JPH04246701A - 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】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】近年、人間のもつ制御知識を条件部（ｉ
ｆ部）と結論部（ｔｈｅｎ部）とからなる推論ルールに
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、上記推論ルールに従って、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。

【０００３】図３は一般的なファジィ制御装置の概略構
成示すブロック図である。同図において、１は推論ルー
ルやメンバシップ関数を記憶するデータベースであり、
条件部（ｉｆ部）と結論部（ｔｈｅｎ部）とからなる複
数の推論ルールを記憶するルール記憶部１ａと、各推論
ルール毎に推論結果に対する程度を示すメンバシップ関
数を記憶するメンバシップ関数記憶部１ｂとで構成され
ている。

【０００４】前記推論ルールは、前述したように、条件
部（ｉｆ部）と結論部（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Ｍｖ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、
〜属する」となる。

【０００５】一方、メンバシップ関数は、前述した推論
ルールの推論結果を特性づける関数で示され、入力値が
推論結果に所属する程度を示す。なお、メンバシップ関
数は確率を示すものであるから、０〜１の範囲でのみ定
義されている。具体的には、第４図に示すように、例え
ば０％〜１００％の入力値を横軸として、縦軸をメンバ
シップ関数の関数値（程度値）とした二次元形状で示さ
れる。そして、一般的には、各メンバシップ関数は各数
論ルール毎にそれぞれ台形や三角形で表現される。よっ
て、その二次元形状の高さがメンバシップ関数の最大値
（ピーク値）を示す。したがって、このピーク値が前述
した０〜１の範囲で定義される。

【０００６】情報入力部２は、制御対象に関する各種の
データが一定周期毎に入力される。ＩＦ部呼び出し部３
は、情報入力部２のデータ取込みに応動してルール記憶
部１ａに記憶されている各推論ルールの各条件部を読出
す。メンバシップ関数読出部４は、上記ＩＦ部呼び出し
部３にて読出された各条件部（ｉｆ）それぞれに対応す
るメンバシップ関数をメンバシップ記憶部１ｂから読出
す。ピーク値決定部５はメンバシップ関数呼出し部４に
て呼出された図４に示す各メンバジップ関数と情報入力
部２にて取込んだデータ（入力値）とを照らし合わせて
結論部（ｔｈｅｎ）で使用されるメンバシップ関数のピ
ーク値を求める。

【０００７】ＴＨＥＮ部呼出し６は前記ピーク値決定部
５の処理完了に応動して前記推論ルールの結論を読出す
。メンバシップ関数読出部７は上記ＴＨＥＮ部読出部６
により読出された各結論部（ｔｈｅｎ）それぞれに対応
するメンバシップ関数をメンバシップ関数記憶部１ｂか
ら読出す。メンバシップ関数変更部８は、上記メンバシ
ップ関数呼出し部７により読出された各メンバシップ関
数を前記ピーク値決定部５にて処理された同一推論ルー
ルのメンバシップ関数のピーク値に基づいて変更する。

【０００８】メンバシップ関数合成部９は上記メンバシ
ップ関数変更部８により処理された各推論ルールに対応
するメンバシップ関数を合成する。重心演算部１０は上
記メンバシップ関数合成部９にて合成されたメンバシッ
プ関数の重心ｍを算出する。操作量出力部１１は上記重
心演算部１０にて算出された重心ｍを操作量Ｍｖとして
制御対象へ出力する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示したファジィ制御装置においてもまだ解消すべき次の
ような課題があった。

【００１０】すなわち、このような推論ルールおよびメ
ンバシップ関数を有するファジィ制御装置において、制
御対象を常に最良の状態に制御するためには、データベ
ース１に記憶されている各推論ルールおよ各びメンバシ
ップ関数が正しく設定されている必要がある。この各推
論ルールおよび各メンバシップ関数の例えば入力レンジ
（底辺），最大値，傾斜角度等を設定したり調整する処
理をチューニングと言う。

