JPH04328602A - マイクロコンピュ−タを用いたファジィ制御装置 - 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、ファジィ制御装置に係
り、詳しくはファジィ推論における計算回数を少なくし
て演算時間を短縮するマイクロコンピュ−タを用いたフ
ァジィ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、「ｍｉｎ−ｍａｘ−重心法」と呼
ばれるファジィ推論法を用いた制御装置がある。そのフ
ァジィ推論法を用いて、例えばエンジンの回転数を制御
するような場合、制御装置に対する入力をｘ及びｙとし
、エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置に対する制御
出力をｚとしたとき、次のような手段により最終的な制
御出力が演算されている。図１２は、上記入力ｘのメン
バ−シップ関数を示し、図１３は入力ｙのメンバ−シッ
プ関数を示したものである。そして入力ｘのメンバ−シ
ップ関数、及び入力ｙのメンバ−シップ関数は、図１６
に示す制御規則表のラベルＰＢ，ＰＭ，ＰＳ，ＺＯ，Ｎ
Ｓ，ＮＭ，ＮＢそれぞれを三角形として、均等に配置し
たものである。また、上記ｘ，ｙ，ｚの制御規則を式で
表現すれば次のようになる。 　　また図１２、及び図１３に示すように、入力ｘ，ｙ
は−１と＋１の間に正規化されている。

【０００３】以上のような条件で、「ｍｉｎ−ｍａｘ−
重心法」によりファジィ推論を行い最終的な制御出力ｚ
を求める。今、ｘの入力値をｘｏ，ｙの入力値をｙｏと
し、ｘのメンバ−シップ関数を示した図１２、ｙのメン
バ−シップ関数を示した図１３及び、図１６に示す制御
規則表に基づいて制御出力ｚを求めるものとする。図１
４，図１５は、「ｍｉｎ−ｍａｘ−重心法」により、上
記ｘｏ，ｙｏに基づいて制御出力ｚｏを求めるための推
論手法説明図である。図１４は、入力ｘの入力値ｘｏと
、入力ｙの入力値ｙｏをそれぞれのメンバ−シップ関数
に適合させたあと、前記制御規則式それぞれの前件部適
合度を上限としてαカットした推論結果を示したもので
ある。また、図１５は全体の推論結果を示すもので、前
記制御規則式それぞれの最大値をとって合成したメンバ
−シップ関数の重心を求めることを示したものであり、
この重心値が制御出力ｚｏを示すものである。

【０００４】以上のようにして「ｍｉｎ−ｍａｘ−重心
法」によりファジィ推論を行う過程で、入力ｘｏ，ｙｏ
のメンバ−シップ関数への適合度を求めるためには、そ
れぞれの入力に対して複数個のメンバ−シップ関数が適
合するため、多数回の補間計算が必要であり、しかも最
終的な出力を計算するためには、幾つかのファジィ推論
規則で推論された各々の結果の最大面積を計算し、更に
その重心を計算する必要がある。そのため、最終的な出
力を求める迄に必要とする計算量が多く、「ｍｉｎ−ｍ
ａｘ−重心法」のファジィ推論法を用いた制御装置をエ
ンジンの回転数制御に用いた場合には、上記計算結果が
出てエンジンの回転数が制御される前にエンジンの回転
数が低下してしまうため、現実的には使用できないもの
である。特に、マイクロコンピュ−タを用いて上記計算
を行う場合、補間計算、重心の計算に用いられる乗算、
除算の実行時間が長いという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の「ｍｉｎ−
ｍａｘ−重心法」によりファジィ推論を行い、制御対象
をファジィ制御するとき、前述の理由により最終的な出
力を求める迄に必要とする計算量が多く、計算結果が出
るまでの時間がかかり過ぎるため、制御遅れが生じ、高
速制御を必要とする制御対象に対しては使用できないと
いう問題がある。そこで本発明では、マイクロコンピュ
−タを使用してファジィ制御をする際、入出力のメンバ
−シップ関数の形状を限定するとともに、「代数積−加
算−モ−メント法」を用いることによりファジィ推論の
ための計算時間を短縮し、制御遅れのないように制御対
象を制御できるようにすることを解決すべき技術的課題
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題解決のための技
術的手段は、マイクロプロセッサを演算及び制御の中枢
として設けるとともに、所要容量の記憶素子を設けたマ
イクロコンピュ−タに対して、前件部として２入力を入
力する一方、後件部として１出力を出力するとともに、
メンバ−シップ関数を三角形としてファジィ推論をする
マイクロコンピュ−タを用いたファジィ制御装置を、前
記２入力のそれぞれに適合するメンバ−シップ関数が１
種類もしくは２種類であり、前記２入力それぞれに適合
するメンバ−シップ関数の適合度の和が１である一方、
前記２入力それぞれに適合するメンバシップ関数のそれ
ぞれの三角形の底辺が２であり、更に前記出力のメンバ
−シップ関数それぞれの三角形の面積が１である条件で
、代数積−加算−モ−メント法を用いてファジィ推論を
行い、前記出力を決定する推論手段を備えた構成にする
ことである。

