JPH0540505A - Fuzzy inference control method - Google Patents

Fuzzy inference control method

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Publication number
JPH0540505A
JPH0540505A JP3282349A JP28234991A JPH0540505A JP H0540505 A JPH0540505 A JP H0540505A JP 3282349 A JP3282349 A JP 3282349A JP 28234991 A JP28234991 A JP 28234991A JP H0540505 A JPH0540505 A JP H0540505A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control
fuzzy inference
pid
controlled
set value
Prior art date
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Pending
Application number
JP3282349A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirobumi Hirayama
博文 平山
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.)
Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Azbil Corp filed Critical Azbil Corp
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Publication of JPH0540505A publication Critical patent/JPH0540505A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce overshoot without sacrificing the speed of the rise of PID control in the past and in addition, through simple calculation. CONSTITUTION:The deviation of the value PV of a controlled system at present from a set value SP is inputted to a PID arithmetic part 1 and a fuzzy inference part 4. Then, an interval between a control starting point and the set value is divided into three control regions, and two religions near the control starting point and the set value are controlled by PID arithmetic operation, and simultaneously, the region positioned at a middle part is controlled by fuzzy inference that a controlled variable calculated by the arithmetic operation in the first PID control is inputted as a variable, and fuzzy inference output is obtained by multiplying this input variable by prescribed gain. Since the rise is expedited at the control starting point, and the true controlled variable is set by the fuzzy inference in the middle region, and further, the controlled system reaches the set value by using again the PID control in the last region, the overshoot is prevented.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は制御系とくに温度、流
量あるいは位置をファジー推論により制御する方法に関
し、温度や流量あるいは位置等の制御に適用することが
可能である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control system, particularly a method of controlling temperature, flow rate or position by fuzzy reasoning, and can be applied to control of temperature, flow rate or position.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、制御系においてはとくにオーバー
シュートがしばしば問題となる。このオーバーシュート
を抑えるには経験や勘に頼った制御とくにPID制御に
おいてはPID定数のパラメータを調整することにより
試行錯誤してきた。すなわちこのPID制御においては
制御の立ち上がりを重視してPID定数を設定すると、
図1に示すようにオーバーシュートが起こりやすく、逆
にオーバーシュートを抑えるようにPID定数を設定す
ると、図2に示すように設定値に到達する時間が長くな
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, overshoot is often a problem especially in control systems. In order to suppress this overshoot, trial-and-error has been performed by adjusting the parameter of the PID constant in the control based on experience and intuition, especially in the PID control. That is, in this PID control, if the PID constant is set with an emphasis on the rise of control,
As shown in FIG. 1, overshoot is likely to occur, and conversely, if the PID constant is set so as to suppress overshoot, it takes a long time to reach the set value as shown in FIG.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は勘に頼ったPID定数の修正はきわめて複
雑であり、かつ専門的な知識が要求されることである。
The problem to be solved by the present invention is that the correction of the PID constant based on the intuition is extremely complicated and requires specialized knowledge.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】この発明におけるファジ
ー推論制御方法は制御開始点と設定値との間を、3つの
制御領域に分割し、制御開始点と設定値に近い2つの領
域をPID演算により制御するとともに、中間に位置す
る領域を最初のPID制御における演算により算出され
た制御量を変数として入力し、この入力量に所定のゲイ
ンを乗じてファジー推論出力を得るファジー推論により
制御するものである。
A fuzzy inference control method according to the present invention divides a control start point and a set value into three control areas, and performs PID calculation on two areas close to the control start point and the set value. Control by the fuzzy inference that inputs the control amount calculated by the calculation in the first PID control as a variable and multiplies this input amount by a predetermined gain to obtain the fuzzy inference output. Is.

【0005】[0005]

【作用】制御開始時点においてはPID制御により立ち
上がりが早まり、中間領域においてはファジー推論によ
って、そのPID制御の制御量に所定の計数を乗じるこ
とにより変更量が設定され、これが真の制御量として設
定され、さらに最終領域においてはふたたびPID制御
により設定値に達することによりオーバーシュートが防
止される。
When the control is started, the rise is accelerated by the PID control, and in the intermediate region, the change amount is set by multiplying the control amount of the PID control by a predetermined count by fuzzy inference, and this is set as the true control amount. Further, in the final region, the set value is again reached by the PID control to prevent overshoot.

【0006】[0006]

【実施例】以下この発明のファジー推論制御方法につい
て説明する。すなわち図3に示す構成図において、1は
PID演算部、2はゲイン設定部、3は制御対象、4は
ファジー推論部である。
The fuzzy inference control method of the present invention will be described below. That is, in the configuration diagram shown in FIG. 3, 1 is a PID calculation unit, 2 is a gain setting unit, 3 is a control target, and 4 is a fuzzy inference unit.

