JPH0225902A - ファジー推論装置 - 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】 主ｌ上分肌且分■ 本発明はファジー推論を行う装置に係り、より詳細には
、デジタル化された観測データーがアドレス入力に導か
れたメモリーによりファジー推論を行うファジー推論装
置に関する。

従漣μ旧支所 速度、あるいは角度等を検出するセンサーの出力を、例
えば速度については、速い、やや速い等の幅をもたせた
判定を行うことにより、極めて高速に事象の変化に対応
させることを可能とする装置として、ファジー推論装置
の開発が開始されている。

一般に上記のファジー推論装置においては、観測デーグ
ーに対応して定まるメンバーシップ値の生成をハードウ
ェアによって行っているため、それぞれのセンサーには
各々に対応するメンバーシップ値を生成するためのハー
ドウェアが設けてられている。

また例えばＭＡＸＭＩＮ法と呼ばれる推論を実行するた
めには、複数個用意された上記のハードウェアにより出
力される複数の出力のうち、複数のルールの各ルール毎
に、導かれた複数のメンバーシップ値の最小の値を送出
するための処理回路を設けると共に、これら複数の処理
回路の出力の最大値を出力するための処理回路を設け、
この最大値をファジーにおける推論値とする構成が採用
されている。

と　　る 上記の装置において、１つのルールに基づくメンバーシ
ップ値を得るためには、観測の種類毎に１つの処理回路
が必要となっている。一方フアジー推論を行う際には、
複数のルールに基づくメンバーシップ値が必要となるこ
と、また観測の種類が２種以上使用されることが一般的
であるため、メンバーシップ値の生成には ルール数×観測の種類 によって示される数の処理回路が必要となる。

またこれらのメンバーシップ値を基としてＭＡＸＭＩＮ
法を実行するためのハードウェアは、センサーの数とル
ール数とが増加したとき、この増加に対応して、その規
模が増大するという問題点が生じていた。

本発明は上記の課題を解決するため創案されたものであ
り、その目的は、センサーの数とルール数とが増加した
ときにも、小規模な回路構成によリファジー推論を行う
ことのできるファジー推論装置を提供することにある。

−−Ｌ′　　　めの− 上記の課題を解決するため本発明のファジー推論装置は
、 センサーからの２つ以上の観測デーグーに基づいてファ
ジー推論を行う構成とし、 アドレス入力が少なくとも２つ以上のグループに分割さ
れ、各々のグループにはデジタル化されたセンサーの出
力または前置メモリーの出力が導かれたメモリー部を備
えると共に、 メモリー部と前置メモリーとには、ファジー推論に対応
するデーターを予め格納しておく。

１里 センサーの出力値とファジー推論値との関係に着目する
と、それらの関係は、ルール数、メンバーシップ値の生
成方法、ＭＡＸＭＩ　Ｎ法等のファジー推論の方法やメ
ンバーシップ関数の形状等とはかかわり無く、１対１に
対応する関係となる。

このことは、観測データーの値が定まるとファジー推論
値が一義的に定まることを意味している。

つまりファジー推論は、観測デーグーの値を一定の方法
に従って変換する方法と見なすことができる。

そのためメモリー部の構成とセンサーからの観測を示す
信号線の数に対応して、必要に応じた個数の前置メモリ
ーを設け、前置メモリーのアドレス入力とメモリー部の
アドレス入力とに、センサーの出力を示す信号線と前置
メモリーの出力とを振り分けて接続する。

そして前置メモリーとメモリー部とに、ファジー推論の
方法に対応するデーターを予め格納しておくことにより
、センサーの出力の値に対応するファジー推論値がメモ
リー部の出力に現れる。

夫施利− 第１図は本発明の一実施例が適用されたファジーコント
ローラーの電気的構成を示すブロック線図である。

図において、支持台３３上に、支持軸３２により倒立振
子３１が回転可能に支持されており、支持台３３に対す
る倒立振子３１の角度を検出する角度センサー２１の出
力、および倒立振子３１の支持台３３に対する角度変化
の速度を検出する角速度検出用微分回路２３の出力は、
それぞれに対応して設けら、入力を８ビツトのデジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器２２．２４に導かれている
。そしてこれらＡ／Ｄ変換器２２．２４の出力は、メモ
リー部１１〜１５の上位８ビツトのアドレス入力と下位
８ビツトのアドレス入力に導かれている。

