JPH0353301A - Fuzzy controller - Google Patents

Fuzzy controller

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JPH0353301A
JPH0353301A JP1187273A JP18727389A JPH0353301A JP H0353301 A JPH0353301 A JP H0353301A JP 1187273 A JP1187273 A JP 1187273A JP 18727389 A JP18727389 A JP 18727389A JP H0353301 A JPH0353301 A JP H0353301A
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fuzzy
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rules
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Abstract

PURPOSE:To obtain a fuzzy controller which can perform the fuzzy control and also minimizes the number of rules to attain the linear control by using the algebraic product of the grade of a fuzzy variable of an antecedent part corresponding to the input value as the grade of a fuzzy variable of a consequent part. CONSTITUTION:A CPU 11 performs the total control of a device while using the storage area of a RAM 12b based on a control program stored in a ROM 12a. Then the grade of a fuzzy variable is obtained to the degrees of plural types of input value inputted based on a set control rule and a member ship function. At the same time, the algebraic product is operated for the grades of plural types of input value. In this case, the algebraic product of the grade of the input value is used as the grade of a fuzzy variable of a consequent part of the control rule with which the input value is satisfied. Thus it is possible to obtain a fuzzy controller which is capable of the fuzzy control and also suited to the linear control.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被制御系の状態を示す複数種類の情報を人力
し、被制御系を操作する操作量と人力との関係を示す複
数のファジィ制御ルールに基づいて被制御系を制御する
ようにしたファジィ制御器に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a method for manually generating multiple types of information indicating the state of a controlled system, and generating multiple types of information indicating the relationship between the amount of operation for operating the controlled system and the human input. The present invention relates to a fuzzy controller that controls a controlled system based on fuzzy control rules.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図は、この種のファジィ制御器を用いたファジィフ
ィードバック制御系の一例を示す図であり、制御ループ
が1つの場合を示す。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a fuzzy feedback control system using this type of fuzzy controller, and shows a case where there is one control loop.

図において、10はマイクロコンピュータ等で構成され
たファジィ制御器、20は各種の被制御系であり、ファ
ジィ制御器10は、例えばミ被制御系20の状態を示す
量として制御偏差e(制御量yと目標値rとの差)とそ
の差分Δeとを人力し、制御量yが所定の目標値rにな
るように操作量mを決定して被制御系20に出力する。
In the figure, 10 is a fuzzy controller composed of a microcomputer, etc., 20 is various controlled systems, and the fuzzy controller 10 uses, for example, a control deviation e (controlled variable y and the target value r) and the difference Δe thereof, the manipulated variable m is determined so that the controlled variable y becomes a predetermined target value r, and is output to the controlled system 20.

以下、制御偏差eと差分Δeの人力に対して操作量mを
出力するようなファジィ制御を例に説明する。
Hereinafter, an example of fuzzy control will be explained in which a manipulated variable m is output for the control deviation e and the human power of the difference Δe.

この種のファジィ制御では、制御偏差eがどの程度であ
るか、また、差分Δeがどの程度であるかを判定し、こ
れらの程度の組合せに応じて操作量mを決定するように
している。
In this type of fuzzy control, it is determined how much the control deviation e is and how much the difference Δe is, and the manipulated variable m is determined according to a combination of these degrees.

このため、制御偏差eと差分Δeおよび操作量mの各変
域について、例えば第l7図に示したようなメンバーシ
ップ関数でグレードが決められるファジィ変数を設定し
、このファジィ変数によって制御偏差eと差分Δeおよ
び操作量mの程度が表現される.同図は、説明上、制御
偏差eと差分Δeおよび操作量mのそれぞれを変量Xで
代表させて、そのメンバーシップ間数μ(×)を示した
もので、同図のNB,NM,NS,ZO,PS,PM,
PBがファジィ変数である。なお、ファジィ変数の変数
名は以下のような意味である。
Therefore, for each domain of the control deviation e, the difference Δe, and the manipulated variable m, a fuzzy variable whose grade is determined by a membership function as shown in FIG. The degree of the difference Δe and the manipulated variable m is expressed. For explanatory purposes, the figure represents the control deviation e, the difference Δe, and the manipulated variable m by a variable X, and shows the membership number μ(×). ,ZO,PS,PM,
PB is a fuzzy variable. Note that the variable names of fuzzy variables have the following meanings.

NB:負の方向に大きい NM:負の方向にある程度 NS:負の方向に少し ZO:ほとんどゼロ PS:正の方向に少し PM:正の方向にある程度 PB:正の方向に大きい これらのファジィ変数(NB ,NM,NS ,ZO,
PS,PM,PB)は、変量Xと予め設定された値(こ
の例では“0″゛)との偏差の程度を、重複した所定の
区間を代表して示す変数であり、任意の変量Xは、この
変量Xが属する区間に対応するファジィ変数の属性を有
する。そして、その属性の程度(グレードμ1)は、メ
ンバーシップ関数μ(x)によってOから1の値で示さ
れる。なお、メンバーシップ関数のサポート部(傾斜し
た部分)では、1つの変数Xに対して2つのファジィ変
数と2つのグレードが決まり、この2つのグレードの和
はlになる。
NB: Large in the negative direction NM: To some extent in the negative direction NS: A little in the negative direction ZO: Almost zero PS: A little in the positive direction PM: To some extent in the positive direction PB: Large in the positive direction These fuzzy variables (NB, NM, NS, ZO,
PS, PM, PB) are variables that represent the degree of deviation between the variable X and a preset value (“0” in this example) overlapping predetermined intervals; has the attribute of a fuzzy variable corresponding to the interval to which this variable X belongs. The degree of the attribute (grade μ1) is represented by a value from O to 1 using the membership function μ(x). Note that in the support part (slanted part) of the membership function, two fuzzy variables and two grades are determined for one variable X, and the sum of these two grades is l.

例えば、変量Xを制御偏差eとしてその値が第17図図
示のようにexであったとすると、制御?差e.のファ
ジィ変数はPSとPMで、このファジィ変数(PS ,
PM)の各グレードはそれぞれμ■,μAffi(μ■
+μAz=1)となる。なお、メンバーシップ関数の頂
点とコア部(水平部分)では、一方のグレードが1で他
方がOになる。
For example, if the variable X is a control deviation e and its value is ex as shown in FIG. 17, then control? Difference e. The fuzzy variables of are PS and PM, and this fuzzy variable (PS ,
Each grade of PM) is μ■, μAffi(μ■
+μAz=1). Note that in the vertex and core part (horizontal part) of the membership function, one grade is 1 and the other is O.

一方、ファジィ制御器10には、次式(1)で示したよ
うに、制御偏差eおよび差分Δeの程度とそのときの操
作量mの程度との関係をファジィ変数で表現したIF・
・・THEN・・・形式の複数の制御ルールが設定され
ている。
On the other hand, as shown in the following equation (1), the fuzzy controller 10 has an IF and
...THEN... A plurality of control rules are set.

IP( e is A+ )and(Δe is Bj
)THEN m is[i・1〜l,j・1〜n] A i  v Bj  s Cij :ファジィ変数上
式(1)の前件部(”IF″と“THIliN“の間の
部分)は、制御変数eと差分Δeに対してそれぞれファ
ジィ変数Ai ,B,を対応付けてand結合した前提
条件を示し、後件部(“THI!N”以降の部分)は、
操作量mとファジィ変数C i jを対応付けた結論を
示している。そして、この制御ルールにより、「制御偏
差eがA、程度で、かつ、差分ΔeがB、程度C ij
・・・(1) ?ときは、操作量mをC i j程度とする。」という
ルールが規定される。
IP(e is A+) and(Δe is Bj
) THEN m is [i・1~l, j・1~n] A i v Bj s Cij : Fuzzy variable The antecedent part (the part between "IF" and "THIliN") of the above equation (1) is, The control variable e and the difference Δe are associated with fuzzy variables Ai, B, respectively, and the preconditions are AND-combined, and the consequent part (the part after "THI!N") is as follows.
A conclusion is shown in which the manipulated variable m and the fuzzy variables C i j are associated with each other. Then, according to this control rule, "the control deviation e is A, degree, and the difference Δe is B, degree C ij
...(1)? In this case, the manipulated variable m is approximately C ij. ” rules are stipulated.

