対応する。例えば、行成分Aは、ANBである。
図3の列成分(B〜B)は、図2の列成分(BNB〜BPB)に対応する。例えば、行成分Bは、BNBである。
図3の三つのマトリクス(C〜C)は、図2の三つのマトリクス(C=CF,CS,CB)に対応する。例えば、マトリクス「C」は、マトリクス「C=CF」である。また、マトリクス「C」の斜線矩形部分は、使用する制御ルールを示し、この制御ルールを抽出することで、「RULE(C,B,A)」形式の制御ルールを表現できる。
The row components (A 1 to A 5 ) in FIG. 3 correspond to the row components (ANB to APB) in FIG. For example, the row component A 1 is ANB.
The column components (B 1 to B 5 ) in FIG. 3 correspond to the column components (BNB to BPB) in FIG. For example, the row component B 1 represents a BNB.
The three matrices (C 1 to C 3 ) in FIG. 3 correspond to the three matrices (C = CF, CS, CB) in FIG. For example, the matrix “C 1 ” is the matrix “C = CF”. A hatched rectangular portion of the matrix “C 1 ” indicates a control rule to be used. By extracting this control rule, a control rule of the “RULE (C i , B j , A k )” format can be expressed.

以下、GAに関する用語を定義する。GAは、制御ルールを最適化する用途で用いられる。
・個体は、図3のように、相当する部分の後件部をまとめた遺伝子である。つまり、図1の制御ルール空間決定機構7から決定された部分(空間)をまとめたものである。
・遺伝子を構成する染色体は、制御ルールベース6の後件部(出力量:NB、NS、ZO、PS、PB)一つである。例えば、図1の制御ルール空間決定機構7から決定された部分(空間)がCF、BNS〜BZO、ANS〜AZOで有れば、図2により遺伝子はNS(CF、BNS、ANS)、NS(CF、BZO、ANS)、NS(CF、BNS、AZO)、ZO(CF、BZO、AZO)である。
・遺伝子の適応度(fitness)は、学習モードと最適化モードの切り替えにより、制御ルール空間に対する適応度(ΔS)と個体に対する適応度(ΔJ)に分けている。制御ルール空間に対する適応度(ΔS)は、目標形状と板形状との差を面積に変換したものであり、単位は「I−unit」である。個体に対する適応度(ΔJ)は、制御偏差Ai、形状変化率Bi、局部伸び評価指数Ciを用いて計算したものであり、単位は「I−unit」である。
Hereinafter, terms related to GA are defined. GA is used for the purpose of optimizing control rules.
An individual is a gene in which the consequent parts of corresponding parts are collected as shown in FIG. That is, the parts (spaces) determined from the control rule space determination mechanism 7 in FIG. 1 are collected.
-The chromosome which comprises a gene is one consequent part (output amount: NB, NS, ZO, PS, PB) of the control rule base 6. For example, if the part (space) determined from the control rule space determination mechanism 7 of FIG. 1 is CF, BNS to BZO, ANS to AZO, the gene is NS (CF, BNS, ANS), NS ( CF, BZO, ANS), NS (CF, BNS, AZO), ZO (CF, BZO, AZO).
The gene fitness is divided into fitness (ΔS) for the control rule space and fitness (ΔJ) for the individual by switching between the learning mode and the optimization mode. The fitness (ΔS) for the control rule space is obtained by converting the difference between the target shape and the plate shape into an area, and the unit is “I-unit”. The fitness (ΔJ) for an individual is calculated using the control deviation Ai, the shape change rate Bi, and the local elongation evaluation index Ci, and the unit is “I-unit”.

図1の制御ルール空間決定機構7は、クラス分け機構2によりクラス分けされた定性的な概念を用いて、ファジィ制御装置13の制御ルールベース6から、制御において使用される可能性の有る制御ルール空間を決定する。つまり、制御ルール空間決定機構7は、推論機構3が推論を行う間、クラス分け機構2により計算された確信度を用いて制御において使用される可能性の有る制御ルールを判別、制御ルールベース6から範囲を決定し、制御ルール空間を決める。   The control rule space determination mechanism 7 in FIG. 1 uses the qualitative concept classified by the classification mechanism 2 to control rules that may be used in control from the control rule base 6 of the fuzzy control device 13. Determine the space. That is, the control rule space determination mechanism 7 discriminates a control rule that may be used in the control using the certainty factor calculated by the classification mechanism 2 while the inference mechanism 3 performs the inference, and the control rule base 6 The range is determined from the above, and the control rule space is determined.

制御ルール抽出機構8は、悪化制御ルール空間決定機構11が決定した悪化制御ルール空間から制御ルールを抽出して1本の遺伝子を作成し、その作成した遺伝子を最適化対象にする。制御ルール抽出機構8は、サンプリング毎に最適化対象である遺伝子と重複する制御ルール部分を選択して、その制御ルールのみランダムで変更する。   The control rule extraction mechanism 8 extracts a control rule from the deterioration control rule space determined by the deterioration control rule space determination mechanism 11 to create one gene, and sets the generated gene as an optimization target. The control rule extraction mechanism 8 selects a control rule part that overlaps with the gene to be optimized every sampling, and changes only the control rule at random.

制御ルール評価機構9は、適用される制御ルール空間に対して評価し、制御ルール抽出機構8が抽出した制御ルールと生成した制御ルールに対して評価関数を用いて適合度を計算する。制御ルール評価機構9は、学習モードの際には評価関数ΔSを用いて制御ルール空間を評価する。制御ルール評価機構9は、最適化モードの際には、制御ルールを抽出して作成した遺伝子に対して評価関数ΔJと実績データ(制御対象の状態量15)を用いて適合度を計算する。なお、遺伝子に対して評価する前に、母集団のメンバーであり、制御ルールを持つ遺伝子である個体を制御ルールベース6に更新する。   The control rule evaluation mechanism 9 evaluates the control rule space to be applied, and calculates the fitness using the evaluation function for the control rule extracted by the control rule extraction mechanism 8 and the generated control rule. The control rule evaluation mechanism 9 evaluates the control rule space using the evaluation function ΔS in the learning mode. In the optimization mode, the control rule evaluation mechanism 9 calculates the fitness of the gene created by extracting the control rule using the evaluation function ΔJ and the actual data (state quantity 15 to be controlled). Note that an individual that is a member of a population and a gene having a control rule is updated to the control rule base 6 before evaluating the gene.

