JPH02207302A - ファジイ制御システム開発支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は、ファジィ制御システムを構築するときにそ
のシステムの開発を容易にするための支援装置に関する
。

山）従来の技術 ある制御系に対するファジィ制御システムを構築する場
合、その制御系に最も適合するファジィルール及びメン
バーシップ関数を含むアプリケーションシステムを作成
する必要がある。従来、マイクロプロセッサや記憶装置
上でこのファジィ制御を行うアプリケーションシステム
を開発する場合、アプリケーションごとにファジィルー
ルやメンバーシップ関数のデータ及びファジィ推論プロ
グラムを開発していた。

（ｅ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、アプリケーションごとにファジィルール
やメンバーシップ関数のデータ及びファジィ推論プログ
ラムを開発する必要があったために、開発の効率が極め
て悪（、また−旦開発したアプリケーションのファジィ
ルールやメンバーシップ関数に対する評価はそのシステ
ムを実際の制御系に接続してみないと行うことができな
かった、このため、開発に長時間かかるという問題があ
った。

この発明は、上記の不都合を解消し、ファジィ制御シス
テムの開発効率を格段に向上させる支援装置を提供する
ことにある。

（ｄ）課題を解決するための手段 請求項１にかかる発明では、 表示画面上でｗＲ集されたシアシイルール及びメンバー
シップ関数を記憶する知識ベースと、前記知識ベースに
基づいて任意の推論シミュレーションを行うシミュレー
ション部とを有することを特徴とする。

また、請求項２にかかる発明では、 請求項１において、シミニレ−ジョン部は前記知識ベー
スに対して単一又は連続的な擬似入力を与えてファジィ
推論し、その推論結果を出力する単純制御シミニレ−ジ
ョン部を含むことを特徴とする。

また、請求項３にかかる発明では、 請求項１において、シミュレーション部は、任意のパラ
メータで設定した制御対象モデルとファジィ推論部から
なる閉ループ制御系でシミュレーションを行い、シミュ
レーション結果を出力する制御系シミュレーション部を
含むことを特徴とする。

また、請求項４にかかる発明では、 表示画面上で編集されたファジィルール及びメンバーシ
ップ関数を記憶する知識ベースと、前記知識ベースを任
意の言語に変換するトランスレータと、を有することを
特徴とする。

さらに、請求項５にかかる発明では、 請求項３において、シミュレーション結果をファジィル
ール適合度として連続出力する手段を有することを特徴
とする。

（６１作用 第１図はこの発明の構成を示している。知識ベース１に
はファジィルール及びメンバーシップ関数が記憶され、
このファジィルール及びメンバーシップ関数は表示画面
２上で編集される。知識ベースの段階ではファジィルー
ルやメンバーシップ関数はまだ実行形式ではな（、実際
にファジィ推論を行うときには実行形式に変換されてか
ら使用される。シミュレーション部３は知識ベース１に
記憶されているファジィルール及びメンバーシップ関数
に基づいて推論シミュレーションを行う部分であり、本
発明においてはこのシミニレ−ジョン部３は単純推論シ
ミニレ−２５２部３ａと制御系シミュレーション部ｓｂ
Ｌで構成されている。

単純推論シミュレーション部３ａは、前記知識ベース１
に対して単一または連続的なｍ４ＱＪ、入力を与える擬
似入力発生部３０を備えている。シミュレーション部３
の中核をなすファジィ推論部３１は、上記擬似入力発生
部３０から知識ベースに対して与えられたＩＩ（１人力
に対してのファジィ推論を行う、ｙｉ似大入力単一の入
力であれば単一の推論を行い、また連続的な擬似入力が
与えられた場合には連続的な推論を行う、推論結果はフ
ァジィ出力及び確定値として出力部３２に出力される。

この出力部３２は表示画面や外部記憶装置を含む。

制御系シミュレーション部３ｂは任意のパラメータで設
定した制御対象モデル３３とファジィ推論部３１とを閉
ループで結合し、これに出力部３４を接続して構成され
ている。制御対象モデル３３は例えばルンゲクッタ法に
よる微分方程式で表現し、この微分方程式を解（ことで
シミュレーション結果を得る。得られたシミュレーショ
ン結果は表示画面を含む出力部３４に出力される。

