JPH0423101A - 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］ （産業上の利用分野） 本発明は人間の持つ知識や経験をルールで記述し、それ
を用いて制御演算を行なうファジィ制御装置に係り、特
に入力値と出力値との対応関係がわかり易い制御を行な
い得るようにしたファジィ制御装置に関する。

（従来の技術） 近年、人間の持つあいまいな知識や経験をルールで記述
し、それを利用する制御としてファジィ制御が実用化さ
れてきている。このファジィ制御に用いられている推論
法は、確定値である入力値に対し、確定値の出力値を対
応させる関数を実現しているとみることもできる。

しかしながら、従来のファジィ制御では、一般にこの両
者の対応関係が簡単な形にはなっていない。このため、
制御系を構築した後の解析が非常に困難であるばかりで
なく、制御パラメータの設定（通常、チューニングと称
している）は、試行錯誤で多大の労力を必要とする等の
問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来のファジィ制御では、入力値と出力
値との対応関係がわかり難い形になっていることから、
制御系構築後の解析が困難であるばかりでなく、制御パ
ラメータの設定に多大の労力を必要とするという問題が
あった。

本発明の目的は、ルールの与え方、メンバーシップ関数
の決め方に制限を加えると共に推論演算を改良すること
により、入力値と出力値との対応関係がわかり易い形に
なり、制御系構築後の解析が容易であると共に、制御パ
ラメータの設定にかかる労力を軽減することが可能な極
めて信頼性の高いファジィ制御装置を提供することにあ
る。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、人間の持つ知
識や経験をルールで記述し、このルールを用いて制御演
算を行なうファジィ制御装置において、各入出力変数の
レンジ、言語ラベル、および言語ラベルの代表点から、
各入出力変数のメンバーシップ関数を作成するメンバー
シップ関数作成手段と、各入力変数に対して１列分ずつ
与えられたルールから、各入力変数全域にわたってルー
ルを拡張するルール拡張手段と、メンバーシップ関数作
成手段にて作成されたメンバーシップ関数と、ルール拡
張手段にて拡張された拡張ルールとを基に、人力値に対
して制御演算を行ない出力値を得る制御演算手段とを備
えて構成している。

（作用） 従って、本発明のファジィ制御装置においては、各入出
力変数の言語ラベル、および言語ラベルの代表点に対し
、与えられたレンジの範囲内で、メンバーシップ関数作
成手段により所定の条件を満たす各入出力変数のメンバ
ーシップ関数が作成される。また、各入力変数に対して
１列分ずつ与えられたルールから、ルール拡張手段によ
り各入力変数全域にわたってルールが拡張される。そし
て、この作成されたメンバーシップ関数と、拡張された
拡張ルールとから、制御演算手段により入力値に対して
制御演算を行ない出力値が得られる。

これにより、入力値と出力値との対応関係がわかり易い
制御を行なうことができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明によるファジィ制御装置の構成例を示
すブロック図である。本実施例のファジィ制御装置は、
第１図に示すように、メンバーシップ関数作成手段１と
、ルール拡張手段２と、制御演算手段３とから構成して
いる。

ここで、メンバーシップ関数作成手段１は、各入出力変
数のレンジ、言語ラベル、および言語ラベルの代表点を
入力し、これらから各入出力変数のメンバーシップ関数
を作成するものである。また、ルール拡張手段２は、各
入力変数に対して１列分ずつ与えられるルールを入力し
、これから各入力変数全域にわたってルールを拡張する
ものである。さらに、制御演算手段３は、メンバーシッ
プ関数作成手段１にて作成されたメンバーシップ関数と
、ルール拡張手段２にて拡張された拡張ルールとを入力
し、これらを基に入力値に対して制御演算を行ない出力
値を得るものである。

次に、以上のように構成したファジィ制御装置の作用に
ついて説明する。

まず、メンバーシップ作成手段１ては、入力変数Ｘの言
語ラベルＡ１、およびその代表点Ｘ−に対し、与えられ
たレンジの範囲内で、次のような条件を満たすメンバー
シップ関数μｍが作成される。

