JPH0415705A

JPH0415705A - ファジィ制御装置

Info

Publication number: JPH0415705A
Application number: JP11180190A
Authority: JP
Inventors: Shinji Hayashi; 真司林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-05-01
Filing date: 1990-05-01
Publication date: 1992-01-21

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］（産業上の利用分野）本発明は、複雑、且つあいまいな制御則をＩＰ−ＴＨＥ
Ｎルールで表現し、それに基づいて制御を行うファジィ
制御装置に関する。

（従来の技術）複雑、且つあいまいな制御則をＩ　Ｐ−ＴＨＥＮルール
で表現し、この制御則に基づいて制御を行うファジィ制
御か提案されている。

このファジィ制御装置は、目標値と制御量とが入力され
て制御偏差と制御偏差の１階差分を算出する前処理部と
、この前処理部で算出された制御偏差と制御偏差の１階
差分が入力されてそれらを正規化する正規化部と、この
正規化部で正規化された値が入力されて所定の制御則に
従ってファジィ推論演算による操作量の変化分の正規化
値を求める推論部と、操作量の変化分の正規化値が入力
されて操作量の変化分を算出する出力部と、　操作量の
変化分が入力されて操作量を積分する積分部とで構成さ
れている。

このように構成されたファジィ制御装置では、その制御
性能は制御ルール・メンバーシップ関数・入力と出力ゲ
インなどのファジィ制御パラメータに大きく依存する。

これらの制御パラメータは人間が思考錯誤を繰返して設
定することがほとんどであり、多くの労力を必要として
いる。

これらを改善したファジィ制御装置としていくつかの手
法が提案されている（′例えば、計測自動制御学会論文
集ＶＯＬ　１．２０　Ｎｏ、８　Ｐ７２０−７２８あル
イハ、ｖｏｌｌ、２４　Ｎｏ、２　Ｐ１９１１９７　）
。

ところが、上記したファジィ制御装置では、繰返し学習
により制御パラメータを調節するため、何度も繰り返し
て同じ操業はほとんど行われない実際のプラント等に適
用することは難しい。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来のファジィ制御装置の性能を大きく左
右するファジィ制御パラメータの設定に関して、（１）
人間が思考錯誤して考錯誤的に行う場合には、多くの労
力を必要とする。（２）改善するために提案された上記
ファジィ制御装置では繰返し操業のない実際のプラント
に適用することが困難である。

そこで、本発明は上記不都合な点を改善するためになさ
れた考案で、繰返し学習を必要としないファジィ制御装
置を提供することが目的である。

Ｃ発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため本発明では、操作量と制御量の
データに基づき正規化部と出力部とのゲインを算出する
ゲイン調節部と、目標値と制御量のデータから制御系の
評価量を算出しその評価量からファジィ推論により制御
則の後件部を修正するルール調節部と、ゲインの調節の
ための信号を制御系に入力する信号発生部と、を備えた
ことを特徴としている。

（作用）上記構成の本発明によれば、例えばプラント等に設けら
れた信号発生部からファジィ制御装置の制御系に信号が
入力されると、ゲイン調節部は操作量と制御量のデータ
から正規化部と出力部との制御ゲインを算出する。

またルール調節部は、制御量のデータと目標値とから評
価量を算出して、この評価量からファジィ制御則の後件
部を修正する。

さらに信号発生部はゲイン調節部で算出された制御ゲイ
ンを制御系に入力する。

従って、本発明によれば、信号発生部から制御系に信号
が入力された時に操作量と制御量のデータから制御ゲイ
ンを算出して制御パラメータを設定するので、繰り返し
学習を必要としない。

さらに、操業中のデータからファジィ推論により制御規
則を修正するので、繰り返し操業をせずに制御パラメー
タを調節し制御規則を調節することが出来る。

従って、繰り返し操業をしないプラント等に適用するこ
とが出来る。また、従来のように人間が試行錯誤的の行
っていた制御パラメータの調節をゲイン調節部とルール
調整部で調節するので、労力が軽減し、省力化が可能と
なる。

