JPH03271808A - Fuzzy controller - Google Patents
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- JPH03271808A JPH03271808A JP2071168A JP7116890A JPH03271808A JP H03271808 A JPH03271808 A JP H03271808A JP 2071168 A JP2071168 A JP 2071168A JP 7116890 A JP7116890 A JP 7116890A JP H03271808 A JPH03271808 A JP H03271808A
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Abstract
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後件部演算として限界和の演算機
能を実現しつつ、従来から使用されている論理和演算へ
の変更も容易に可能ならしめることを目的とし、
後件部演算手段を、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つ又は複数の基本ユニットを中間層として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層か
ら入力信号値の限界和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] [Summary] Regarding a fuzzy controller that calculates and outputs a control manipulated variable corresponding to a control state quantity according to a fuzzy control rule, it realizes a limit sum calculation function as a consequent calculation of the fuzzy control rule. However, with the aim of making it possible to easily change to the logical sum operation that has been used conventionally, the consequent part calculation means is divided into an input unit that distributes the input signal value, an input from the previous layer, and a corresponding one. A basic unit that receives an internal state value to be multiplied by an input to obtain a sum of products value and obtains an output by converting the sum of products values into a function is used as a constituent unit, and multiple input units are connected to the input layer. and one or more intermediate layers with one or more basic units as the intermediate layer, and one basic unit as the output layer, and between the input layer and the foremost intermediate layer, and between the intermediate layers. An internal connection is formed between the intermediate layer and the output layer at the final stage, and a value is set as the internal state value of the internal connection so that the limit sum value of the input signal values is output from the output layer. It consists of a hierarchical network structure section.
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後件部演算とし
て限界和の演算機能を実現しつつ、従来から使用されて
いる論理和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。Regarding the fuzzy controller that calculates and outputs the control operation amount, in particular, it is possible to realize the marginal sum calculation function as the consequent operation described in the fuzzy control rule, while also implementing the logical sum operation that has been used conventionally. The present invention relates to a fuzzy controller that can be easily modified.
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1f−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 becoming popular as a new control processing method. This fuzzy control expresses a control algorithm that includes ambiguity such as human judgment in a 1f-then format, and executes this control algorithm according to fuzzy reasoning to calculate the control operation amount from the detected control state amount. It calculates and controls the controlled object. The fuzzy controller that implements this fuzzy control needs to be configured so that the arithmetic functions described in the control algorithm can be easily changed in order to absorb the ambiguity of the control algorithm.
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〔従来の技術〕
ファジィ制御ルールは、
if x、is big and X2 is
5IIlall then y、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、TH
EN部は後件部と呼ばれて、操作端等の制御lI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 present invention provides control corresponding to control state quantities by executing fuzzy inference according to fuzzy control rules. [Prior art] The fuzzy control rules are: if x, is big and X2 is
5IIlall then y, is big format (The IF part is called the antecedent part, and is the part that describes the conditions for control state quantities such as temperature data, and the TH
The EN part is called the consequent part, and is a part that describes the conditions for the control lI operation amount of the operating end, etc.), and the fuzzy controller describes the control logic of the controlled object. In addition to managing such multiple fuzzy control rules prepared as A management configuration will be adopted.
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0
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、rx、 isbig」
の真理値が“0.8″で、rx、 is smalJ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
部に対しての通用値として決定するよう処理するのであ
る。When the fuzzy controller is given control state quantities such as temperature data and water level data from the controlled object, it first calculates the membership function (antecedent membership function) of the control state quantity that it is managing. Calculate the membership function value (truth value) of the control state quantity given from 0
Next, in accordance with the antecedent computation of selecting the minimum value, a process is executed to determine the applicable value for the consequent in each fuzzy control rule. In other words, to explain using the example of the fuzzy control rule mentioned above, rx, isbig''
If the truth value of is “0.8” and the truth value of rx, is smallJ is “0.5°°,” then according to the antecedent operation, add this “0.5” after the fuzzy control rule. It is processed so that it is determined as a common value for the subject part.
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
通用値から、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’V+ 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’)’+ 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rbigJ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。Subsequently, the fuzzy controller follows each fuzzy control rule given for the same membership function (which becomes the consequent membership function) of the same control manipulated variable according to the consequent operation of selecting the maximum value. A process is executed to determine the applicable value for the membership function from the common value for the subject. That is, in the above fuzzy control rule, "0.5" is applied to the consequent 'V+ is big', and on the other hand, in another fuzzy control rule, ')'+ is big' is set to "0.5". 0.6
” is the applied value, processing is performed to determine this “0.6” as the applied value for the membership function of rbigJ of the control operation amount y1 according to the consequent calculation.