ファジィ制御器10は、入力される制御偏差eと差分Δ
eに応じて、前件部を満足する制御ルールを駆動して後
件部の操作量mのファジィ変数を求め、制御偏差eおよ
び差分Δeのグレードと、各操作量mのファジィ変数の
グレードから、操作量mの出力値m0のファジィ集合C
Oを推定し、このファジィ集合を非ファジィ化して出力
値を決定する。
The fuzzy controller 10 calculates the input control deviation e and the difference Δ
According to e, a fuzzy variable of the manipulated variable m of the consequent is determined by driving a control rule that satisfies the antecedent part, and from the grade of the control deviation e and the difference Δe, and the grade of the fuzzy variable of each manipulated variable m. , fuzzy set C of output value m0 of manipulated variable m
Estimate O, defuzzify this fuzzy set, and determine the output value.

次に、上記のように出力値m0を決定するまでの従来の
ファジィ制御方式について説明する。
Next, a conventional fuzzy control method up to determining the output value m0 as described above will be explained.

(従来のファジィ制御方式) ファジィ制御器10は、予め設定されたメンバーシップ
関数を参照して、入力される制御偏差eと差分Δeから
、制御偏差eのファジィ変数A,gA2およびグレード
μ■,μA2、差分Δeのファジィ変数B,,B.およ
びグレードμ■,μ3■をそれぞれ求め、ファジィ変数
Az  ,Az  , B l+82の4つの組合せ(
 A lとB,,A,とB2?AzとB+,Azと82
)に対応する前件部を有する4つの制御ルールを駆動し
て、操作量mに対する4つのファジィ変数C,,,c,
2,c,.,cttを求める。
(Conventional Fuzzy Control Method) The fuzzy controller 10 refers to a preset membership function and calculates the fuzzy variables A, gA2 and grade μ■ of the control deviation e from the input control deviation e and the difference Δe. μA2, fuzzy variable B of difference Δe, ,B. and the grades μ■, μ3■, respectively, and the four combinations of fuzzy variables Az, Az, B l+82 (
A l and B,,A, and B2? Az and B+, Az and 82
) to generate four fuzzy variables C, , c, for the manipulated variable m.
2,c,. , ctt.

また・グレードμa+ s μazs #lIt e 
llmzについては、制御ルールの前件部のand結合
に対応させてmin演算(ミニ演算)と称する演算を施
し、上記の4つの制御ルールについて、制御偏差eのフ
ァジィ変数A.と差分Δeのファジィ変数B.の各グレ
ードμ..,μljのうち小さい方を取った4つの値μ
■7,.jをそれぞれ求める。なお、この4つの値μl
Iill+ijは、4つの各制御ルールが適合する適合
の度合を示している。
Also, grade μa+ s μazs #lIt e
Regarding llmz, an operation called min operation (mini operation) is performed in correspondence with the and combination of the antecedent part of the control rule, and for the above four control rules, the fuzzy variable A. and the fuzzy variable B of the difference Δe. Each grade μ. .. , μlj, the smaller of the four values μ
■7,. Find each j. In addition, these four values μl
Iill+ij indicates the degree of adaptation of each of the four control rules.

次に、上記のようにして推定された操作量mに対する4
つのファジィ変数C.、(C++,C+■,C21,C
2■)から、操作量mの出力値m0を求めるために、以
下のようなmax−min合或と称する演算が行われる
Next, 4 for the manipulated variable m estimated as above.
two fuzzy variablesC. , (C++, C+■, C21, C
2) In order to obtain the output value m0 of the manipulated variable m, the following calculation called max-min combination is performed.

すなわち、前件部のmin演算で得られた4つの値μ+
min+ijと、これに対応する4つのファジィ変数C
 i jの各メンバーシップ関数μe+ijとのmi0
演算(μ淘・n*ij八μc,t=)&こより、各ファ
ジィ変数C i jに対応して操作量mを変数とする4
つの関数を求め、この4つの関数の和により次式(2)
のように操作31mのファジィ集合C0のメンバーシッ
プ関数μ−’(m)を求める。
In other words, the four values μ+ obtained by the min operation of the antecedent part
min+ij and the four corresponding fuzzy variables C
mi0 with each membership function μe+ij of i j
From the calculation (μ淘・n*ij8μc,t=)&, the manipulated variable m is set as a variable corresponding to each fuzzy variable C i j 4
The following equation (2) is obtained by calculating the four functions and using the sum of these four functions.
The membership function μ-'(m) of the fuzzy set C0 in operation 31m is determined as follows.

?゜゜(″′)フ1:::会■c;H;] Sj, E
:::父:::’. z:] ...(2)(ただし・
ω目=μ・i−▲J) そして、次式(3)のように、ファジィ集合COの重心
から出力値m0を求める。
?゜゜(″′) ふ1:::会■c;H;] Sj, E
:::father:::'. z:] . .. .. (2) (However,
ω-th=μ・i−▲J) Then, the output value m0 is obtained from the center of gravity of the fuzzy set CO as shown in the following equation (3).

ところで、制御偏差eと差分Δeおよび操作量mの変数
で張られる3次元空間(以後、制御空間という。)を設
定すると、ファジィ制御による゛入出力の1つの関係は
、第20図に示したように制御空間内の点で表現するこ
とができる。同図において、点P,Q,R,Sは、一例
として以下の4つの制御ルール(ロ)j ((1) ?
 (r) , (S)において、前件部のファジィ変数
のグレードが2つとも1になった点を示し、各制御ルー
ルを代表する点(以後、代表点という。)である。
By the way, if we set a three-dimensional space (hereinafter referred to as control space) defined by the variables of the control deviation e, the difference Δe, and the manipulated variable m, one relationship between input and output due to fuzzy control is shown in Figure 20. It can be expressed as a point in the control space as follows. In the figure, points P, Q, R, and S are defined by the following four control rules (b) j ((1)?
(r) and (S) indicate the point where both fuzzy variables in the antecedent part have a grade of 1, and are points representing each control rule (hereinafter referred to as representative points).

1F( e is Z O)and(Δe  is Z
O)THEN m i’sIF( e  is Z O
)and(Δe  is NS)THEN m isI
F( e  is N S)and(Δe  is N
S)THEN m isIF( e  is N S)
and(Δe  is ZO)THEN m isいま
、上記4つの制御ルール(p) , (Q) , (r
) , (S)における制御偏差eのファジィ変数と差
分Δeのファジィ変数および操作量mのメンバーシップ
関数をそれぞれ第18図(a)〜(C)のようにし、人
力された制御偏差と差分が図示のようにel  tΔe
.であったとすると、制御偏差e1についてはファジィ
変数ZOのグレードμが0.8でファジィ変数NSのグ
レードμが0.2となり(第18図(a))、偏差Δe
.についてはファジィ変数ZOのグレードμが0.6で
ファジィ変数NSのグレードμが0.4になる(同図0
)))。
1F (e is Z O) and (Δe is Z
O) THEN m i's IF( e is Z O
) and (Δe is NS) THEN m is I
F(e is N S) and (Δe is N
S) THEN is IF (e is N S)
and (Δe is ZO) THEN is now the above four control rules (p), (Q), (r
), (S), the fuzzy variable of the control deviation e, the fuzzy variable of the difference Δe, and the membership function of the manipulated variable m are set as shown in Figures 18 (a) to (C), respectively, and the manually controlled control deviation and the difference are el tΔe as shown
.. Assuming that, for the control deviation e1, the grade μ of the fuzzy variable ZO is 0.8, the grade μ of the fuzzy variable NS is 0.2 (Fig. 18(a)), and the deviation Δe
.. For, the grade μ of the fuzzy variable ZO is 0.6 and the grade μ of the fuzzy variable NS is 0.4 (0 in the same figure).
))).

