JPH0492901A - Fuzzy controller by neural network - Google Patents

Fuzzy controller by neural network

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JPH0492901A
JPH0492901A JP2207826A JP20782690A JPH0492901A JP H0492901 A JPH0492901 A JP H0492901A JP 2207826 A JP2207826 A JP 2207826A JP 20782690 A JP20782690 A JP 20782690A JP H0492901 A JPH0492901 A JP H0492901A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
input
output
neural network
fuzzy controller
Prior art date
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Pending
Application number
JP2207826A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Uchikawa
内川 嘉樹
Shigeru Okuma
繁 大熊
Takeshi Furuhashi
武 古橋
Shinichi Horikawa
慎一 堀川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagoya University NUC
Original Assignee
Nagoya University NUC
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Publication date
Application filed by Nagoya University NUC filed Critical Nagoya University NUC
Priority to JP2207826A priority Critical patent/JPH0492901A/en
Publication of JPH0492901A publication Critical patent/JPH0492901A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To automatically adjust an antecedent part membership function by constituting the control rule for a consequent part by means of the connection of an intermediate layer and an output layer. CONSTITUTION:Since a system is constituted in such a way that the control rule is decided by the connection of the intermediate layer and the output layer, the identification of control rules and the fine adjustment of antecedent part membership function can automatically be executed by changing connection loads ws, wc, wg and wf by learning. The connection loads ws, wc, wg and wf can be changed based on learning and the control rule and the antecedent part membership function can be identified by applying back propagation. Consequently, the control rule which an expert obtains can automatically be identified by the fuzzy controller.

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ニューラルネットワークにより構成される
ファジィ推論を用いたファジィ制御器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION OBJECTS OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a fuzzy controller using fuzzy inference configured by a neural network.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ファジィ制御は、熟練者が経験的に体得した制御規則を
、言語的表現のままに記述し、制御対象の数式モデルを
必要としないマン・マシーンインタフェースに優れた手
法として実用化が進められている。しかし、人間が体得
する制御規則は必ずしも明確な言語表現を伴うわけでは
なく、きわめて漠然としたものであることが少なくない
。また、場合によっては無意識に行われるものであるこ
ともある。このような制御規則を正確に把握することは
困難であり、熟練者の問診やその後の試行錯誤に多大な
労力が必要となる。また、ファジィ制御器を構成した後
のメンバシップ関数の調整は、実は制御対象に対する正
確な洞察がなければうまくできず、ファジィ制御器に対
して熟練する必要がある。このような問題に対してニュ
ーラルネットワークを用いてファジィ制御器を構成する
方法が提案されている。
Fuzzy control is being put into practical use as an excellent method for man-machine interfaces that does not require a mathematical model of the controlled object, as it describes control rules that have been acquired through experience by experts in their own verbal form. . However, the control rules that humans acquire do not necessarily involve clear verbal expressions, and are often extremely vague. Moreover, in some cases, it may be done unconsciously. It is difficult to accurately grasp such control rules, and a great deal of effort is required through interviews with experts and subsequent trial and error. Furthermore, adjusting the membership function after constructing a fuzzy controller cannot be done successfully without accurate insight into the controlled object, and requires skill with fuzzy controllers. A method of constructing a fuzzy controller using a neural network has been proposed to solve such problems.

第8図は、ニューラルネットワークを用いたファジィ制
御器の従来例を示す。この制御器はr個の制御規則を持
つファジィ制御器である。このファジィ制御器は複数の
ニューラルネットワークからなる。
FIG. 8 shows a conventional example of a fuzzy controller using a neural network. This controller is a fuzzy controller with r control rules. This fuzzy controller consists of multiple neural networks.

ニューラルネットワーク10は、入力X、〜x0かどの
制御規則に属するかの判定を行う前件部メンバシップ関
数に相当し、各規則の適合度1iA1〜□ +を出力す
る。別のニューラルネットワーク11〜1rは後件部の
制御規則に相当し、各ネットワークは次式の入出力関係
を持つ。
The neural network 10 corresponds to an antecedent membership function that determines which control rule the inputs X, ~x0 belong to, and outputs the fitness degree 1iA1~□+ of each rule. The other neural networks 11 to 1r correspond to the control rules for the consequent part, and each network has the input/output relationship of the following formula.