５つのメモリー部１１〜１５の信号は、それぞれが掛和
算部１６と加算部１７とに導かれ、掛算部１６と加算部
１７の出力は、ＲＯＭによって構成された演算部１８に
送出されている。そして演算部１８の出力は駆動回路１
９に接続され、駆動回路１９の出力は、支持台３３を矢
印Ａの方向に移動させるための駆動部２０に導かれてい
る。

以上の構成からなる本発明の一実施例の動作について、
以下に説明する。

倒立振子３１の支持台３３に対する角度は、第２図に示
すように、垂直な状態にあるときを角度Ｏとして、図面
上方に傾いたとき（３１ｂ、３１ｃ）には負の値となり
、右に傾いたとき（３１ｄ）には正の値となる。また角
速度は、倒立振子３１が矢印Ｂの方向に回転するとき正
の値となり、矢印Ｂとは逆方向に回転するとき負の値と
なる。これらの値は、角度センサー２１、角速度検出用
微分回路２３と、Ａ／Ｄ変換器２２．２４とにより、８
ビツトのデジタル信号としてメモリー部１１〜１５に導
かれる。そしてメモリー部１１〜１５によりファジー推
論が行われる。

以下において、メモリー部１１〜１５により実行される
ファジー推論の動作について説明する。

メモリー部１１は、支持台３３を矢印Ｃの方向に速く移
動させる必要がある場合のファジー推論を行い、メモリ
ー部１２は、支持台３３を矢印Ｃの方向にやや速く動か
す必要がある場合のファジー推論を行う。そしてメモリ
ー部１３は支持台３３を勅がず必要の無い場合のファジ
ー推論、メモリー部１４は支持台３３を矢印りの方向に
やや速く動かす必要のある場合のファジー推論、１５は
矢印りの方向に速く動かす必要がある場合のファジー推
論を行う構成となっている。

そのためメモリー部１３におけるファジー推論の推論値
は、倒立振子３１が支持台３３に対して垂直の位置に向
かうと共に、その垂直の位置に停止する傾向が強くなる
程、その値が、最大値である値ｌに近づく。

それは第２図にを用いて具体的に説明すると、倒立振子
３１が３１ａの位置にあり、角速度がＯに極めて近い場
合、あるいは３１ｂの位置にあり、矢印Ｂの方向にやや
速い速度で回転している場合（この場合には３１ａの位
置まで倒立振子３１が回転したとき、角速度がＯに極め
て近くなる）、また３１ｃの位置にあり、矢印Ｂの方向
に速く回転している場合等である（図面上右側に倒立振
子３１が位置している場合にも、同様の関係が成立する
ことになる）。

そのためメモリー部１３におけるファジー推論のルール
の１つは、角度に対するメンバーシップ値の変化が、第
３図のａに示すように変化するとき（これは倒立振子３
１が支持台３３に対し垂直に極めて近い位置にあること
を示している）、角速度に対するメンバーシップ値の変
化はｂに示す変化となる（これは角速度が極めてＯに近
い速度であることを意味している）。そしてこれら２種
のメンバーシップ値の値の小さい方の値を、第１のルー
ルの出力値とする方法である。

また第２のルールは、角度に対するメンバーシップ値の
変化が、第３図Ｃに示すように変化するとき（これは倒
立振子３１が支持台３３に対し３１ｂに極めて近い位置
にあることを示している）、角速度に対するメンバーシ
ップ値の変化はｄに示す変化となる（これは角速度が矢
印Ｂの方向にやや速い速度で回転していることを意味し
ている）。そして２つのメンバーシップ値の小さい方の
値を出力値とするのは第１のルールと同様である。

第３のルールは、角度に対するメンバーシップ値の変化
が、ｅに示すように変化するとき（これは倒立振子３１
が支持台３３に対し３１ｃに極めて近い位置にあること
を示している）、角速度に対するメンバーシップ値の変
化はｆに示す変化となる（これは角速度が矢印Ｂの方向
に速い速度で回転していることを意味している）。