このようにして得られるグレードに対するmin演算に
より、第19図(a)〜(d)に示したように、4つの
制御ルール(p) , (q) , (r) + (s
)の各前件部の制ZO・・・ω) PS・・・(q) PM・・・(r) PS・・・(S) 御偏差と差分の各組について、グレードμの小さい方の
値μmin+ijが、順に0.6 , 0.4 , 0
.2 , 0.2と得られる。
As shown in FIG. 19(a) to (d), by performing the min operation on the grades obtained in this way, the four control rules (p), (q), (r) + (s
) for each antecedent part ZO...ω) PS...(q) PM...(r) PS...(S) For each pair of control deviation and difference, the smaller grade μ The value μmin+ij is 0.6, 0.4, 0 in this order.
.. 2,0.2 is obtained.

さらに、max−min合戒により、同図に斜線で示し
たように、制御ルール(p) 9 (q) 9 (r)
 9 (S)の各後件部に対応する操作量mのファジィ
変数ZO,PS ,PMのメンバーシップ関数から台形
の関数が得られ、この関数の和によって、同図(e)に
斜線で示したようなファジィ集合C0のメンバーシップ
関数μc’(m)得られる。そして、ファジィ集合C0
の重心が出力値m0として前掲の式(3)によって求め
られる。なお、この制御偏差e1 ,差分Δe,,出力
値m0の関係を制御空間に示すと、例えば第20図の点
Tのようになる。
Furthermore, due to the max-min combination, the control rule (p) 9 (q) 9 (r)
9 A trapezoidal function is obtained from the membership functions of the fuzzy variables ZO, PS, PM of the manipulated variable m corresponding to each consequent of (S), and by the sum of this function, The membership function μc'(m) of the fuzzy set C0 is obtained. And the fuzzy set C0
The center of gravity of is determined as the output value m0 using the above equation (3). Note that if the relationship among the control deviation e1, the difference Δe, and the output value m0 is shown in the control space, it becomes, for example, point T in FIG. 20.

このように、ファジィ制御器で得られる出力値mO  
(操作量m)は、制御ルールとメンバーシップ関数によ
って生戒されるため、制御ルールを適宜設定することに
より、被制御系の特性を示すパラメータ等を考慮する必
要がなく線形・非線形を問わず任意の制御対象に対して
ファジィ制御を行うことかできる。
In this way, the output value mO obtained by the fuzzy controller
(manipulated amount m) is controlled by control rules and membership functions, so by setting control rules appropriately, there is no need to consider parameters that indicate the characteristics of the controlled system, regardless of whether it is linear or nonlinear. Fuzzy control can be performed on any control target.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、上記のような従来のファジィ制御器にお
いては、制御ルールの前件部のand結合に対応して各
メンバーシップ関数値(グレード)の小さい方の値を求
めるmin演算を行うようにしているため、以下のよう
な問題が生しる。
However, in the conventional fuzzy controller as described above, a min operation is performed to find the smaller value of each membership function value (grade) in response to the AND combination of the antecedent part of the control rule. Therefore, the following problems arise.

第14図は、上記のmin演算に対応させて、1つの制
御ルールにおける前件部の2つのファジィ変数に対応す
る各メンバーシップ関数の直積においてmin演算の演
算値を示した図であり、この演算値(図の高さ)は、ル
ールが駆動される程度を示している。
FIG. 14 is a diagram showing the calculated value of the min calculation in the direct product of each membership function corresponding to the two fuzzy variables of the antecedent part in one control rule, in correspondence with the above min calculation. The calculated value (height of the diagram) indicates the degree to which the rule is driven.

また、第20図に示した点Tのように、制御偏差eと差
分Δeの入力値が代表点P,Q,R,Sから外れている
場合はメンバーシップ関数のサポート部で駆動される制
御ルールが4つになるが、個々のルールによる全体の駆
動程度を第14図の演算値の和をとって示すと、第15
図の面Fのようになる。
In addition, if the input values of the control deviation e and the difference Δe deviate from the representative points P, Q, R, and S, as at point T shown in FIG. 20, the control driven by the support part of the membership function There are four rules, but the overall driving degree by each rule is shown by adding up the calculated values in Figure 14.
It will look like surface F in the figure.

同図からわかるようにサポート部の中央では高さが最大
になり、代表点P,Q,R,Sで囲う矩形の中央の点、
すなわち、最もあいまいな部分が強調されることになる
。このため、制御偏差eと差分Δeおよび出力値m0が
制御空間内で構成する面(制御面)は、例えば第16図
に示したようになり、代表点P,Q,R,Sで囲う矩形
内の出力値には制御変数eおよび偏差Δeに対して非線
形な要素が含まれるようになる。
As can be seen from the figure, the height is maximum at the center of the support part, and the center point of the rectangle surrounded by representative points P, Q, R, and S,
In other words, the most ambiguous parts will be emphasized. Therefore, the surface (control surface) that the control deviation e, the difference Δe, and the output value m0 constitute in the control space is as shown in FIG. 16, for example, and is a rectangle surrounded by the representative points P, Q, R, and S. The output value within includes a nonlinear element with respect to the control variable e and the deviation Δe.

ところで、制1卸ルールを自由に構成できることはファ
ジィ制御の最大の長所であり、これによって線形・非線
形を問わず任意の制御対象に対してファジィ制御器を構
或することが可能になっているが、一方では、専門知識
を有するオベレークであっても多くの制御ルールを構戊
することは煩雑すぎ、ファジィ制御器の自由度が逆に煩
わしさにもなっている。また、実際のプロセスではPI
D動作に基づく線形制御を必要とする場合が多く、ファ
ジィ制御器を線形制御器として構戒する場合など、制御
ルールの数を最小限に聞えるように丁ることは有効であ
る。
By the way, the greatest advantage of fuzzy control is that the control rules can be freely configured, and this makes it possible to construct a fuzzy controller for any controlled object, regardless of whether it is linear or nonlinear. However, on the other hand, even for an expert with specialized knowledge, it is too complicated to create many control rules, and the degree of freedom of the fuzzy controller actually becomes troublesome. In addition, in the actual process, PI
Linear control based on D operation is often required, and it is effective to minimize the number of control rules so that they can be heard, such as when using a fuzzy controller as a linear controller.

しかしながら、上記のような従来のファジィ制御器で線
形制御を行う場合は、前記のような非線形な要素が許容
範囲になるまで代表点の間隔を狭くする必要があり、し
たがって、線形な制御面を構成するためには制御ルール
の数を多くする必要がある。
However, when linear control is performed using the conventional fuzzy controller described above, it is necessary to narrow the interval between the representative points until the nonlinear elements mentioned above fall within an allowable range. In order to configure this, it is necessary to increase the number of control rules.

本発明は、ファジィ制御が可能で、しかも、線形制御に
も適したファジィ制御器を提供することを課題とする。
An object of the present invention is to provide a fuzzy controller that is capable of fuzzy control and is also suitable for linear control.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の課題を解決するためになした本発明のファジィ制
御器は、被制御系の状態を示す複数種類の入力量につい
て該入力量の程度をファジィ変数で表現した複数の条件
からなる前件部とこの前件部に対する被制御系の操作量
の程度をファジィ変数で示す後件部とを有する複数の制
御ルールが設定されるとともに、上記前件部のファジィ
変数のメンバーシップ関数が設定され、入力される複数
種類の入力量が満足する制御ルールに基づいて、その後
件部のファジィ変数とグレードから被制御系に出力する
操作量を決定するようにしたファジィ制御器において、
前記設定された制御ルールとメンバーシップ関数とに基
づいて、入力される複数種類の入力量の程度に対応する
ファジィ変数のグレードを求めるとともに、この複数種
類の入力量のグレードの代数積を演算する演算手段を備
え、上記入力量のグレードの代数積を、入力量が満足す
る制御ルールの後件部におけるファジィ変数のグレード
とするようにしたことを特徴とする。
The fuzzy controller of the present invention, which has been made to solve the above problems, has an antecedent part consisting of a plurality of conditions expressing the degree of the input quantity with fuzzy variables for a plurality of types of input quantities indicating the state of the controlled system. A plurality of control rules are set, each having a consequent part that indicates the degree of operation amount of the controlled system with respect to this antecedent part using a fuzzy variable, and a membership function of the fuzzy variable of the antecedent part is set, In a fuzzy controller that determines the manipulated variable to be output to the controlled system from the fuzzy variable and grade of the consequent based on a control rule that satisfies multiple types of input quantities,
Based on the set control rule and membership function, the grade of the fuzzy variable corresponding to the degree of the input amount of the plurality of types is determined, and the algebraic product of the grades of the input amount of the plurality of types is calculated. The present invention is characterized in that it comprises a calculation means, and the algebraic product of the grade of the input quantity is made the grade of the fuzzy variable in the consequent part of the control rule that the input quantity satisfies.