【０００７】

【作用】次に、上記構成のマイクロコンピュ−タを用い
たファジィ制御装置の作用を図面を参照しながら説明す
る。マイクロコンピュ−タに対する入力をｘ及びｙとし
、マイクロコンピュ−タからの出力をｚとしたとき、図
１は入力ｘのメンバ−シップ関数を示し、図２は入力ｙ
のメンバ−シップ関数を示し、図３は出力ｚのメンバ−
シップ関数を示したものである。また、図４は入力ｘ，
ｙ、及び出力ｚに係る制御規則表である。以下、代数積
−加算−モ−メント法を用いた前記推論手段により出力
ｚを求めるための作用を説明する。今、図１、図２に示
すように、入力ｘの値をｘｏ、入力ｙの値をｙｏとして
、ｘｏが第４番目と第５番目のメンバ−シップ関数に適
合するとともに、ｙｏが第６番目と第７番目のメンバ−
シップ関数に適合しているものとする。この状態でｘｏ
の第５番目のメンバ−シップ関数への適合度μｘ５はｘ
ｏの小数点以下に一致し、第４番目のメンバ−シップ関
数への適合度μｘ４は（１−μｘ５）となる一方、ｙｏ
の第７番目のメンバ−シップ関数への適合度をμｙ７と
すると、ｙｏの第６番目のメンバ−シップ関数への適合
度μｙ６は（１−μｙ７）となるため適合度を計算する
のに補間計算の必要がなくなる。

【０００８】上記二つの入力値ｘｏ，ｙｏの組合せは以
下のように４個になり、４個の推論規則が適用される。 この４個の推論規則を適用して出力ｚの合成値を求める
場合、代数積−加算−モ−メント法を用いると、４個の
推論それぞれによって出力される出力部の適合度ωのそ
れぞれは次のようになる。 　　　　ω１＝μｘ４　　×　　μｙ６＝（１−μｘ５
）　　×　　（１−μｙ７）　　　　ω２＝μｘ５　　
×　　μｙ６＝　　　　　　μｘ５　　　　×　　（１
−μｙ７）　　　　ω３＝μｘ４　　×　　μｙ７＝（
１−μｘ５）　　×　　μｙ７　　　　ω４＝μｘ５　
　×　　μｙ７また、出力ｚは次のように求められる。 ｚ＝Σｐｉ×ωｉ×ｓｉ／Σωｉ×ｓｉここで、ｐｉは
４個の推論規則で推論された出力メンバ−シップ関数の
位置を示し、ｓｉは出力メンバ−シップ関数の面積を示
したものである。尚、ωｉは４個の推論それぞれによっ
て出力される出力部の適合度を示す。