Figure 0005038882
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図4は、制御ルール評価機構9が評価関数ΔSをもとに、各制御ルール空間に対する適合度を計算する方法を示す説明図である。形状制御では、制御対象の状態量15をI−Unitで表わす。(k−1)サンプリングの実績形状の面積をSk−1、kサンプリングの実績形状の面積をSで表わすと、前記2つの面積を用いて評価関数ΔSは、(式2)により演算できる。このようにして、全ての制御ルール空間に対して適合度を計算し、制御結果の変化速度により制御ルール空間の評価ができる。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method by which the control rule evaluation mechanism 9 calculates the fitness for each control rule space based on the evaluation function ΔS. In shape control, the state quantity 15 to be controlled is represented by I-Unit. (K-1) to represent the area of the sampling results shape the area of the actual shape of S k-1, k sampled at S k, the evaluation function ΔS using the two areas can be calculated by (Equation 2) . In this way, the fitness can be calculated for all the control rule spaces, and the control rule space can be evaluated based on the change rate of the control result.

Figure 0005038882
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図5は、制御ルール評価機構9が評価関数ΔJをもとに、各個体に対する適合度を計算する方法を示す説明図である。形状制御では、目標形状に対して板形状を表わすため、制御偏差A(i)、形状変化率B(i)、局部伸び評価指数C(i)で表わされる。前記3つの評価指数を用いて評価関数ΔJは、(式3)により演算できる。このようにして、全ての個体に対して目標値(目標形状)に対する適合度を計算し、目標形状との偏差が0になるように最適化する。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method by which the control rule evaluation mechanism 9 calculates the fitness for each individual based on the evaluation function ΔJ. In the shape control, the plate shape is represented with respect to the target shape, and therefore is represented by a control deviation A (i), a shape change rate B (i), and a local elongation evaluation index C (i). Using the three evaluation indexes, the evaluation function ΔJ can be calculated by (Equation 3). In this way, the fitness with respect to the target value (target shape) is calculated for all individuals, and optimization is performed so that the deviation from the target shape becomes zero.

図1の遺伝的操作機構10は、制御ルール評価機構9により計算された適合度を用いて遺伝的操作を行うことと遺伝的操作が行われた全ての個体に対して良好な個体を選択し、制御ルールベース6に更新する。   The genetic operation mechanism 10 in FIG. 1 performs a genetic operation using the goodness of fit calculated by the control rule evaluation mechanism 9, and selects a good individual for all individuals for which the genetic operation has been performed. The control rule base 6 is updated.

図6は、遺伝的操作機構10による制御ルール最適化手段を示す説明図である。制御ルール抽出機構8は、適合度関数(評価関数)ΔJにおいて、バルブON/OFFパターン決定機構14により制御された結果と、実績データ(制御対象の状態量15)とをもとに、遺伝子の評価を行い、その結果をp個のルール「1〜p」ごとに、評価値(Fit〜Fit)とする。遺伝的操作機構10は、この評価値を元に変更した遺伝子を制御ルールベース6に更新して制御を行い、制御ルール評価機構9を用いて生成した個体に対して評価する。前記の処理を設定値(p−1)回まで行う。つまり、遺伝子を(p−1)個作成し、(p−1)回制御を行うことになる。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing control rule optimization means by the genetic operation mechanism 10. The control rule extraction mechanism 8 uses the result of control by the valve ON / OFF pattern determination mechanism 14 in the fitness function (evaluation function) ΔJ and the actual data (state quantity 15 to be controlled) based on the gene The evaluation is performed, and the result is set as an evaluation value (Fit 1 to Fit p ) for every p rules “ 1 to p” . The genetic operation mechanism 10 performs control by updating the gene changed based on the evaluation value to the control rule base 6, and evaluates the individual generated using the control rule evaluation mechanism 9. The above processing is performed up to the set value (p-1) times. That is, (p-1) genes are created and controlled (p-1) times.

図1の悪化制御ルール空間決定機構11は、制御ルール空間決定機構7が決定した制御ルール空間から、制御が悪化する可能性の有る制御ルール空間を探索、決定する。つまり、悪化制御ルール空間決定機構11は、mサンプリングまで適用された制御ルール空間に対して制御ルール評価機構9による評価を用いて制御が悪化する可能性の有る制御ルール空間を探索し、その結果を制御ルール抽出機構8に出力する。なお、制御の悪化については、図9の説明で詳細に説明する。   The deterioration control rule space determination mechanism 11 in FIG. 1 searches for and determines a control rule space in which control is likely to deteriorate from the control rule space determined by the control rule space determination mechanism 7. That is, the deterioration control rule space determination mechanism 11 searches for a control rule space in which control may be deteriorated by using the evaluation by the control rule evaluation mechanism 9 for the control rule space applied up to m sampling, and the result Is output to the control rule extraction mechanism 8. The deterioration of control will be described in detail with reference to FIG.

図7は、悪化制御ルール空間決定機構11が、最適化対象である制御ルール空間を探索する方法と、制御ルール抽出機構8が、制御ルール空間から制御ルールを抽出して遺伝子で表現し、個体を生成する方法を示す説明図である。   FIG. 7 shows a method in which the deterioration control rule space determination mechanism 11 searches for a control rule space to be optimized, and a control rule extraction mechanism 8 extracts a control rule from the control rule space and expresses it as a gene. It is explanatory drawing which shows the method of producing | generating.

板形状は毎回変化するものである。つまり、板形状の変化により制御量の規定を表した制御ルールベース6にて、使用される部分(空間)が毎回移動する。m(設定値)回まで制御する場合、m個の部分(空間)あるはずである。各部分(空間)に対して評価(ΔS)する。その中で一番評価が悪い部分(空間)を選択する。   The plate shape changes every time. That is, the portion (space) to be used moves each time in the control rule base 6 that represents the regulation of the control amount by changing the plate shape. When controlling up to m (set value) times, there should be m parts (spaces). Each part (space) is evaluated (ΔS). The part (space) with the worst evaluation is selected.