【0007】この構成図におけるアルゴリズムはつぎの
とおりである。 ステップ1 まず設定値SPに対する現在の制御対象の値PVの偏差
x1=SP−PVをPID演算部1とファジー推論部4
に入力する。 ステップ2 PID演算部1からは第1の制御量MV1を出力する。 ステップ3 ファジー推論部4からはゲインKを出力し、ゲイン設定
部2に入力する。 ステップ4 ゲイン設定部2において、第1の制御量MV1にゲイン
Kを乗じて、第2の制御量MV2=MV1*Kを得る。 ステップ5 これを最終的な制御量として制御対象3を制御する。
The algorithm in this block diagram is as follows. Step 1 First, the deviation x1 = SP-PV of the current value PV of the control target with respect to the set value SP is calculated as PID calculation unit 1 and fuzzy inference unit
To enter. Step 2 The PID calculator 1 outputs the first controlled variable MV1. Step 3 The fuzzy inference unit 4 outputs the gain K and inputs it to the gain setting unit 2. Step 4 In the gain setting unit 2, the first control amount MV1 is multiplied by the gain K to obtain the second control amount MV2 = MV1 * K. Step 5 The controlled object 3 is controlled using this as a final control amount.

【0008】またファジー推論部4は図4に示すように
偏差演算部41とファジー推論演算本体42とから構成
される。
The fuzzy inference unit 4 is composed of a deviation operation unit 41 and a fuzzy inference operation body 42 as shown in FIG.

【0009】この構成におけるアルゴリズムについて説
明する。 ステップ1 偏差演算部41に偏差x1=SP−PVを入力する。 ステップ2 この偏差演算部では設定値SPと制御量PVとの差から
ファジー推論用の偏差x2を演算し、これを0〜1に正
規化して出力する。 ステップ3 この正規化された偏差x2はファジー推論演算本体部4
2に入力される。
The algorithm in this configuration will be described. Step 1 Input deviation x1 = SP-PV to deviation calculator 41. Step 2 This deviation calculator calculates a deviation x2 for fuzzy reasoning from the difference between the set value SP and the control amount PV, normalizes it to 0 to 1 and outputs it. Step 3 This normalized deviation x2 is the fuzzy inference operation body 4
Entered in 2.

【0010】ステップ4 ファジー推論本体42では以下のルールで推論を行な
う。まずつぎの制御規則を設定する。 R1:If x2 is A1 then y1=f1(x2)・・・(1) R2:If x2 is A2 then y2=f2(x2)・・・(2) R3:If x2 is A3 then y3=f3(x2)・・・(3) ここでf1はy2=ax2+b(ただしa、bは定数)・・・(4) f2はy1=1・・・(5) f3はy3=1・・・(6) A1:x2が小、A2:x2が中位、A3:x2が大と
する。なお定数a、bの値は制御対象によって変化する
値で、試行錯誤的に決定される。
Step 4 The fuzzy inference main body 42 infers according to the following rules. First, set the following control rules. R1: If x2 is A1 then y1 = f1 (x2) ... (1) R2: If x2 is A2 then y2 = f2 (x2) ... (2) R3: If x2 is A3 then y3 = f3 (x2) ) ... (3) where f1 is y2 = ax2 + b (where a and b are constants) ... (4) f2 is y1 = 1 ... (5) f3 is y3 = 1 ... (6) A1: x2 is small, A2: x2 is medium, and A3: x2 is large. The values of the constants a and b are values that change depending on the control target, and are determined by trial and error.

【0011】 入力x2に対する前件部の適合度w1、w2、w3は w1=A1(x2)・・・(7) w2=A2(x2)・・・(8) w3=A3(x2)・・・(9) と計算される。個々の規則の推論結果は後件部に直接x
2を代入した値 y1=f1(x2)・・・(10) y2=f2(x2)・・・(11) y3=f3(x3)・・・(12) である。全体の推論結果はこれらの重みつき平均値とす
る。すなわち Y=(w1y1+w2y2+w3y3)/(w1+w2+w3)・・・(12) と計算され、YがゲインKとして図3のKに設定されて
る。とくに後件部の演算式はf2(x)=ax+bで示
されるようにが一次式で表され単純な演算で制御され
る。
The suitability w1, w2, w3 of the antecedent part with respect to the input x2 is w1 = A1 (x2) ... (7) w2 = A2 (x2) ... (8) w3 = A3 (x2) ... -(9) is calculated. The inference result of each rule is directly x
A value obtained by substituting 2 is y1 = f1 (x2) ... (10) y2 = f2 (x2) ... (11) y3 = f3 (x3) ... (12). The overall inference result is the weighted average value. That is, Y = (w1y1 + w2y2 + w3y3) / (w1 + w2 + w3) (12) is calculated, and Y is set as K in FIG. In particular, the arithmetic expression of the consequent part is expressed by a linear expression as shown by f2 (x) = ax + b and is controlled by a simple arithmetic operation.