【００１１】従来、このチューニング作業は、制御対象
の動作応答特性等を考慮してこの制御対象システムの設
計者や、または制御対象システムの管理責任者が行って
いた。そして、このメンバシップ関数の決定に際しては
、制御対象システムを精度よく制御するために、制御感
度を高く設定している。すなわち、制御対象システムが
予め定められた一定の許容範囲内で稼働している場合を
想定して、各メンバシップ関数が設定されている。

【００１２】しかし、制御対象システムに何等かの異常
が生じて、動作状態が前記許容範囲を大きく外れた場合
には、すでに設定されているメンバシップ関数において
は、その変動に対処しきれなくなったり、また、応答が
遅く、動作状態が前記許容範囲内まで戻るの長い時間を
必要とした。

【００１３】このような不都合を解消するためには、制
御対象システムの動作状態が許容範囲を外れたことを監
視者が検出すると、例えばマンマシン・インタフェース
装置を用いて対象とするメンバシップ関数の入力レンジ
，最大値，傾斜等を変更する必要がある。

【００１４】しかし、制御対象システムの規模が大きく
なると、変更すべきメンバシップ関数の数が膨大になり
、監視者が短時間で全てのメンバシップ関数の変更を行
うことが困難になり、結果として、異常事態に対して迅
速に対処できないことになる。また、たとえ監視者がメ
ンバシップ関数の変更を行う場合であっても、どのよう
に変更を行うかは、一定の法則がなく、監視者の経験と
勘に頼って試行錯誤していた。したがって、不慣れな監
視者が簡単にメンバシップ関数を変更できない問題があ
る。

【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、装置本体の記憶部に記憶されているメンバ
シップ関数をファジィ制御を利用したチューニング部に
おいてチューニングすることにより、制御対象の動作状
態が大幅に変化した場合においても、メンバシップ関数
が直ちに該当動作状態に対応する関数に変更され、制御
対象の制御精度を向上できるとともに、必要に応じて短
時間で制御対象を正常状態に復旧でき、監視者の負担を
軽減できるファジィ制御装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【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、条件部と結論部とからなる複数の推論ルー
ルと各推論ルール毎に入力値に対する該当推論ルールを
用いた推論結果に対する程度を示すメンバシップ関数と
を記憶し、入力部に入力された制御対象の動作状態に関
する情報により推論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て、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、

【００
１７】記憶されているメンバシップ関数をチューニング
するためのチューニング用推論ルールとこのチューニン
グ用推論ルールを用いた推論結果に対する程度を示すチ
ューニング用メンバシップ関数とを記憶し、制御対象か
らの入力情報に基づいてチューニング用推論ルールおよ
びチューニング用メンバシップ関数を用いたファジィ演
算にてメンバシップ関数のチューニングを実行するチュ
ーニング部を備えたものである。

【００１８】

【作用】このように構成されたファジィ制御装置であれ
ば、ファジィ制御装置内に記憶されたメンバシップ関数
は、別途設置されたチューニング部によって変更可能で
ある。したがって、例えば制御対象の動作状態が許容範
囲を大きく離れると、この制御対象からの入力情報に基
づいてメンバシップ関数が変更される。よって、変更さ
れたメンバシップ関数に基づいて制御対象が最適制御さ
れる。

【００１９】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。図１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。図３と同一部分には同一符号を付し
て重複する部分の詳細説明を省略する。

【００２０】この実施例のファジィ制御装置は大きく別
けて図示しない制御対象システムの動作状態に関する各
種データ（プロセス制御量）を取込んで、この各種デー
タに対してファジィ演算を実行して、演算結果である操
作量Ｍｖを該当制御対象システムへ送出するファジィ制
御装置本体２１と、このファジィ制御装置本体２１内に
記憶されたメンバシップ関数をチューニングするチュー
ニング部２２とで構成されている。