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ylのrbtgJ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rss+a
llJ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 manipulated variable according to the determined application value, and
In accordance with the process of finding the center of gravity of the figure of the function sum of this reduced membership function for the same control operation amount, the process of calculating the control operation amount, which is a fuzzy inference value, and outputting it to the operation terminal etc. I will do it. That is, the membership function of rbtgJ of the control operation amount yl is reduced according to the determined application value, and rss+a of the control operation amount y1 obtained from another fuzzy control rule.
The control operation amount that is the output of the fuzzy controller is calculated by reducing the membership functions such as llJ according to the determined application value, and by calculating the center of gravity of the figure of the sum of the functions of these membership functions. It is processed so that
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、処理対象とされる適用値の最大値
を選択して出力するという演算処理を実行する後件部演
算機能を備えるよう構成していた。そして、この後件部
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。Conventionally, a fuzzy controller having such a configuration includes a consequent calculation function that performs calculation processing to select and output the maximum value of the applied values to be processed, as described above. It was configured like this. The consequent calculation function is implemented by a program means.
〔発明が解決しようとする課題]
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。[Problems to be Solved by the Invention] However, fuzzy control rules are generated according to the knowledge of the target process of an operator who is familiar with the control of the controlled target.
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ィ
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。The reality is that it is not possible to generate fuzzy control rules that can achieve the desired control from the beginning, and we will tune them through trial and error while evaluating the generated fuzzy control rules through simulations and on-site tests. Therefore, it is necessary to complete the fuzzy control rules that are suitable for the object to be controlled.
これから、後件部演算機能も、処理対象の適用値の最大
値を選択して出力するという論理和演算ではなくて、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和演算の後件部
演X機能しか備えていないために、このような要求に応
す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、必要となる後件部演算機能をサブル
ーチンとして予め装夏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 now on, the consequent part calculation function will also need a different type of calculation function, rather than a logical sum operation that selects and outputs the maximum value of the applied values to be processed. However, conventional fuzzy controllers have the problem of not being able to meet such demands because they only have the function of performing the consequent part of the logical sum operation. In order to cope with this request, it is possible to prepare the necessary consequent part calculation function as a subroutine in advance in the summer, but if such a method is adopted, the memory capacity will be compressed. Another problem will arise.
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後件部演算として限界
和の演算機能を実現しつつ、更に従来から使用されてい
る論理和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 the above circumstances, and while realizing the function of calculating a marginal sum as a consequent operation described in a fuzzy control rule, it also provides a function for calculating a marginal sum as a consequent operation described in a fuzzy control rule. The purpose is to provide a new fuzzy controller that can be easily modified.
〔課題を解決するための手段〕 第1図は本発明の原理構成図である。[Means to solve the problem] FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration 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は後件部演算部
であって、同−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、その後件部メンノ1−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、例
えば、後件部演算部18により決定された適用値に従っ
て同一の制御操作量に関しての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 control logic for a controlled object,
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 an antecedent membership function management unit that selects fuzzy control rules managed by the fuzzy rule management unit 11 as processing targets; 14 is a consequent membership function management unit which is described in the fuzzy control rule. 15 is an input data reception unit for accepting control state quantity data collected from a controlled object; The unit that executes the processing is an antecedent truth value calculation unit 16, which calculates the truth value of the antecedent membership function of the input control state quantity using the selected fuzzy control rule as a processing unit. 17 is an antecedent calculation unit which performs an antecedent calculation on the truth value of the calculated antecedent membership function to apply the antecedent calculation to the consequent of the fuzzy control rule to be processed. 18 is a consequent part calculation unit which determines the applied value of the consequent part from the applied value for the consequent part of each fuzzy control rule given for the consequent part membership function of the same -. 19 is an inference value calculation unit that determines the applied value for the Menno ship function, and for example, calculates the consequent for the same control operation amount according to the applied value determined by the consequent calculation unit Control operation amount data, which is a fuzzy inference value, is calculated by reducing the part membership function and finding the graphic center of gravity of the function sum of the reduced consequent part membership function.
本発明の後件部演算部18は、1つ又は複数の人力と該
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l−1の階層ネットワー
ク構造により構成されて後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2
0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B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、複数の入カユニノ1−1’−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1−4
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
Liとの間と、基本ユニット1−4の相互間と、基本ユ
ニットl−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
信号値の限界和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 consequent calculation unit 18 of the present invention receives one or more human forces and an internal state value to be multiplied by the input to obtain a product sum value, and converts the product sum value into a function. A hierarchical network structure section 20 configured by a hierarchical network structure of a plurality of basic units l-1 to obtain an output value and executes a consequent operation, and this hierarchical network structure section 2
It is comprised of an internal state B value management unit 21 that manages internal state values assigned to internal connections of the 0 hierarchical network structure. This hierarchical network structure section 20 has a basic unit 1 and an input unit 1' that distributes input signal values as constituent units, an input layer composed of a plurality of input channels 1-1'-h, and one or more input layers. Multiple basic units 1-4
an intermediate layer provided in one or more stages, and
an output layer constituted by one basic unit 1-j, and between the input unit 1-h and the basic unit Li, between the basic units 1-4, and between the basic unit l-i and the basic unit Li. A hierarchical network structure is adopted in which units 1-j are mutually interconnected. The internal state value management unit 21 is configured to manage internal state values that cause the hierarchical network structure unit 20 to operate to output a limit sum value of input signal values.
