JPH0550002B2 - - Google Patents

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JPH0550002B2
JPH0550002B2 JP62262031A JP26203187A JPH0550002B2 JP H0550002 B2 JPH0550002 B2 JP H0550002B2 JP 62262031 A JP62262031 A JP 62262031A JP 26203187 A JP26203187 A JP 26203187A JP H0550002 B2 JPH0550002 B2 JP H0550002B2
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JP
Japan
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membership function
value
control
inference
composite
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JP62262031A
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Japanese (ja)
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JPH01103704A (en
Inventor
Kohei Nomoto
Tomomasa Kondo
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Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to DE3832789A priority patent/DE3832789A1/en
Publication of JPH01103704A publication Critical patent/JPH01103704A/en
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、各種工業プロセスを監視して、当
該工業プロセスに対してふさわしいパラメータの
値を推論する、再帰型のフアジイ推論装置に関す
るものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a recursive fuzzy inference device that monitors various industrial processes and infers parameter values appropriate for the industrial process. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図は例えば「省力と自動化」の1986年11月
号第61〜66頁の『フアジイ・システム理論とフア
ジイ制御』(浅居 喜代治)に示された従来のフ
アジイ推論装置の動作原理を示す説明図であり、
図において、1及び2は推論のルール、3及び4
は当該フアジイ推論装置に入力される特徴量であ
り、ここではそれぞれ制御系の制御偏差eと制御
偏差の変化率Δeである。また、5及び6は前記
ルール1の前件部のメンバーシツプ関数、7は当
該ルール1の後件部のメンバーシツプ関数、8及
び9は前記ルール2の前件部のメンバーシツプ関
数、10は当該ルール2の後件部のメンバーシツ
プ関数である。さらに、11は前記メンバーシツ
プ関数7及び10を合成したメンバーシツプ関
数、12はこのメンバーシツプ関数11から重心
をとつて得られる推論値であり、この例では操作
量の変化率Δuとして当該フアジイ推論装置より
出力される。
Figure 5 shows the operating principle of a conventional fuzzy inference device, as shown, for example, in ``Fuzzy System Theory and Fuzzy Control'' (Kiyoharu Asai) in the November 1986 issue of ``Labor Saving and Automation'', pages 61-66. It is an explanatory diagram,
In the figure, 1 and 2 are inference rules, 3 and 4
are the feature quantities input to the fuzzy inference device, and here they are the control deviation e of the control system and the rate of change Δe of the control deviation, respectively. Further, 5 and 6 are membership functions of the antecedent part of the rule 1, 7 is a membership function of the consequent part of the rule 1, 8 and 9 are membership functions of the antecedent part of the rule 2, and 10 is a membership function of the antecedent part of the rule 2. is the membership function of the consequent of . Further, 11 is a membership function obtained by combining the membership functions 7 and 10, and 12 is an inference value obtained by taking the center of gravity from this membership function 11. In this example, the fuzzy inference device outputs it as the rate of change Δu of the manipulated variable. be done.

また、第6図はこのような動作原理に基づく従
来のフアジイ推論装置の一例を示すブロツク図で
あり、図において、13は前記各ルール1及び2
に対し、入力された特徴量3,4から前件部の成
立度を評価し、その成立度に基づいて後件部のメ
ンバーシツプ関数の重み付けを行う加重手段、1
4はこの加重手段13によつて重み付けされたメ
ンバーシツプ関数を合成する合成手段、15はこ
の合成手段14によつて合成されたメンバーシツ
プ関数から推論値12を決定して、操作量の変化
率Δuを出力する推論値決定手段である。
Further, FIG. 6 is a block diagram showing an example of a conventional fuzzy inference device based on such an operating principle.
weighting means for evaluating the degree of validity of the antecedent part from the input feature values 3 and 4 and weighting the membership function of the consequent part based on the degree of validity;
Reference numeral 4 denotes a synthesis means for synthesizing the membership functions weighted by this weighting means 13, and 15 determines an inference value 12 from the membership functions synthesized by this synthesis means 14, and calculates the rate of change Δu of the manipulated variable. This is a means for determining the inferred value to be output.