【0012】今図5において、制御量PVが点Pにあっ
たとすると、このときの偏差x1はx1=SP−PVで
ある。そして偏差x1は正規化され、x2となる。この
とき、図6に示すメンバーシップ関数において領域A1
は偏差が小さく、領域A2、領域A3に進むにしたがっ
て偏差が大きくなるものとすると、 A1らしさは0.7 A2らしさは0.3 A3らしさは0.0 となる。これがファジー推論による出力となり、図3の
ゲインKとして設定される。よって最終的な制御出力M
V2は MV2=MV1*K となる
Assuming that the controlled variable PV is at the point P in FIG. 5, the deviation x1 at this time is x1 = SP-PV. Then, the deviation x1 is normalized to be x2. At this time, in the membership function shown in FIG.
The deviation is small, and the deviation increases as the regions A2 and A3 progress. A1 likeness is 0.7 A2 likeness is 0.3 A3 likeness is 0.0. This becomes an output by fuzzy inference, and is set as the gain K in FIG. Therefore, the final control output M
V2 becomes MV2 = MV1 * K

【0013】実際にルールを作成し、実行した例をつぎ
に示す。設定した系は伝達関数G(s)=e↑−LS/
(1+T1S)(1+T2S)ここでT1=6、T2=
10、L=3である。離散時間制御への応用を考え、こ
れを更新周期4秒でこの発明におけるファジー推論制御
方法により制御した。
An example in which a rule is actually created and executed is shown below. The set system is transfer function G (s) = e ↑ −LS /
(1 + T1S) (1 + T2S) where T1 = 6 and T2 =
10, L = 3. Considering application to discrete time control, this was controlled by the fuzzy inference control method in the present invention with an update cycle of 4 seconds.

【0014】系の状態とファジー変数の対応を図7およ
び図8に示す。すなわち図7において偏差xが0<x<
E1のときには適用領域A1を、また偏差xがE1<x
<E2のときには適用領域A2を、さらに偏差xがE2
<x<SPのときには適用領域A3を設定する。このと
きのメンバーシップ関数は図8に示すようになる。そし
て図7および図8において各規則は以下のとおりとす
る。 IF E2<x THEN Y1=1 IF E1<x<E2 THEN Y2=ax+b IF E1>x THEN Y1=1 ここでE1、E2は各ファジー変数適用領域移動変数
で、系によって変更する。
Correspondence between system states and fuzzy variables is shown in FIGS. 7 and 8. That is, in FIG. 7, the deviation x is 0 <x <
When E1, the applicable area A1 and the deviation x are E1 <x
<E2, the applicable area A2 is set, and the deviation x is E2.
When <x <SP, the applicable area A3 is set. The membership function at this time is as shown in FIG. The rules in FIGS. 7 and 8 are as follows. IF E2 <x THEN Y1 = 1 IF E1 <x <E2 THEN Y2 = ax + b IF E1> x THEN Y1 = 1 Here, E1 and E2 are fuzzy variable application area movement variables, which are changed depending on the system.

【0015】その結果、図9の符号(a)で示すように
立ち上がりを重視したPID制御のみではオーバーシュ
ートを生じていたが、ファジー制御を付加することによ
って図9の符号(b)で示すようにオーバーシュートが
抑制される。
As a result, as shown by the symbol (a) in FIG. 9, overshoot occurs only by the PID control that emphasizes rising, but by adding fuzzy control, as shown by the symbol (b) in FIG. Overshoot is suppressed.