図7によると、3回(m=3になる)制御を行い、三つの制御ルール空間「A、B、C」を求める。評価が一番悪い制御ルール空間は、制御ルール空間「C」であり、その空間から個体を生成する。そして、生成した個体から(p−1)個までコピーする(後記する図9参照)。制御ルール空間「C」から生成した個体とコピーした(p−1)個の個体が母集団である。生成したp個の個体に対して制御タイミング毎に1個体ずつ次の処理を行うことを(p−1)回繰り返す。   According to FIG. 7, control is performed three times (m = 3), and three control rule spaces “A, B, C” are obtained. The control rule space with the worst evaluation is the control rule space “C”, and an individual is generated from the space. Then, (p-1) copies are made from the generated individuals (see FIG. 9 described later). The individuals generated from the control rule space “C” and the copied (p−1) individuals are the population. The following process is repeated (p-1) times for each of the generated p individuals for each control timing.

ある制御タイミングにおいて、制御ルール空間「D」を求める。制御ルール空間「C」と制御ルール空間「D」を比較し、重複する空間を判別する。重複する空間の座標を読み込み、該当する制御ルール(後件部のみ)を突然変異を用いて変更する。変更した個体を用いて制御し、評価(ΔJ)する。前記のプロセスを(p−1)回まで繰り返し、母集団メンバーである個体に対して評価(ΔJ)する。一方、重複する空間が無かったら、その個体を母集団から削除する。   At a certain control timing, a control rule space “D” is obtained. The control rule space “C” and the control rule space “D” are compared to determine an overlapping space. Read the coordinates of the overlapping space and change the corresponding control rule (only the consequent part) using mutation. Control and evaluate (ΔJ) using the changed individuals. The above process is repeated up to (p-1) times and evaluated (ΔJ) for individuals who are population members. On the other hand, if there is no overlapping space, the individual is deleted from the population.

図1の制御対象(圧延現象)12は、バルブON/OFFパターン決定機構14からの制御出力により制御され、その制御結果が制御対象の状態量15となる。   The controlled object (rolling phenomenon) 12 in FIG. 1 is controlled by a control output from the valve ON / OFF pattern determining mechanism 14, and the control result is a controlled object state quantity 15.

バルブON/OFFパターン決定機構14は、評価機構4から出力されたファジィ推論結果を入力し、制御対象(圧延現象)12に対する制御出力に変換する。なお、バルブとは、圧延機にクーラントを噴射するノズルに付いているものであり、開閉(ON/OFF)することにより、クーラントの噴射量を調整する。   The valve ON / OFF pattern determination mechanism 14 inputs the fuzzy inference result output from the evaluation mechanism 4 and converts it into a control output for the controlled object (rolling phenomenon) 12. The valve is attached to a nozzle that injects coolant into the rolling mill, and the amount of coolant injection is adjusted by opening and closing (ON / OFF).

制御対象の状態量15は、p個の個体それぞれについて、個体の目標値に対する適合度を評価関数ΔJにより計算する用途で用いられる。p個の個体に対して適合度を算出するため、p回まで制御を繰り返す。全ての個体に対して適合度が求められたら、その適合度を用いて遺伝的操作を行う。   The state quantity 15 to be controlled is used for the purpose of calculating the fitness of the individual target value for each of the p individuals using the evaluation function ΔJ. In order to calculate the fitness for p individuals, the control is repeated up to p times. When the fitness is obtained for all individuals, genetic manipulation is performed using the fitness.

モード切替機構16は、通常の制御(学習)モードから最適化モードに切り替える。これらの各モードは、制御ルール評価機構9が評価する対象およびその評価に用いる評価関数を特定する。   The mode switching mechanism 16 switches from the normal control (learning) mode to the optimization mode. Each of these modes specifies an object to be evaluated by the control rule evaluation mechanism 9 and an evaluation function used for the evaluation.

図8は、制御ルール抽出機構8が、全制御対象に対しての入力情報から適用するルールを判別、抽出しつつ1本の遺伝子を再作成し、遺伝的操作機構10が、GAにより最適化する方法を示す説明図である。図17と比較すると、図17では板幅(ゾーン)ごとに制御ルール空間を複数作成していたのに対して、図8では1つの制御ルール空間(複数の制御ルール空間をまとめたもの)に変更されている。これにより、制御中に制御ルールの自動調整ができるとともに、全制御対象に対しての最適化ができる。   FIG. 8 shows that the control rule extraction mechanism 8 re-creates one gene while discriminating and extracting rules to be applied from input information for all control targets, and the genetic operation mechanism 10 is optimized by GA. It is explanatory drawing which shows the method to do. Compared to FIG. 17, in FIG. 17, a plurality of control rule spaces are created for each plate width (zone), whereas in FIG. 8, a single control rule space (a collection of a plurality of control rule spaces) is created. has been edited. As a result, the control rules can be automatically adjusted during the control, and optimization for all the control targets can be performed.

また、評価関数により制御ルール空間を評価し、制御が悪化する可能性の有る制御ルール空間を探索する。探索された制御ルール空間に集中してGAにより最適化する。   Further, the control rule space is evaluated by the evaluation function, and a control rule space in which the control may be deteriorated is searched. Concentrate on the searched control rule space and optimize by GA.

図9は、悪化制御ルール空間決定機構11が、制御が悪化する可能性の有る部分を探索する方法と、制御ルール抽出機構8が、探索結果である制御ルール空間から個体を抽出、生成する方法を示す説明図である。制御の悪化とは、制御中に目標値との偏差が大きくなる事象を指す。制御ルール空間に対する適応度(ΔS)によると、誤った制御により目標値と離れてしまい、ΔSが前回値と比べ増加する結果になる。   FIG. 9 illustrates a method in which the deterioration control rule space determination mechanism 11 searches for a portion where control may be deteriorated, and a method in which the control rule extraction mechanism 8 extracts and generates an individual from the control rule space that is a search result. It is explanatory drawing which shows. Deterioration of control refers to an event in which a deviation from a target value increases during control. According to the fitness (ΔS) for the control rule space, the target value is deviated due to erroneous control, and ΔS increases as compared with the previous value.