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
力信号値の限界和値を算出して推論値算出部19に出力
するよう動作する。すなわち、入力値としてZl+ZZ
ff・・・IZll(0≦2.≦1)が人力されてくる
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和値Yを算出して出力する。The hierarchical network structure unit 20 of the present invention processes input input to the input layer according to a data conversion function defined by its own hierarchical network structure and internal state values assigned to internal connections of the hierarchical network structure. It operates to calculate a limit sum value of signal values and output it to the inferred value calculation unit 19. That is, as an input value Zl+ZZ
When ff...IZll (0≦2.≦1) is input manually, a limit sum value Y defined by setting P=1 in the following Yager's formula is calculated and output.
Y=z、z2・・・2+1
一1△(Z l’ + Z z’ + ・・・十Z 、
、’) ”’このように、本発明の後件部演算部18は
、前件部演算部17から同一の後件部メンバーシップ関
数に対しての各ファジィ制御ルールの適用値が入力信号
として入力されてくると、その入力されてくる入力信号
値の限界和値を算出してその後件部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ものであ
ることから、従来の論理和演算を実行する後件部演算機
能では適切な制御B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, z2...2+1 -1△(Z l' + Z z' + ...10Z,
,') ``'In this way, the consequent part calculation unit 18 of the present invention receives the applied values of each fuzzy control rule for the same consequent part membership function from the antecedent part calculation part 17 as an input signal. When an input signal is input, it is processed so that the marginal sum value of the input signal values is calculated and determined as the value to be applied to the consequent membership function. This provides a way to realize more appropriate control in cases where appropriate control B cannot be executed by the consequent part calculation function that performs the calculation.
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和を出
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 calculation can be changed freely 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 sum of the input signal values in the internal state value management section 21,
It is also possible to immediately return to the same configuration as the conventional fuzzy controller.
(実施例〕 以下、実施例に従って本発明の詳細な説明する。(Example〕 Hereinafter, the present invention will be explained 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
態値管理部である。FIG. 2 illustrates an embodiment of the present invention. As explained in FIG. 1, 17 in the figure is an antecedent part calculation section, 18 is a consequent part calculation part, 20 is a hierarchical network structure part, and 21 is an internal state value management part.
前件部演算部17は、同一の後件部メンバーシップ関数
に対しての各ファジィ制御ルールの適用値を算出するよ
う処理する。すなわち、例えば、複数用意されるファジ
ィ制御ルールの内、ルールlからルールnのものが後件
部の記述として制御操作量Y1のrSma l IJに
ついて記述する場合に、前件部演算部17は、第2図に
示すように、ルール1から規定される制御操作量Y、の
’Small」のメンバーシップ関数に対しての適用値
Z、と、ルール2から規定される制御操作量Y1のrS
ma l l 」のメンバーシップ関数に対しての通用
値Z2と、ルールnから規定される制御操作量Y1のr
smallJのメンバーシップ関数に対しての適用値Z
nといったように、制御操作量Y、のrSma I l
」のメンバーシップ関数に対しての各ファジィ制御ル
ールの適用値を算出する処理を行う。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 calculation unit 17 performs processing to calculate the application value of each fuzzy control rule for the same consequent membership function. That is, for example, when rules l to n out of a plurality of prepared fuzzy control rules describe rSma l IJ of the control operation amount Y1 as a description of the consequent part, the antecedent part calculation unit 17 performs the following: As shown in FIG. 2, the applied value Z for the 'Small' membership function of the control operation amount Y defined from Rule 1, and rS of the control operation amount Y1 defined from Rule 2.
The common value Z2 for the membership function of "ma l l" and r of the control operation amount Y1 defined from the rule n
Application value Z for membership function of smallJ
rSma I l of the control operation amount Y, such as n
'' is calculated for the membership function of each fuzzy control rule. In addition, in FIG. 2, for convenience of explanation, these membership function values (truth values) are shown as being found in parallel, but in reality, they are found one by one in time series.
階層ネットワーク構造部20は、この前件部演算部17
から与えられる適用値に対して後件部演算を施すことで
、処理対象とされる後件部メンバーシップ関数に対して
の通用値を決定するよう処理することになる。The hierarchical network structure section 20 includes this antecedent section calculation section 17
By performing the consequent operation on the applied value given by , processing is performed to determine the common value for the consequent membership function to be processed.
