JPH04155401A - ファジィ制御装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、プラント等の制御対象から出力されるプロセ
ス量に対してファジィ演算を行って制御対象に対する操
作量を決定して、制御対象を最適制御するファジィ制御
装置に関する。

（従来の技術） 近年、人間のもつ制御知識を条件部（ｉｆ部）と結論部
（ｔｈｅｎ部）とからなる推論（制御）ルールにより表
現し、制御対象から出力されるプロセス量（制御量）を
取り込み、上記制御ルールに従って、定性的な操作量を
推定し、さらに、メンバシップ関数を用いてその操作量
を定量的に示して、その操作量を制御対象へ送出するフ
ァジィ制御装置が提唱されている。このようにファジィ
制御装置は一義的に定まらないあいまいさを含むシステ
ムを制御するのに適しているので、このファジィ制御装
置はプラントのみならず各種の制御分野で使用されてい
る。

第３図は一般的なファジィ制御装置の概略構り示すブロ
ック図である。

減算器１は外部から設定された目標値Ｓとブシント等の
制御対象２から出力された制御量Ｘとσ差で示される制
御偏差Ｅを算出してファジィ演ｌ装置３へ送出する。こ
のファジィ演算装置３はＫｌ憶部４に記憶されている制
御ルールおよびメン／ジップ関数を用いて入力された制
御偏差Ｅに対してファジィ演算を実行して、得られた演
算結果イ操作量Ｍとして前記制御対象２へ印加する。

前記記憶部４に記憶されている制御ルールは、前述した
ように、条件部（ｉｆ部）と結論用（ｔｈｅｎ部）とか
らなり、技術者の制御知識を制御対象から出力される制
御量（プロセス量）と制御対象へ送出する操作量との関
係を定性的に示したものであり、「もし〜ならば、・・
・する」と表記される。別の表現で記載すれば、「もし
〜ならば、〜は集合Ｓに属する」となる。

そして、記憶部４内には、上述した多数の制御ルールが
例えば第４図に示すようにテーブル形式芝　　で記憶さ
れている。この推論テーブル４ａに記憶されている制御
ルールは２つの条件（１ｆ）で一つの結論（ｔｈｅｎ）
を得ている。すなわち、推）　　論テーブル４ａの最上
段の１行および左端の１列匡　　がそれぞれ条件（ｉ　
ｆ）を構成し、それらの交点か結論（ｔｈｅｎ）を構成
する。例えば［ＮＳ］の（条件と［ｚＯ〕の条件で［Ｐ
Ｓ］の結論が得られる。

一方、メンバシップ関数は、前述した制御ルー−ルの推
論結果にて得られた集合Ｓを特性づける関数μ（ｘ）で
示され、入出力変数Ｘか集合Ｓに所属する度合いを示す
。なお、メンバシップ関数μ【　　（Ｘ）は、Ｏ≦μ（
Ｘ）≦１の範囲で定義されて、　いる。具体的には、第
５図に示すように、各集合毎にそれぞれ例えば山形形状
を有するメンバシップ関数μ（Ｘ）が定義されている。

したがって、各メンバシップ関数毎に応答する入出力変
数値が異なる。すなわち、入出力変数は各メンバシップ
関数によってファジィラベル化（あいまい分割）されて
いる。

このような構成のファジィ制御装置において、制御対象
２を常に最良の状態に制御するためには記憶部４に記憶
されている制御ルールおよびメンバジップ関数が正しく
設定されている必要があるこの制御ルールを構成する１
ｆ−ｔｈｅｎの各ルールおよび各メンバシップ関数の例
えばピーク値や傾斜角度やファジィラベル化（あいまい
分割）等を設定したり調整する処理をチューニングと言
うが、このチューニング作業は非常に繁雑である。

すなわち、ファジィ制御ではない通常の線形の制御演算
を行うＰＩＤ制御装置においては、数学的モデルを用い
て比較的論理的に各制御演算式の定数や係数を決定でき
るので、チューニング作業は比較的短時間で終了する。

しかし、現在の技術では、前記制御ルールやメンバシッ
プ関数は、前述したように、多分に熟練技術者の経験と
勘に負うところが多く、論理的に各ルールや各メンバジ
ップ関数の形状を決定できない。よって、現時点では、
技術者が試行錯誤的にチューニング作業を行っている。

したがって、制御対象に対する最良の制御状態が得られ
るまでには多大の時間と労力、　　が必要であった。

（発明が解決しようとする課題） このように、ファジィ制御装置においては、制御対象を
数学的モデルで示す必要がないこと、また、技術者の制
御知識を制御ルールの形式で表現できると言う利点があ
るが、前述したように、制御対象を最適制御するために
は、−頁設定され。　た制御ルールやメンバシップ関数
を最適値に調整（チューニング）する必要がある。しか
し、従来のファジィ制御装置においては、記憶部に設定
する制御ルールやメンバシップ関数を試行錯誤的手法で
もってチューニングしていた。したがって、チューニン
グ作業の作業能率が大幅に低下する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
各ファジィ集合の利用頻度情報を計数することにより、
その利用頻度情報をチューニング作業に参考情報として
利用でき、チューニング作業を能率的に進めることがで
きるファジィ制御装置を提供することを目的とする。