制御ルール空間決定機構7は、計算された全ての確信度を検索して制御ルールベース6から制御において使用される可能性の有る制御ルールを抽出する。制御ルールベース6のL字型の黒図形は、サンプリング時間「t」の際に使用された制御ルール空間である。L字型の黒図形から制御ルール(後件部のみ)を抽出する。制御ルール抽出機構8は、抽出された制御ルールを1本の遺伝子に配列して個体を生成する。
また、生成した個体から(p−1)個をコピーすることで、抽出した制御ルールの数と同じ長さの配列を持つ個体を設定値p個まで生成する。制御実行時に使用される制御ルール空間と個体の重なる部分を探索し、当該部分に対してランダムで制御ルール(後件部のみ)を変更することを、生成した(p−1)個の個体に対して順次行っていく。
The control rule space determination mechanism 7 retrieves all the calculated certainty factors and extracts control rules that may be used in the control from the control rule base 6. The L-shaped black figure of the control rule base 6 is a control rule space used at the sampling time “t”. A control rule (only the consequent part) is extracted from an L-shaped black figure. The control rule extraction mechanism 8 arranges the extracted control rules into one gene and generates an individual.
Further, by copying (p−1) pieces from the generated individual, up to p set values of individuals having an array having the same length as the number of extracted control rules are generated. Search for the overlapping part of the control rule space and the individual used at the time of control execution, and change the control rule (only the consequent part) to the part at random. We will go sequentially.

このように、全制御対象に対して制御ルールを1本の遺伝子に表現したことにより、無駄な演算をなくして制御中に最適化ができるようにした。また、制御が悪化する可能性の有る制御ルール空間を探索し、その制御ルール空間に集中してGAにより最適化することにより、最適化効率の向上ができる。   In this way, by expressing the control rule as a single gene for all the controlled objects, it is possible to optimize during control without unnecessary computation. Further, optimization efficiency can be improved by searching for a control rule space in which control is likely to deteriorate and concentrating on the control rule space and optimizing with GA.

図10は、推論ルール最適化機構の処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、制御対象のシステムを稼動させることにより、開始される。   FIG. 10 is a flowchart showing the processing of the inference rule optimization mechanism. This flowchart is started by operating the system to be controlled.

まず、ファジィ制御装置13は、パラメータ設定(m、p設定)、および、モード初期化(カウンタk、g←0)を実行する(S1)。ここで、「←」は、代入演算子である。パラメータmは、学習モードから最適化モードに切り替える設定値である。パラメータpは、個体を生成する生成モードから生成された個体を用いて最適化するGAモードに切り替える設定値である。カウンタk、gはモードの切替を判断する変数である。   First, the fuzzy control device 13 executes parameter setting (m, p setting) and mode initialization (counter k, g ← 0) (S1). Here, “←” is an assignment operator. The parameter m is a setting value for switching from the learning mode to the optimization mode. The parameter p is a setting value for switching from the generation mode for generating an individual to the GA mode for optimization using the generated individual. Counters k and g are variables for determining mode switching.

クラス分け機構2は、制御対象の状態量15である全制御対象に対しての入力情報から、メンバーシップ関数5を用いてクラス分けし(S2)、確信度を計算する。   The classification mechanism 2 performs classification using the membership function 5 from the input information for all the control objects that are the state quantities 15 of the control objects (S2), and calculates the certainty factor.

制御ルール空間決定機構7は、計算された確信度を用いて制御において使用される可能性の有る制御ルールを判別、制御ルールベース6から範囲を決定し、制御ルール空間を決める(S3)。   The control rule space determination mechanism 7 determines a control rule that may be used in control using the calculated certainty factor, determines a range from the control rule base 6, and determines a control rule space (S3).

推論機構3は、計算された確信度を持ち、制御ルールベース6を参照して推論する(S4)。評価機構4は、推論した結果を評価、定量化する(S5)。バルブON/OFFパターン決定機構14は、バルブON/OFFパターンを決定して制御する(S6)。その結果、制御対象(圧延現象)12は、制御対象の状態量15で示される状態になる。   The inference mechanism 3 has the calculated certainty factor and infers with reference to the control rule base 6 (S4). The evaluation mechanism 4 evaluates and quantifies the inferred result (S5). The valve ON / OFF pattern determination mechanism 14 determines and controls the valve ON / OFF pattern (S6). As a result, the controlled object (rolling phenomenon) 12 is in the state indicated by the controlled object state quantity 15.

制御ルール評価機構9は、制御ルールを抽出して作成した遺伝子に対して評価関数ΔJと実績データ(制御対象の状態量15)を用いて適合度を計算する(S7)。   The control rule evaluation mechanism 9 calculates the fitness of the gene created by extracting the control rule using the evaluation function ΔJ and the actual data (state quantity 15 to be controlled) (S7).

ファジィ制御装置13は、パラメータmとカウンタkを用いて、モードの切り替えを判断する(S8)。即ち、制御において使用される可能性の有る制御ルールを判別、制御ルールベース6から範囲を決定し、制御ルール空間を決める。mサンプリングまで制御すると、m個の制御ルール空間があり、評価関数ΔSを用いて評価し、最適化モードに切り替える。まず、S8で学習モード(k<m)の際には、評価関数ΔSを用いて制御ルール空間を評価し、kに1を追加する(S8b)。一方、S8で最適化モード(k≧m)の際には、S22に進む。   The fuzzy control device 13 determines the mode switching using the parameter m and the counter k (S8). That is, a control rule that may be used in control is determined, a range is determined from the control rule base 6, and a control rule space is determined. When controlling up to m samplings, there are m control rule spaces, which are evaluated using the evaluation function ΔS and switched to the optimization mode. First, in the learning mode (k <m) in S8, the control rule space is evaluated using the evaluation function ΔS, and 1 is added to k (S8b). On the other hand, in the optimization mode (k ≧ m) in S8, the process proceeds to S22.