y’−fl(x++ ・・・、  x a )(i−1
,・・・、r) ・・・ (1) fiは非線形関数であっても良い。掛は算器21〜2n
は、ニューラルネットワーク11〜]nの出力y1〜y
′とそれぞれの適合度μ l〜μ9′を掛は合わせるこ
とによって、入力x1〜Xnに対する各制御規則が出力
yに対して寄与度を有するかを決定する。足し算器30
は以上の結果の和を計算している。
y'-fl(x++..., xa)(i-1
,..., r)... (1) fi may be a nonlinear function. Multiply by calculator 21~2n
are the outputs y1-y of the neural network 11-]n
By multiplying ' and the respective fitness degrees μl to μ9′, it is determined whether each control rule for the inputs x1 to Xn has a degree of contribution to the output y. adder 30
calculates the sum of the above results.

第9図は、ニューラルネットワークを用いたファジィ制
御器の他の従来例である。この従来例も複数のニューラ
ルネットワークからなる。ニューラルネットワーク40
は複数のクラスタユニットと呼ばれるサブネットワーク
41〜4rで構成される。各クラスタユニットは前件部
メンパンツブ関数となり、入力の特徴を抽出する。別の
ニューラルネットワーク50はニューラルネットワーク
40の出力から入力がどの制御規則に属するかを判定す
る。更に別のニューラルネットワーク60はニューラル
ネットワーク11〜1nと同等の機能を持つサブネット
ワーク61〜6rで構成されニューラルネットワーク5
0の出力とサブネットワーク61〜6rの出力を合成し
てファジィ制御器の出力が作られる。
FIG. 9 shows another conventional example of a fuzzy controller using a neural network. This conventional example also consists of a plurality of neural networks. neural network 40
is composed of a plurality of sub-networks 41 to 4r called cluster units. Each cluster unit becomes an antecedent member subfunction and extracts the features of the input. Another neural network 50 determines from the output of neural network 40 which control rule the input belongs to. Further, another neural network 60 is composed of sub-networks 61 to 6r having functions equivalent to those of the neural networks 11 to 1n, and is a neural network 5.
The output of the fuzzy controller is created by combining the output of 0 and the output of the subnetworks 61 to 6r.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

以上述べた従来のニューラルネットワーク本川いたファ
ジィ制御器は、複数のニューラルネットワークからなり
、前件部メンバシップ関数を得るニューラルネットワー
クと後件部制御規則を得るニューラルネットワークとが
独立に構成されている。従って、制御規則を事前に何ら
かの手法を用いて明らかにした後に、ニューラルネット
ワーク11〜1rもしくは61〜6rに制御規則を学ば
せなければならない。しかしながら、制御規則を正確に
把握することは前述のごとく困難であり、多大な労力を
必要とする問題があった。
The conventional neural network based fuzzy controller described above consists of multiple neural networks, and the neural network that obtains the antecedent membership function and the neural network that obtains the consequent control rule are configured independently. . Therefore, the neural networks 11 to 1r or 61 to 6r must be made to learn the control rules after the control rules have been clarified in advance using some method. However, as described above, it is difficult to accurately grasp the control rules, and there is a problem in that it requires a great deal of effort.

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであ
り、熟練者の行った操作量および出力のデータを用いて
、熟練者の体得した制御規則を、自動的に同定し、同時
に前件部メンバシップ関数の自動調整をも行うことので
きるファジィ制御器を提供することを[J的としている
The present invention has been made to solve the above problems, and uses data on the amount of operation performed by the expert and the output to automatically identify the control rules learned by the expert, and at the same time Our objective is to provide a fuzzy controller that can also automatically adjust the subject membership functions.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の課題を解決するための本発明による第1のニュー
ラルネットワークによるファジィ制御器は、 複数のユニットから構成された入力層と、前記入力層に
結合され、かつ複数のユニットから構成された中間層と
、 前記中間層に結合され、かつ複数のユニットから構成さ
れた出力層とからなるニューラルネットワークにおいて
、 各ユニットは、同一層内では結合されず、入力層から中
間層、中間層から出力層へと一方向に重み係数をかけて
結合され、 入力層と中間層により、ファジィ制御のための前件部メ
ンバシップ関数か構成され、中間層と出力層間の結合を
用いてファジィ制御のための後件部制御規則が構成され
ることを特徴とする。
A fuzzy controller using a first neural network according to the present invention for solving the above problems includes an input layer composed of a plurality of units, and an intermediate layer coupled to the input layer and composed of a plurality of units. and an output layer connected to the intermediate layer and composed of a plurality of units, each unit is not connected within the same layer, and flows from the input layer to the intermediate layer and from the intermediate layer to the output layer. The input layer and the intermediate layer form the antecedent membership function for fuzzy control, and the connection between the intermediate layer and the output layer is used to form the antecedent membership function for fuzzy control. It is characterized in that a subject control rule is configured.