【００２１】前記ファジィ制御装置本体２１内において
、データベース２３は、条件部（ｉｆ部）と結論部（ｔ
ｈｅｎ部）とからなる複数の推論ルールを記憶するルー
ル記憶部２３ａと、各推論ルール毎に推論結果に対する
程度を示すメンバシップ関数を記憶するメンバシップ関
数記憶部２３ｂとで構成されている。

【００２２】そして、このデータベース２３のメンバシ
ップ関数記憶部２３ｂには前記チューニング部２２から
新たに作成または変更されたメンバシップ関数Ｍα０　
が格納される。また、このメンバシップ関数記憶部２３
ｂから変更後のメンバシップ関数Ｍα１　がチューニン
グ部２２へ送出される。チューニング部２２へは制御対
象システムから動作状態を示す各種データが入力される
。すなわち、メンバシップ関数記憶部２３ｂに記憶され
ている各メンバシップ関数Ｍαはチューニング部２２に
て制御対象システムの動作状態に応じた最適のメンバシ
ップ関数に制御されている。

【００２３】しかして、制御対象システムから情報入力
部２へ各種のデータが入力されると、ＩＦ部呼び出し部
３はルール記憶部２３ａに記憶されている各推論ルール
の各条件部を読出す。そして、メンバシップ関数呼出し
部４はＩＦ部呼び出し部３にて読出された各条件部それ
ぞれに対応するメンバシップ関数をメンバシップ記憶部
２３ｂから読出す。その後、ピーク値決定部５はメンバ
シップ関数呼出し部４にて呼出された図４に示す各メン
バシップ関数と情報入力部２にて取込んだデータ（入力
値）とを照らし合わせて結論部で使用されるメンバシッ
プ関数のピーク値を求める。

【００２４】ＴＨＥＮ部呼出し部６はピーク値決定部５
の処理完了に応動して前記推論ルールの結論を読出す。 メンバシップ関数呼出し部７は上記ＴＨＥＮ部呼出し部
６により読出された各結論部にそれぞれ対応するメンバ
シップ関数をメンバシップ関数記憶部２３ｂから読出す
。メンバシップ関数変更部８は上記メンバシップ関数呼
出し部７により読出された各メンバシップ関数を前記ピ
ーク値決定部５にて処理された同一推論ルールのメンバ
シップ関数のピーク値に基づいて変更する。

【００２５】メンバシップ関数合成部９は、上記メンバ
シップ関数変更部８により処理された各推論ルールに対
応する各メンバシップ関数を合成する。重心演算部１０
は上記メンバシップ関数合成部９にて合成されたメンバ
シップ関数の重心ｍを算出する。操作量出力部１１は上
記重心演算部１０にて算出された重心ｍを操作量Ｍｖと
して制御対象システムへ出力する。図２はチューニング
部２２の概略構成を示すブロック図である。図示するよ
うにこのチューニング部２２も一種のファジィ制御装置
で構成されている。

【００２６】すなわち、チューニング用データベース２
４は、条件部（ｉｆ部）と結論部（ｔｈｅｎ部）とから
なるメンバシップ関数をチューニングするための複数の
チューニング用推論ルールを記憶するルール記憶部２４
ａと、各チューニング用推論ルール毎に推論結果に対す
る程度を示すチューニング用メンバシップ関数を記憶す
るメンバシップ関数記憶部２４ｂとで構成されている。

【００２７】このチューニング用データベース２４の各
記憶部２４ａ，２４ｂに記憶される各チューニング用推
論ルールおよび各チューニング用メンバシップ関数は、
予め例えばマンマシン・インタフェース等を用いてこの
ファジィ制御装置の設計者または制御対象システムの設
計者によって設定されている。

【００２８】情報入力部２５には制御対象システムから
この制御対象システムの動作状態を示す前述した各種デ
ータの他に、ファジィ制御装置本体２１から前記変更後
のメンバシップ関数Ｍα１　が一定周期毎に入力される
。 また、この情報入力部２５には、制御対象システムの前
記各種データの他に動作状況が入力される。