Σμ＋（ｘ）−１・・・・・・（１） μＩ（ＸＩ）＝１ また、ルール拡張手段２では、各入力変数に対して一列
分のルールが、 ｉｆ　　ｘ　　ｉｓ　　Ａ＋、　　ｙ　　ｉｓ　　Ｂｏ
、　　ｚ　　ｊｓ　　Ｃｏ。

・・・・・・　（ｉ−０，±１．±２．・・・・・・）
ｔｈｅｎ　　ＭＬ、ｏ、ｏ、　ｓ−ａ　＋　＋ｂｏ＋Ｃ
ｏ＋−＝−・・（後件は確定値） ｉｆ’　　ｘ　　ｉｓ　　Ａｏ、　　ｙ　　ｉｓ　　Ｂ
＋、　　ｚ　　ｉｓ　　Ｃｏ。

・・・・・・　（ｉ−０，±１．±２．・・・・・・）
ｔｈｅｎ ＭＶ。

富　ａ　。　＋　ｂ ＋ＣＯ ＋　・・・　・・・ と与えられているとし、て、このルールかｔｆ　　ｘ　
　ｉｓ　　Ａ・、　　Ｙ　　ｉｓ　　Ｂ、、　　ｚ　　
ｉｓ　　Ｃｋ。

ｔｈｅｎ　　　ＭＬ　　　　ｋ　−＝８　１　＋　ｂ、
　　＋Ｃｋ　＋＋　　・＋＋　　（２）となるようにル
ールか拡張される。

さらに、利！ｌＩ演算手段３では、適当な多重線形関数
で ｆ　（１，１，・・・、１）−１ となるものを用い、入力値Ｘ。、ｙｏ、・・・・・・に
対する（ｉ＋　　ｊ、ｋ・・・・・）番目のルールの適
合度ω０ＩＩｋが （ＩＪ”　＋４ｈ−−ｆ　（μｍ（Ｘ　Ｏ）、ν＋（Ｙ
　０）、　−−１・・（３）にて求められる。出力値Ｍ
　Ｖは、次の重みつき平均法により求められる。

ＭＶ−ΣωＩＩｋＭＶ　、＊−／Σω、ｋ　　　　・・
・（４）上記（１）、（２）、（３）、（４）式から、
入力値が（ｘｏ　＋　　Ｙ　ｏ　、　　Ｚ　ｏ　ｒ　・
・・・・・）の時の出力値ＭＶを具体的に求めると、 ＭＶ−Σ（ａ　ｔ　　ｂ　＋＋ｃ　、＋・−−−−−）
　ｆ（μｍ（ｘ　ｏ）、ν＋（ｙ　ｏ）。

、、、　、、、　）　／Ｔ：　ｒ　（μｍ（ｘｏ）、　
　ν＋（ｙ　ｏ）、　・・・−）　、−＝　（５）とな
る。

一方、 Σｆ　（μ、（Ｘｏ）、　　ν＋（）’ｏ）、・・・・
・・）−ΣΣΣ・・・・・・Σｆ（μｍ（ＸＯ）、　　
μｍｙｏ＞、　　・・・・・・）−ｆ（Σμ、（Ｘ、）
、　　Σ　ν＋（）’　ｏ）、　　・・・・・・）−ｆ
（１，１、・・・、１）−１ よって、 ＭＶ−Σ（ａ　＋”ｂ　）”Ｃ、”−−）　　ｆ（μｍ
（ｘ　ｏ）、ν＋（Ｙ　ｏ）。

・・・・・・） 一Σａ、ｒ（μ、（Ｘｏ）、　　ν＋（３’　ｏ）、・
・・・・・）＋Σｂ　＋　　ｆ（μｍ（ｘ　ｏ）、　　
ν＋（ｙｏ）、　　””・・）＋Σｃｌｆ＋・・・・・
・ 一Σａ、ｆ（μｍ（Ｘｏ）、　　１．　　・＝−、１）
＋Σｂ　１ｒ（１，ν＋（ｙ　ｏ）、１　、・＝−１”
）十・・”’・・・・・・・（６） となる。