以下本発明の実施例について第１図及び第２図を用いて
説明する。

（実施例）第１図には本発明に係るファジィ制御装置の実施例が示
されている。なお第１図はファジィ制御量Ｗ１を示すブ
ロック図である。

ファジィ制御装置１は前処理部３、正規化部５、推論部
７、出方部９、積分部１１、ポールダ１３、ゲイン調節
部１５、信号発生部１７、ルール調整部１つて構成され
ている。またホールダ１３には制御対象２１が接続され
ている。

前処理部３は目標値ｒ　（ｋ）と制御対象２１の出力で
ある制御量ｙ　（ｔ）が入力され、サンプラにより制御
量ｙ　（ｔ）をサンプル信号ｙ　（ｋ）に変換し、次式
（１）により制御偏差ｅ　（ｋ）と制御偏差ｅ　（ｋ）
の１階差分ｄｅ（ｋ）を算出する。

ｅ　（ｋ）　−ｒ　（ｋ）　　Ｙ　（ｋ）；ｄｅ　（ｋ
）−ｄｅ　（ｋ）−ｅｋ　（ｋ）−（１）正規化部５は
前処理部３で算出された制御偏差ｅ　（ｋ）と制御偏差
の１階差分ｄｅ（ｋ）が入力され、次式（２）により制
御偏差の正規化値Ｅと制御偏差の１階差分の正規化値Ｄ
Ｅを算出する。

Ｅ−ｃ、＊ｅ　（ｋ）；ＤＥｓｗ（２＊ｄｅ　（ｋ）・
・・（２）（２）式においてＣ，Ｃ２は調整パラメータである。

推論部７は、正規化分５の出力である制御偏差の正規化
値Ｅと制御偏差の１階差分ＤＥが人力され例えば次式（
３）に示される制御規則を用いてファジィ推論により操
作量の変化分の正規化値ＤＵを算出する。

ただし、ＮＢ、　ＮＭ、・・・、ＰＢはファジィ変数で
ある。

ＩＰ（Ｅ　ｉｓ　ＮＢ　ａｎｄ　Ｄ　Ｅ　　ｉｓ　ＮＢ
）　ＴＨＥＮ　（Ｄ　　ｉｓ　ＮＢ）ＩＰ（Ｅ　ｉｓ　
ＮＢ　ａｎｄ　Ｄ　Ｅ　　Ｉｓ　ＮＭ）　ＴＨＥＮ　（
Ｄ　　ｉｓ　ＮＢ）ＩＰ（Ｅ　ｉｓ　　ＰＢ　　ａｎｄ
　　Ｄ　Ｅ　　ｉｓ　　ＰＢ）ＴＨＥＮ　　（Ｄ　　ｉ
ｓ　　ＰＢ）・・・　（３）（３）式のＴｔ（ＥＮ部のファジィ変数である制御規則
の後件部が調整パラメータとなる。

出力部９は、推論部７で算出さえた操作量の変化分の正
規化値ＵＤが入力され、次式（４）により操作量の変化
分ｄｕ（ｋ）を算出する。

ｄｕ（ｋ）＝ｃ　、　＊　Ｄ　Ｕ　　　　　　　　　−
（４）式（４）の０３が調整パラメータである。

積分部１１は、出力部９で算出された操作量の変化ｄｕ
（ｋ）が入力され、次式（５）により操作量ｕ（ｋ）　
（サンプル値）を算出する。

ｕ（ｋ）＝　ｕ（ｋ−１）　＋　ｄｕ（ｋ）　　　　　
　　　−（５）式（５）のｕ（ｋ−１）は１サンプル時
間前の操作量である。

ゲイン調節部１５は、操作量ｕ（ｔ）と制御量ｙ（ｔ）
が入力され、サンプラにより変換された操作量Ｕ（ｔ）
とサンプル値信号ｙ　（ｋ）から制御対象を次式（６）
の形式で表現した場合のむだ時間りと傾きＲを算出する
。（６）の形式で表現した場合に算出されたむだ時間り
と傾きＲから正規化部ゲインｃ１　・Ｃ２と、出力部ゲ
インを算出し、正規化部５、出力部９に出力する。