また、上記の課題を解決するための本発明による第2の
ニューラルネットワークによるファジィ制御器は、 入力信号が入力される入力層と、 前記入力層に結合され、かつ所定の関数を出力する層、
前記関数に基づき前件部メンバシップ関数を出力する層
、前記前件部メンバシップ関数に基づき前件部適合度を
出力する層とを少なくとも有する中間層と、 前記中間層に結合され、かつ前記前件部適合度と後件部
定数との積和を推論値として出力する出力層とからなり
、 各ユニットは、同一層内では結合されず、入力層から中
間層、中間層から出力層へと一方向に重み係数をかけて
結合されることを特徴とする。
Further, a fuzzy controller using a second neural network according to the present invention for solving the above problems includes: an input layer into which an input signal is input; a layer coupled to the input layer and outputting a predetermined function;
an intermediate layer having at least a layer that outputs an antecedent membership function based on the function, and a layer that outputs an antecedent fitness degree based on the antecedent membership function; It consists of an output layer that outputs the product sum of the antecedent part fitness and the consequent part constant as an inferred value, and each unit is not connected within the same layer, but from the input layer to the middle layer, and from the middle layer to the output layer. It is characterized by being combined by applying a weighting coefficient in one direction.

前記所定の関数は、シグモイド関数 f (x)−1/(1+exp(−x))であることが
好ましい。
Preferably, the predetermined function is a sigmoid function f (x)-1/(1+exp(-x)).

〔作用〕[Effect]

上記のように構成されたファジィ制御器では、前件部メ
ンバシップ関数が入力層と中間層との結合により得られ
、後件部制御規則が中間層と出力層との結合により得ら
れる構成となっている。すなわち、1つのニューラルネ
ットワーク中で、前件部メンバシップ関数と後件部制御
規則が得られる。
In the fuzzy controller configured as above, the antecedent membership function is obtained by combining the input layer and the intermediate layer, and the consequent control rule is obtained by combining the intermediate layer and the output layer. It has become. That is, the antecedent membership function and the consequent control rule can be obtained in one neural network.

従って、熟練者の行っt:操作量及び出力のデータに基
づいて、ニューラルネットワークの学習アルゴリズムで
あるバックプロパゲーションアルゴリズムを適用できる
ので、各重み係数を自動的に決定できる。その結果、熟
練者の体得した制御規則を、中間層と出力層間の結合の
前記重み係数に基づき自動的に同定でき、同時に前件部
メンバシップ関数を自動的に調整することかできる。
Therefore, the back propagation algorithm, which is a learning algorithm of a neural network, can be applied based on the data of the amount of operation and output performed by the expert, so that each weighting coefficient can be automatically determined. As a result, the control rules learned by an expert can be automatically identified based on the weighting coefficients of the connections between the intermediate layer and the output layer, and at the same time, the antecedent membership function can be automatically adjusted.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を参照して、本発明のファジィ制御器の実施例
を説明する。
Embodiments of the fuzzy controller of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本ファジィ制御器は、後件部を定数で表現し、前件部適
合度を乗算で、推論値を前件部適合度と後件部定数との
積和で求める簡略化されたファジィ推論を用いる。この
ようにすると、後述のようにニューラルネットワークの
学習アルゴリズムであるパックプロパゲーションを適用
することかでき、前件部メンバシップ関数、制御規則を
自動的に調整できる。
This fuzzy controller performs simplified fuzzy inference, in which the consequent is expressed as a constant, the antecedent fitness is multiplied, and the inference value is calculated as the product sum of the antecedent fitness and the consequent constant. use In this way, pack propagation, which is a neural network learning algorithm, can be applied as described later, and the antecedent membership function and control rule can be automatically adjusted.

この推論法は、2人力(x+ 、X2)1出力(y)の
場合には次のように表される。
This reasoning method is expressed as follows in the case of two human forces (x+, X2) and one output (y).