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、多大カー出力系となっ
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闇値処理を施して一つ
の最終出力を出力する闇値処理部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、闇値処理部4では下記の(2)弐
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 will constitute the hierarchical network structure section 20. As shown in this figure, the basic unit 1 is a multi-car output system, which multiplies multiple inputs by the weight value of each internal connection (corresponding to the internal state value explained in Fig. 1). a multiplication processing section 2 that adds all the multiplication results, an accumulation processing section 3 that adds up all the multiplication results, and a dark value processing section 4 that performs nonlinear dark value processing on this accumulated value and outputs one final output. If the h layer is the first layer and the i layer is the second layer, then the accumulation processing section 3 of the i-th basic unit 1 of the i layer processes the following (1
) is executed, and the dark value processing section 4 processes to execute the following (2) second operation.
Xpi−ΣyいW 、 、 (1
)式)’pt=17(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
θ、=i層の1番ユニットの闇値
W(、: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7ト1と前件部演算部17の算出する
適用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、複数個の人カニニット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・
ントl−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l−iとの間と、基
本ユニット1−4の相互間と、基本ユニットI−4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。Xpi-ΣyW , , (1
) formula)'pt=17(1+exp(-Xpi+θi))
(2) where, h : unit number of h layer p : input signal pattern number θ, = dark value W of the 1st unit of i layer (, : weight value of internal connection between h - i layer yph : Pth The hierarchical network structure section 20 receives an output from the hth unit of the h layer for the input signal of the pattern, and an input that distributes the application value calculated by the basic unit 7 1 and the antecedent part calculation section 17 that adopt this configuration. With unit 1 as a constituent unit,
As shown in FIG.
an intermediate layer (one stage in this embodiment) configured by input units l-i and provided in one or more stages (one stage in this embodiment); and an output layer configured by one basic unit 1-j, and an input unit 1°- A hierarchical network structure configured by mutually internally connecting between the basic unit h and the basic unit l-i, between the basic units 1-4, and between the basic unit I-4 and the basic unit 1-j. Constructed to have .
ここで、入力ユニット1”−hのユニット数は、後件部
演算部18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、最も多く記述されることになる後件部メ
ンバーシップ間数を記述するファジィ制御ルールのルー
ル数に合わせられて用意されることになる。Here, the number of units of the input unit 1''-h is the number of consequent memberships that will be described the most when the consequent calculation unit 18 is implemented in one hierarchical network structure unit 20. The rules will be prepared in accordance with the number of fuzzy control rules that describe the .
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後件部演算を実行
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、後件部
演算部18が入力信号値の限界和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 section 20 configured in this way is
In accordance with the data conversion function defined by the hierarchical network structure and the weight values assigned to the internal connections of the hierarchical network structure, the function is to perform a process of converting an incoming input signal into a corresponding output signal. Therefore, processing is performed to execute the consequent operation according to this data conversion function. In accordance with the data conversion function of the hierarchical network structure section 20, the present invention is configured such that the consequent section calculation section 18 calculates and outputs the limit sum value of the input signal values.
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 constructed by either a program means or a hardware means, but if it is constructed by a hardware means, it can be constructed as described in Japanese Patent Application No. 1983-216865 filed by the present applicant. 8, 1988
Filed on March 31st, “Network configuration data processing device”)
” can be used.
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, as shown in FIG. 5, the basic unit 1 is a multiplication type D that multiplies the output from the previous layer input via the input switch section 7 by the weight value held by the weight value holding section 8.
/A converter 2a, an analog adder 3a that adds the output value of the multiplication type D/A converter 2a and the previous accumulated value to calculate a new accumulated value, and holds the addition result of the analog adder 3a. A sample-and-hold circuit 3b that converts the data held in the sample-and-hold circuit 3b into nonlinear form when the accumulation process is completed, and an analog signal of the nonlinear function generation circuit 4a that outputs the data to the subsequent layer. This is realized by including an output holding section 5 that holds a value, an output switch section 6 that outputs the data held by the output holding section 5, and a control circuit 9 that controls each of these processing sections.
そして、階層ネントワーク構造部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
力ユニフト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 section 20 is realized in a configuration in which the basic units 1 having this configuration are electrically connected through one common analog bus 70, as shown in FIG. Here, in the figure, 71 is a weight output circuit that gives a weight value to the weight value holding section 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 that is a control signal for data transfer. A synchronous control signal line 74 that transmits a control signal to the weight output circuit 71, the initial signal output circuit 72, and the control circuit 9 is a main control circuit that sends out a 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
御回路74は、前段層の基本ユニフト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2
a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、入カバターン(入力信号)に対応する出
カバターン(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 section 20 having this configuration, the main control circuit 74 sequentially selects the basic units 1 in the previous layer in chronological order, and in synchronization with this selection process, the output holding section of the selected basic unit 1. 5 is transmitted via the analog bus 70 in a time-division manner to the multiplication type D/A converter 2 of the basic unit 1 in the subsequent layer.