以下、具体的な例について、３人力変数の場合について
説明する。

いま、人力値をＸ＝Ｙｒ　　ｚ、出力値をＭ　Ｖて表わ
し、上述の多重線形関数ｆを ｆ　（ｕ　　ｖ　　ｗ）　＝ｕ、　　ｖ、　ｗと選んで
やると、上記（６）式から出力Ｍ　Ｖは、Ｍ　Ｖ−Σａ
、μｍ　（Ｘ）＋Σｂ＋　１／］　　（ｙ）十ΣＣｋ　
η、（Ｚ） となる。これにより、出力値を入力値の関数として簡単
に表現することができる。また、逆に本方式によれば、
望ましい出力値ＭＶか、 ＭＶ−ｇ　（ｘ）＋ｈ　（ｙ）−１１）（ｚ）と与えら
れている時、ｇ　（ｘ）　、ｈ　（ｙ）、β（ｚ）を適
当に補間近似した関数ｇ（ｘ）、ｈ（ｙ）、Ｎ　　（ｚ
）により、 ＭＶ−ｇ　（ｘ）　＋ｈ　（ｙ）十ρ　（ｚ）となるよ
うな制御を行なうことかできる。特に、μ、をＸ　Ｏ＜
Ｘ　ｌ　＋　・・・・・・くＸ、、に対して、（Ｘ　　
Ｘｌ）／（ＸＩ−＋　　ＸＩ）　　（Ｘｌ−＋　＜　ｘ
≦ｘ１）ｕ　ｌ　＝（Ｘ−Ｘｉ）／（Ｘｌ＋ｌ　−Ｘｉ
）　　（ＸＩ　＜　Ｘ≦Ｘ１＋１）０　　　　　　　（
その他のとき） としてやると、ｇ　（ｘ）をｇ　（ｘ）の折れ線近似と
することかできる。

上述したように、本実施例のファジィ制御装置は、各入
出力変数のレンジ、言語ラベル、および言語ラベルの代
表点を入力し、これらから各入出力変数のメンバーシッ
プ関数を作成するメンバーシップ関数作成手段１と、各
入力変数に対して１列分ずつ与えられるルールを入力し
、これから８人力変数全域にわたってルールを拡張する
ルール拡張手段２と、メンバーシップ関数作成手段１に
て作成されたメンバーシップ関数と、ルール拡張手段２
にて拡張された拡張ルールとを入力し、これらを基に人
力値に対して制御演算を行ない出力値を得る制御演算手
段３とから構成したものである。

従って、入力値と出力値との対応関係が極めてわかり昌
い形になるため、制御系を構築した後の解析が極めて容
易であると共に、制御パラメータの設定にかかる労力を
著しく軽減することが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、入力値と出力値と
の対応関係がわかり易い形になり、制御系構築後の解析
が容易であると共に、制御パラメータの設定にかかる労
力を軽減することか可能な極めて信頼性の高いファジィ
制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるファジィ制御装置の一実施例を示
すブロック図である。 １・・・メンバーシップ関数作成手段、２・・・ルール
拡張手段、３・・・制御演算手段。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 レンジ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　人間の持つ知識や経験をルールで記述し、このルール
   を用いて制御演算を行なうファジィ制御装置において、 各入出力変数のレンジ、言語ラベル、および言語ラベル
   の代表点から、前記各入出力変数のメンバーシップ関数
   を作成するメンバーシップ関数作成手段と、 前記各入力変数に対して１列分ずつ与えられたルールか
   ら、前記各入力変数全域にわたって前記ルールを拡張す
   るルール拡張手段と、 前記メンバーシップ関数作成手段にて作成されたメンバ
   ーシップ関数と、前記ルール拡張手段にて拡張された拡
   張ルールとを基に、入力値に対して制御演算を行ない出
   力値を得る制御演算手段と、を備えて成ることを特徴と
   するファジィ制御装置。