次に動作について説明する。ここで、ルール1
は、「特徴量3(制御偏差e)が負に少しずれ、
かつ特徴量4(制御偏差の変化率Δe)が正に少
しずれているならば、、推論値12(操作量Δu)
を正に少しずらす」という意味であり、このう
ち、「…ならば」の部分を前述の前件部と呼び、
それより後の部分を前述の後件部と呼んでいる。
従つて、このルール1の前件部のメンバーシツプ
関数5は「負に少しずれた制御偏差の集合」を規
定し、メンバーシツプ関数6は「正に少しずれた
制御偏差の変化率の集合」を規定している。
Next, the operation will be explained. Here, rule 1
``Feature amount 3 (control deviation e) is slightly negative,
And if feature quantity 4 (change rate Δe of control deviation) is slightly deviated from the positive, inference value 12 (operated quantity Δu)
It means "to shift just a little bit," and of this, the "if..." part is called the antecedent part,
The part after that is called the consequent part mentioned above.
Therefore, the membership function 5 in the antecedent part of Rule 1 defines "a set of control deviations with a slight negative deviation", and the membership function 6 defines "a set of change rates of control deviations with a slight positive deviation". are doing.

今、加重手段13に入力された特徴量3として
の制御偏差の実際の値がe0である場合、第5図に
示すように、前記値e0が「負に少しずれた制御偏
差」である度合いは、メンバーシツプ関数5によ
つて“0.8”と評価され、前記値Δe0が「正に少し
ずれた制御偏差の変化率」である度合いは、メン
バーシツプ関数6によつて“0.7”と評価される。
これら両評価値の内、低い方の値“0.7”が採用
されて当該ルール1の前件部の成立度となる。さ
らに、このルール1の後件部のメンバーシツプ関
数7は「操作量を正に少しずらす」ということを
意味いており、当該メンバーシツプ関数7は、前
記前件部の成立度の値に従つて0.7倍に重み付け
される。
Now, if the actual value of the control deviation as the feature quantity 3 input to the weighting means 13 is e 0 , as shown in FIG. A certain degree is evaluated as "0.8" by the membership function 5, and a degree to which the value Δe 0 is "the rate of change of the control deviation that is slightly deviated from the positive" is evaluated as "0.7" by the membership function 6. be done.
Of these two evaluation values, the lower value "0.7" is adopted and becomes the degree of fulfillment of the antecedent part of the rule 1. Furthermore, the membership function 7 of the consequent part of this rule 1 means "to shift the amount of operation by a small amount", and the membership function 7 is 0.7 times as large as the value of the probability of holding the antecedent part. weighted.

このことはルール2についても全く同様であ
り、入力された特徴量3の制御偏差の実際の値e0
と、特徴量4の制御偏差の変化率の実際の値Δe0
に基づいて前件部の成立度を評価し、その成立度
の値“0.5”に基づいて、後件部のメンバーシツ
プ関数10に0.5倍の重み付けを行う。このよう
にして重み付けされたメンバーシツプ関数7及び
10は合成手段14へ入力されて合成され、合成
メンバーシツプ関数11が得られる。さらに、こ
の合成メンバーシツプ関数11は推論値決定手段
25に入力されて重心が計算され、その結果、操
作量の変化率Δu0が推論値12として当該フアジ
イ推論装置より出力される。
This is exactly the same for rule 2, and the actual value e 0 of the control deviation of the input feature quantity 3
and the actual value of the rate of change of control deviation of feature quantity 4 Δe 0
The degree of validity of the antecedent part is evaluated based on , and the membership function 10 of the consequent part is weighted 0.5 times based on the value of the degree of validity "0.5". The membership functions 7 and 10 weighted in this manner are input to the synthesizing means 14 and synthesized to obtain a composite membership function 11. Furthermore, this composite membership function 11 is input to the inference value determining means 25 to calculate the center of gravity, and as a result, the rate of change Δu 0 of the manipulated variable is outputted as the inference value 12 from the fuzzy inference device.

以上のように3フアジイ推論装置では複数のル
ールが同時に働き、各々の前件部の成立度に応じ
た後件部の重み付けがなされ、全体として釣り合
いのとれた値を推論値として出力している。
As described above, in the 3-fuzzy inference device, multiple rules work simultaneously, the consequent part is weighted according to the probability of each antecedent part being true, and a balanced value as a whole is output as the inference value. .

第7図は上述した従来のフアジイ推論装置を制
御装置として適用した制御系の構成を示すブロツ
ク線図である。図において、40は制御系の外部
より与えられる目標値(r)、41はプロセス36よ
り出力される制御量(y)、3は目標値40と制御量
41との制御偏差(e)、100は制御偏差(e)3を入
力して制御偏差の変化率(Δe)4を出力する微
分要素、101はフアジイ推論装置であり、前記
第6図の全体がこれに相当する。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a control system to which the above-described conventional fuzzy inference device is applied as a control device. In the figure, 40 is the target value (r) given from outside the control system, 41 is the controlled variable (y) output from the process 36, 3 is the control deviation (e) between the target value 40 and the controlled variable 41, and 100 1 is a differential element which inputs the control deviation (e) 3 and outputs the rate of change (Δe) 4 of the control deviation; 101 is a fuzzy inference device; the whole of FIG. 6 corresponds to this.