〔作 用] 本発明のファジィ制御器において、複数種類の入力量が
満足する制御ルールの後件部のファジィ変数と、入力量
のグレードの代数積から被制御系に出力する操作量が決
定される。
[Operation] In the fuzzy controller of the present invention, the manipulated variable to be output to the controlled system is determined from the algebraic product of the fuzzy variable of the consequent part of the control rule that satisfies multiple types of input quantities and the grade of the input quantity. Ru.

第4図は、上記グレードの代数積の演算に対応させて、
前件部の2つのファジィ変数に対応する各メンバーシッ
プ関数の直積において代数積の濱算値を示す図であり、
この演算値(図の高さ)はルールが駆動される程度を示
している。
Figure 4 shows the calculation of the algebraic product of the above grade,
It is a diagram showing the calculated value of the algebraic product in the direct product of each membership function corresponding to two fuzzy variables of the antecedent part,
This calculated value (height of the figure) indicates the degree to which the rule is driven.

また、メンバーシップ関数のサポート部で駆動される制
御ルールが例えば4つの場合は、上記演算値の和は第5
図の面F′のようになる。
In addition, if there are, for example, four control rules driven by the support part of the membership function, the sum of the above calculated values is the fifth one.
It will look like plane F' in the figure.

このように、全体の駆動程度が一様になり、サポート部
の中央、すなわち、最もあいまいな部分が強調されるこ
とがなく、例えば第6図に示したように代表点P,Q,
R,Sで囲う矩形内の出力値には制御変数eおよび差分
Δeに対して非線形な要素が含まれなくなる。
In this way, the overall driving degree becomes uniform, and the center of the support part, that is, the most ambiguous part, is not emphasized. For example, as shown in FIG. 6, the representative points P, Q,
The output values within the rectangle surrounded by R and S no longer include nonlinear elements with respect to the control variable e and the difference Δe.

〔実施例] 以下、入力量として制御偏差eとその差分Δeを入力し
、出力値m0を出力する場合について本発明の実施例を
説明する。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described for a case where a control deviation e and a difference Δe thereof are input as input quantities and an output value m0 is output.

先ず、本発明のファジィ制御器におけるファジィ制御方
式を説明する。
First, the fuzzy control method in the fuzzy controller of the present invention will be explained.

(ファジィ制御方式) 制御偏差eと差分Δeおよび操作量mのメンバーシップ
関数はファジィ変数に対応させて予め記憶され、また、
制御ルールは前記同様に次式(1)のように記憶される
(Fuzzy control method) Membership functions of control deviation e, difference Δe, and manipulated variable m are stored in advance in correspondence with fuzzy variables, and
The control rule is stored as shown in the following equation (1) as described above.

IP(  e  is A! )and( Δe  i
s  BJ)THEN m  is  CHJ−(1)
[  i=1−j! t  j=1〜n ]A,,BJ
 ,C,、:ファジィ変数 予め設定されているメンバーシップ関数から、入力され
る制御偏差eのファジィ変数A.とグレードμ,i、差
分Δeのファジィ変数81とグレードμljをそれぞれ
求め、設定されている複数の制御ルールから、ファジィ
変数A,,B、の各組合せに対応する前件部を有する制
御ルールを駆動して、駆動される制御ルールの後件部に
より操作量mに対するファジィ変数C1を求める。
IP (e is A!) and (Δe i
s BJ) THEN is CHJ-(1)
[i=1−j! tj=1~n]A,,BJ
, C, , : Fuzzy variable A. of the input control deviation e from the preset membership function. The fuzzy variable 81 and grade μlj with grade μ,i and difference Δe are respectively determined, and a control rule having an antecedent part corresponding to each combination of fuzzy variables A, ,B, is determined from a plurality of set control rules. The fuzzy variable C1 for the manipulated variable m is determined by the consequent part of the driven control rule.

また、ファジィ変数A,,B,のグレードμ.,,μ,
Jについては、駆動された制御ルールの前件部のand
結合に対応する組合せ毎に代数積を演算し、駆動された
各制御ルールについてグレードの積(以後、グレード積
という。)、 ω11′一μ4,・μ,1 ・・・(4)を求める. 次に、駆動された各制御ルール毎に、グレード積ωij
′ と、この積に対応する後件部のファジィ変数C i
 jのメンバーシンプ関数μ。.,、との代数積、ω,
/ ・μC+ij  ・・・(5)を求め、これらの総
和とグレード積ωij′の総和から、次式(6)によっ
て出力値m0を求める。
Also, the grade μ of the fuzzy variables A,,B,. ,,μ,
For J, and of the antecedent part of the driven control rule.
The algebraic product is calculated for each combination corresponding to the connection, and the product of grades (hereinafter referred to as grade product), ω11′−μ4,・μ,1 (4), is determined for each driven control rule. Next, for each driven control rule, the grade product ωij
′ and the fuzzy variable C i of the consequent corresponding to this product
The member simplification function μ of j. .. The algebraic product of , ω,
/ ·μC+ij (5) is determined, and from the sum of these and the sum of the grade product ωij', the output value m0 is determined by the following equation (6).

なお、上記の説明では、添え字1tJによって−C的に
説明したが、一例として、線形制御に対応させて、制御
ルールを次表1のように設定した場合について説明する
In the above description, the subscript 1tJ was used to explain -C, but as an example, a case will be described in which the control rules are set as shown in Table 1 in correspondence with linear control.

表1 上表1の制御ルールによって措戒される制御面は、第7
図のようになり、例えば同図の代表点P,Q,R,Sの
4つの制御ルールは上表1の下線を引いたファジィ変数
の組合せに対応し、前掲と同様に以下の4つの制御ルー
ル(P) , (Q) , (r) , (S)に対応
する. 1F( e  is Z O)and(Δe  is 
ZO)THEIII m isIF( e  is Z
 O)and(Δe  is NS)TI{EN m 
isIF( e  is N S)and(Δe  i
s N S)TIIEN m isIF( e  is
 N S)and(Δe  is Z○)THEN m
 is上記の各制御ルールは、簡単のために、次のよう
に構戒されている。
Table 1 The control aspects that are admonished by the control rules in Table 1 above are
For example, the four control rules for the representative points P, Q, R, and S in the figure correspond to the combinations of fuzzy variables underlined in Table 1 above, and the following four control rules are applied as shown above. Corresponds to rules (P), (Q), (r), and (S). 1F (e is Z O) and (Δe is
ZO) THEIII is IF( e is Z
O) and (Δe is NS)TI{EN m
isIF(e is N S) and(Δe i
s N S)TIIEN m isIF( e is
N S) and (Δe is Z○) THEN m
is Each of the above control rules is structured as follows for simplicity.

すなわち、ファジィ変数のメンバーシップ関数を第8図
のように三角形メンバーシップ関数とし、グレードが1
の値に対して左右対象で等間隔に設定することにより、
ファジィ変数が等間隔に配置されるようにしている.ま
た、前表lからわかるように制御ルールの構戒に規則性
を付与してあり、各制御ルールによる制御面(第7図)
は平面を構成するようにしている。なお、この条件は、
代表zO・・・(p) PS・・・(QI PM・・・(「) PS・・・(SJ 点( et  ,Δet,mt)が次式(4)を満たす
ときである。
In other words, the membership function of the fuzzy variable is a triangular membership function as shown in Figure 8, and the grade is 1.
By setting the values at equal intervals left and right,
The fuzzy variables are arranged at equal intervals. In addition, as can be seen from Table 1 above, regularity is given to the structure of the control rules, and the control aspect by each control rule (Figure 7)
are configured to form a plane. Note that this condition is
Representative zO...(p) PS...(QI PM...('') PS...(SJ) This is when the point (et, Δet, mt) satisfies the following equation (4).

a−et+b・Δet+c−m, 十d=o・・−<’
t)[a , b , c , dは定数コまた、この
場合、制御偏差eと差分Δeの入力に対して駆動される
ルールの数は、制御空間内の人力点が代表点に一致する
場合は1つ、代表点を結ぶ網上にある場合は2つ、それ
以外の場合は4つになる。
a-et+b・Δet+c-m, 10d=o・・-<'
t) [a, b, c, d are constants. Also, in this case, the number of rules driven in response to the input of control deviation e and difference Δe is is one, if it is on the network connecting the representative points there are two, and in other cases there are four.