R’  : If  X+ −AlHand  X2−
A21then  y −f H−(2) y8−Σμ、・f3.μj −A++(X+)  ・A21(X2)(j−1,・・
・、N)   ・・・(3)ここで、R」はルール番号
、A目、A2.はファジィ変数、f、は定数、y8は推
論値、μmは前件部適合度、Nは制御ルールの数である
R': If X+ -AlHand X2-
A21then y −f H−(2) y8−Σμ,・f3. μj −A++(X+) ・A21(X2)(j−1,...
・, N) ... (3) Here, "R" is the rule number, A, A2. is a fuzzy variable, f is a constant, y8 is an inference value, μm is antecedent fitness, and N is the number of control rules.

第1図は本ファジィ制御器の実施例を示す。本制御器は
A−Gの7層のニューラルネットワークである。AJi
はユニット71,72、B層はユニット73〜76.0
層はユニット77〜84、D層はユニット85〜92、
E層はユニット93〜98、F層はユニット99〜10
7、G層はユニット108からなる。A層は入力層に相
当し、B。
FIG. 1 shows an embodiment of the present fuzzy controller. This controller is a seven-layer neural network of A-G. AJi
are units 71 and 72, and B layer is units 73 to 76.0.
The layer is units 77-84, the D layer is units 85-92,
E layer has units 93 to 98, F layer has units 99 to 10.
7. The G layer consists of a unit 108. The A layer corresponds to the input layer, and the B layer corresponds to the input layer.

C,D、E、F層は中間層に相当し、G層は出力層に相
当する。
The C, D, E, and F layers correspond to the intermediate layer, and the G layer corresponds to the output layer.

各ユニットは左側を入力とし、右側を出力とする。ユニ
ット71,72,75,76.93゜95.96.98
は入力を単に出力に分配する。
Each unit has an input on the left side and an output on the right side. Unit 71, 72, 75, 76.93゜95.96.98
simply distributes the input to the output.

ユニット73.74は定数1を出力する。ユニット77
〜84,94,97,108は入力の和を出力する。ユ
ニット99〜107は入力の積を出力する。ユニット8
5〜92は、入力をXとすると出力f  (x)はつぎ
の式で与えられる。
Units 73 and 74 output a constant 1. unit 77
84, 94, 97, and 108 output the sum of inputs. Units 99-107 output the product of the inputs. unit 8
5 to 92, when the input is X, the output f (x) is given by the following formula.

f (x)−1/ (1+exp (−x))・・・ 
(4) (4)式はシグモイド関数と呼ばれる。
f (x)-1/ (1+exp (-x))...
(4) Equation (4) is called a sigmoid function.

ユニット71と75.ユニット72と76はそれぞれ重
み係数wsで結合されている。例えばユニット71の出
力を07□とするとユニット75の入力175は i  75=WS  ’  071         
     ・=  (5)となる。
Units 71 and 75. Units 72 and 76 are each coupled by a weighting factor ws. For example, if the output of the unit 71 is 07□, the input 175 of the unit 75 is i 75=WS' 071
・= (5).

ユニット75とユニット77〜80はそれぞれ重み係数
1で結合されている。ユニット76とユニット81〜8
4も同様にそれぞれ重み係数1で結合されている。ユニ
ット73とユニット77〜80、ユニット74とユニッ
ト81〜84は、それぞれ重み係数WCで結合されてい
る。ユニット77〜84とユニット85〜92間はそれ
ぞれ重み係数Wg1また、ユニット85〜92とユニッ
ト93〜98間、およびユニット93〜98とユニット
99〜107間は図示のごとくそれぞれ重み係数1で結
合されている。ただし、例外とじてユニット87と94
.ユニット91と97間はそれぞれ重み係数−1で結合
されている。ユニット99〜107とユニット108間
は重み係数wfで結合されている。重み係数WS、We
、wg。
Unit 75 and units 77-80 are each coupled with a weighting factor of 1. Unit 76 and Units 81-8
4 are similarly combined with each other with a weighting coefficient of 1. Unit 73 and units 77-80, and unit 74 and units 81-84 are each coupled by a weighting coefficient WC. Units 77-84 and units 85-92 are each coupled with a weighting coefficient of Wg1, and units 85-92 and units 93-98 and units 93-98 and units 99-107 are coupled with a weighting coefficient of 1, respectively, as shown in the figure. ing. However, as an exception, units 87 and 94
.. Units 91 and 97 are each coupled with a weighting coefficient of -1. Units 99 to 107 and unit 108 are coupled by a weighting coefficient wf. Weighting coefficients WS, We
, wg.

wfは学習によって変化させることができる。E1ΔE
がファジィ制御器の入力であり、ΔUが出力である。第
1図は2人力1出力3前件部メンバシップ関数の実施例
である。
wf can be changed by learning. E1ΔE
is the input of the fuzzy controller and ΔU is the output. FIG. 1 is an example of a two-person, one-output, three-antecedent membership function.