【０００９】上記の式ｚ＝Σｐｉ×ωｉ×ｓｉ／Σωｉ
×ｓｉにおいて、出力メンバ−シップ関数の面積が１に
なるようにすると出力ｚの式は次のようになる。 ｚ＝Σｐｉ×ωｉ／Σωｉ 更に、Σωｉは、前記ω１，ω２，ω３，ω４の和なの
で、結果は１になるため、結局出力ｚは、ｚ＝Σｐｉ×
ωｉで求めることができる。即ち、４個の推論それぞれ
によって出力される出力部の適合度ωｉを求めるとき、
μｘとμｙの乗算を１回行うとともに、ｐｉ×ωｉを求
めるときに乗算を１回行い、合計２回の演算でｐｉ×ω
ｉを求めることができる。更に、最終出力ｚは、推論規
則が４個であることから、２×４＝８回の乗算で求める
ことができるようになり、マイクロコンピュ−タで計算
しても計算時間が短くなる。尚、実際の制御では、前記
２つの入力ｘ，ｙの正規化のため乗算をそれぞれ１回、
合計２回行うため、前記の８回と上記の２回の合計１０
回の乗算により、最終出力ｚを求めることができる。そ
のため、最終出力ｚを求めるための計算時間短縮により
、制御遅れのないように制御対象を制御することができ
る。

【００１０】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。本実施例は、ファジィ制御装置をエンジンの
アイドルスピ−ド制御装置として用いたもので、図５は
エンジン制御系統図である。図５において、エンジン１
に燃料と空気の混合気を供給する吸気通路２には、燃料
を噴射するインジェクタ３と、吸気通路２の圧力を検出
し、その圧力に対応した信号を出力する圧力センサ４と
、スロットルバルブ５がアイドル開度に閉じたときに信
号を出力するアイドルスイッチ６とが設けられている。 また、吸気通路２にバイパスするバイパス通路７が設け
られ、そのバイパス通路７には、アイドル時に、エンジ
ン１に供給される空気の流量を調整するアイドルスピ−
ドコントロ−ルバルブ８が設けられている。更に、エン
ジン１にはエンジンの行程速度に対応して回転するクラ
ンクの回転角度を検出し、その回転角度検出信号を出力
するクランク角センサ９が取り付けられるとともに、エ
ンジン冷却水の温度に対応した信号を出力する水温セン
サ１０が取り付けられている。

【００１１】また、エンジン制御ユニット１１には、マ
イクロコンピュ−タ１１Ａと所要容量の図示しない記憶
回路とが内蔵されており、その記憶回路には、エンジン
１のアイドル回転数が目標回転数になるようにアイドル
スピ−ドコントロ−ルバルブ８の開度を制御するファジ
ィ制御プログラムが格納されている。図５に示すように
、エンジン制御ユニット１１には、インジェクタ３と、
圧力センサ４と、アイドルスイッチ６と、アイドルスピ
−ドコントロ−ルバルブ８と、クランク角センサ９と、
水温センサ１０とが接続されており、エンジン制御ユニ
ット１１は圧力センサ４からの信号と、クランク角セン
サ９からの信号と、水温センサ１０からの信号とに基づ
いてインジェクタ３から燃料を噴射させる時間を演算し
、その時間に基づいてインジェクタ３をデュ−ティ制御
するとともに、アイドルスイッチ６からのアイドル信号
を入力したときには、ファジィ推論によりエンジンのア
イドル回転数が目標回転数になるようにアイドルスピ−
ドコントロ−ルバルブ８を制御する。

【００１２】次に、エンジン制御ユニット１１のマイク
ロコンピュ−タ１１Ａによる上記ファジィ推論について
具体的に説明する。エンジン制御ユニット１１のマイク
ロコンピュ−タ１１Ａは、クランク角センサ９からの信
号に基づいて、クランクが１８０度回転する毎にエンジ
ンの回転数の計測を行うものとする。そして、計測した
エンジン回転数に基づいて、アイドルスピ−ドコントロ
−ルバルブ８の開度をファジィ推論を用いて計算する。 尚、この計算はクランクが１８０度回転する毎に実行す
る。以下、その計算手順について説明する。