Process to output to a. 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 value, multiplies the input value and the weight value, and connects the analog adder 3a and sample hold. The accumulation processing section 3 constituted by the circuit 3b sequentially accumulates the multiplied values. Subsequently, when all the accumulation processing for the basic unit 1 in the previous layer is completed, the main control circuit 74 activates the nonlinear function generation circuit 4a of the basic unit 1 in the subsequent layer to calculate the final output. The output holding unit 5 performs processing to hold the final output of the conversion processing result. Then, the main control circuit 74 sets this latter layer as a new former layer and repeats the same process for the next latter layer, thereby changing the output cover turn (output signal) corresponding to the input cover turn (input signal). 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9本発明で
は、この特徴を利用して、後件部演算部18が限界和演
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 section 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 connections of the hierarchical network structure9. Utilizing this feature, the consequent part calculation unit 18 is configured to execute the marginal sum calculation.
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 illustrates an embodiment of a learning system for learning weight values assigned to internal connections of this hierarchical network structure section 20. Next, according to an embodiment of this learning system, a learning process for determining internal connection weight values of the hierarchical network structure section 20 will be described in detail.
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、階層ネントワーク構
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、階層ネントワーク構造部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がらの学習教師信号とを受
けて、階層ネ7)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, 30 is a hierarchical network simulator built on a computer, which simulates the data processing function of the hierarchical network structure section 20, and 40 is a learning signal presentation device, which is structured as a hierarchical network structure. The learning signal group (a pair of learning presentation signal and learning teacher signal is used as a basic unit) used for learning the weight value of the internal connection of the unit 20 is managed, and the learning presentation signal within the learning signal group is managed. is presented to the hierarchical network simulator 30, and a learning teacher signal is presented to the learning processing device 50, which will be described later. In order to realize this process, the learning signal presentation device 40 reads the learning signals for learning from the learning signal storage section 41 that manages the learning signal group and the learning signal storage section 41, and selects the learning presentation signals among them. a learning signal presentation unit 42 that presents the learning signal to the hierarchical network simulator 30 and presents the other learning teacher signal forming the pair to a learning processing device 50 (described later) and a learning convergence determination unit 43 (described next);
Upon receiving the output signal outputted from the hierarchical network simulator 30 and the learning teacher signal from the learning signal presentation unit 42, the hierarchical network 7) determines whether the error of the data processing function of the work simulator 30 is within an allowable range. This includes a learning convergence determining section 43 that makes a determination and notifies the learning signal presenting section 42 of the determination result.
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 learning algorithm for weight values of a hierarchical network configuration data processing device, and outputs the learning presentation signal in response to presentation of a 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 studied is calculated based on the error value. By sequentially updating , the weight value of the internal connection that makes the error value fall within the allowable range is learned.
すなわち、学習処理装置50は、バンク・プロパゲーシ
ョン法に従い、第4図に示すh層−1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ypi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
d0との差分値Cdp; )’p=)を算出し、次に
、αpj=ypj N yp7)(dpi yp;
)を算出し、続いて、
ΔWji(t)−εΣαIJ3’ Ili+ζΔW、、
(t−1)に従って、i層−j層間の重み値の更新量Δ
W j 1(1)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 follows the bank propagation method and is explained using the hierarchical network structure unit 20 having a three-layer structure of h layer - 1 layer j layer shown in FIG.
Once the output signal yPJ from the output layer, which is output when a learning input signal (learning presentation signal) is presented, and the learning teacher signal dpj, which is the signal that the output signal ypi should take, are first determined. , the difference value Cdp; )'p=) between the output signal ypJ and the learning teacher signal d0 is calculated, and then αpj=ypj N yp7)(dpi yp;
), and then ΔWji(t)−εΣαIJ3′ Ili+ζΔW,,
According to (t-1), the update amount Δ of the weight value between the i layer and the j layer
Calculate W j 1(1). Here, t represents the number of learning times, and the reason for adding the weight value update amount determined at 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α2Jを用いて
、先ず最初に、
β、□−ypi(1yp;)Σα、JWJi(t−1)
を算出し、次に、
ΔWth(t)−εΣβ2、y□十ζΔwrh(t
t)に従って、h層−1層間の重み値の更新量ΔW、。Next, the learning processing device 50 uses the calculated α2J to first calculate β, □−ypi(1yp;)Σα, JWJi(t−1)
Then, ΔWth(t)−εΣβ2, y□tenζΔwrh(t
t), update amount ΔW of weight values between layer h and layer 1.