第9図は、上記のように制御ルールを設定した場合の操
作量mのメンバーシップ関数の一部を示す図であり、図
示のようにグレードが1になる操作量mの値をmc+i
jとすると、この場合は、グレード積ω./とメンバー
シップ関数μ,,1jとの代数積を求める前代(5)を
、次式 ωij′  ・mc+ij・・・(5)′で代用し、次
式(6)′によって出力値m″を求めることができる。
FIG. 9 is a diagram showing a part of the membership function of the manipulated variable m when the control rule is set as described above.
In this case, the grade product ω. Substituting the previous equation (5) for calculating the algebraic product of / and the membership function μ,, 1j by the following equation ωij'・mc+ij...(5)', the output value m'' is obtained by the following equation (6)'. can be found.

例えば、入力された制御偏差eのファジィ変数?AI 
,A2、そのグレードがμ■,μAlで、人力された差
分Δeのファジィ変数がB,,B2、そのグレードがμ
■,μ3■であったとすると、ファジィ変数AI  ,
A!  ,Bl  ,B2の4つの組合せ(AI とB
+  ,A+ とBz,AtとB,,A2と82 )に
対応する前件部を有する4つの制御ルールを駆動して、
操作lmに対する4つのファジィ変数C.,CI■,C
zl,C2■を求める。
For example, the fuzzy variable of the input control deviation e? AI
,A2, its grade is μ■, μAl, and the fuzzy variable of the manually generated difference Δe is B,,B2, its grade is μ
■, μ3■, then the fuzzy variables AI,
A! , Bl, B2 (AI and B
+ , A+ and Bz, At and B, , A2 and 82) by driving four control rules with antecedent parts corresponding to
Four fuzzy variables for operation lmC. ,CI■,C
Find zl, C2■.

次に、駆動した4つの制御ルールの前件部の組合せ毎に
グレードの代数積、 ω■  0μAI’  μB+9  ωI2   =μ
Al’  μ82? ω21   = μAt’  μ
Ills  ω2!   = μAl1’  μ!lt
を求める。
Next, for each combination of the antecedents of the four driven control rules, the algebraic product of grades is ω■ 0μAI' μB+9 ωI2 = μ
Al'μ82? ω21 = μAt'μ
Ills ω2! = μAl1'μ! lt
seek.

そして、記憶しているメンバーシップ関数から、4つの
ファジィ変数C..,C.■s et+ s Cz■の
グレードが1になる操作量mの値me, z * mc
+ +■,me, !I ! me. z■を読出し、
この値mc, I. , me, .■,mc.2■m
..■とグレード積ω.′,ω,2′,ω2I′,ω2
■′から、出力値m0を次式(7)のように求める。
Then, from the stored membership functions, four fuzzy variables C. .. ,C. ■The value of the manipulated variable m that makes the grade of s set+ s Cz■ 1 me, z * mc
++■、me、! I! me. Read z■,
This value mc, I. , me, . ■, mc. 2■m
.. .. ■ and the grade product ω. ', ω, 2', ω2I', ω2
(2) From ', the output value m0 is determined as shown in the following equation (7).

第1図は本発明実施例のファジィ制御器を示すブロック
図であり、実施例のファジィ制御器はマイクロコンピュ
ータとその周辺機器から構威され、前記第2図について
説明したファジィフィードバック制御系等に使用される
。なお、入力量は制御iyであって、一定時間で制?I
量yを取り込んで記憶しておき、i番目の制III量Y
iの入力に対して、目標値rと、記憶しているi−1番
目の制御量y.−1および制御偏差e.−,に基づいて
、次式(8)による内部の演算によって現在の制御偏差
e!と差分Δe.が求められる。
FIG. 1 is a block diagram showing a fuzzy controller according to an embodiment of the present invention. used. In addition, the input amount is controlled iy, and is limited to a certain period of time? I
Take in and memorize the quantity y, and then calculate the i-th control III quantity Y.
For the input of i, the target value r and the stored i-1th controlled variable y. -1 and control deviation e. -, the current control deviation e! is calculated internally by the following equation (8). and the difference Δe. is required.

e五=rYieΔei=ei   ei−t・・・(8
)CPUI tは、後述説明するようにROM12aに
記憶されている制御プログラムに基づいて、RAM 1
 2 bの記憶領域を使用しながら装置全体の制御を行
う。
e5=rYieΔei=ei ei-t...(8
) The CPU t controls the RAM 1 based on the control program stored in the ROM 12a, as will be explained later.
2. The entire device is controlled while using the storage area of 2b.

この実施例のファジィ制御器は、複数の被制御器のファ
ジィ制御を行なえるようになっており、各制御器からの
制4i1ffiyは、MPX (マルチプレクサ)2を
介して入力され、人力される各制御量yは、ADC (
A/D変換器)13aによってディジタルデータに変換
されてCPUIIで順次サンプリングして読み取られる
。また、DAC (D/A変換器)13bに対して被制
御器の種類を指定し、決定された出力値m0のデータは
、DAC(D/A変換器)13bでアナログの操作量m
に変換されて被制御器に出力される。なお、ADC13
aは、ディジタルデー夕に変換した値のバッファメモリ
としてFIFOを有しており、このFIFOに保持され
るデータがシステムバス14を介してCPUIIに読み
取られる。
The fuzzy controller of this embodiment is capable of fuzzy control of a plurality of controlled devices, and the control 4i1ffiy from each controller is input via an MPX (multiplexer) 2, and each The control amount y is ADC (
The data is converted into digital data by the A/D converter (A/D converter) 13a, and sequentially sampled and read by the CPU II. In addition, the type of controlled device is specified for the DAC (D/A converter) 13b, and the data of the determined output value m0 is sent to the DAC (D/A converter) 13b as an analog manipulated variable m.
is converted into and output to the controlled device. In addition, ADC13
a has a FIFO as a buffer memory for values converted into digital data, and the data held in this FIFO is read by the CPU II via the system bus 14.

制御ルールとメンバーシップ関数は、キーボードl5か
らキーボードインタフェース15aを介して入力され、
入力された制御ルールとメンバーシップ関数は予め決め
られたフォーマットでRAM12bに記憶される。
The control rules and membership functions are input from the keyboard l5 via the keyboard interface 15a,
The input control rules and membership functions are stored in the RAM 12b in a predetermined format.

なお、制御ルールとメンバーシップ関数の入力設定時の
設定内容、操作指示情報、あるいは制御時の制御量y、
制御偏差e、差分Δe、出力値m0等のデータが、31
0(シリアル10)16aを介して、CRTディスプレ
イ16に出力される。
In addition, the setting contents when inputting control rules and membership functions, operation instruction information, or control amount y during control,
Data such as control deviation e, difference Δe, output value m0, etc. are 31
0 (serial 10) 16a, it is output to the CRT display 16.

また、演算ユニット17はCPUI 1から設定される
データの四則演算等の処理を行い、これによってCPU
IIの負荷が低減される。
In addition, the arithmetic unit 17 performs processing such as four arithmetic operations on data set from the CPUI 1.
The load on II is reduced.