ファジィ制御装置13は、k=mなら(S22,Yes)、S9、S10を実行する。悪化制御ルール空間決定機構11は、評価関数ΔSで評価されたm個の制御ルール空間を探索し、制御が悪化した際の制御ルール空間を決定する(S9)。制御ルール抽出機構8は、決定された悪化制御ルール空間から制御ルールを抽出しつつ1本の遺伝子を作成する(S10)。以上作成された遺伝子は最適化対象になり、これから生成される個体の基になる。   If k = m (S22, Yes), the fuzzy control device 13 executes S9 and S10. The deterioration control rule space determination mechanism 11 searches m control rule spaces evaluated with the evaluation function ΔS, and determines a control rule space when the control deteriorates (S9). The control rule extraction mechanism 8 creates one gene while extracting a control rule from the determined deterioration control rule space (S10). The gene created above becomes an optimization target and becomes the basis of an individual to be generated.

そして、ファジィ制御装置13は、個体生成を行うか否かを判定する(S10b)。制御ルール抽出機構8は、「g≦p−1」を満たすときには(S10b,Yes)、生成モードを実行する。個体を生成する前、(k+1)サンプリングの制御ルール空間と悪化制御ルール空間を比較し、重複する空間を探索する(S10c)。   Then, the fuzzy control device 13 determines whether to perform individual generation (S10b). When satisfying “g ≦ p−1” (S10b, Yes), the control rule extraction mechanism 8 executes the generation mode. Before generating an individual, the control rule space of (k + 1) sampling is compared with the deterioration control rule space, and an overlapping space is searched (S10c).

重複する空間が有る場合(S10c,Yes)、その重複空間の座標を読み込み、個体である遺伝子の読み込んだ座標の制御ルールをランダムで変更する。そして、悪化制御ルール空間から作成された遺伝子から同一制御ルールを持つ遺伝子を作成(コピー)し(S10d)、突然変異した個体を生成する(S11)。そして、カウンタgに1を追加する(S11b)。一方、重複する空間がない場合(S10c,No)、個体生成を中止し、(k+1)サンプリングの制御ルール空間を用いて制御を行う。さらに、カウンタkに1を追加する(S11c)。   If there is an overlapping space (S10c, Yes), the coordinates of the overlapping space are read, and the control rules for the coordinates of the genes that are individuals are changed at random. Then, a gene having the same control rule is created (copied) from the gene created from the deterioration control rule space (S10d), and a mutated individual is generated (S11). Then, 1 is added to the counter g (S11b). On the other hand, when there is no overlapping space (S10c, No), individual generation is stopped, and control is performed using the (k + 1) sampling control rule space. Further, 1 is added to the counter k (S11c).

前記の処理を設定値(p−1)回まで行う。つまり、個体を(p−1)個作成し、(p−1)回制御を行うことになる。以上の処理で生成された遺伝子を制御ルールベース6に更新して制御を行い、評価関数ΔJを用いて生成した個体に対して評価する。   The above processing is performed up to the set value (p-1) times. That is, (p-1) individuals are created and controlled (p-1) times. The gene generated by the above processing is updated to the control rule base 6 to perform control, and the individual generated using the evaluation function ΔJ is evaluated.

一方、制御ルール抽出機構8は、「g>p−1」を満たすときには、GAモードを実行する。制御ルール抽出機構8は、(p−1)個の個体が生成、評価されれば、悪化制御ルール空間から抽出した遺伝子と生成された個体を含めてp個の遺伝的操作対象である母集団を構成する。その母集団を用いて突然変異(S12)、交叉(S12b)、エリート保存選択(S12c)などの遺伝的操作を行い、エリート保存選択方法で選択された個体を制御ルールベース6に更新する。そして、ファジィ制御装置13は、モードの切り替えに関する変数(カウンタk、g)を0に初期化する(S13)。以上の処理を繰り返す。このようにして制御中に最適化できることになる。   On the other hand, when satisfying “g> p−1”, the control rule extraction mechanism 8 executes the GA mode. When (p-1) individuals are generated and evaluated, the control rule extraction mechanism 8 is a population that is a target of p genetic operations including the genes extracted from the deterioration control rule space and the generated individuals. Configure. Using the population, genetic operations such as mutation (S12), crossover (S12b), and elite preservation selection (S12c) are performed, and the individual selected by the elite preservation selection method is updated to the control rule base 6. Then, the fuzzy control device 13 initializes variables (counters k and g) relating to mode switching to 0 (S13). The above processing is repeated. In this way, optimization can be performed during control.

ここで、遺伝的操作機構10が実行するGAについて、詳細に説明する。   Here, the GA executed by the genetic operation mechanism 10 will be described in detail.

GAは、ファジィ推論精度の向上を図るために、制御ルールを学習する用途で用いられる。新たな制御ルールは、予想できるものではなく、全く予測できなかった制御ルールが最適となる場合も有る事から、ランダムに制御操作端を動作させ、それに対する制御結果を見ながら見つけていくことが必要となる。これを実現するには、制御を行いながら制御ルールをランダムに変化させ、制御が良くなるルールを学習して行けばよい。   GA is used for the purpose of learning control rules in order to improve the accuracy of fuzzy inference. New control rules are not predictable, and control rules that could not be predicted at all may be optimal. Therefore, it is possible to operate the control operation end randomly and find the control result while looking at the control result. Necessary. In order to realize this, it is only necessary to change a control rule at random while performing control and learn a rule that improves control.