12はフアジイ推論装置101より出力される
推論値であり、この適用例では操作量の変化率
(Δu)となる。102は操作量の変化率Δuを入
力して操作量x43を上記プロセス36に出力す
る積分要素である。
12 is an inference value output from the fuzzy inference device 101, which in this application example is the rate of change of the manipulated variable (Δu). Reference numeral 102 is an integral element that inputs the rate of change Δu of the manipulated variable and outputs the manipulated variable x43 to the process 36.

第8図は例えば長田 正著「フイードバツク制
御」(オーム社、1971発行)の第16頁に示された
PID制御装置のブロツク線図であり、図におい
て、103は制御偏差(e)3を入力してそのまま出
力する形式要素、104は制御偏差(e)3を入力し
て積分値の1/TI倍を出力する積分要素、10
5は制御偏差(e)を入力して該制御偏差の変化率の
TD倍を出力する微分要素、106は形式要素1
03、積分要素104、微分要素105の各出力
の和を入力し、この和をKC倍した信号を操作量
(y)41として出力するゲイン要素である。
Figure 8 is shown, for example, on page 16 of "Feedback Control" by Masaru Nagata (published by Ohmsha, 1971).
This is a block diagram of a PID control device. In the figure, 103 is a format element that inputs the control deviation (e) 3 and outputs it as is, and 104 inputs the control deviation (e) 3 and obtains the integral value of 1/T I Integral element that outputs times 10
5 inputs the control deviation (e) and calculates the rate of change of the control deviation.
Differential element that outputs T D times, 106 is formal element 1
03, the sum of the outputs of the integral element 104 and the differential element 105 is input, and the signal obtained by multiplying this sum by K C is the manipulated variable.
(y) This is a gain element output as 41.

第9図は上記第8図に示すPID制御装置107
を制御装置として適用した場合の制御系の構成を
示すブロツク線図である。この場合、PID制御装
置107は制御偏差(e)3を入力して操作量(y)41
をプロセス36へ出力する。
FIG. 9 shows the PID control device 107 shown in FIG. 8 above.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a control system when the system is applied as a control device. In this case, the PID control device 107 inputs the control deviation (e) 3 and controls the manipulated variable (y) 41.
is output to process 36.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

以上のように、従来の制御系は制御装置として
フアジイ推論装置あるいはPID制御装置を用いて
構成されている。
As described above, conventional control systems are configured using a fuzzy inference device or a PID control device as a control device.

しかし、いずれの場合にも、制御対象であるプ
ロセス36の性質により、制御装置のチユーニン
グが必要である。従つて、制御装置としてフアジ
イ推論装置を用いた場合は、第5図の各メンバー
シツプ関数5〜10のチユーニングが必要であ
り、制御装置としてPID制御装置を用いた場合
は、第8図の各係数KC,TI,TDのチユーニング
が必要である。
However, in either case, tuning of the control device is required due to the nature of the process 36 to be controlled. Therefore, when a fuzzy inference device is used as a control device, it is necessary to tune each membership function 5 to 10 in FIG. 5, and when a PID control device is used as a control device, each coefficient in FIG. Tuning of K C , T I , and T D is required.

そこで、上記チユーニングを自動的に行うしく
みを付加したオートチユーニング制御系を構成し
ようとするならば、制御装置としては実績の高い
PID制御装置を適用し、その各係数KC,TI,TD
のチユーニングには、オペレータのノウハウを自
動化するのに適したフアジイ推論装置を利用する
ことが考えられる。
Therefore, if you are trying to configure an auto-tuning control system that has a mechanism to automatically perform the above-mentioned tuning, it is recommended to use the
Applying a PID control device, its respective coefficients K C , T I , T D
For tuning, it is conceivable to use a fuzzy inference device suitable for automating operator know-how.

しかし、チユーニング時にフアジイ推論装置の
入力となる量は、信号の瞬時値であつて常に入力
できる制御偏先(e)とその変化率(Δe)ではなく、
制御偏差の発散傾向、制御偏差の大きさ、目標値
の変化に対する制御量の追従度など、信号の傾向
をある時間観測して間欠的に抽出される制御系の
状態を示す特徴量(Si)である。
However, the quantities that are input to the fuzzy inference device during tuning are the instantaneous values of the signal, and are not the control bias (e) and its rate of change (Δe), which can always be input.
Features (Si) that indicate the state of the control system are extracted intermittently by observing signal trends for a certain period of time, such as the divergence tendency of control deviations, the magnitude of control deviations, and the degree of follow-up of control variables with respect to changes in target values. It is.