Ｃ発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記課題を解消するために本発明は、制御ルールとメン
バシップ関数とを記憶し、制御対象から入力された制御
量に対して、制御ルールおよびメンバシップ関数を用い
てファジィ演算を実行し、演算結果を制御対象へ操作量
として出力するファジィ制御装置において、 メンバシップ関数によりファジィラベル化されている制
御量に対応する入力変数の各ファジィ集合の利用頻度情
報を計数する利用頻度カウンタと、記憶されている制御
ルールとメンバシップ関数とをチューニングするための
各種情報を入力するマンマシンインタフェース装置と、
チューニンク操作時に利用頻度カウンタに計数された各
ファジィ集合の利用頻度情報をマンマシンインタフェー
ス装置に出力する利用頻度情報出力手段とを備えたもの
である。

（作用） このように構成されたファジィ制御装置であれば、最初
マンマシンインタフェース装置を用いて記憶部の制御ル
ールおよびメンバシップ関数を概略的に設定しておく。

そして、制御対象に対して試験運転時やシミュレーショ
ン運転時を行うと、人力変数に対する各ファジィ集合の
利用頻度が利、　用頻度カウンタにて計数される。

そして、再度マンマシンインタフェース装置を用いて前
記制御ルールおよびメンバシップ関数を精度良くチュー
ニングする場合に、前記利用頻度カウンタに計数されて
いる各ファジィ集合の利用頻度が例えば表示部に表示さ
れる。したがって、チューニング作業を実行している技
術者は、表示された各ファジィ集合の使用頻度から判断
して、該当ファジィ集合の属する領域のファジィラベル
数を増減したり、該当ファジィ集合を得るためのメンバ
ジップ関数の形状を変更することが可能となる。同様に
、はとんど使用されないファジィ集合が多く存在する場
合は、ファジィラベル数を減少したり、制御ルールを変
更する。

このように、各ファジィ集合の利用頻度を確認すること
によって、能率的にチューニング作業を実施できる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図は実施例のファジィ制御装置の概略構成を示すブ
ロック図である。減算器１１は外部から設定された目標
値Ｓとプラント等の制御対象１２から出力された制御量
Ｘとの差で示される制御偏差Ｅを算出してファジィ演算
装置１３へ送出する。

このファジィ演算装置１３は記憶部１４に記憶されてい
る制御ルールおよびメンバシップ関数を用いて入力され
た制御偏差Ｅに対してファジィ演算を実行して、得られ
た演算結果を操作量Ｍとして前記制御対象１２へ印加す
る。

また、前記ファジィ演算装置１３にはファジィラベル化
されている制御量に対応する入力変数の各ファイシイ集
合の利用頻度情報を計数する利用頻度カウンタが形成さ
れた記憶部１５が接続されている。さらに、前記ファジ
ィ演算装置１３には技術者が、記憶部１４に記憶された
制御ルールやメンバシップ関数をチューニングするため
のマンマシンインタフェース装置１６が接続されている
。

前記ファジィ演算装置１３および各記憶部１４゜１５は
一種のマイクロコンピュータで構成されており、例えば
第１図に示す基本構造を有する。

第１図において、１７は各種情報処理を実行するＣＰＵ
　（中央処理装置）であり、このＣＰＵ１７はパスライ
ン１８を介して１個のＲＯＭ１９゜３個のＲＡＭ２０．
１４ａ、１５ｇ、入出力インタフェース２１１通信イン
タフェース２２等を制御する。

前記ＲＯＭ１９内ニハ、ＲＡ　Ｍ　２０１：記憶された
アプリケーションプログラムを管理・実行するためのス
ケジュールプログラムと入出力を実行するためのシステ
ム標準プログラムとの２つのシステムプログラムか記憶
されている。

前記ＲＡＭ２０内にはアプリケーションプログラムが記
憶されている。このアプリケージ町ンプログラムは入出
力の定義部と制御演算の定義部とで構成される。前記フ
ァジィ演算はこの制御演算の一種であある。

また、ＲＡＭ１４ａ内にはユーザが定義する制御演算の
データが格納されるユーザワーク領域が形成されている
。そして、このユーザワーク領域には、前述したファジ
ィ演算に必要な前述した第４図に示した制御ルールおよ
び第５図に示したメンバシップ関数が記憶されている。

ＲＡＭ１５　ａ内には前記スケジュールプログラムがシ
ステム標準フプログラムを動作させ、ＲＡＭ２０のアプ
リケーションプログラムを起動させるために必要な情報
が記憶されている。また、このＲＡＭ１５ａ内には前述
した利用頻度カウンタが形成されている。