【００１３】（１）エンジン１の目標回転数ＮＴ（本実
施例では７００ｒｐｍとする）と今回の計測回転数ＮＥ
の差分ＮＴ−ＮＥを演算する。 （２）今回の計測回転数ＮＥと前回の計測回転数ＮＥＯ
の差分ＮＥ−ＮＥＯを演算する。 （３）差分ＮＴ−ＮＥを正規化する。この正規化に際し
て差分ＮＴ−ＮＥの正規化値ＮＯＲＭ（ＮＴ−ＮＥ）の
メンバ−シップ関数を図６のように配置する。図６に示
すように、そのメンバ−シップ関数の各三角形の底辺は
２であり、最大値は１である。そして±３区間を±３０
０ｒｐｍで正規化するので、ＮＯＲＭ（ＮＴ−ＮＥ）は
、 　　　　ＮＯＲＭ（ＮＴ−ＮＥ）＝（ＮＴ−ＮＥ＋３０
０）×（３／３００）但し、ＮＯＲＭ（ＮＴ−ＮＥ）を
０と６の範囲でガ−ドをかける。 （４）差分ＮＥ−ＮＥＯを正規化する。この正規化に際
して差分ＮＴ−ＮＥＯの正規化値ＮＯＲＭ（ＮＥ−ＮＥ
Ｏ）のメンバ−シップ関数を図７のように配置する。図
７に示すように、そのメンバ−シップ関数の各三角形の
底辺は２であり、最大値は１である。そして±３区間を
±３０ｒｐｍで正規化するので、ＮＯＲＭ（ＮＥ−ＮＥ
Ｏ）は、 　　　　ＮＯＲＭ（ＮＥ−ＮＥＯ）＝（ＮＥ−ＮＥＯ＋
３０）×（３／３０）但し、ＮＯＲＭ（ＮＥ−ＮＥＯ）
を０と６の範囲でガ−ドをかける。 （５）図６、及び図７に基づいてＮＯＲＭ（ＮＴ−ＮＥ
）及びＮＯＲＭ（ＮＥ−ＮＥＯ）の２入力がそれぞれ、
どのメンバ−シップ関数にどの程度の適合度があるかを
演算する。例えば、ある計測タイミングにおけるエンジ
ンの計測回転数ＮＥが８４０ｒｐｍ、その前の計測タイ
ミングにおけるエンジンの計測回転数ＮＥＯが８３５ｒ
ｐｍとすると、 ＮＴ−ＮＥ＝　　７００−８４０＝−１４０ｒｐｍＮＥ
−ＮＥＯ＝８４０−８３５＝＋５ｒｐｍ従って、 尚、上記１．６は、０と６の範囲にある。 尚、上記３．５は、０と６の範囲にある。ＮＯＲＭ（Ｎ
Ｔ−ＮＥ）＝１．６であるため、図６のメンバ−シップ
関数にその１．６を適合させると、メンバ−シップ関数
ＮＳに０．６、またＮＭに対しては（１−０．６）＝０
．４で適合する。一方、ＮＯＲＭ（ＮＥ−ＮＥＯ）＝３
．５であるため、図７のメンバ−シップ関数にその３．
５を適合させると、メンバ−シップ関数ＰＳに０．５、
ＺＯに対して（１−０．５）＝０．５で適合する。