第10図aは制御偏差eまたはその変化率Δe
の値の時間的経緯を示し、第10図bは制御系の
状態を示す特徴量(Si)の値の時間的経緯を示し
ている。
Figure 10a shows the control deviation e or its rate of change Δe
Fig. 10b shows the time course of the value of the feature quantity (Si) indicating the state of the control system.

上記特徴量(Si)は普段はSi=0であつて、信
号の傾向から制御系の状態が抽出された時のみ0
<Si≦1となる。この0という値は、真に0とし
ての意味がある0ではなく、特徴量(Si)が次に
抽出されるまでの間の便宜の値である。
The above feature quantity (Si) is usually Si = 0, and is 0 only when the state of the control system is extracted from the signal trend.
<Si≦1. This value of 0 is not a value that truly means 0, but is a value for convenience until the feature quantity (Si) is extracted next time.

したがつて、従来のフアジイ推論装置では、特
徴量(Si)を間欠的に入力したのでは、前件部
5・6,8・9での評価が行えないために推論は
不可能である。また、特徴量(Si)の全てが同時
に入力された場合に推論ができても、その推論は
その瞬間のみのことであり、特徴量(Si)の一部
のみが入力されても、それらを無駄にしてしま
う。
Therefore, in the conventional fuzzy inference device, if the feature quantity (Si) is inputted intermittently, the antecedent parts 5, 6, 8, and 9 cannot be evaluated, and therefore inference is impossible. Furthermore, even if inference is possible when all of the features (Si) are input at the same time, the inference only occurs at that moment, and even if only a part of the features (Si) is input, I'll waste it.

さらに、PID制御装置の係数Kc,TI,TDの値
は一定、変化したとしても緩慢な変化のみである
から、当然、推論される値は収束すべきである。
しかしながら、従来のフアジイ推論装置では、瞬
時値のみに反応し、過去の推論の蓄積は行われな
いので、この収束性は得られなかつた。
Furthermore, since the values of the coefficients Kc, T I , and T D of the PID control device are constant and change only slowly, the inferred values should naturally converge.
However, conventional fuzzy inference devices react only to instantaneous values and do not accumulate past inferences, so this convergence cannot be achieved.

すなわち、第1の従来技術である従来のフアジ
イ推論装置と、第2の従来技術であるPID制御装
置とを単純に組み合わせても、オートチユーニン
グ制御系を構成することは不可能であつた。
That is, it has been impossible to configure an autotuning control system by simply combining the conventional fuzzy inference device, which is the first prior art, and the PID control device, which is the second prior art.

この発明は、上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、オートチユーニング制御系
への適用は勿論、それ以外にも広く、間欠的にし
か入力値が意味を持たない場合、すべての入力値
がそろわない場合にも推論に利用することが可能
で、もし推論すべき値が一定または緩慢な変化し
かしない場合には、収束性がある推論を行えるよ
うなフアジイ推論装置を得ることを目的としてい
る。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and can be applied not only to autotuning control systems, but also to other applications, such as when input values have meaning only intermittently. Obtain a fuzzy inference device that can be used for inference even when all input values are not aligned, and that can perform inference with convergence when the value to be inferred is constant or only changes slowly. The purpose is to

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係るフアジイ推論装置は、合成メン
バーシツプ関数の合成に際して、各ルールの後件
部のメンバーシツプ関数だけでなく、前回の合成
メンバーシツプ関数も合わせて合成するようにし
たものである。
The fuzzy inference device according to the present invention is configured to synthesize not only the membership function of the consequent of each rule but also the previous composite membership function when synthesizing the composite membership function.

〔作用〕[Effect]