(1)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WJ、(t) =W
Ji(t−1)+ΔW 、 、 Q)Wth(t)=W
、h(t−1)+ΔWik(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y□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W j i + W i k
及び閾値θ1.θ1を学習することになる。Calculate (1). Subsequently, the weight value WJ for the next update cycle is determined according to the calculated update amount, (t) = W
Ji(t-1)+ΔW, , Q)Wth(t)=W
, h(t-1)+ΔWik(t), the output signal y□ from the output layer that is output when the learning presentation signal is presented, and its output signal ypj The weight value W j i + W i k with which the learning teacher signal dpj, which is the signal to be taken, matches the learning teacher signal dpj
and threshold value θ1. θ1 will be learned.
なお、本出願人は、先に出願の[特願昭62−3334
84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”)j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。The present applicant previously filed [Patent Application No. 62-3334]
As disclosed in No. 84 (filed on December 28, 1988, "Network configuration data processing device"), 1" is always output to the h layer on the input side, and a threshold value θ is set as a weight value for the output. We proposed that the threshold θ be incorporated into the weight value W by providing a unit that allocates the threshold θ as a weight value.
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2oの人カニニット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2o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
される人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7)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の算出値を闇値処理す
る闇値算出部39とを備えるよう構成される。The hierarchical network simulator 30, as shown in FIG.
A network structure management section 31 that manages the internal connection relationship of the basic unit 1 and the basic unit 1, an arithmetic control section 32 that controls the entire arithmetic processing, and each unit of the input unit 1'' of the hierarchical network structure section 2o and the basic unit 1. an input data development unit 33 that temporarily develops human power values input to the input data development unit 33;
, a weight value management unit 34 that manages weight values assigned to each internal connection, an arithmetic execution unit 35 that is provided to simulate the arithmetic function of the basic unit 7) 1, and a calculation result of the arithmetic execution unit 35 that is managed. The output data management unit 36 is configured to include an output data management unit 36. The calculation execution unit 35 includes a multiplication value calculation unit 37 that calculates a multiplication value of the weight value and the input value, and a summation value calculation unit 38 that calculates the summation value of the calculation values of the multiplication value calculation unit 37. It is configured to include a dark value calculating section 39 that performs dark value processing on the calculated value of the total sum value calculating section 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3o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2o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 this configuration, the hierarchical network simulator 3o simulates the data processing function executed by the hierarchical network structure section 2o installed in the fuzzy controller. Note that the hierarchical network structure section 20
When configuring by 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を限界和演算を実行するも
のとして構築するために、ユーザは、先ず最初に、限界
和演算の入出力信号関係を生成して学習信号提示装置4
0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限界和値を出力
信号とする入出力信号間係を生成して、学習信号格納部
41に登録する処理を行うのである。In order to construct the hierarchical network structure unit 20 as one that executes a marginal sum operation, the user first generates an input/output signal relationship for the marginal sum operation and uses the learning signal presentation device 4.
0 is executed. That is, a process is performed to generate an input signal and an input/output signal relationship whose output signal is the marginal sum value of those input signals, and to register it in the learning signal storage section 41.
2つの値z I+ Z 2(0≦2.≦1)に対しての
限界和値Yは、
Y=1△(zi+zz)
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個である場合番こおけるこの限界和演算
の入出力信号関係を図示する。この第8図の例では、8
1個の入出力信号関係を生成した例を示しである。The marginal sum value Y for two values z I + Z 2 (0≦2.≦1) is expressed as follows: Y=1△(zi+zz). FIG. 8 illustrates the input/output signal relationship of this marginal sum operation in the case where the number of input units 1'-h in the input layer of the hierarchical network structure section 20 is two. In this example of Fig. 8, 8
This figure shows an example in which one input/output signal relationship is generated.
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。Next, the user activates the learning signal presentation device 40 by instructing that the input signal in the registered input/output signal relationship be used as a learning presentation signal and the output signal associated with this as a learning teacher signal. At the same time, by activating the learning processing device 50 in response to this activation process, the weight values of the weight value management unit 34 of the hierarchical network simulator 30 enter learning as much as possible to realize this input/output signal relationship. Instruct.
この起動指示に従い、階層ネ・7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、登録された限界和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の内部結合の重み値が階層
矛ノドワーク・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 startup instruction, the hierarchical network simulator 30 operates as the hierarchical network structure unit 20 that is implemented (or is planned to be implemented) in the fuzzy controller.
In addition to converting and outputting the presented learning presentation signal according to the data conversion function defined by the weight value, the learning processing device 50 receives the output signal from the hierarchical network simulator 30 and performs the above-mentioned back-up processing. The learning signal presentation device 40 updates the weight value (managed by the weight value management unit 34) of the internal connection according to the propagation method.
In this case, the learning signal is repeatedly presented until the output signal from the hierarchical network simulator 30 approximately matches the learning teacher signal. Through this process, the weight values of the internal connections of the hierarchical network structure unit 20 that realize the input/output signal relationship of the registered marginal sum calculation are stored in the weight value management unit 34 of the hierarchical work simulator 30.