また、本発明ではＣ言語などへのトランスレータ４を存
し、知識ベース１に記憶されているファジィルールやメ
ンバーシップ関数をＣなどの言語に変換することができ
る。変換された結果は外部記憶装置などに記憶される。

また、本発明では、上記制御系シミュレーション部３ｂ
で得られたシミュレーション結果を出力する出力部３４
に、シミュレーション結果をファジィルール適合度とし
て表示画面などに連続出力する手段を備えている。この
手段を備えることによって、表示画面などにおいて面単
にファジィルールの適合度などを評価することが可能に
なる。

（ｆ）実施例 第２図はこの発明にかかるファジィ制御システム開発支
援装置の構成図である。この装置は、例えばワークステ
ーションで構成することができる、Ｏ８には例えばＵＮ
ＩＸを使用する０表示画面上でデータの編集などを行う
画面制御やシミュレーション結果などを表示画面上に表
示するグラフィック制御、及びマンマシンインターフェ
ースはこの０３（ＵＮ、ＩＸ）に依存する０、知識設定
部１０は知識ベース１１に対してファジィルール及びメ
ンバーシップ関数を記憶するための作業を行う部分であ
る。この知識設定部１０では、主記憶メモリ上にあるフ
ァジィルール（以下単にルールという）編集を行ったり
、メンバーシップ関数（以下単にＭＳＦという）の定義
、＆Ｉ集を行う、第３図は知識設定部１０でメンバーシ
ップ関数を編集するときの編集画面を示している。この
表示画面では入出力変数名、ファジィラベル、コメント
。

変数名の下限値及び上限値などが入力できるようになっ
ている。また、第４図は知識設定部１０においてファジ
ィルールを４１集するときの編集画面を示している０図
に示すように、この表示画面では前件部として６条件、
後件部として２結論を入力できるようになっている。第
５図はユーティリティモードにおいて上記の編集画面で
入力したＭＳＦをユーティリティモードにおいてグラフ
ィック表示した画面を示している。この図ではＭＳＦフ
ァイル名がｍ５ｆａｂｃのＭＳＦが示されている。マウ
スなどの入力操作子を使用することにより、ＭＳＦファ
イルのページ切り換えを行うことが可能である。マウス
を含む入力部の制御はマンマシンインターフェースで行
われ、表示画面でのデータの編集及びＭＳＦ表示などの
グラフィック表示はＯ８の画面制御、グラフインク制御
部が担当する。

前記知識ベースに蓄えられたルール及びＭＳＦは実行形
式変換部１２において実行形式のファイルにされる。す
なわち、前記知識ベースをもとに、推論方式などのパラ
メータを付加することによってファジィ推論プログラム
で実行可能なデータに変換する。実行ファイルはファジ
ィ推論部（以下単に推論部という）１３に送られ、ここ
でファジィ推論を行って推論結果をグラフインク制御部
に渡す。

単純推論シミュレーションは、上記推論部１３と擬似入
力部１４とによって行われる。擬似入力部１４は知識ベ
ース１１に対して擬似的にデータの入力を行う作業を行
う部分である。入力データには単一データと連続データ
があり、入力形式としては整数、実数、指数形式のいず
れかが使用される。連続データは入力データファイルと
して保存することも可能である０画面制御部によってこ
の擬似データの入力編集が行われる。推論部１３によっ
て推論を行った結果はグラフィック制御部に渡され、最
終ファジィ出力及び確定値として表示される。なお、連
続的な擬似データの入力が行われたときには、推論結果
はＸ軸を入力データとし、Ｙ軸を推論結果とするグラフ
ィック表示となる。

制御系のシミュレーションを行うには、制御対象である
プラントのモデル２１を設定するプラント設定部２０、
シミュレーション環墳設定部２２、プラント計算部２３
、シミュレーション結果の出力部２４、及び知識ベース
１１と推論部１３が使用される。