この発明におけるフアジイ推論装置は、現在だ
けでなく、過去の各ルールの働きも加えたメンバ
ーシツプ関数の合成を行うため、一時に多数のル
ールが働いた場合と同様な推論を可能とし、しか
も、その推論値は連続的な値をとり得るととも
に、合成メンバーシツプ関数に学習効果が生じ、
収束性のある推論をも可能とする。
The fuzzy inference device of this invention synthesizes a membership function that includes not only the current but also the past functions of each rule, making it possible to perform inferences similar to those in the case of many rules working at the same time. The inference value can take continuous values, and a learning effect occurs in the composite membership function.
It also enables convergent inference.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第1図はこの発明による再帰型のフアジイ推
論装置の一実施例を示すブロツク図、第2図はそ
のプロセス制御用制御装置の制御ゲインのチユー
ニングへの適用例を示すブロツク図、第3図はそ
の動作原理を示す説明図である。これら各図にお
いて、20及び21は推論のルール、22〜25
は当該再帰型のフアジイ推論装置に入力される特
徴量、26及び27は前記ルール20の前件部の
メンバーシツプ関数、28はその後件部のメンバ
ーシツプ関数、29及び30は前記ルール21の
前件部のメンバーシツプ関数、31はその後件部
のメンバーシツプ関数である。さらに、32は前
回に合成された不満足さを表す合成メンバーシツ
プ関数、33はこの不満足さを表す前回の合成メ
ンバーシツプ関数32に、プロセスの特性変化に
応じて重み付けした合成メンバーシツプ関数、3
4は前記ルール20の後件部のメンバーシツプ関
数28及びルール21の後件部のメンバーシツプ
関数31と、前記重み付けされた前回のメンバー
シツプ関数33を合成して得られる合成メンバー
シツプ関数で、「不満足な制御ゲインKc」のフア
ジイ集合を表しており、また、35はこの合成メ
ンバーシツプ関数34から得られる推論値で、こ
の例では制御ゲインKcとして当該再帰型のフア
ジイ推論装置から出力される。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a recursive fuzzy inference device according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an example of its application to control gain tuning of a process control controller, and FIG. It is an explanatory diagram showing the principle of operation. In each of these figures, 20 and 21 are inference rules, 22 to 25
are the feature quantities input to the recursive fuzzy inference device, 26 and 27 are membership functions of the antecedent part of the rule 20, 28 are membership functions of the consequent part, and 29 and 30 are the antecedent part of the rule 21. , and 31 is the membership function of its consequent. Furthermore, 32 is a composite membership function representing the dissatisfaction synthesized last time, 33 is a composite membership function that is weighted according to the change in process characteristics to the previous composite membership function 32 representing this dissatisfaction.
4 is a composite membership function obtained by combining the membership function 28 of the consequent part of rule 20, the membership function 31 of the consequent part of rule 21, and the weighted previous membership function 33. Further, 35 is an inference value obtained from this composite membership function 34, which in this example is output from the recursive fuzzy inference device as a control gain Kc.

また、36は制御の対象となるプロセス、37
はこのプロセス36を制御する、例えばPID制御
装置のような制御装置、38はこの制御装置37
に推論値(制御ゲインKc)35を供給する、こ
の発明に係る再帰型のフアジイ推論装置、39は
このフアジイ推論装置38に特徴量22〜25を
供給する特徴量抽出器であり、40は制御系の外
部より与えられる目標値(r)、41はプロセス36
から出力される制御量(y)、42は制御装置37へ
入力される、前記目標値40と制御量41との変
化(e)、43は制御装置37よりプロセス36へ与
えられる操作量(x)、44はプロセス36からフア
ジイ推論装置38へ送られるプロセス特性変化量
である。
Further, 36 is a process to be controlled, 37
is a control device, such as a PID control device, which controls this process 36, and 38 is a control device 37, such as a PID control device.
39 is a feature extractor that supplies features 22 to 25 to the fuzzy inference device 38, and 40 is a control The target value (r) given from outside the system, 41 is the process 36
The controlled variable (y) output from the control device 37, 42 is the change (e) between the target value 40 and the controlled variable 41, which is input to the control device 37, and 43 is the manipulated variable (x) given from the control device 37 to the process 36. ), 44 is the process characteristic change amount sent from the process 36 to the fuzzy inference device 38.