第9図に、第8図に示した入出力信号間係を学習信号と
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1000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3867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2oの中間層が1段構成の10ユニツトからな
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(闇値も含む)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rEO6,の学習提示信号を階
層ネットワーク・シミュレータ3oに与えたときに、学
習回数が3867回のときには階層ネットワーク・シミ
ュレータ30がら“0.976”が出力されたことを表
している。ここで、この”0.976”に括弧書きで対
応付けられている”1.000”は「E06」の学習教
師信号である。FIG. 9 shows learning data when learning is performed using the input/output signal relationship shown in FIG. 8 as a learning signal. Here, FIG. 9(a) shows the output signal data of the hierarchical network simulator 30 for presentation of each learning presentation signal when the number of learning times is 0 (that is, at the start of learning), and FIG. 9(b) is the output signal data of the hierarchical network simulator 30 for the presentation of each learning presentation signal when the number of learning times is 1000, and FIG. 9(C) is the output signal data for the presentation of each learning presentation signal when the number of learning times is 3867. 3 represents output signal data of the hierarchical network simulator 30. Here, this learning was performed using a hierarchical network structure section 2o in which the middle layer consisted of 10 units in one stage. Furthermore, at the start of learning, random numbers generated by a random number generator were assigned as initial values for the weight values (including dark values) of each internal connection. In this figure, for example, when the learning presentation signal of rEO6, which is the learning signal in FIG. Indicates that it has been output. Here, "1.000" associated with this "0.976" in parentheses is the learning teacher signal of "E06".
第10図に、学習回数と階層ネ・7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1000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、限界和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 times of learning and the error of the data processing function of the hierarchical network simulator 30. As shown in this figure, when the number of times of learning exceeds 1000, the hierarchical network simulator 30 outputs a learning teacher signal roughly corresponding to the presentation of the learning signal shown in FIG. In this state, even if something that is not in the learning signal is presented, it will operate to output an output signal that is close to the content of the marginal sum operation.
第11図に、学習回数が3867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
重み値及び闇値(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、”26.331636”は、入力層の第1ユ
ニツトと中間層の第1ユニツトとの間の内部結合の重み
値、“8.737288”は、出力層のユニットと中間
層の第1ユニツトとの間の内部結合の重み値、” −0
、603080”は、中間層の第1ユニツトの閾値、”
−14,004505”は出力層のユニットの闇値を表
している。FIG. 11 shows the weight values and dark values (hierarchical network simulator 30
The learning values of (managed by the weight value management unit 34) are illustrated. Here, "26.331636" is the weight value of the internal connection between the first unit of the input layer and the first unit of the hidden layer, and "8.737288" is the weight value of the internal connection between the first unit of the input layer and the first unit of the hidden layer. The weight value of the internal connection with the unit, ” −0
, 603080" is the threshold of the first unit of the middle layer,"
-14,004505'' represents the darkness value of the unit in the output layer.
第9図(c)及び第10図から分かるように、この第1
1図に示す重み値及び闇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B(Ii!
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後件部演算部18は、前
件部演算部17により算出された適用値の限界和値を算
出して出力するという後件部演算を実行することになる
。As can be seen from Figures 9(c) and 10, this first
The weight values and darkness values shown in FIG. 1 are used to calculate the internal state B (Ii!
When registered in the management unit 21, the consequent part calculation unit 18, which executes calculation processing by the hierarchical network structure part 20, calculates and outputs the marginal sum value of the applied values calculated by the antecedent part calculation unit 17. The consequent operation will be executed.
この後件部演算部18が実行する限界和演算処理の実行
により、従来のファジィ制御器が用いる論理和演算の後
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。Due to the execution of the marginal sum calculation process executed by the consequent part calculation unit 18, there may be cases where appropriate control cannot be executed by the consequent part calculation of the logical sum operation used by conventional fuzzy controllers. This will also provide a way for more appropriate control to be exercised.
一方、内部状態値管理部21に対して、第12図に示す
論理和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図の重み値及び闇値が登録されると、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
理和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
る後件部演算として限界和演算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和演算
の後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 values and dark values shown in FIG. 13 obtained from the learning signal that defines the input-output relationship of the logical sum operation shown in FIG. 12 are registered in the internal state value management unit 21, the hierarchical network The structure section 20 outputs an output signal that provides the logical sum value of the input signals as shown in FIG. 14 in response to the input of the learning presentation signal shown in FIG. 12. As described above, in the present invention, while realizing the arithmetic function of the marginal sum operation as a consequent operation described in the fuzzy control rule, by simply changing the management data of the internal state value management section 21, the conventional It is also possible to return to the consequent operation of the logical sum 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人力の後件部
演算部18に対しての適用例で説明したが、2人力に限
られることな(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lの演算処理は、闇値変
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、バンク・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ハック・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N7.ノドワーク構造
部20そのものを利用して、重み値及び闇値の学習を行
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 thereto. For example, in the embodiment, an example of application to the consequent part calculation unit 18 is explained with the help of two people. The arithmetic processing of l is not limited to the dark value conversion processing.In addition, the present applicant previously applied for the "Network configuration data The present invention discloses an invention that improves the bank propagation method and makes it possible to realize weight value learning processing in a shorter time. It is also possible to use other weight value learning methods other than the back propagation method and hack propagation method.And, the N7 node work structure can be implemented in the fuzzy controller without using a simulator or the like. It is also possible to use the section 20 itself to learn the weight values and the dark values.