制御系のシミュレーションを行うには、第１図に示した
ようにファジィ推論機構をコントローラとし、それとパ
ラメータで設定したプラントモデルを閉ループの制御系
として構築して、そしてシミュレーションを行う、この
ようにすることでファジィ制御の評価を簡単に行うこと
が可能になる、この制御系のシミュレーションに際して
は各種の環境条件を設定できるようにしている。シミュ
レーション環境設定部２２は、この環境条件を設定する
部分で、例えばシミュレーション時間、刻み時間（サン
プリング時間）、目標値の形式（ステップ応答、ランプ
応答）及び大きさ・傾き、外乱の有無、外乱の形式（ス
テップ、パルス、正弦波）、外乱の印加位置（モデルの
入力側、出力側）及び開始時間・終了時間、外乱の大き
さ、正弦波の場合はその周波数、システム次数の各初期
状態量、コントローラ（ファジィ推論機構）の入力側ゲ
イン・出力側ゲイン、出力形式（コントローラ出力その
ものを出力する位置型、コントローラ出力を積算して出
力する速度型）などがあり、こられの条件はキー人力で
設定することができる。

プラントモデル２１はシステム次数、入出力次数、無駄
時間のキー人力で設定することができる。

このプラントモデル２１は第６図に、示す形式で表現す
ることができる。このような微分方程式として表現され
たプラントモデル２１と推論部１３とを閉ループで結合
し、プラントモデル２１に対して推論結果を制御入力と
して与えるとともに、プラントモデルを表現する微分方
程式の解をプラント出力として推論部１３に戻す、この
閉ループ計算を（シミュレーション時間／刻み時間）回
繰り返し、刻々のコントローラ出力（推論部出力）およ
びプラント出力をシミュレーション結果としてシミュレ
ーション結果出力部２４で保持する。なお、プラントモ
デル２１の表現はルンゲクッタの微分方程式で表現され
るようにし、プラント計算部２３での計算の流れは第７
図に示すようになる、なお、第８図は上記閉ループ制御
系を示す図である。第７図ではへの部分でプラントモデ
ル（制御対象モデル）での入力を求め、Ｂで微分方程式
を解き、Ｃめ部分で制御量を求める。上記のようにして
得られる′シミュレーション結果はグラフィック制御部
に渡され、コントローラ出力（操作量）とプラント出力
の各データがＣＲＴ上の時間領域でグラフィック表示さ
れる。第９図はプラント出力（制ｉＢ　ｉｔ　）のシミ
ュレーション結果の一例を示す図である。シミュレーシ
ョン結果には更に第１０図、第１１図に示すものがある
。第１０図は偏差値に対する偏差の微分値を位相面軌道
としてグラフィック表示する画面を示し、第１１図はフ
ァジィルールの適合度を示している。なお、特に第１１
図に示すように本実施例ではファジィルールごとに適合
度をグラフィック表示することができるために各ファジ
ィルールに対する評価が短時間でしかも容易に行うこと
ができる利点がある。

なお第１２図、第１３図にプラントモデルの設定画面、
シミュレーション環境条件の設定画面をそれぞれ示す。

次に、このシステムでは知識ベース１１をＣ言語に変換
するためのトランスレータ３０とＣ言語で予め作成しで
ある推論ライブラリー３１とを備えている。Ｃ言語トラ
ンスレータ３０は、知識設定部１０で設定されたルール
やＭＳＦをＣ言語ソースプログラムにトランスレートす
る。また推論ライブラリー３１としては最低限次のもの
を用意する。

■入力変数にデータをセットする。

■推論実行する。

■出力変数の値の読み出しを行う。

■入力変数の値の読み出しを行う。

■各種データのダンプを行う。

推論ライブラリー３１及びＣ言語トランスレータ３０に
よってトランスレートされた知識ベースのＣ言語ソース
プログラムは、各種のマイクロプロセッサに応じたアプ
リケーションプログラムを開発するのに用いられる。第
１４図はターゲットメモリにソフトファジィプログラム
を記憶する際の手順を示している。Ｃ言語で作成された
アプリケーションメインプログラム、例えは温度調節器
制御用のメインプログラムと、第２図に示す本実施例の
支援装置から出力されるＣ言語トランスレータ出力およ
び推論ライブラリー出力を、目標とするマイクロプロセ
ッサのためのクロスコンパイラにかけ、リンカ−および
デバンガーを使用してオブジェクトプログラムを作成す
る０作成したオブジェクトはエミュレータに転送し、タ
ーゲットメモリであるＦＲＯＭに書き込む０以上の手順
でファジィ温度調節器制御プログラムがターゲットメモ
リに記憶される。そして、このターゲットメモリを温度
調節器制御を行うコントローラボードに実装する。なお
本装置では連続的な擬似入力データに対しての推論結果
を得ることができるために、この推論結果をエミュレー
タを通してターゲットメモリに直接記憶させることがで
きる。この場合にもターゲットメモリは実機のＣＰＵボ
ードにそのまま装着されることによって使用されること
になる。