そして第４、第５と続くルールは、倒立振子３１が３１
ｃより左側に位置する場合と、３１ａより右側に位置す
る場合とのルールを示している。

以上のように、各ルールにおいては、角度に対するメン
バーシップ値と角速度に対するメンバーシップ値とから
、ＭＡＸＭＩＮ法を採用したとすれば、まず小さい方の
値を出力させる。ルールが第Ｎのルールまであることか
ら、それぞれのルールにおいて、角度に対するメンバー
シップ値をａｎ、角速度に対するメンバーシップ値をｂ
ｎとし、出力される値をＣｎ　（１≦ｎ≦Ｎ）とすると
、その値Ｃｎは Ｃｎ＝ＭＩＮ　（ａｎ、、ｂｎ） として示される。

またこれらの値Ｃｎは、全てのルールが並行して実行さ
れることから、Ｎ　Ｉｆｆの値が出力され、それらの値
の最大の値をＭとすると Ｍ＝ＭＡＸ　（Ｃ１、Ｃ２、・・・ＣＮＩとして示され
る。

この値Ｍは、メモリー部１３に入力される２つのＡ／Ｄ
変換器２２．２４の出力の値により定まる唯一の値であ
ることから、上記のファジー推論は、Ａ／Ｄ変換器２２
．２４の出力に対するデーター変換と見なすことができ
る。

そのため上記ルールを、コンピューターによりコンパイ
ルすることによって得られた変換のためのデーターが、
メモリー部１３を構成するＲＯＭに予め格納されている
（このデーターの予めの格納については、その他のメモ
リー部１１．１２．１４．１５についても同様である）
。

メモリー部１３には上記に説明したデーターが格納され
ていることから、倒立振子３１の角度と角速度とに基づ
くファジー推論値Ｍがメモリー部１３がら出力され、そ
の値が掛和算部１６と加算部１７とに導かれる。この値
は、倒立振子３Ｉが倒れる度合が低くなればなる程、１
に近づく値となっている。

同様にして、メモリー部１１からは、支持台３３を矢印
Ｃの方向に速く動かさなければ倒立振子３１が倒れる度
合を示すファジー推論値が出力され、メモリー部１２か
らは、支持台３３を矢印Ｃの方向にやや速く動かさなけ
れば倒立振子３１が倒れる度合を示すファジー推論値が
出力され、メモリー部１４．１５からは、支持台３３を
矢印りの方向にやや速く、あるいは速く動かさなければ
倒立振子３１が倒れる度合を示すファジー推論値が出力
される。

これらのファジー推論値が導かれた掛和算部１６と加算
部１７、および掛算部１６と加算部１７の出力が接続さ
れた演算部１８はディファジフィケイション部を構成し
ており、上記のファジー推論値に基づいて、支持台３３
を動かすための速度とその方向との演算を行う。

メモリー部１１〜１５の出力の値をそれぞれＭ１〜Ｍ５
とすると、掛算部１６　（その出力の値をＸとする）は Ｘ＝Ｗ１ｘＭ１＋Ｗ２ｘＭ２・・＋Ｗ５ＸＭ５の演算に
より、値Ｘを算出する（Ｗ　ｌ　−Ｗ　５は、Ｍ１〜Ｍ
５がＯ−１の値であるため、支持台３３の制御のために
必要となる重み付けのための値である）。また加算部１
７（出力の値をＹとする）はＹ＝Ｍ１＋Ｍ２・・・＋Ｍ
５ の演算により、値Ｙを算出する。そして演算部１８（そ
の出力の値をＭとする）は Ｄ　＝　Ｘ／Ｙ−−１２８ を演算し駆動回路１９に出力する（値１２８は８ビツト
データーの中央値を意味する）。駆動回路１９ではこの
値りに従って駆動部２０の駆動を行うので、支持台３３
は矢印Ａの方向に、倒立振子３１がの状態に対応して移
動する。