図11は、GAについて一般的概念を示す説明図である。GAは、新しい環境に生命体を適合させる場合の遺伝子の作成方法のモデルである。生命体に於いては、生成(S101)された遺伝子に対して、遺伝的操作である突然変異(S103)、交叉(S104)、エリート保存選択(S105)を、終了条件を満たす(S106,Yes)まで意図的に行わせる。その遺伝子が環境に合わなければ自然淘汰され、環境に合致すればその遺伝子を残留することにより環境への適合が行われる。   FIG. 11 is an explanatory diagram showing a general concept of GA. GA is a model for gene creation methods when adapting organisms to new environments. In a living organism, mutation (S103), crossover (S104), and elite preservation selection (S105), which are genetic operations, are performed on the generated gene (S101), and the end condition is satisfied (S106, Yes). ). If the gene is not suitable for the environment, it is selected as natural, and if it matches the environment, the gene is retained and adapted to the environment.

図12は、GAを用いた形状制御ルールの最適化処理を示すフローチャートである。制御処理(S201)に使用される制御ルールをルールベースから抽出し、ランダムで生成(S202)して個体に再構成する。再構成された全ての個体を用いて制御処理(S201)を行い、個体に対する適合度(ΔJ)を用いて評価する(S211)。   FIG. 12 is a flowchart showing a shape control rule optimization process using GA. A control rule used for the control process (S201) is extracted from the rule base, randomly generated (S202), and reconfigured into an individual. Control processing (S201) is performed using all the reconfigured individuals, and evaluation is performed using the fitness (ΔJ) for the individuals (S211).

評価(S211)の結果を用いて、個体を変形させる。具体的には、新しい操作方法である突然変異手段による(S221,突然変異手段)突然変異(S222)、交叉手段による(S223,交叉手段)交叉(S224)を実行する。   The individual is deformed using the result of the evaluation (S211). Specifically, mutation (S221, mutation means) mutation (S222) by crossover means (S223, crossover means) and crossover (S224), which are new operation methods, are executed.

個体の染色体である制御ルールにより制御した結果を評価関数(ΔJ)を用いて評価し、次世代の母集団を作成する。変形された個体の染色体である制御ルールにより制御した結果を評価関数(ΔJ)を用いて評価し、最も優れた個体をエリート保存選択手段による(S225,エリート保存選択手段)エリート保存選択(S226)として採用して、制御ルールベースへの更新(S227)に反映することにより、制御ルールの最適化を実施可能になる。   The result controlled by the control rule that is the chromosome of the individual is evaluated using an evaluation function (ΔJ), and a next generation population is created. The result controlled by the control rule, which is the chromosome of the transformed individual, is evaluated using the evaluation function (ΔJ), and the best individual is selected by the elite preservation selection means (S225, elite preservation selection means) elite preservation selection (S226). By adopting as above and reflecting it in the update to the control rule base (S227), it becomes possible to optimize the control rule.

図13は、GAの突然変異手段を示す概略図である。突然変異手段は、全ての個体からランダムで2つの個体を選択し、選択された2つの個体(x,y)の適合度を比較し適合度が良好な個体を選んで、設定値である突然変異確率を用いて選ばれた個体の制御ルールをランダムで変更する方法である。突然変異が終わったら次世代母集団に配置する。このように突然変異を繰り返して次世代母集団を再構成する。   FIG. 13 is a schematic view showing GA mutation means. The mutation means selects two individuals at random from all individuals, compares the fitness of the two selected individuals (x, y), selects an individual with good fitness, and suddenly has a set value. This is a method of randomly changing the control rule of an individual selected using the mutation probability. Once the mutation is over, place it in the next generation population. In this way, the mutation is repeated to reconstruct the next generation population.

図14は、GAの交叉手段を示す概略図である。交叉手段は、全ての個体からランダムで2つの個体(例えば、m,n)を選択し、選択された2つの個体の適合度を比較し適合度が良好な個体を選んで親(例えば、m)を決定する。前記の処理を行い、2つの親を決定する。設定値である交叉確率を用いて選ばれた親の染色体である制御ルールを交叉しつつ新たな子を生成する方法である。交叉が終わったら次世代母集団に配置する。このように交叉を繰り返して次世代母集団を再構成する。   FIG. 14 is a schematic view showing a crossing means of GA. The crossover means selects two individuals (for example, m, n) at random from all individuals, compares the fitness of the two selected individuals, selects an individual with good fitness, and selects a parent (for example, m ). The above processing is performed to determine two parents. This is a method of generating a new child while crossing a control rule that is a parent chromosome selected using a crossover probability that is a set value. After crossover, place it in the next generation population. In this way, crossover is repeated to reconstruct the next generation population.

図15は、GAのエリート保存選択手段を示す概略図である。エリート保存選択手段は、全ての個体に対して適合度が良好である個体を探索して、次世代母集団に保存する方法である。終了条件に満たされたら、エリート保存選択手段で選ばれた個体の中の染色体である制御ルールで、制御ルールベース6(図1)の該当する制御ルールを更新する。   FIG. 15 is a schematic diagram showing GA elite storage selection means. The elite storage selection means is a method for searching for individuals having good fitness for all individuals and storing them in the next generation population. If the end condition is satisfied, the corresponding control rule in the control rule base 6 (FIG. 1) is updated with the control rule that is the chromosome in the individual selected by the elite preservation selection means.

以上、本実施形態を説明した。以下、本実施形態の課題、構成、および、効果について、要約する。   The embodiment has been described above. The problems, configurations, and effects of this embodiment will be summarized below.

まず、クーラントのファジィ制御においては、形状計のゾーン毎に対応した複数のクーラントノズル毎にファジィ推論を行っている。各ファジィ推論で用いている推論ルールは共通(推論データベースを利用)である。推論ルールのチューニングに当たっては、従来は各ノズルに対応したファジィ推論毎にチューニングを実施していた。それだと、各ノズル毎に適用されている制御ルールが同じ場合があり、無駄な演算をしている。   First, in the fuzzy control of the coolant, fuzzy inference is performed for each of a plurality of coolant nozzles corresponding to each zone of the shape meter. The inference rules used in each fuzzy inference are common (using an inference database). In the tuning of inference rules, conventionally, tuning has been performed for each fuzzy inference corresponding to each nozzle. In that case, the control rule applied to each nozzle may be the same, and a wasteful calculation is performed.