まず、A層に加えられた入力x1はwsによって規格化
される。次に0層においてバイアスであるWCか加えら
れ、それにwgをかけたものがD層の入力となる。これ
により、wc、wgにより、それぞれf (x)の中心
の位置および傾きか定められる。
First, the input x1 applied to the A layer is normalized by ws. Next, WC, which is a bias, is added to the 0 layer, and the result obtained by multiplying it by wg becomes the input to the D layer. As a result, the position and slope of the center of f (x) are determined by wc and wg, respectively.

E層の出力は、第2図に示すような前件部メンバシップ
関数A、となる。ただし、疑似台形型メンバシップ関数
A、2は、第3図に示すように符号の異なる2つのシグ
モイド関数a、bの和で構成できる。WCの値によって
は出力が負となることもあり得るか、その場合は出力を
0とする。F層は、E層の出力の積を入力とする線形ユ
ニットで、その出力が前件部適合度μmとなる。そして
、μ、と後件部定数を表すwfとの積和か推論値y8と
して0層から出力される。以上により、(2)、(3)
式に基づくファジィ推論が実現される。
The output of the E layer is an antecedent membership function A as shown in FIG. However, the pseudo-trapezoidal membership functions A and 2 can be composed of the sum of two sigmoid functions a and b having different signs, as shown in FIG. Depending on the value of WC, the output may be negative, in which case the output is set to 0. The F layer is a linear unit that receives the product of the outputs of the E layer as input, and its output becomes the antecedent fitness μm. Then, the product-sum or inference value y8 of μ and wf representing the consequent part constant is output from the 0th layer. Based on the above, (2), (3)
Fuzzy inference based on equations is realized.

本ファジィ制御器によれば、入力層と中間層により前件
部メンバシップ関数を、中間層と出力層との結合により
制御規則を定める構成となっているので、結合荷重ws
、wc、wg、wfを学習によって変化させることによ
り、制御ルールの同定および前件部メンバシップ関数の
微調整を自動的に行うことができる。そのための学習ア
ルゴリズムとしては、次のようなデルタルールで表され
るパックプロパゲーションが用いられる。すなわち、こ
のパックプロパゲーションを適用することにより、結合
荷重ws、wc、wg、wfを学習に基づいて変化させ
て、制御規則および前件部メンバシップ関数を同定でき
る。
According to this fuzzy controller, the antecedent membership function is determined by the input layer and the intermediate layer, and the control rule is determined by the connection between the intermediate layer and the output layer, so the connection weight ws
, wc, wg, and wf through learning, it is possible to automatically identify the control rule and fine-tune the antecedent membership function. As a learning algorithm for this purpose, pack propagation expressed by the following delta rule is used. That is, by applying this pack propagation, the control rule and the antecedent membership function can be identified by changing the connection weights ws, wc, wg, and wf based on learning.

(0層) δ、  I++)=  (t 、   ol  (n)
)x  f ’   (l、  (n l  )・・・
 (6) (B、C,D、F層) δ、+a)=f”  (i、(fi))XΣδ  (a
lll  、Wl(ll++1・・・ (7) ここで、(n)、(n+1)はそれぞれ第n層、第n+
1層を示し、jは第jユニットを意味し、tは出力層の
教師信号、iは入力、0は出力、f“はユニットの出力
関数の導関数、w、”月)は第n層第Jユニットから第
n+1層第にユニットへの結合荷重である。
(0 layer) δ, I++) = (t, ol (n)
)x f' (l, (n l)...
(6) (B, C, D, F layer) δ, +a)=f” (i, (fi))XΣδ (a
lll, Wl(ll++1... (7) Here, (n) and (n+1) are the nth layer and the n+th layer, respectively.
1 layer, j means the j-th unit, t is the teacher signal of the output layer, i is the input, 0 is the output, f" is the derivative of the output function of the unit, w, "month) is the n-th layer This is the connection load from the Jth unit to the n+1th layer unit.