以上の動作により、回転自在に支持された倒立振子３１
の状態は、倒れることなく小刻みに揺れながらも、支持
台３３に対し垂直に近い角度に維持される。

上記説明のメモリー部１１〜１５は、２つのグループに
分割されたアドレス入力のそれぞれに観測データーが接
続された構成となっていたが、観測の種類の数が４つに
増加した場合には、第４図に示すように、２つのセンサ
ーの出力４１１　、４１２を前置メモリー４１に導き、
この前置メモリー４１の出力４１３を前置メモリー４２
の上位、または下位のアドレス入力に接続すると共に、
他方のアドレス入力にセンサーの出力４２１を導く。そ
してメモリー部４３の１５つのグループのアドレス入力
にセンサーの出力４３１を接続すると共に、前置メモリ
ー４２の出力４２２．をメモリー部４３の他方のグルー
プのアドレス入力に接続する構成が可能である。

また第５図に示すように、２つの前置メモリー５１．５
２のそれぞれにセンサーの出力５１１．５１２．５２１
．５２２を導き、前置メモリー５１．５２の出力をメモ
リー部５３に接続する構成とすることが可能である。

また第４図において、前置メモリー４１の出力４１３を
直接にメモリー部４３に導き、３つのセンサーの出力に
基づいてファジー推論を行わせる構成とすることが可能
である。

ただしこのときには、第４図、第５図のいずれの構成で
ある場合にも、前置メモリーとメモリー部とに、ファジ
ー推論の推論方法に対応するデーターの格納を予め行っ
ておく。

なお本発明は上記実施例に限定されず、倒立振子３１０
転倒の防止を、支持台３３の５種の移動方法（矢印Ａに
よって示される２つの方向のそれぞれについて、速いと
やや速いの２種の速度による移動、および支持台３３を
移動させない速度０の移動）により実行する構成につい
て説明したが、任意の種類の移動方法、例えば７種の移
動方法により、倒立振子３１の転倒を防止する構成とす
ることが可能である。

また本発明に係るファジー推論装置を倒立振子３１の転
倒の防止を行うコントローラーに適用した場合について
説明したが、その他の任意の制御装置、例えば電車の走
行の制御を行う制御装置等に通用することが可能である
。

またメモリー部のアドレス入力のビット数と観測データ
ーのビット数との組み合わせに従って、アドレス入力を
、メモリー部の構成が最小となる任意のグループに分割
することが可能であり、このことは前置メモリーについ
ても同様に可能である。

介訓■ｌ九艮 本発明に係るファジー推論装置は、ファジー推論におけ
る入力と出力との関係が１対ｌに対応することから、メ
モリー部のアドレス入力を少なくとも２つ以上のグルー
プに分割し、各々のグループにデジタル化された観測デ
ーターまたは前置／後置メモリー（後置はフィードバッ
ク時）の出力を導（接続とし、メモリー部と前置／後置
メモリーとには、ファジー推論に対応するデーターを予
め格納する構成またはより発展的にフィードバックによ
りメンバーシップ関数の形状を修正したりルール自体を
生成できる構成とし、メモリー部によりデーター変換を
行なうようになっているので、センサーからの観測種類
の数とルール数とが増加したときにも、小規模な回路構
成によりファジー推論を行うことが可能になると共に、
クロックを使用を前提とするＣＰＵを使用することなく
ファジー推論を行うことが可能となり、かつデジタル化
されたデーターを扱うことからコンピューターシステム
とのリンクが容易になり、推論データーが電磁的な障害
等によりその一部が欠けた場合にも、最終的な推論の結
論値には決定的な相違が生じないという効果を併せ持つ
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例が通用されたファジーコント
ローラーの電気的構成を示すブロック線図、第２図は倒
立振子の状態を示す説明図、第３図は角度と角速度とに
対するメンバーシップ値の様子を示す説明図、第４図、
第５図はメモリー部のその他の実施例の電気的構成を示
すブロック線図である。 １１−１５・・・メモリー部 ２１・・・角度センサー ２３・・・角速度検出用微分回路 ４１．４２・　・　・前置メモリー ４３・・・メモリー部 ５１．５２・　・　・前置メモリー ５３・・・メモリー部。 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）センサーからの２つ以上の観測データーに基づい
   てファジー推論を行う装置であって、アドレス入力が少
   なくとも２つ以上のグループに分割され、各々のグルー
   プにはデジタル化された観測データーまたは前置メモリ
   ーの出力が導かれたメモリー部を備え、 このメモリー部と前置メモリーとには、ファジー推論に
   対応するデーターが予め格納されたことを特徴とするフ
   ァジー推論装置。