【００１４】次に、上記２入力の適合度を求めてから出
力を求める迄の計算手順を以下に示す。 （６）前述したように、計測回転数ＮＥが８４０ｒｐｍ
、その前の計測タイミングにおけるエンジンの計測回転
数ＮＥＯが８３５ｒｐｍであるため、その条件で（ＮＴ
−ＮＥ）、及び（ＮＥ−ＮＥＯ）がそれぞれ正規化され
た値、１．６及び３．５を図６及び図７のメンバ−シッ
プ関数に適合させると、（ＮＴ−ＮＥ）はラベルＮＭと
ＮＳに適合し、（ＮＥ−ＮＥＯ）はラベルＺＯとＰＳに
適合する。図９は本実施例の制御規則を示したものであ
り、ラベルＮＭとＮＳとＺＯとＰＳの組合せで、出力は
４つの規則から求められる。この４つの規則への適合度
は代数積により求める。即ち、図９の制御規則から出力
の適合規則は以下のようになる。 （ＮＭ×ＺＯ）→ＮＳＭ、　　（ＮＭ×ＰＳ）→ＮＭＢ
（ＮＳ×ＺＯ）→ＮＳ、　　　　（ＮＳ×ＰＳ）→ＮＭ
前記計算により、ＮＳ＝０．６、ＮＭ＝０．４、ＰＳ＝
０．５、ＺＯ＝０．５であるため、 ＮＭ×ＺＯ＝０．４×０．５＝０．２（ＮＳＭ）ＮＭ×
ＰＳ＝０．４×０．５＝０．２（ＮＢＭ）ＮＳ×ＺＯ＝
０．６×０．５＝０．３（ＮＳ）ＮＳ×ＰＳ＝０．６×
０．５＝０．３（ＮＭ）

【００１５】（７）上記のよう
にして代数積で求めたそれぞれの規則への適合度にそれ
ぞれの規則の位置を乗じて加算し、モ−メントを求め、
これを正規化済の出力とする。図８は、上記正規化済の
出力を前記アイドルスピ−ドコントロ−ルバルブ８の開
度制御補正量ＤＬＤＦＢとするときのメンバ−シップ関
数を示したものである。 本実施例では、正規化された出力をＺとすれば、この出
力Ｚを±５パ−セントで通常のアイドルスピ−ドコント
ロ−ルバルブ８の開度量（デュ−ティ制御）に変換して
いる。そのため開度制御補正量ＤＬＤＦＢは、ＤＬＤＦ
Ｂ＝Ｚ×（５％／３）−５％となる。 尚、出力メンバ−シップ関数の位置を正規化せずに直接
出力値を対応させれば上記計算を省くことができる。上
記開度制御補正量ＤＬＤＦＢを求めるため、前記のよう
にして代数積で求めたそれぞれの規則への適合度に、図
８のそれぞれのメンバ−シップ関数の位置、即ちパ−セ
ンテ−ジを乗じ、それぞれを加算すると次のようになる
。 開度制御補正量ＤＬＤＦＢ＝０．２×（−２．５％）＋
０．２×（−４．１６６７％）＋０．３×（−１．６６
６７％）＋０．３×（−３．３３３３％）＝−２．８３
％ また本実施例では、アイドルスピ−ドコントロ−ルバル
ブ８の開度制御量をＤＦＢ（デュ−ティ比）とすると、
今回の計測タイミングにおける開度制御量ＤＦＢｉは、
ＤＦＢｉ＝ＤＦＢｉ−１　　＋　　ＤＬＤＦＢで求める
ため、アイドルスピ−ドコントロ−ルバルブ８の開度を
２．８３％下げることになる。この結果は、エンジンの
現在の目標回転数が７００ｒｐｍに対し、実際の回転数
が８４０ｒｐｍで、しかもエンジンの回転数が上昇して
いるのでアイドルスピ−ドコントロ−ルバルブ８の開度
を下げることは妥当である。