E層においては、F層にて乗算が行われることから、 δj3”ゝ−f’(iH’°ゝ)Σ (δ、(”+1)
X  (nw、(ffi”’  6 01  ”’  
10.”’  )1・・・(8) とする。結合荷重は(6)、(7)、(8)式の結果を
用い、 Wz”’  (m+1)=lAJ+’″)(m)+η°
δJ3°ゝ ・o、 Io−1′  ・・・(9)と更
新される。ここで、w」13”)(m)はm回目の学習
によって得られた結合荷重、ηは学習率である。ただし
、wsは、初期値が入力によって大きく異なることから
、次式によって学習率の設定を簡単化する。
In the E layer, since multiplication is performed in the F layer, δj3"ゝ-f'(iH'°ゝ)Σ (δ, ("+1)
X (nw, (ffi"' 6 01 "'
10. "' ) 1...(8). Using the results of equations (6), (7), and (8), the joint load is Wz"'(m+1)=lAJ+''')(m)+η°
It is updated as δJ3°ゝ・o, Io−1′ (9). Here, w''13'')(m) is the connection weight obtained by the m-th learning, and η is the learning rate. However, since the initial value of ws varies greatly depending on the input, the learning rate is calculated using the following formula. simplifies configuration.

Wl+”ゝ (m+1)=wI+”’  (m)×(1
+η・δ (a)  ・o 、 (a−目)・・・(1
0) 次に、各結合荷重の初期値の設定について述べる。まず
、wsは学習データにおける入力の絶対値最大値の逆数
とする。wc、wgは、第7図(a)に示されるように
、規格化された入力に対してメンバシップ関数が等間隔
に配分されるように設定する。また、wfの初期値はす
べて0とし、本制御器は制御ルールを持たない状態から
学習を始める。
Wl+”ゝ (m+1)=wI+”’ (m)×(1
+η・δ (a)・o, (a-th)...(1
0) Next, the setting of the initial value of each connection load will be described. First, ws is the reciprocal of the maximum absolute value of the input in the learning data. wc and wg are set so that the membership functions are distributed at equal intervals with respect to the standardized input, as shown in FIG. 7(a). Further, the initial values of wf are all set to 0, and the present controller starts learning from a state without any control rules.

以下本発明のファジィ制御器の実験例を示す。An experimental example of the fuzzy controller of the present invention will be shown below.

本ファジィ制御器の特徴は、人間が的確な制御を行なえ
るにもかかわらず定式化が困難な制御対象に対して、熟
練者の操作パターンから直接制御ルルを同定できること
である。ここでは簡単のため、むだ時間を持った1次遅
れ系を制御対象としてシミュレーションを行った。
The feature of this fuzzy controller is that it is possible to directly identify control rules from the operation pattern of an expert for control objects that are difficult to formulate even though humans can perform precise control. For simplicity, the simulation was performed using a first-order delay system with dead time as the control object.

第4図はシミュレーションに用いたシステム構成を示す
。制御対象130の時定数およびむだ時間はそれぞれ1
00.10である。微分器140は誤差Eの変化分ΔE
を差分近似で求め、積分器150は操作mUの変化分Δ
Uを台形近似で求めている。リミッタ120は制御対象
130への入力を±1の範囲内に制限している。また、
ファジィ制御器110は第1図の実施例において、CD
、E、Fの各層のユニット数を増し、2人力1出カフメ
ンバシップ関数の構成とした。制御器110の入力は、
目標値Yaと出力Yとの誤差Eと、その変化分ΔEとし
、出力は操作mUの変化分ΔUとし、サンプリング時間
を1とした。
FIG. 4 shows the system configuration used in the simulation. The time constant and dead time of the controlled object 130 are each 1
It is 00.10. The differentiator 140 calculates the variation ΔE of the error E.
is determined by difference approximation, and the integrator 150 calculates the change Δ of the operation mU.
U is determined using trapezoidal approximation. The limiter 120 limits the input to the controlled object 130 within a range of ±1. Also,
Fuzzy controller 110 in the embodiment of FIG.
The number of units in each layer of , E, and F was increased to create a two-man, one-output cuff membership function. The input of the controller 110 is
The error E between the target value Ya and the output Y and its change ΔE are assumed, the output is the change ΔU of the operation mU, and the sampling time is 1.

目標値0.4,0.13,0.111に対して望ましい
応答を得るように、あらかじめ人間か操作量を決めてお
く。
The human operation amount is determined in advance so as to obtain a desired response to the target values 0.4, 0.13, and 0.111.