ROM12aには、前掲の(4)式、(5)′式、(6
)′式、(8)式およびメンバーシップ関数のサポート
部を代表する直線の式が一般式の形でプログラム化され
て記憶されており、CPUI 1は入力されるデータ(
制?ily)あるいは演算結果を引数として各弐の濱算
を実行し、演算結果は、予め設定された変数に記憶され
る。
The ROM 12a contains the above-mentioned equations (4), (5)', and (6).
)′ equation, equation (8), and a linear equation representing the support part of the membership function are programmed and stored in the form of a general equation, and the CPU 1 inputs the input data (
Regulation? Alternatively, each calculation is performed using the calculation result as an argument, and the calculation result is stored in a preset variable.

次に、制御ルールおよびメンバーシップ関数の記憶フォ
ーマットの一例と、ルールの駆動方式の一例を説明する
Next, an example of a storage format of control rules and membership functions and an example of a rule driving method will be described.

(フォーマットの一例) 人力された制御ルールについては、例えば、前件部の条
件(eisAt)t(ΔeisB1)と後件部の結論(
m *s Cij)について、制御偏差e、差分Δe、
操作量m,複数のファジィ変数A.* Bj  t C
ijに対応して予め決められた文字式あるいは符号等を
対応付け、さらに前件部の条件と後件部の結論とを関連
付けて各ルール毎にRAM12bに記憶する。
(Example of format) For a manually created control rule, for example, the condition (eisAt)t(ΔeisB1) in the antecedent part and the conclusion (
m *s Cij), control deviation e, difference Δe,
Manipulated amount m, multiple fuzzy variables A. * Bj t C
A predetermined character expression or code is associated with ij, and the condition of the antecedent part and the conclusion of the consequent part are associated and stored in the RAM 12b for each rule.

また、メンバーシップ関数は、グレードが1になる点と
グレードが0になる点(特徴点)の各変!(制御偏差e
,差分Δe,操作量m)の値をファジィ変数とそれぞれ
対応付け、さらに各変量の種類毎に複数のファジィ変数
を関連つけてRAM12bに記憶する。
Also, the membership function has each change between the point where the grade becomes 1 and the point where the grade becomes 0 (feature point)! (control deviation e
, difference Δe, and manipulated variable m) are associated with fuzzy variables, and a plurality of fuzzy variables are associated with each variable type and stored in the RAM 12b.

さらに、演算によって得られた制御偏差eと差分Δeの
各値は、制御ルールと同様に予め決められた制御偏差e
や差分Δeを示す文字式あるいは符号等に対応付けて記
憶し、この制御偏差eと差分Δeについて上記符号等と
の対応付けを参照できるようにする。
Furthermore, each value of the control deviation e and the difference Δe obtained by the calculation is determined based on a predetermined control deviation e, similar to the control rule.
The control deviation e and the difference Δe are stored in correspondence with a character expression or a code indicating the difference Δe, so that the correspondence between the control deviation e and the difference Δe and the above code can be referred to.

そして、制御偏差eと差分Δeの値に対応するファジィ
変数とグレードは次のようにして求める。
Then, fuzzy variables and grades corresponding to the values of the control deviation e and the difference Δe are determined as follows.

演算によって得られた制御偏差eと差分Δeのそれぞれ
の値について、メンハーシップ関数の特徴点の値と比較
することにより、制御偏差eと差分Δeが属する区間、
すなわち、特徴点の値に対応するそれぞれのファジィ変
数を求める。また、このファジィ変数が決定された特徴
点のデータと制御偏差eあるいは差分Δeの値を直線の
一般式に代入して各グレードを求め、制御偏差eあるい
は差分Δeに対応付けて、グレードとファジィ変数を記
憶する。
By comparing the respective values of the control deviation e and the difference Δe obtained by the calculation with the values of the feature points of the menharship function, the interval to which the control deviation e and the difference Δe belong,
That is, each fuzzy variable corresponding to the value of the feature point is determined. In addition, each grade is obtained by substituting the data of the feature point for which this fuzzy variable has been determined and the value of the control deviation e or difference Δe into the general equation of the straight line, and the grade and fuzzy Remember variables.

(ルールの駆動方式の一例) 上記のように制御偏差eと差分Δeについてグレードと
ファジィ変数を記憶すると、制御ルールの記憶内容の符
号等を参照することにより、変量の種類(制御偏差eま
たは差分Δe)とファジィ変数の種類について制御ルー
ルの前件部にマッチングさせ、マッチングした制御ルー
ルの後件部のファジィ変数を求める。一方、各前件部の
グレードについては代数積を演算し、この代数積と求ま
った後件部のファジィ変数とを対応させて記憶する。
(An example of a rule driving method) When the grades and fuzzy variables are stored for the control deviation e and the difference Δe as described above, the variable type (control deviation e or difference Δe) and the type of fuzzy variable are matched with the antecedent part of the control rule, and the fuzzy variables of the consequent part of the matched control rule are determined. On the other hand, for the grade of each antecedent part, an algebraic product is calculated, and this algebraic product and the determined fuzzy variable of the consequent part are stored in correspondence.

そして、前掲の(5)′式および(6)′式から出力値
m’を求める。
Then, the output value m' is obtained from the above-mentioned equations (5)' and (6)'.

第3図はCPUIIの制御プログラムを示すフローチャ
ートである。
FIG. 3 is a flowchart showing the CPU II control program.

制御プログラムが起動されると、制御ルールおよびメン
バーシップ関数の入力設定を行うかどうかを促し(ステ
ップS,)、所定のキー人力等によって入力設定の有無
を判定する(ステップSZ)人力設定を行わない場合は
、アナログ出力のチャンネル指定、人力データ(電圧値
)を内部データ(工学値)に変換するパラメータの設定
、工学値の上下限の設定、出力結果をグラフィック表示
するためのスケールの設定、目標値rの設定、操作量と
制御量の初期化等の各種初期設定の人力動作を行い(ス
テップS,)、FIFOをクリアする(ステップ34)
When the control program is started, it prompts whether or not to perform input settings for control rules and membership functions (step S), and determines whether or not input settings are made using predetermined keys manually (step SZ). If not, specify the analog output channel, set parameters for converting human data (voltage values) to internal data (engineering values), set upper and lower limits of engineering values, set scales for graphically displaying output results, Perform manual operations for various initial settings such as setting the target value r, initializing the manipulated variable and the controlled variable (step S,), and clear the FIFO (step 34).
.

また、入力設定を行う場合は、制御ルールあるいはメン
バーシップ関数の設定動作を行って前記のようなフォー
マットで記憶し(ステップSs)、上記同様の初期設定
動作を行い(ステップS3)、FIFOをクリアする(
ステップS4)。
When input settings are to be made, a control rule or membership function setting operation is performed and stored in the format described above (step Ss), an initial setting operation similar to the above is performed (step S3), and the FIFO is cleared. do(
Step S4).

上記のようにFIFOをクリアすると、被制御器の名称
、ファジィ変数、グレード、アナログ出力データ等を格
納する配列変数を設定する(ステップS6)。
After clearing the FIFO as described above, array variables are set to store the name of the controlled device, fuzzy variables, grade, analog output data, etc. (step S6).

上記のステンプが終了すると、FIFOから人力データ
をサンプリングして所定の変数に格納して人力電圧のチ
ェックを行うとともに、人力電圧のデータを工学値のデ
ータに変換する(ステップS7)。
When the above step is completed, human power data is sampled from the FIFO and stored in a predetermined variable to check the human power voltage, and the human power voltage data is converted to engineering value data (step S7).

次に前掲の(8)式に基づいて制御偏差eと差分Δeを
計算し(ステップS8)、前記のようにして制御偏差e
と差分Δeをファジィ変数とグレードに変換する(ステ
ップS.)。
Next, the control deviation e and the difference Δe are calculated based on the above-mentioned equation (8) (step S8), and the control deviation e is calculated as described above.
and the difference Δe are converted into fuzzy variables and grades (step S.).

さらに、制御ルールに基づいて、前件部のファジィ変数
の全ての組合せについて前掲の(4)弐の代数積による
後件部のグレードを計算し(ステップSho)、ルール
を駆動して個々の結論を求める(ステップS11)。す
なわち、(5)′式により後件部のファジィ変数の上記
グレードの積とメンバーシンプ関数値の積を求める。
Furthermore, based on the control rule, the grade of the consequent part by the algebraic product of (4) 2 above is calculated for all combinations of fuzzy variables in the antecedent part (step Sho), and the rules are driven to obtain individual conclusions. (Step S11). That is, the product of the grade of the fuzzy variable of the consequent part and the member symp function value is calculated using equation (5)'.