よって、各ノズル毎に実際に使用している推論ルールをまとめてチューニングした方が効果的である。そのため、チューニング前に実際に使用している推論ルールを抽出し、まとめてチューニングすることで演算時間を短縮し、オンラインで使用可能としたのが本実施形態の特徴である。   Therefore, it is more effective to collectively tune inference rules actually used for each nozzle. Therefore, the feature of the present embodiment is that the inference rules actually used before tuning are extracted and tuned together to shorten the calculation time and enable online use.

本実施形態(特に、図10のS3、S7、S9)を用いることにより、実績データと求めた適応度を用いて評価し、最適化が要する部分を判別し、最適化するため、短時間での最適化が実現でき、経年変化にも自動で対応可能である。   By using this embodiment (especially, S3, S7, and S9 in FIG. 10), evaluation is performed using the actual data and the obtained fitness, and a portion that needs to be optimized is determined and optimized. Optimization is possible, and it is possible to respond automatically to secular changes.

以上説明した本実施形態により、圧延状態に応じて、制御ルールの最適化を実行でき、ファジィ制御の最適化および高精度化を達成できる。つまり、制御ルールを最適化しつつ制御していくことにより、制御中にルールの自動調整ができ、全ての制御対象に対しての最適化が可能になる。よって、実際のプロセスにおいて制御ルールの変更をする際に製品精度が悪化した場合に対応でき、制御中に制御ルールを自動的に修正し最適なものとすることが可能となる。   According to the present embodiment described above, optimization of the control rule can be executed according to the rolling state, and optimization and high accuracy of fuzzy control can be achieved. That is, by performing control while optimizing the control rule, the rule can be automatically adjusted during the control, and optimization for all control objects is possible. Therefore, it is possible to cope with a case where the product accuracy is deteriorated when changing the control rule in the actual process, and it is possible to automatically correct the control rule during the control and to optimize it.

このような最適化は、短時間で実現でき、現地調整期間の短縮が可能となる。また、圧延機の機械や操業条件等の経年変化にも自動で対応可能であるため、制御精度の向上、調整期間の短縮化が図れる。   Such optimization can be realized in a short time, and the on-site adjustment period can be shortened. In addition, since it is possible to automatically cope with aging changes such as rolling mill machines and operating conditions, the control accuracy can be improved and the adjustment period can be shortened.

本発明の一実施形態に関するファジィ制御の推論ルール最適化機構を備えたクーラント制御システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the coolant control system provided with the inference rule optimization mechanism of the fuzzy control regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する制御ルールベースを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the control rule base regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する制御ルールベースからの座標の読み方を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows how to read the coordinate from the control rule base regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する評価関数ΔSを計算する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of calculating evaluation function (DELTA) S regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する評価関数ΔJを計算する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of calculating evaluation function (DELTA) J regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する遺伝的操作機構による制御ルール最適化手段を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the control rule optimization means by the genetic operation mechanism regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する最適化対象である制御ルール空間探索方法と制御ルール空間から制御ルールを抽出して遺伝子で表現し、個体を生成する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the control rule space search method which is the optimization object regarding one Embodiment of this invention, and the method of extracting a control rule from control rule space, expressing it with a gene, and producing | generating an individual | organism | solid. 本発明の一実施形態に関する全制御対象に対しての入力情報から適用するルールを判別、抽出しつつ1本の遺伝子を再作成し、GAにより最適化する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of recreating one gene and optimizing by GA, discriminating and extracting the rule applied from the input information with respect to all the control objects regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する制御が悪化する可能性の有る部分を探索する方法と探索結果である制御ルール空間から個体を抽出、生成する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of extracting and producing | generating the individual from the control rule space which is a search result, and the control rule space which is a search result, regarding the part which may worsen the control regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する推論ルール最適化機構の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the inference rule optimization mechanism regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する遺伝的アルゴリズムについて一般的概念を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the general concept about the genetic algorithm regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関するGAを用いた形状制御ルールの最適化処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the optimization process of the shape control rule using GA regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する遺伝的アルゴリズムの突然変異手段を示す概略図である。It is the schematic which shows the mutation means of the genetic algorithm regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する遺伝的アルゴリズムの交叉手段を示す概略図である。It is the schematic which shows the crossing means of the genetic algorithm regarding one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に関する遺伝的アルゴリズムのエリート保存選択手段を示す概略図である。It is the schematic which shows the elite preservation | save selection means of the genetic algorithm regarding one Embodiment of this invention. 形状検出器のゾーン毎に対応した複数のクーラントノズル毎にファジィ推論を行う一般的概念を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the general concept which performs a fuzzy inference for every some coolant nozzle corresponding to every zone of a shape detector. 各制御ルールに対して遺伝子を生成し、最適化する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of producing | generating and optimizing a gene with respect to each control rule.

符号の説明Explanation of symbols

1 ファジィ推論制御装置
2 クラス分け機構
3 推論機構
4 評価機構
5 メンバーシップ関数
6 制御ルールベース
7 制御ルール空間決定機構
8 制御ルール抽出機構
9 制御ルール評価機構
10 遺伝的操作機構
11 悪化制御ルール空間決定機構
12 制御対象(圧延現象)
13 ファジィ制御装置
14 バルブON/OFFパターン決定機構
15 制御対象の状態量
16 モード切替機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuzzy inference control apparatus 2 Classification mechanism 3 Inference mechanism 4 Evaluation mechanism 5 Membership function 6 Control rule base 7 Control rule space determination mechanism 8 Control rule extraction mechanism 9 Control rule evaluation mechanism 10 Genetic operation mechanism 11 Deterioration control rule space determination Mechanism 12 Control target (rolling phenomenon)
13 Fuzzy Control Device 14 Valve ON / OFF Pattern Determination Mechanism 15 State Quantity to be Controlled 16 Mode Switching Mechanism

Claims (4)