さらに、45は前記各ルール20及び21に対
して入力された特徴量22〜25から前件部の成
立度を評価し、その成立度に基づいて後件部のメ
ンバーシツプ関数の重み付けを行う加重手段、4
6はこの加重手段45によつて重み付けされた各
メンバーシツプ関数28,31と、前回の合成メ
ンバーシツプ関数33とを合成して、各推論値3
5(例えばゲインK)の不満足さの度合いを表す
新たな合成メンバーシツプ関数34を得る合成手
段、47はこの合成手段46によつて合成された
新たな合成メンバーシツプ関数34から推論値3
5を決定して出力する推論値決定手段、48は前
記合成手段46にて合成された新たな合成メンバ
ーシツプ関数34を遅延させる遅延手段、49は
非線形性が強いために、動作点により制御特性が
変化する場合の目標値信号、たとえば弁の開閉の
みが制御できる流量制御において、流体の粘性に
影響を与えて制御特性を変化させてしまう流体温
度のように直接に制御できない信号を、プロセス
特性変化量44として、前記プロセス36から入
力し、その制御特性の変化の度合いに応じて過去
の忘却のための加重係数を出力する特性変化評価
手段、50はこの特性変化評価手段49とともに
評価加重手段51を形成し、遅延手段48で遅延
された前回の合成メンバーシツプ関数32に、こ
の特性変化評価手段49から出力される荷重係数
値を乗算して重み付けを行い、合成メンバーシツ
プ関数33として前記合成手段46へフイードバ
ツクする乗算手段である。なお、第1図におい
て、二重線はフアジイ量、単一線は非フアジイ量
を表わしている。
Furthermore, 45 is a weighting means for evaluating the degree of establishment of the antecedent part from the feature values 22 to 25 inputted for each of the rules 20 and 21, and weighting the membership function of the consequent part based on the degree of establishment of the antecedent part. , 4
6 synthesizes each membership function 28, 31 weighted by this weighting means 45 and the previous combined membership function 33 to obtain each inference value 3.
A composition means 47 obtains a new composition membership function 34 representing the degree of dissatisfaction of 5 (for example, gain K);
5, a delay means 48 delays the new composite membership function 34 synthesized by the composition means 46, and 49 has strong nonlinearity, so the control characteristics vary depending on the operating point. For example, in flow rate control where only the opening and closing of a valve can be controlled, a signal that cannot be directly controlled, such as fluid temperature, which affects the viscosity of the fluid and changes the control characteristics, is used to control the process characteristics. A characteristic change evaluation means receives input from the process 36 as the quantity 44 and outputs a weighting coefficient for forgetting the past according to the degree of change in the control characteristic. The previous composite membership function 32 delayed by the delay means 48 is multiplied by the weighting coefficient value output from this characteristic change evaluation means 49 to perform weighting, and then sent to the composition means 46 as a composite membership function 33. This is a multiplication means for feedback. In FIG. 1, the double line represents the fuzzy amount, and the single line represents the non-fuzzy amount.

次に動作について説明する。この再帰型のフア
ジイ推論装置における推論の目的は、プロセス3
6の特徴量22〜25を監視することで制御ゲイ
ンKcのチユーニングを行うことである。そこで、
まず上記特徴量22〜25を具体的に示す。即
ち、特徴量22は偏差(e)42の発散傾向Sa、特
徴量23は偏差42の大きさSb、特徴量24は
目標値(r)40の変化に対する制御量(y)の追従度
Sc、特徴量25は偏差42の大きさSd(=Sb)で
ある。このとき、ルール20は「もし偏差(e)42
の発散傾向が大きく、またその絶対値も大きけれ
ば、現在の制御ゲインKcは大きすぎると判断で
きる」という意味を持つている。ここで、加重手
段45に入力された特徴量22〜25の実際の値
がSa0,Sb0,Sc0,Sd0である場合、前記ルール
20において、この値Sa0が「大きい」かどう
か、値Sb0が「大きい」かどうかは、それぞれ当
該ルール20の前件部のメンバーシツプ関数26
及び27によつて評価される。第3図に図示の例
では、それぞれの評価値は“0.4”と“1.0”であ
り、この両評価の内、低い方の値“0.4”が当該
ルール20の前件部の成立度として採用される。
Next, the operation will be explained. The purpose of inference in this recursive fuzzy inference device is to process 3
The control gain Kc is tuned by monitoring the feature quantities 22 to 25 of No. 6. Therefore,
First, the feature amounts 22 to 25 will be specifically shown. That is, the feature quantity 22 is the divergence tendency Sa of the deviation (e) 42, the feature quantity 23 is the magnitude Sb of the deviation 42, and the feature quantity 24 is the degree of follow-up of the control quantity (y) with respect to the change in the target value (r) 40.
Sc, the feature quantity 25 is the magnitude Sd (=Sb) of the deviation 42. At this time, rule 20 is ``If deviation (e) 42
This means that if the tendency for divergence is large and its absolute value is also large, it can be determined that the current control gain Kc is too large. Here, if the actual values of the feature quantities 22 to 25 input to the weighting means 45 are Sa 0 , Sb 0 , Sc 0 , and Sd 0 , it is determined in the rule 20 whether this value Sa 0 is "large" or not. , whether the value Sb 0 is "large" is determined by the membership function 26 of the antecedent part of the rule 20.
and 27. In the example shown in Figure 3, the respective evaluation values are "0.4" and "1.0", and the lower value "0.4" of both evaluations is adopted as the probability of the antecedent part of the rule 20 being satisfied. be done.