【００２９】そして、制御対象システムおよびファジィ
制御装置本体２１から情報入力部２５へ各種データおよ
びメンバシップ関数Ｍα１　が入力されると、ＩＦ部呼
び出し部２６はルール記憶部２３ａに記憶されている各
チューニング用推論ルールの各条件部を読出す。そして
、メンバシップ関数呼出し部２７はＩＦ部呼び出し部２
６にて読出された各条件部それぞれ対応するチューニン
グ用メンバシップ関数をメンバシップ記憶部２４ｂから
読出す。その後、ピーク値決定部２８はメンバシップ関
数呼出し部２７にて呼出された各チューニング用メンバ
シップ関数と情報入力部２５にて取込んだデータ（入力
値）とを照らし合わせて結論部で使用されるチューニン
グ用メンバシップ関数のピーク値を求める。

【００３０】ＴＨＥＮ部呼出し部２９はピーク値決定部
２８の処理完了に応動して前記チューニング用推論ルー
ルの結論を読出す。メンバシップ関数呼出し部３０は上
記ＴＨＥＮ部呼出し部２９により読出された各結論部に
それぞれ対応するチューニング用メンバシップ関数をメ
ンバシップ関数記憶部２４ｂから読出す。メンバシップ
関数変更部３１は、上記メンバシップ関数呼出し部３０
により読出された各チューニング用メンバシップ関数を
前記ピーク値決定部２８にて処理された同一推論ルール
のチューニング用メンバシップ関数のピーク値に基づい
て変更する。

【００３１】メンバシップ関数合成部３２は、上記メン
バシップ関数変更部３１により処理された各チューニン
グ用推論ルールに対応するチューニング用メンバシップ
関数を合成する。重心演算部３３は上記メンバシップ関
数合成部３２にて合成された各チューニング用メンバシ
ップ関数の重心ｍを算出する。メンバシップ関数出力部
３４は上記重心演算部３３にて算出された重心ｍを新た
なメンバシップ関数Ｍα０　としてファジィ制御装置本
体２１へ送出する。

【００３２】ファジィ制御装置本体２１はチューニング
部２２から入力された新たなメンバシップ関数Ｍα０　
をデータベース２３のメンバシップ関数記憶部２３ｂに
設定する。

【００３３】このように構成されたファジィ制御装置で
あれば、制御対象システムの動作状態を直接制御するフ
ァジィ制御装置本体２１のデータベース２３のメンバシ
ップ関数記憶部２３ｂに記憶されているメンバシップ関
数のチューニングは別途チューニンク部２２で実施され
る。

【００３４】すなわち、制御対象システムが予め定めら
れた一定の許容範囲内で稼働している場合においては、
このメンバシップ関数記憶部２３ｂに初期設定されてい
るメンバシップ関数および推論ルール記憶部２４ｂに記
憶されている推論ルールに従って、制御対象システムの
動作状態が制御される。この場合、メンバシップ関数を
、制御対象システムが予め定められた一定の許容範囲内
で稼働している場合を想定して設定することによって、
制御精度を向上できる。

【００３５】また、制御対象システムに何等かの異常が
生じて、動作状態が前記許容範囲を大きく外れた場合に
は、チューニング部２２の情報入力部２５に入力される
制御対象システムからの各種データが大きく変化する。 また、各種データ以外の制御対象システムの状況が大き
く変化する。

【００３６】情報入力部２５に入力される各種データお
よび各種状況が大きく変化すれば、チューニング用デー
タベース２４のチューニング用推論ルールおよびチュー
ニング用メンバシップ関数を用いたファジィ演算によっ
て求められるメンバシップ関数Ｍα０　が大きく変化す
る。そして、このチューニング部２２で新たにチューニ
ングされたメンバシップ関数Ｍα０　がファジィ制御装
置本体２１のメンバシップ関数記憶部２３ｂに設定され
る。