（酌発明の効果 この発明によれば、一つの支援装置に知識ベースとシミ
ュレーション部とを配置し、知識ベースの設定は表示画
面上で行うようにしているために、推論シミュレーショ
ンを簡単に行うことができるとともに、知識ベースの変
更も非常に簡単である。このような構成からな名支援装
装置を使用することによって、従来のようなアプリケー
ションを実機に接続することによってはじめてルールや
ＭＳＦに対する評価が行えたという不都合を完全に解消
することができ、支援装置での開発の段階で完全にそれ
らの評価が可能である。このため非常に短期間に所望の
アプリケーションの開発が可能となる利点がある。

また、本発明では連続的な擬似入力に対する推論結果を
出力してメモリに記憶させることができるために、この
メモリを直接実機のファジィ制御コントローラに使用で
きる。このようにすると推論プログラムの開発が不要と
なる利点がある。

また、本発明では一つの支援装置内で制御対象モデルと
ファジィ推論部との閉ループ制御系を構成してシミュレ
ーションを行い、かつ制御対象モデルの設定やファジィ
推論部の知識ベースの設定が表示画面上で簡単に編集で
きることから、シミュレーションが非常に簡単で開発に
対する支援能力が極めて高くなる。

また、本発明では知識ベースをＣ言語などの任意の言語
に変換するためのトランスレータを備えているために、
各種のマイクロプロセッサに適合するアプリケーション
プログラム開発に極めて有用である。

また、本発明ではシミュレーション結果をファジィルー
ル適合度として表示することができるために、ファジィ
ルールに対する評価が非常に簡単になる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す図である。第２図は本発明
の実施例のファジィ制御システム開発支援装置の構成図
を示す。第３図、第４図、第５図はファジィルールおよ
びＭＳＦを［１するときの画面を示し、第６図はプラン
トモデルの表現式を示し、第７図はプラント計算部での
計算の流れを示し、第８図は制御系シミュレーションを
行うときの閉ループ系の構成を示している。また、第９
図、第１θ図、第１１図は制御系シミュレーション結果
の表示例を示し、第１２図、第１３図は制御対象モデル
の設定画面、制御系シミュレーション環境条件の設定画
面をそれぞれ示している。更に第１４図は本発明の支援
装置の出力結果をターゲットメモリに記憶するときのフ
ローチャー１・示している。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）表示画面上で編集されたファジィルール及びメン
   バーシップ関数を記憶する知識ベースと、前記知識ベー
   スに基づいて任意の推論シミュレーションを行うシミュ
   レーション部とを有することを特徴とするファジィ制御
   システム開発支援装置。
2. （２）請求項１において、シミュレーション部は、前記
   知識ベースに対して単一又は連続的な擬似入力を与えて
   ファジィ推論し、その推論結果を出力する単純推論シミ
   ュレーション部を含む、ファジィ制御システム開発支援
   装置。
3. （３）請求項１において、シミュレーション部は、任意
   のパラメータで設定した制御対象モデルとファジィ推論
   部からなる閉ループ制御系でシミュレーションを行い、
   シミュレーション結果を出力する制御系シミュレーショ
   ン部を含む、ファジィ制御システム開発支援装置。
4. （４）表示画面上で編集されたファジィルール及びメン
   バーシップ関数を記憶する知識ベースと、前記知識ベー
   スを任意の言語に変換するトランスレータと、を有する
   ことを特徴とするファジィ制御システム開発支援装置。
5. （５）請求項３において、シミュレーション結果をファ
   ジィルール適合度として連続出力する手段を有する、フ
   ァジィ制御システム開発支援装置。