さらに、このルール20の後件部は「大きすぎ
る制御ゲインKc」のフアジイ集合を定義してお
り、現在の制御ゲインKc≧Kc0は、少なくとも
前件部の成立度“0.4”の度合いで「大きすぎる」
といえる。そこで、この前件部の成立度“0.4”
に応じた重み付けをして、メンバーシツプ関数2
8を作成する。このことはルール21についても
全く同様であり、入力された特徴量24,25の
実際の値Sc0とSd0を前件部のメンバーシツプ関
数29,30で評価した成立度に基づいて後件部
のメンバーシツプ関数31を作成する。この例で
はメンバーシツプ関数31は全ての値が“0”で
ある関数となつている。
Furthermore, the consequent part of this rule 20 defines a fuzzy set of "too large control gain Kc", and the current control gain Kc≧Kc 0 means that " Too big"
It can be said. Therefore, the probability of establishment of this antecedent part is “0.4”
The membership function 2 is weighted according to
Create 8. This is exactly the same for rule 21, and the consequent is determined based on the degree of validity evaluated by evaluating the actual values Sc 0 and Sd 0 of the input features 24 and 25 using the membership functions 29 and 30 of the antecedent. A membership function 31 is created. In this example, the membership function 31 is a function in which all values are "0".

このように重み付けされたメンバーシツプ関数
28及び31と遅延手段48で1イテレーシヨン
分の遅延が与えられた前回の合成メンバーシツプ
関数32に評価加重手段51で重み付けした合成
メンバーシツプ関数33とを合成手段46で合成
し、新たな合成メンバーシツプ関数34を推論、
結果として得られる。
The composition means 46 synthesizes the membership functions 28 and 31 weighted in this manner and the composition membership function 33 obtained by weighting the previous composition membership function 32 to which a delay of one iteration was given by the delay means 48 and the evaluation weighting means 51. and infer a new composite membership function 34,
The result is:

この推論結果は不満の最も低いゲインとして、
新たな合成メンバーシツプ関数34の最も低いゲ
インに設定され、これが制御ゲインとして用いら
れるものである。
This inference result is as the lowest gain of dissatisfaction.
The lowest gain of the new composite membership function 34 is set, and this is the one used as the control gain.

ここで、第4図はその動作の流れを示すフロー
チヤートである。前回のイテレーシヨンで合成手
段46にて合成され、次回のイテレーシヨンの入
力として(ステツプST8)送出された合成メンバ
ーシツプ関数34は、遅延手段48に送られて1
イテレーシヨン分の遅延が与えられ、メンバーシ
ツプ関数32となる(ステツプST1)。また、こ
れとは別に、特徴量22〜25が加重手段45
に、プロセス36からのプロセス特性変化量44
が特性変化評価手段49にそれぞれ入力され(ス
テツプST2)、加重手段45は入力された特徴量
22〜25をルール20及び21の前件部のメン
バーシツプ関数26,27及び29,30で評価
し、求めた成立度に基づいて後件部のメンバーシ
ツプ関数28及び31を作成する(ステツプ
ST3)。
Here, FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the operation. The composite membership function 34, which was synthesized by the synthesis means 46 in the previous iteration and sent out as an input for the next iteration (step ST8), is sent to the delay means 48 and is
A delay for the iteration is given, resulting in the membership function 32 (step ST1). In addition, apart from this, the feature quantities 22 to 25 are added to the weighting means 45.
, the process characteristic change amount 44 from the process 36
are respectively input to the characteristic change evaluation means 49 (step ST2), and the weighting means 45 evaluates the input feature quantities 22 to 25 using membership functions 26, 27, 29, and 30 of the antecedent parts of rules 20 and 21, The membership functions 28 and 31 of the consequent part are created based on the obtained degree of establishment (step
ST3).

また、特性変化評価手段49は入力されたプロ
セス特性変化量44からプロセス36の特性変化
の度合いを評価してその評価値を乗算手段50へ
送り、遅延手段48で遅延された前回の合成メン
バーシツプ関数32にこの評価値を乗算して重み
付けを行い、重み付けされた合成メンバーシツプ
関数33を得る(ステツプST4)。
Further, the characteristic change evaluation means 49 evaluates the degree of characteristic change of the process 36 from the input process characteristic change amount 44, sends the evaluation value to the multiplication means 50, and calculates the previous composite membership function delayed by the delay means 48. 32 is multiplied by this evaluation value to perform weighting, thereby obtaining a weighted composite membership function 33 (step ST4).

前記各ルール20及び21の後件部のメンバー
シツプ関数28及び31と、この重み付けされた
合成メンバーシツプ関数33とは合成手段46に
入力された合成され、新たな合成メンバーシツプ
関数34が生成される(ステツプST5)。
The membership functions 28 and 31 of the consequent part of each of the rules 20 and 21 and this weighted composite membership function 33 are input to the composition means 46 and are combined to generate a new composite membership function 34 (step ST5).

ここで、この合成演算には、和集合の演算が用
いられる。従つて、この合成メンバーシツプ関数
34は「大きすぎる制御ゲインKc」のフアジイ
集合と「小さすぎる制御ゲインKc」のフアジイ
集合との和集合であるから、結局「不満足な制御
ゲインKc」のフアジイ集合と解することができ
る。
Here, a union operation is used for this composition operation. Therefore, since this composite membership function 34 is the union of the fuzzy set of ``too large control gain Kc'' and the fuzzy set of ``too small control gain Kc'', it ends up being the fuzzy set of ``unsatisfactory control gain Kc''. can be understood.