【００１６】以上のように、本実施例ではマイクロコン
ピュ−タによる代数積−加算−モ−メント法を用いたフ
ァジィ推論によりアイドルスピ−ドコントロ−ルバルブ
８の開度を制御する例を示したが、アイドルスピ−ドコ
ントロ−ルバルブ８の開度制御に限らず、点火時期制御
、燃料噴射制御などに適用することができる。また、本
実施例では図８に示すように、出力のメンバ−シップ関
数を１３個に分割したが、出力のメンバ−シップ関数を
更に細かく分割しても良いし、図６、図７に示した入力
のメンバ−シップ関数のように７個、あるいは更に大ま
かな分割にしても良い。同様に入力のメンバ−シップ関
数についても、分割個数を更に細かく分けても、あるい
は大まかにしても良い。図１０は、入力ｘ，ｙのメンバ
−シップ関数を１３個に分割した例を示す一方、図１１
は、出力ｚのメンバ−シップ関数を６個に分割した例を
示したものである。図１１に示すように、出力ｚのメン
バ−シップ関数は、最終出力に対応する全メンバ−シッ
プ関数の適合度の和が１になる必要はないし、また、適
合するメンバ−シップ関数の個数も特に制限はない。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、マイクロ
コンピュ−タを使用してファジィ制御をする際、入出力
のメンバ−シップ関数の形状を限定するとともに、「代
数積−加算−モ−メント法」を用いたファジィ推論によ
り、ファジィ推論のための計算時間を短縮することがで
きるため、制御遅れのないように制御対象を制御するこ
とができるという効果がある。また、ファジィ推論のた
めの計算回数が少なくなるので演算プログラム長が短く
なり、それに伴ってメモリ容量を逓減させることができ
るため、ファジィ制御装置のコストを低減することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のファジィ推論における一方の入力のメ
ンバ−シップ関数の配置図である。

【図２】本発明のファジィ推論におけるもう一方の入力
のメンバ−シップ関数の配置図である。

【図３】本発明のファジィ推論における出力のメンバ−
シップ関数の配置図である。

【図４】本発明のファジィ推論における制御規則表図で
ある。

【図５】本発明の一実施例の制御系統図である。

【図６】本発明の一実施例のファジィ推論における一方
の入力のメンバ−シップ関数の配置図である。

【図７】本発明の一実施例のファジィ推論におけるもう
一方の入力のメンバ−シップ関数の配置図である。

【図８】本発明の一実施例のファジィ推論における出力
のメンバ−シップ関数の配置図である。

【図９】本発明の一実施例のファジィ推論における制御
規則表図である。

【図１０】本発明の他の実施例のファジィ推論における
入出力メンバ−シップ関数の配置図である。

【図１１】本発明の他の実施例のファジィ推論における
出力のメンバ−シップ関数の配置図である。

【図１２】従来のファジィ推論における一方の入力のメ
ンバ−シップ関数配置図である。

【図１３】従来のファジィ推論における、もう一方の入
力のメンバ−シップ関数配置図である。

【図１４】従来のファジィ推論手法における入出力のメ
ンバ−シップ関数に対する適合説明図である。

【図１５】従来のファジィ推論手法におけるメンバ−シ
ップ関数の重心を求めるための説明図である。

【図１６】従来のファジィ推論手法における制御規則表
図である。

【符号の説明】

１　　エンジン ２　　吸気通路 ３　　インジェクタ ４　　圧力センサ ６　　アイドルスイッチ ８　　アイドルスピ−ドコントロ−ルバルブ９　　クラ
ンク角センサ １０　　水温センサ １１　　エンジン制御ユニット １１Ａ　　マイクロコンピュ−タ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　マイクロプロセッサを演算及び制御の
   中枢として設けるとともに、所要容量の記憶素子を設け
   たマイクロコンピュ−タに対して、前件部として２入力
   を入力する一方、後件部として１出力を出力するととも
   に、メンバ−シップ関数を三角形としてファジィ推論を
   するマイクロコンピュ−タを用いたファジィ制御装置で
   あって、前記２入力のそれぞれに適合するメンバ−シッ
   プ関数が１種類もしくは２種類であり、前記２入力それ
   ぞれに適合するメンバ−シップ関数の適合度の和が１で
   ある一方、前記２入力それぞれに適合するメンバシップ
   関数のそれぞれの三角形の底辺が２であり、更に前記出
   力のメンバ−シップ関数それぞれの三角形の面積が１で
   ある条件で、代数積−加算−モ−メント法を用いてファ
   ジィ推論を行い、前記出力を決定する推論手段を備えた
   ことを特徴とするマイクロコンピュ−タを用いたファジ
   ィ制御装置。