そして、前掲の(6)′弐により複数の結論の重心、す
なわち、出力値m’を求め(ステソプS,2)、現在出
力している操作量mの設定値に出力値m0を加えて新た
な設定値とするとともに(ステップS13)設定値の上
下限のチェックを行い、異常がなければ設定値を出力電
圧データに変換して所定の被制御器を指定してDAC 
1 3 bに出力する(ステップS 14)。
Then, calculate the center of gravity of the multiple conclusions, that is, the output value m', using (6)'2 above (step S, 2), and add the output value m0 to the currently output set value of the manipulated variable m to create a new one. At the same time, the upper and lower limits of the set value are checked (step S13), and if there is no abnormality, the set value is converted to output voltage data, a predetermined controlled device is specified, and the DAC is
13b (step S14).

上記のようにして、複数の被制御器への各操作量の出力
を終えると、ステップS7に戻って、同様のサイクルを
繰り返す。
After outputting each manipulated variable to the plurality of controlled devices as described above, the process returns to step S7 and repeats the same cycle.

以上のように本発明のファジィ制御器では、制御ルール
の前件部のファジィ変数のグレートについて代数積をと
るようにしている。
As described above, in the fuzzy controller of the present invention, the algebraic product of the fuzzy variables in the antecedent part of the control rule is taken.

いま、前件部の制御偏差eが、ある2つのファジィ変数
A.とA,1の間の値を取り、それに対するグレードが
それぞれa,(la)で、差分Δeも同様にファジィ変
数Bj  ,Bjl に対してb,(1−b)のグレー
トが得られたとする。
Now, the control deviation e of the antecedent part is determined by two fuzzy variables A. Suppose that we take a value between .

このとき、ファジィ変数の組合せによって次表2のよう
に制御ルールが駆動されるが、後件部グレードの総和、 a b + a (1− b)+ b (1− a)+
(1 − a)(1 − b)は常に1になることが容
易に分かる。
At this time, the control rule is driven by the combination of fuzzy variables as shown in Table 2 below, but the sum of the consequent grades, a b + a (1- b) + b (1- a) +
It is easy to see that (1 - a) (1 - b) always equals 1.

表2 したがって、前掲の(6)式により非ファジィ化した値
は、駆動される4つの制御ルールの個々の推論結果の重
心と一致する。
Table 2 Therefore, the value defuzzified by the above equation (6) coincides with the center of gravity of the individual inference results of the four driven control rules.

上記の場合は前件部が2次元(制御偏差eと差分Δe)
の場合であるが、一Sにn次元の場合(駆動される制御
ルールの数は2″)であっても、グレードの総和は1と
なることが、例えば数学的帰納法により容易に分かる。
In the above case, the antecedent part is two-dimensional (control deviation e and difference Δe)
However, it can be easily seen by mathematical induction, for example, that even if one S has n dimensions (the number of driven control rules is 2''), the sum of the grades is 1.

上記のように、制御ルールの前件部のand結合に対し
て代数積を定義すれば、総合的な推論結果は個々の推論
結果の重心と一致することがわかる。
As described above, if an algebraic product is defined for the AND combination of the antecedents of a control rule, it can be seen that the overall inference result coincides with the center of gravity of the individual inference results.

また、上記の実施例では、制御ルールを前表1のように
設定した場合を説明したが、この表1のような制御ルー
ルにしても、制御ループの数が増加するとルール数が非
常に多くなり、演算時間が長くなることがある。したが
って、リアルタイムで制御を行うファジィ制御の場合、
制御周期を短くするために制御ルールを縮約することが
必要となる。
In addition, in the above embodiment, the case where the control rules are set as shown in Table 1 is explained, but even if the control rules are set as shown in Table 1, the number of rules increases significantly as the number of control loops increases. This may result in longer calculation time. Therefore, in the case of fuzzy control that performs control in real time,
In order to shorten the control period, it is necessary to contract the control rules.

しかしながら、例えば代表点P,Q,R,S (第7図
)で囲まれる面は、前記第6図について説明したように
平面になるため、代表点の間隔を大きくしても制御面の
線形性を保つことができ、代表点の数を減らして制御ル
ールを縮約することができる。なお、制御ルールの数は
、代表点によって制御空間における平面を定義できるだ
けの最小限の数、すなわち、3つまで少なくすることが
できる。
However, for example, the surface surrounded by the representative points P, Q, R, and S (Fig. 7) is a plane as explained in relation to Fig. 6, so even if the interval between the representative points is increased, the control surface will not be linear. The control rules can be reduced by reducing the number of representative points. Note that the number of control rules can be reduced to the minimum number that allows defining a plane in the control space using representative points, that is, to three.

第10図は制御ルールを縮約する方法を示す図であり、
前表1のルールの中で“()゛を付けたもの以外の37
個の制御ルールが、6個の制御ルール(代表点■〜■)
ないしは、3個の制御ルール(平面包含A−C)に置き
換え得ることを示している。
FIG. 10 is a diagram showing a method of contracting control rules,
37 rules other than those marked with “()” in the previous table 1.
6 control rules (representative points ■~■)
Alternatively, it shows that it can be replaced with three control rules (plane inclusion A-C).

第11図は上記の制御ルールの縮約に伴ってメンバーシ
ップ関数が変化する様子を示しており、制御ルールの縮
約に伴ってファジィ変数の数は減らされ、メンバーシッ
プ関数は連続性を持たせるために変量の区間が広げられ
ている。
Figure 11 shows how the membership function changes as the control rule is reduced, and as the control rule is reduced, the number of fuzzy variables is reduced and the membership function becomes continuous. The interval of the variable is widened in order to

また、第7図に示したように代表点が格子状になるよう
に制御ルールが構成されている場合、人力に対して駆動
される制御ルールは人力点周辺の4つ(代表点上では1
つ、編上では2つ)である。
In addition, when the control rules are configured so that the representative points are in a grid shape as shown in Figure 7, the control rules that are driven by human power are four around the human power point (one on the representative point).
(1, 2 in the edition).

したがって、平面を表すために必要な最小限の3つの制
御ルールの他に、3つのどのルールにも当てはまらない
場合を規定するルール(例外ルール)が1つ必要である
Therefore, in addition to the minimum three control rules required to represent a plane, one rule (exception rule) is required to define a case where none of the three rules apply.

この例外ルールは、制御系の釣合状態を考慮して、制御
器の人力がOのときの操作出力に基づいて導くことがで
き、その代表点は、第12図(a)に示したような点O
の位置になり、他の3つの代表点とともに矩形領域を構
成する。
This exception rule can be derived based on the operation output when the human power of the controller is O, taking into account the balanced state of the control system, and its representative point is as shown in Figure 12 (a). Point O
It forms a rectangular area together with the other three representative points.

また、6つの制御ルールに縮約した場合にも、第12図
(b)に示したように制御偏差eと差分Δeについてそ
れぞれ3つのファジィ変数があるので、代表点を格子状
にするためには同しメンバーシノプ関数を用いて9つの
制御ルールを取り得るが、6つのルールに当てはまらな
い場合の例外ルールを中央に配置することにより、7つ
のルールによって、2つの矩形領域と三角形領域からな
る六角形領域に格子状の代表点を設定することができる
Furthermore, even when reduced to six control rules, there are three fuzzy variables for each of the control deviation e and the difference Δe, as shown in Figure 12(b). can take nine control rules using the same member synoptic function, but by placing the exception rule in the center when it does not apply to six rules, we can create a structure consisting of two rectangular areas and a triangular area by seven rules. Grid-like representative points can be set in a hexagonal area.