複数の制御対象プラントと、制御対象である各プラントの状態と、その各プラントの状態に応じた各プラントの制御内容と、の組み合わせを、定性的な表現で示す1組の制御ルールに基づいて、前記複数のプラントをそれぞれファジィ制御する複数のファジィ制御装置を持つファジィ推論制御装置であって、
前記制御ルールを記憶する制御ルールベースと、
前記制御ルールベースと、前記複数のプラントの状態からファジィ制御装置で使用される制御ルールの組み合わせである制御ルール空間を決定する制御ルール空間決定機構と、
制御前後における状態量変化から制御により状態量が悪化した悪化制御ルール空間を決定する悪化制御ルール空間決定機構と、
前記悪化制御ルール空間決定機構が決定した悪化制御ルール空間から、プラントに対する制御ルールを示す1本の遺伝子を作成し、制御ルールを絞り込む制御ルール抽出機構と、
前記制御ルール抽出機構が絞り込んだ制御ルールに基づいて前記各プラントを制御した制御結果を、所定の評価関数で評価する評価機構と、
前記評価機構の評価結果に基づいて、前記各プラントの制御中に、前記制御ルール抽出機構が作成した遺伝子を遺伝的アルゴリズムにより最適化する遺伝的操作機構と、を有することを特徴とする
ファジィ推論制御装置。
A plurality of control target plant, and the state of each plant that is a control object, the control content of each plant according to the state of the each plant, the combination of, based on a set of control rules shown in qualitative representation A fuzzy inference control device having a plurality of fuzzy control devices for fuzzy control of each of the plurality of plants,
A control rule base for storing the control rules;
A control rule space determining mechanism that determines a control rule space that is a combination of control rules used in a fuzzy control device from the state of the plurality of plants, and the control rule base ;
A deterioration control rule space determining mechanism for determining a deterioration control rule space in which the state quantity has deteriorated due to control from the state quantity change before and after control;
From deteriorating control rules space where the deterioration control rule space determining mechanism has determined, the control rule extracted mechanism to create a single gene showing the control rules for the plant, Filter control rule,
An evaluation mechanism for evaluating a control result obtained by controlling each plant based on the control rules narrowed down by the control rule extraction mechanism, using a predetermined evaluation function;
Based on the evaluation result of the evaluation mechanism, during said control of each plant, fuzzy inference, characterized in that it has a, a genetic operation mechanism be optimized by genetic algorithm genes the control rule extraction mechanism created Control device.
前記制御対象であるプラントは、圧延機が備えるクーラント噴射用のノズルのバルブを開閉するためのアクチュエータであり、
前記プラントの状態は、圧延機により圧延される圧延板材の目標形状について、目標形状との偏差である制御偏差、目標形状との偏差を時間に対して微分した形状変化率、および、目標形状との偏差を板幅に対して微分した局部伸び評価指数であることを特徴とする
請求項1に記載のファジィ制御装置。
The plant to be controlled is an actuator for opening and closing a nozzle valve for coolant injection provided in the rolling mill,
For the target shape of the rolled sheet material rolled by the rolling mill, the state of the plant is a control deviation that is a deviation from the target shape, a shape change rate obtained by differentiating the deviation from the target shape with respect to time, and the target shape. The fuzzy control device according to claim 1, wherein the deviation is a local elongation evaluation index obtained by differentiating the deviation with respect to the plate width.
請求項1または請求項2に記載のファジィ制御装置と、前記制御対象であるプラントと、を有することを特徴とする
プラントシステム。
3. A plant system comprising: the fuzzy control device according to claim 1; and the plant to be controlled.
複数の制御対象プラントと、制御対象である各プラントの状態と、その各プラントの状態に応じた各プラントの制御内容と、の組み合わせを、定性的な表現で示す1組の制御ルールに基づいて、前記複数のプラントをそれぞれファジィ制御する複数のファジィ制御装置を持つファジィ推論制御装置によるファジィ制御方法であって、
前記ファジィ制御装置は、前記制御ルールを記憶する制御ルールベースと、制御ルール空間決定機構と、悪化制御ルール空間決定機構と、制御ルール抽出機構と、評価機構と、遺伝的操作機構と、を有し、
前記制御ルール空間決定機構は、前記制御ルールベースと、前記複数のプラントの状態からファジィ制御装置で使用される制御ルールの組み合わせである制御ルール空間を決定し、
前記悪化制御ルール空間決定機構は、制御前後における状態量変化から制御により状態量が悪化した悪化制御ルール空間を決定し、
前記制御ルール抽出機構が、前記悪化制御ルール空間決定機構が決定した悪化制御ルール空間から、プラントに対する制御ルールを示す1本の遺伝子を作成し、制御ルールを絞り込み、
前記評価機構が、前記制御ルール抽出機構が絞り込んだ制御ルールに基づいて前記各プラントを制御した制御結果を、所定の評価関数で評価し、
前記遺伝的操作機構が、前記評価機構の評価結果に基づいて、前記各プラントの制御中に、前記制御ルール抽出機構が作成した遺伝子を遺伝的アルゴリズムにより最適化することを特徴とする
ファジィ制御方法。
A plurality of control target plant, and the state of each plant that is a control object, the control content of each plant according to the state of the each plant, the combination of, based on a set of control rules shown in qualitative representation A fuzzy control method by a fuzzy inference control device having a plurality of fuzzy control devices for fuzzy control of each of the plurality of plants,
The fuzzy control device has a control rule base for storing the control rules, a control rule space determination mechanism, a deterioration control rule space determination mechanism, a control rule extraction mechanism, an evaluation mechanism, and a genetic operation mechanism. And
The control rule space determination mechanism determines a control rule space that is a combination of the control rule base and a control rule used in a fuzzy control device from the states of the plurality of plants,
The deterioration control rule space determination mechanism determines a deterioration control rule space in which a state quantity has deteriorated due to control from a state quantity change before and after control,
The control rule extraction mechanism, the deterioration control rule space where the deterioration control rule space determining mechanism has determined to create a single gene showing the control rules for the plant, refine control rule,
The evaluation mechanism evaluates a control result obtained by controlling the plants based on the control rules narrowed down by the control rule extraction mechanism with a predetermined evaluation function,
A fuzzy control method characterized in that the genetic operation mechanism optimizes a gene created by the control rule extraction mechanism with a genetic algorithm during control of each plant based on an evaluation result of the evaluation mechanism .
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