さらに、マンマシンインタフェース装置１６は、技術者
がＲＡＭ１４ａに第３図に示したメンバシップ関数の入
力操作および第４図に示した推論テーブルに対する各ル
ールの入力操作を対話形式で行うためのキーボードおよ
び表示装置が組込まれている。また、このマンマシンイ
ンタフェース装置１６の表示装置には、技術者が前記各
ルールおよび各メンバシップ関数に対するチューニング
作業時に前記ＲＡＭ１５　Ｈの利用頻度カウンタに計数
されている各ファジィ集合の利用頻度を表示装置に表示
する機能を有している。

そして、このマンマシンインタフェース装置１６を介し
てに人力された制御ルールおよびメンバシップ関数は通
信インタフェース２２を介してＲＡ　Ｍ　１４　ａのユ
ーザワーク領域に格納される。

このように構成されたファジィ制御装置において、最初
マンマシンインタフェース装置を用いてＲＡＭ１４ａの
ユーザワーク領域に概略的に制御ルールの第４図に示し
た論理テーブルの各ルールおよび第５図に示したメンバ
シップ関数の各関数の波形を特定する各パラメータを設
定しておく。

そして、制御対象１２に対して試験運転時やシミュレー
ション運転時を行うと、入力変数に対する各ファジィ集
合の利用頻度がＲＡＭ１５ａの利用頻度カウンタにて計
数される。

そして、再度マンマシンインタフェース装置１６を用い
て前記制御ルールおよびメンバシップ関数を精度良くチ
ューニングする場合に、前記利用頻度カウンタに計数さ
れている各ファジィ集合の利用頻度が例えば表示装置に
表示される。したがって、チューニング作業を実行して
いる技術者は、表示された各ファジィ集合の使用頻度を
チューニングの判断基準とすることができる。

すなわち、その計数された利用頻度に基づいて、メンバ
シップ関数の形状の変更やファジィラベル数の削減等の
判断基準とすることができる。例えば、入力変数値の範
囲が予想よりも狭い場合、メンバシップ関数のうちの端
に位置するファジィ集合が全く使われていないことが前
記計数値より判明するために、入力変数値の範囲を変更
することが可能となる。

また、入力変数値の範囲中で使用頻度の高い領域も計数
値により判断できるので、その領域についてはファジィ
ラベル数（あいまい分割数）を増加したり、メンバシッ
プ関数の形状を変更し、制御性の向上を図ることができ
る。

さらに、はとんど使用されていなかったファジィ集合が
、第４図に示した推論テーブルに多数設定されている場
合は、ファジィラベル数を削減するか、制御ルールを変
更し、ファジィ推論時に多くのルールが影響するように
する。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明のファジィ制御装置によれば
、制御対象に対するシュミュレーション稼働時、または
実験稼働時、さらに実際の稼働時において、制御対象を
ファジィ制御した期間における各ファジィ集合の利用頻
度情報を計数して、技術者がマンマシンインタフェース
装置を用い行うチューニング作業時に、その使用頻度を
例えば表示装置に出力している。したがって、技術者は
その利用頻度をチューニング作業の参考情報として利用
でき、チューニング作業を能率的に進めることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるファジィ制御装置を
示すブロック図、第２図は同実施例装置の概略構成を示
す模式図、第３図は従来のファジィ制御装置の概略構成
を示す模式図、第４図は記憶部内にテーブル形式で記憶
された制御ルールを示す図、第５図は一般的なメンバシ
ップ関数を示す特性図である。 １２・・・制御対象、１３・・・ファジィ演算装置、１
４．１５＝−記憶部、１４ａ、１５ｂ、２０−＝ＲＡＭ
、１６・・・マンマシンインタフェース装置、１７・・
・ＣＰＵ、１９・・・ＲＯＭ、２１・・・入出力インタ
フェース、２２・・・通信インタフェース。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 、１４　　　　　　　　．１５ 第２図 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　制御ルールとメンバシップ関数とを記憶し、制御対象
   から入力された制御量に対して、前記制御ルールおよび
   メンバシップ関数を用いてファジィ演算を実行し、演算
   結果を前記制御対象へ操作量として出力するファジィ制
   御装置において、前記メンバシップ関数によりファジィ
   ラベル化されている前記制御量に対応する入力変数の各
   ファジィ集合の利用頻度情報を計数する利用頻度カウン
   タと、前記記憶されている制御ルールとメンバシップ関
   数とをチューニングするための各種情報を入力するマン
   マシンインタフェース装置と、チューニング操作時に前
   記利用頻度カウンタに計数された各ファジィ集合の利用
   頻度情報を前記マンマシンインタフェース装置に出力す
   る利用頻度情報出力手段とを備えたファジィ制御装置。