【0016】[0016]

【発明の効果】上述のようにこの発明におけるファジー
推論制御方法は制御開始点と設定値との間を、3つの制
御領域に分割し、制御開始点と設定値に近い2つの領域
をPID演算により制御するとともに、中間に位置する
領域を最初のPID制御における演算により算出された
制御量を変数として入力し、この入力量に所定のゲイン
を乗じてファジー推論出力を得るファジー推論により制
御するので、従来PID制御のみでは達成することが困
難であったオーバーシュートを容易に取り除くことがで
きる。とくに中間の領域においては簡単な式で高度な制
御が実現でき、したがって計算量の低減を図ることがで
き、このため計算時間を短縮できる利点がある。また制
御の最初と最後はPID制御により制御されるため立ち
上がりの速さを犠牲にすることなく、従来のPID制御
の経験をそのまま生かすことができるのでかつ動作が安
定する利点がある。
As described above, the fuzzy inference control method according to the present invention divides the control start point and the set value into three control areas, and performs PID calculation on the two areas close to the control start point and the set value. In addition to controlling by the fuzzy inference, the region located in the middle is input as a variable with the control amount calculated by the calculation in the first PID control and the input amount is multiplied by a predetermined gain to obtain a fuzzy inference output. It is possible to easily remove the overshoot, which was difficult to achieve by the conventional PID control alone. Particularly in the middle region, a high degree of control can be realized with a simple formula, and therefore the amount of calculation can be reduced, which has the advantage that the calculation time can be shortened. Further, since the beginning and the end of the control are controlled by the PID control, the experience of the conventional PID control can be utilized as it is without sacrificing the rising speed, and there is an advantage that the operation is stable.

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

【図1】立ち上がりを重視したPID制御における特性
図である。
FIG. 1 is a characteristic diagram in PID control that emphasizes rising.

【図2】オーバーシュートを重視したPID制御におけ
る特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram in PID control that emphasizes overshoot.

【図3】この発明のファジー推論制御方法における一実
施例を示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an embodiment of a fuzzy inference control method of the present invention.

【図4】図3におけるファジー推論部の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a fuzzy inference unit in FIG.

【図5】この発明のファジー推論制御方法における動作
を説明する動作説明図である。
FIG. 5 is an operation explanatory view explaining an operation in the fuzzy inference control method of the present invention.

【図6】この発明のファジー推論制御方法におけるメン
バーシップ関数図である。
FIG. 6 is a membership function diagram in the fuzzy inference control method of the present invention.

【図7】この発明のファジー推論制御方法における系の
状態と制御適用領域との関係を示す制御領域図である。
FIG. 7 is a control area diagram showing a relationship between a system state and a control application area in the fuzzy inference control method of the present invention.

【図8】図7に対応するメンバーシップ関数図である。FIG. 8 is a membership function diagram corresponding to FIG.

【図9】従来の制御における特性とこの発明のファジー
推論制御方法における特性との関係を示す比較特性図で
ある。
FIG. 9 is a comparative characteristic diagram showing the relationship between the characteristic in the conventional control and the characteristic in the fuzzy inference control method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 PID演算部 2 ゲイン設定部 3 制御対象 4 ファジー推論部 41 ファジー推論部偏差演算部 42 ファジー推論演算本体 1 PID calculation unit 2 Gain setting unit 3 Control target 4 Fuzzy inference unit 41 Fuzzy inference unit Deviation calculation unit 42 Fuzzy inference calculation body

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 制御開始点と設定値との間を、制御開始
点から所定の値だけ設定点に近づいた比較的偏差の大き
い第1の制御領域と、この第1の制御領域からさらに所
定の値だけ設定点に近づいた中間の偏差を有する第2の
制御領域と、この第2の制御領域から設定点までの比較
的偏差の小さい第3の制御領域に分割し、上記第1の領
域をPID演算により制御するとともに、上記第2の領
域においては上記第1の領域におけるPID演算によっ
て算出された制御量を変数として入力し、この入力量に
所定のゲインを乗じてファジー推論出力を得、さらに上
記第3の制御領域においては上記第2の出力をもとにふ
たたびPID演算により制御することを特徴とするファ
ジー推論制御方法。
1. A first control region having a relatively large deviation between the control start point and the set value, which is close to the set point by a predetermined value from the control start point, and a predetermined range from the first control region. Is divided into a second control area having an intermediate deviation closer to the set point by a value of and a third control area having a relatively smaller deviation from the second control area to the set point, and the first area Is controlled by a PID calculation, and in the second region, the control amount calculated by the PID calculation in the first region is input as a variable, and the input amount is multiplied by a predetermined gain to obtain a fuzzy inference output. Further, in the third control area, the fuzzy reasoning control method is characterized in that control is performed again by PID calculation based on the second output.
JP3282349A 1991-08-05 1991-08-05 Fuzzy inference control method Pending JPH0540505A (en)

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JP (1) JPH0540505A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012240571A (en) * 2011-05-20 2012-12-10 Mitsubishi Electric Corp Air conditioner for vehicle

Cited By (1)

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