〔発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、ファジィ制御ル
ールの後件部演算として限界和の演算機能を実現しつつ
、従来から使用されている論理和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。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is possible to realize the marginal sum calculation function as the consequent part calculation of the fuzzy control rule, while also easily changing to the conventional logical sum calculation. As a result, it becomes possible to construct a fuzzy controller that is more suitable for the controlled object, and it is also easier to use when it needs to operate as a conventional fuzzy controller. It will be possible to respond to
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7)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
重み値及び闇値の学習データの説明図、
第12図は論理和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図は論理和演算の重み値及び闇値の学習データの
説明図、
第14図は論理和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、工は基本ユニット、lo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7ソトワ
一ク構造部、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、5
0は学習処理装置である。Figure 1 is a diagram of the principle configuration of the present invention, Figure 2 is an embodiment of the present invention, Figure 3 is a diagram of the basic configuration of the basic unit 7), Figure 4 is a diagram of the basic configuration of the hierarchical network structure, and Figure 5 is a diagram of the basic configuration of the hierarchical network structure. Figure 6 is an example of the basic unit; Figure 6 is an example of the hierarchical network structure; Figure 7 is an explanatory diagram of the learning system used in the present invention; Figure 8 is an explanatory diagram of the learning signal to be generated; Figures 9 and 10 are explanatory diagrams of learning data, Figure 11 is an explanatory diagram of learning data of weight values and dark values, Figure 12 is an explanatory diagram of learning signals generated when assigning logical sum operations, and Figure 13 is an explanatory diagram of learning data. The figure is an explanatory diagram of the learning data of the weight value and the dark value of the OR operation, and FIG. 14 is an explanatory diagram of the output data when operating as the OR operation function. In the figure, engineering is a basic unit, lo is an input unit, 10 is a fuzzy controller, 16 is an antecedent part truth value calculation unit, 17 is an antecedent part calculation unit, 18 is a consequent part calculation unit, and 20 is a layer 7 software 1 network structure section, 21 is an internal state value management section, 30 is a hierarchical network simulator, 40 is a learning signal presentation device, 5
0 is a learning processing device.
Claims (1)
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、該後件部演算部(18)の出力値と制御
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
量を算出して出力する推論値算出部(19)とを備える
ファジィ制御器において、上記後件部演算部(18)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筒層と出
力層との間で内部結合が構成されるとともに、該内部結
合に割り付けられる内部状態値として出力層から入力信
号値の限界和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(20)により構成されること
を、特徴とするファジィ制御器。[Claims] An antecedent part truth value calculation unit (16) that calculates a membership function value for the input control state quantity, and a logical operation on the calculated value of the antecedent part truth value calculation unit (16). an antecedent part calculation unit (17) that obtains an output value by applying
), which performs a logical operation on the output value of the consequent part (18) to obtain an output value, and performs a control operation based on the output value of the consequent part calculation part (18) and the membership function value for the control operation amount. In the fuzzy controller, the consequent calculation unit (18) includes an input unit (1') that distributes input signal values, and an inference value calculation unit (19) that calculates and outputs a quantity, and an input unit (1') that distributes an input signal value, and a a basic unit (1) that receives one or more inputs and an internal state value by which the inputs are to be multiplied to obtain a product-sum value, and obtains an output by functionally converting the product-sum value; as a structural unit, a plurality of the input units (1'-h) as an input layer, and one or more of the basic units (1-i) as an intermediate layer, comprising one or more intermediate layers, And one of the basic units (1-j) is used as an output layer, and internal connections are formed between the input layer and the intermediate layer at the forefront, between the intermediate layers, and between the intermediate cylinder layer at the final stage and the output layer. and a hierarchical network structure unit (20) in which a value is set that will cause a limit sum value of input signal values to be output from the output layer as an internal state value assigned to the internal connection. Features fuzzy controller.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2071168A JP2559881B2 (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Fuzzy controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2071168A JP2559881B2 (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Fuzzy controller |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03271808A true JPH03271808A (en) | 1991-12-03 |
JP2559881B2 JP2559881B2 (en) | 1996-12-04 |
Family
ID=13452858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2071168A Expired - Lifetime JP2559881B2 (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Fuzzy controller |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2559881B2 (en) |
-
1990
- 1990-03-20 JP JP2071168A patent/JP2559881B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP2559881B2 (en) | 1996-12-04 |
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