Ｇ　（ｓ）−−ｅ−””　　　　　　・・・（６）信号
発生部１７は、ゲイン調節部１５の指令信号により、加
算器２３にゲイン調整信号ｄ　（ｋ）を入力する。

加算器２３は、操作量ｕ　（ｋ）とゲイン調整信号ｄ　
（ｋ）が人力され、これらを加算してホールダ１３へ出
力する。

ルール調整部１９は、目標値「（ｋ）と制御量ｙ　（ｔ
）が入力され、サンプラにより変換された制御量ｙ　（
ｔ）のサンプル値信号ｙ　（ｔ）と、目標値ｒ　（ｋ）
から制御評価量を算出しファジィ推論により、推論部３
の制御規則を修正する。

制御評価量としては、例えば目標値変更時の立ち上がり
時間、オーバーシュート量、整定時間、ＩＴＡあるいは
定値制御時の外乱に対する最大偏差、整定時間などがあ
る。制御規則の調整は、制御規則をグループ分割して制
御評価量と対応させて行う。第２図にはグループ分割の
一例を第２図に示されるルールテーブル上で示されてい
る。

制御規則の一例として立ち上かり時間による制御規則調
整ルールの一例を第７式に示す。

ＩＦ　ＲＴ　ｉｓ　ｓｌｏｗ　ＴＨＥＮ　ＧＲＰＬ　ｉ
ｓ　ｕｐＩＦ　ＲＴ　ｉｓ　ｊｕｓｔ　ＴＨＥＮ　ＧＲ
ＰＩ　Ｉｓ　ｈｏｌｄ　　−（７）ＩＦ　ＲＴ　ｉｓ　
ｆａｓｔ　ＴＨＥＮ　ＧＲＰＩ　Ｉｓ　ｄｏｗｎここで
、ＲＴは立ち上がり時間、ｓｌｏｗ、　ｊｕｓｔ、　ｆ
ａｓｔはファジィ変数、ＧＲＰＩは第２図に示した制御
規則のクループ、ＵＰ、　ｈｏｌｄ、　ｄｏｗｎ、はＧ
ＲＰＩの後件部のファジイ数変更に対するファジィ変数
である。

ホールダ１３は、加算器２３が出力する操作量ｕ　（ｋ
）と、ゲイン調整新郷ｄ　（ｋ）との和信号か人力され
、サンプル値信号を連続時間信号に変換して操作量ｕ　
（ｋ）として出力する。

なお、本実施例では、第２図に示される制御規則のグル
ープ分割の一例について説明したがこれに限らず、他の
制御規則のグループ分割を適用しても良い。

［発明の効果コ以上説明したように本発明では、制御対象にゲイン調整
信号を加えて、正規化部のゲインと出力部のゲインとを
調節し制御評価量から制御規則を調節するので、従来の
ように繰り返し学習が不要になり、繰り返して操業する
プラントに適用することが出来、従来人間が行ってきた
思考錯誤による調整の労力を削減することが出来るとい
う優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るファジィ制御装置の構成を示すブ
ロック図、第２図は制御規則のグループ分割の一例を示
すファジィ制御テーブル図である。１・・・ファジィ制御装置　　　３・・・前処理部、５
・・・正規化部　　　　　　　７・・・推論部９・・・
出力部　　　　　　　１１・・・積分部１３・・・ホー
ルダ　　　　　　１５・・・ゲイン調節部１９・・・ル
ール調節部２３・・・加算器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）目標値と制御量とが入力されて制御偏差と制御偏
差の１階差分を算出する前処理部と、この前処理部で算
出された制御偏差と制御偏差の１階差分が入力されてそ
れらを正規化する正規化部と、この正規化部で正規化された値が入力されて所定の制御
則に従ってファジイ推論演算による操作量の変化分の正
規化値を求める推論部と、操作量の変化分の正規化値が入力されて操作量の変化分
を算出する出力部と、操作量の変化分が入力されて操作量を積分する積分部と
、で構成されたファジイ制御装置において、操作量と制御量のデータに基づき前記正規化部と出力部
とのゲインを算出するゲイン調節部と、目標値と制御量
のデータから制御系の評価量を算出しその評価量からフ
ァジイ推論により制御規則の後件部を修正するルール調
節部と、ゲインの調節のための信号を制御系に入力する信号発生
部と、を設けたことを特徴とするファジイ制御装置。