第13図は、前件部のand結合をグレードの代数積に
対応させた場合と従来のm ! n 濱算に対応させた
場合のステップ応答をとったシ旦ユレーション結果の一
例を示す図であり、代数積によって制御することにより
過渡応答が改善されることがわかる。
Figure 13 shows the case where the and combination of the antecedent corresponds to the algebraic product of grades and the conventional m! FIG. 4 is a diagram showing an example of a simulation result of a step response in the case of corresponding to n-time calculation, and it can be seen that the transient response is improved by controlling by algebraic product.

[発明の効果] 以上説明したように本発明↓こまれシ負被制′4丁■系
の状態を示す複数種類の入力量と被制御系の操作量の程
度とをそれぞれファジィ変数で表現した制御ルールと、
ファジィ変数のメンバーシ・冫プ関数とが設定され、前
件部を満足する制御ルールの後件部のファジィ変数とそ
のグレードから被制御系に出力する操作量を決定するよ
うにしたファジィ制御器において、入力量に対応する前
件部のファジィ変数のグレードの代数積を、後件部にお
けるファジィ変数のグレードとするようにしたので、制
御ルールによる制御空間内の代表点で囲まれる制御面に
非線形な要素が含まれなくなり、制御面の線形性を保っ
たまま代表点の間隔を大きくすることができ、制御ルー
ルを最小限に縮約することができる。また、必要に応じ
て制御ルールを設定することができるため、ファジィ制
御を行うことができる。
[Effects of the Invention] As explained above, the present invention expresses multiple types of input amounts indicating the state of the system and the degree of operation amount of the controlled system using fuzzy variables, respectively. control rules and
A fuzzy controller in which the membership and function of fuzzy variables are set, and the manipulated variable to be output to the controlled system is determined from the fuzzy variable and its grade in the consequent part of a control rule that satisfies the antecedent part. In , the algebraic product of the grades of the fuzzy variables in the antecedent part corresponding to the input quantity is used as the grade of the fuzzy variable in the consequent part, so that the control surface surrounded by the representative points in the control space according to the control rule Nonlinear elements are no longer included, the interval between representative points can be increased while maintaining the linearity of the control surface, and the control rules can be reduced to a minimum. Further, since control rules can be set as necessary, fuzzy control can be performed.

したがって、ファジィ制御が可能で、しかも、制御ルー
ルの数を最小限に抑えて線形制御できるファジィ制御器
を得ることができる。
Therefore, it is possible to obtain a fuzzy controller that is capable of fuzzy control and that can perform linear control by minimizing the number of control rules.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第l図は本発明実施例のファジィ制1■器を示すブロソ
ク図、 第2図は本発明に係わるファジィフィードハノク制御系
の一例を示す図、 第3図は実施例に係わるフローチャート、第4図は本発
明のファジィ制御におけるグレードの代数積の演算結果
を示す図、 第5図は本発明のファジィ制御における制御ルールの全
体の駆動程度を示す図、 第6図は本発明のファジィ制御による制御面の一例を示
す図、 第7図は実施例における制御ルールによる制1刊面の一
例を示す図、 第8図は実施例における三角形メンバーシップ関数を示
す図、 第9図は実施例における操作1のメンハーシップ関数の
一部を示す図、 第10図は実施例における制9卸ルールを縮約する方法
を示す図、 第11図は実施例における制御ルールの縮約に伴うメン
バーシップ関数の変化を示す図、第12図は実施例にお
ける制御ルールの縮約に対する例外ルールの代表点の例
を示す図、第13図は本発明によるファジィ制御と従来
のファジィ制御のシミュレーション結果の一例を示す図
、 第14図は従来のファジィ制御に対応するmin演算の
演算結果を示す図、 第15図は従来のファジィ制御に対応する制御ルールの
全体の駆動程度を示す図、 第l6図は従来のファジィ制御による制御面を示す図、 第17図はファジィ制御に係わるメンバーシップ関数の
一例を示す図、 第18図は従来のファジィ制御の例を示す図、第19図
は従来のファジィ制御におけるメンバーシップ関数の一
例を示す図、 第20図は制御空間と入出力の関係を示す図である。 第 1 図 第 2 図 第 7 図 e 第 8 図 △e (a) 6ルールの4@− (b) 3ルールの捲合 第11 図 ○ 3ルー1しの月もな 時間 第13図 ビ 第16図 O ex 第17口 第18図 Zo 20 ZO zO NS PS e1 Δe1 m e1 ▲e1 m e1 Δe1 m ZO PS PM 第19図
Fig. 1 is a block diagram showing a fuzzy control system according to an embodiment of the present invention; Fig. 2 is a diagram showing an example of a fuzzy feed control system according to the present invention; Fig. 3 is a flowchart relating to the embodiment; The figure shows the calculation result of the algebraic product of grades in the fuzzy control of the present invention. Figure 5 shows the overall drive degree of the control rule in the fuzzy control of the present invention. Figure 6 shows the fuzzy control of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing an example of the control surface according to the control rules in the embodiment. FIG. 8 is a diagram showing the triangular membership function in the embodiment. Figure 10 is a diagram showing a part of the menharship function in operation 1, Figure 10 is a diagram showing a method for contracting the control rule 9 in the example, and Figure 11 is a diagram showing the membership function associated with the reduction of the control rule in the example. FIG. 12 is a diagram showing an example of representative points of an exception rule for control rule reduction in the embodiment; FIG. 13 is an example of simulation results of fuzzy control according to the present invention and conventional fuzzy control. Figure 14 is a diagram showing the calculation results of the min calculation corresponding to conventional fuzzy control, Figure 15 is a diagram showing the overall driving degree of the control rule corresponding to conventional fuzzy control, and Figure 16 is a diagram showing the calculation result of the min calculation corresponding to conventional fuzzy control. Fig. 17 is a diagram showing an example of membership functions related to fuzzy control; Fig. 18 is a diagram showing an example of conventional fuzzy control; Fig. 19 is a diagram showing members in conventional fuzzy control. FIG. 20 is a diagram showing an example of the ship function. FIG. 20 is a diagram showing the relationship between control space and input/output. Figure 1 Figure 2 Figure 7 Figure e Figure 8 △e (a) 6 rules of 4@- (b) 3 rules of winding 11 Figure ○ 3 rules of 1 and the moon time Figure 13 Bi Figure 16 O ex Exit 17 Figure 18 Zo 20 ZO zO NS PS e1 Δe1 m e1 ▲e1 m e1 Δe1 m ZO PS PM Figure 19

Claims (1)

【特許請求の範囲】 被制御系の状態を示す複数種類の入力量について該入力
量の程度をファジィ変数で表現した複数の条件からなる
前件部とこの前件部に対する被制御系の操作量の程度を
ファジィ変数で示す後件部とを有する複数の制御ルール
が設定されるとともに、上記前件部のファジィ変数のメ
ンバーシップ関数が設定され、入力される複数種類の入
力量が満足する制御ルールに基づいて、その後件部のフ
ァジィ変数とグレードから被制御系に出力する操作量を
決定するようにしたファジィ制御器において、 前記設定された制御ルールとメンバーシップ関数とに基
づいて、入力される複数種類の入力量の程度に対応する
ファジィ変数のグレードを求めるとともに、この複数種
類の入力量のグレードの代数積を演算する演算手段を備
え、 上記入力量のグレードの代数積を、入力量が満足する制
御ルールの後件部におけるファジィ変数のグレードとす
るようにしたことを特徴とするファジィ制御器。
[Scope of Claims] An antecedent part consisting of a plurality of conditions expressing the degrees of input quantities of a plurality of types indicating the state of the controlled system using fuzzy variables, and an operation amount of the controlled system with respect to this antecedent part. A plurality of control rules are set, each having a consequent part that indicates the extent of the condition by a fuzzy variable, and a membership function of the fuzzy variable of the antecedent part is set, thereby providing control that satisfies multiple types of input amounts. In a fuzzy controller that determines the manipulated variable to be output to the controlled system based on the fuzzy variable and grade of its consequent based on the rule, The grade of the fuzzy variable corresponding to the degree of multiple types of input quantities is calculated, and the algebraic product of the grades of the input quantities is calculated by calculating the algebraic product of the grades of the input quantities. A fuzzy controller characterized in that the grade of a fuzzy variable in the consequent part of a control rule is satisfied.
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