その操作量の入力波形と応答の出力波形とを第5図に示
す。教師データ(E、 ΔE、ΔU)は、これらの入出
力波形から計135点の人出カバタンを抽出し作成した
。また、負の目標値−0,4゜−0,6,−0,8に対
しても学習するように、ニューラルネットワークの学習
時にデータの符号と順番とを共にランダムに変化させる
ようにした。WSの初期値は、E、ΔEに対して、その
最大値のそれぞれ110.8.110.0075に設定
し、wc、wgは前件部メンパンツブ関数が第7図(a
)のようになるように設定した。各メンバシップ関数に
は、それぞれN B (Negative Big) 
、 NM (NegativeMedium)、 N 
S  (Negative small)   Z 0
(Zero) 、  P S  (Positive 
Small)   P M(Po5itive Med
ium)、P B (Positive Big)のラ
ベルをつけた。学習率はws、wc、wg・wfに対し
、それぞれ0.1,0.01,5,0.005とした。
The input waveform of the manipulated variable and the output waveform of the response are shown in FIG. The training data (E, ΔE, ΔU) was created by extracting a total of 135 points of turnout from these input and output waveforms. Furthermore, the sign and order of the data are randomly changed during learning of the neural network so that the neural network learns also for negative target values -0,4°-0,6,-0,8. The initial values of WS are set to the maximum values of 110.8.110.0075 for E and ΔE, respectively, and wc and wg have the antecedent member subfunctions shown in Figure 7 (a
). Each membership function has NB (Negative Big)
, NM (Negative Medium), N
S (Negative small) Z 0
(Zero), P S (Positive
Small) P M (Po5itive Med
ium) and PB (Positive Big). The learning rates were set to 0.1, 0.01, 5, and 0.005 for ws, wc, wg and wf, respectively.

第6図に、100回の学習を行った後のシミュレーショ
ン結果を示す。(a)は学習した目標値に対する応答で
あり、(b)は未学習の目標値に対する応答である。こ
の図から明らかなように、本発明のファジィ制御器によ
れば、未学習の目標値に対しても、比較的良好な制御が
行われていることがわかる。
FIG. 6 shows the simulation results after 100 learnings. (a) is a response to a learned target value, and (b) is a response to an unlearned target value. As is clear from this figure, it can be seen that the fuzzy controller of the present invention provides relatively good control even for unlearned target values.

第7図には、学習前後の前件部メンバシップ関数か示さ
れている。この図から分かるように、本発明のファジィ
制御器によれば、それぞれ、学習データに応した微調整
が自動的に行われていることが分かる。
FIG. 7 shows the antecedent membership functions before and after learning. As can be seen from this figure, according to the fuzzy controller of the present invention, fine adjustments corresponding to learning data are automatically performed.

表1は本ファジィ制御器により同定されたwfで表され
る制御規則を示す表であり、表2は従来のファジィ制御
器に適用される制御規則を示す表である。この表1.2
から明らかなように、本発明のファジィ制御器により同
定された制御ルールは、ニューラルネットワークを用い
ない従来のファジィ制御器に適用される制御ルールと非
常に近いことがわかる。従って、本発明のファジィ制御
器によると、熟練者の体得した制御規則を自動的に同定
できることが分かる。
Table 1 is a table showing control rules expressed by wf identified by the present fuzzy controller, and Table 2 is a table showing control rules applied to a conventional fuzzy controller. This table 1.2
As is clear from the above, the control rules identified by the fuzzy controller of the present invention are very similar to the control rules applied to the conventional fuzzy controller that does not use a neural network. Therefore, it can be seen that according to the fuzzy controller of the present invention, control rules learned by an expert can be automatically identified.