【００３７】よって、これ以降、ファジィ制御装置本体
２１は変更されたメンバシップ関数Ｍα０　を用いて制
御対象システムの動作を制御する。この場合のメンバシ
ップ関数Ｍα０　は、制御対象システムの動作状態が一
定の許容範囲を外れた状態において、この制御対象シス
テムが最適制御されるように、例えば図４に示す入力レ
ンジ，最大値，傾斜が設定される。また、必要に応じて
、短時間で動作状態が前述した許容範囲に戻りやすいよ
うにメンバシップ関数をチューニングしてもよい。

【００３８】このように、ファジィ制御装置本体２１の
データベース２３に記憶されているメンバシップ関数を
チューニング部２２でもって、制御対象システムの大き
な動作状態変化に応動して自動的に最適値に再チューニ
ングするようにしている。したがって、制御対象システ
ムに対して常時最適制御を実施できる。

【００３９】また、チューニング部２２で自動チューニ
ングを実施しているので、たとえ制御対象システムの動
作状態が大きく変動したとしても、技術者または監視者
はメンバシップ関数を変更する作業を実施する必要がな
い。よって、たとえこのファジィ制御装置に不慣れなも
のであっても、制御対象システムに対する監視を実施で
きる。

【００４０】さらに、チューニング部２２のチューニン
グデータベース２４に予め設定するチューニンク用メン
バシップ関数の数は、ファジィ制御装置本体２１のデー
タベース２３に設定するメンバシップ関数の数に比較し
て、格段に少ないので、ファジィ制御装置全体としての
技術者が予め設定する必要のあるメンバシップ関数の数
が減少するので、技術者の負担を軽減できる。

【００４１】

【発明の効果】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、装置本体の記憶部に記憶されているメ
ンバシップ関数をファジィ制御を利用したチューニング
部でもってチューニングするようにしている。したがっ
て、制御対象システムの動作状態が大幅に変化した場合
においても、メンバシップ関数が直ちに該当動作状態に
対応する関数に変更される。よって、制御対象の制御精
度を向上できるとともに、必要に応じて短時間で制御対
象を正常状態に復旧でき、監視者の負担を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例に係わるファジィ制御装
置の概略構成を示すブロック図、

【図２】　　同実施例装置のチューニング部の概略構成
を示すブロック図、

【図３】　　従来のファジィ制御装置の概略構成を示す
ブロック図、

【図４】　　一般的なメンバシップ関数を示す図。

【符号の説明】

２，２５…情報入力部、３，２６…ＩＦ部呼出し部、４
，７，２７，３０…メンバシップ関数呼出し部、５，２
８…ピーク値決定部、６，２９…ＴＨＥＮ部呼出し部、
８，３１…メンバシップ関数変更部、９，３２…メンバ
シップ関数合成部、１０，３３…重心演算部、１１…操
作量出力部、２１…ファジィ制御装置本体、２２…チュ
ーニング部、２３…データベース、２３ａ，２４ａ…推
論ルール記憶部、２３ｂ，２４ｂ…メンバシップ関数記
憶部、２４…チューニンク用データベース、３４…メン
バシップ関数出力部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　条件部と結論部とからなる複数の推論
   ルールと各推論ルール毎に入力値に対する該当推論ルー
   ルを用いた推論結果に対する程度を示すメンバシップ関
   数とを記憶し、入力部に入力された制御対象の動作状態
   に関する情報により前記推論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て、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、前記記憶されているメンバシップ関数をチューニ
   ングするためのチューニング用推論ルールとこのチュー
   ニング用推論ルールを用いた推論結果に対する程度を示
   すチューニング用メンバシップ関数とを記憶し、前記制
   御対象からの入力情報に基づいて前記チューニング用推
   論ルールおよびチューニング用メンバシップ関数を用い
   たファジィ演算にて前記メンバシップ関数のチューニン
   グを実行するチューニング部を備えたファジィ制御装置
   。