表 表 〔発明の効果〕 本発明は、以上説明したようにニューラルネットワーク
をファジィ制御器に適用し、入力層と中間層により前件
部メンバシップ関数を構成し、中間層と出力層間の結合
で後件部の制御規則を構成しているので、熟練者の行っ
た操作量及び出力データを用いて、熟練者の体得した制
御規則を自動的に同定し、同時に前件部メンバシップ関
数の自動調整を行うことかできる。
Table [Effects of the Invention] As explained above, the present invention applies a neural network to a fuzzy controller, configures an antecedent membership function by an input layer and an intermediate layer, and creates a connection between an intermediate layer and an output layer. Since the control rules of the consequent part are configured, the control rules acquired by the expert can be automatically identified using the amount of operation performed by the expert and the output data, and at the same time, the control rules of the antecedent part membership function can be automatically identified. Adjustments can be made.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明のニューラルネットワークを用いたファ
ジィ制御器の実施例を示す図、第2図は前件部メンバシ
ップ関数を示す図、第3図は疑似台形型メンバシップ関
数の構成法を示す図、 第4図はシュミレーションに用いたシステムの構成図、 第5図は熟練者の行った操作量と出力の波形例を示す図
、 第6図は本ファジィ制御器による出力波形例を示す図、 第7図は前件部メンバシップ関数が学習により変化する
様子を示す図、 第8図、第9図は従来のニューラルネットワークによる
ファジィ制御器の構成例を示す図である。 10〜1 r、40.41〜4r、50,60゜61〜
6「・・・ニューラルネットワーク、71〜108・・
ユニット、110・・ファジィ制御器、120・・・リ
ミッタ、130・・・制御対象、140・・微分器、1
50・・・積分器
Fig. 1 shows an example of a fuzzy controller using the neural network of the present invention, Fig. 2 shows an antecedent membership function, and Fig. 3 shows a method for constructing a pseudo-trapezoidal membership function. Figure 4 is a configuration diagram of the system used in the simulation, Figure 5 is a diagram showing an example of the amount of operation performed by an expert and the waveform of the output, and Figure 6 is an example of the output waveform of the fuzzy controller. 7 is a diagram showing how the antecedent membership function changes due to learning, and FIGS. 8 and 9 are diagrams showing an example of the configuration of a fuzzy controller using a conventional neural network. 10~1r, 40.41~4r, 50,60°61~
6 "...Neural network, 71-108...
Unit, 110... Fuzzy controller, 120... Limiter, 130... Controlled object, 140... Differentiator, 1
50...integrator

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)複数のユニットから構成された入力層と、前記入
力層に結合され、かつ複数のユニットから構成された中
間層と、 前記中間層に結合され、かつ複数のユニットから構成さ
れた出力層とからなるニューラルネットワークにおいて
、 各ユニットは、同一層内では結合されず、入力層から中
間層、中間層から出力層へと一方向に重み係数をかけて
結合され、 入力層と中間層により、ファジイ制御のための前件部メ
ンバシップ関数が構成され、中間層と出力層間の結合を
用いてファジイ制御のための後件部制御規則が構成され
ることを特徴とするニューラルネットワークによるファ
ジイ制御器。
(1) An input layer composed of a plurality of units, an intermediate layer coupled to the input layer and composed of a plurality of units, and an output layer coupled to the intermediate layer and composed of a plurality of units. In a neural network consisting of A fuzzy controller using a neural network, characterized in that an antecedent membership function for fuzzy control is configured, and a consequent control rule for fuzzy control is configured using a connection between an intermediate layer and an output layer. .
(2)入力信号が入力される入力層と、 前記入力層に結合され、かつ所定の関数を出力する層、
前記関数に基づき前件部メンバシップ関数を出力する層
、前記前件部メンバシップ関数に基づき前件部適合度を
出力する層とを少なくとも有する中間層と、 前記中間層に結合され、かつ前記前件部適合度と後件部
定数との積和を推論値として出力する出力層とからなり
、 各ユニットは、同一層内では結合されず、入力層から中
間層、中間層から出力層へと一方向に重み係数をかけて
結合されることを特徴とするニューラルネットワークに
よるファジイ制御器。
(2) an input layer to which an input signal is input; a layer coupled to the input layer and outputting a predetermined function;
an intermediate layer having at least a layer that outputs an antecedent membership function based on the function, and a layer that outputs an antecedent fitness degree based on the antecedent membership function; It consists of an output layer that outputs the product sum of the antecedent part fitness and the consequent part constant as an inferred value, and each unit is not connected within the same layer, but from the input layer to the middle layer, and from the middle layer to the output layer. A fuzzy controller using a neural network, which is characterized by being connected by applying a weighting coefficient in one direction.
(3)前記所定の関数はシグモイド関数f(x)−1/
(1+exp(−x))であることを特徴とする請求項
2に記載のファジイ制御器。
(3) The predetermined function is a sigmoid function f(x)-1/
The fuzzy controller according to claim 2, characterized in that (1+exp(-x)).
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