特にオートチユーニングの場合には、現在の値
をどう変えればよいのかがわからないし、現在の
値よりも良い値があるか否かもわからないことが
多い。このような場合には、今の値が大きすぎる
ために生ずる不満と、今の値が小さすぎるために
生ずる不満のみが評価である。一般に、このよう
な場合には、不満足さを後件部で表現することが
適切であり、この発明によるフアジイ推論装置
は、この後件部を用いたフアジイ推論を実行でき
る。
Particularly in the case of autotuning, it is often difficult to know how to change the current value, and it is also often unclear whether there is a better value than the current value. In such a case, the only evaluations are dissatisfaction caused by the current value being too large and dissatisfaction caused by the current value being too small. Generally, in such a case, it is appropriate to express dissatisfaction with a consequent, and the fuzzy inference device according to the present invention can perform fuzzy inference using this consequent.

生成された合成メンバーシツプ関数34は推論
値決定手段47に入力され、推論値決定手段47
は不満足さの度合が最も低い値」として、フアジ
イ集合のメンバーシツプ関数34が最低となる値
を選択することにより、推論値35としての制御
ゲインKc0を決定し、当該再帰型のフアジイ推論
装置38より制御装置37へ出力する(ステツプ
ST6)。具体的には、当該合成メンバーシツプ関
数34の値が一番低くなる制御ゲインを選べばよ
い。
The generated composite membership function 34 is input to the inferred value determining means 47, and the inferred value determining means 47
The fuzzy set membership function 34 determines the control gain Kc 0 as the inference value 35 by selecting the value for which the membership function 34 of the fuzzy set is the lowest, and the recursive fuzzy inference device 38 output to the control device 37 (step
ST6). Specifically, the control gain that gives the lowest value of the composite membership function 34 may be selected.

不満足さを後件部で表すこの発明によるフアジ
イ推論装置では、合成メンバーシツプ関数は必ず
凹型となり、その値の最も低いところが最も不満
の少ない制御ゲインであるからである。
This is because in the fuzzy inference device according to the present invention in which dissatisfaction is expressed by the consequent part, the composite membership function always has a concave shape, and the lowest value thereof is the control gain with the least dissatisfaction.

次に、動作の打ち切りの判断を行い(ステツプ
ST7)、動作を継続する場合には処理をステツプ
ST8へ戻し、ステツプST5で得られた合成メンバ
ーシツプ関数を次回のイテレーシヨンの入力とす
る。
Next, a decision is made to terminate the operation (step
ST7), step the process if you want to continue the operation.
Return to ST8 and use the composite membership function obtained in step ST5 as input for the next iteration.

なお、上記実施例では推論のルールの数が2つ
のものを示したが、その数は3つ以上であつても
よく、入力と出力の数、各ルールの前件部の条件
の段数も任意に設定できる。
In addition, although the number of inference rules is two in the above example, the number may be three or more, and the number of inputs and outputs, and the number of stages of conditions in the antecedent part of each rule may also be arbitrary. Can be set to

また、上記実施例ではプロセス制御用制御装置
における制御ゲインのチユーニングに適用した場
合について説明したが、その他のパラメータの推
定などに応用してもよく、上記実施例と同様の効
果を奏する。
Further, in the above embodiment, a case has been described in which the present invention is applied to control gain tuning in a control device for process control, but the present invention may also be applied to estimation of other parameters, and the same effects as in the above embodiment can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば前回の合成演
算で得られた合成メンバーシツプ関数をフイード
バツクして、今回のメンバーシツプ関数の合成に
再度使用するように構成したので、特徴量{Si}
として、通常はSi=0で、特定の現象が起きた時
のみ0<Si≦1となるようなものを利用した場合
でも推論が可能となり、しかも、推論値が連続的
な値をとり得るばかりか、推定すべきパラメータ
が、一定もしくは緩慢な変化しかしない場合に
は、収束性のある推論値が得られる効果がある。
また目標値がよく変化する場合、次々に特徴量が
得られ、常に新しい情報を優先できるという効果
がある。
As described above, according to the present invention, the composition membership function obtained in the previous composition operation is fed back and used again for the composition of the current membership function, so that the feature quantity {Si}
As, normally Si = 0, but only when a specific phenomenon occurs, inference is possible even if 0<Si≦1 is used, and moreover, the inferred value can take continuous values. Alternatively, if the parameters to be estimated are constant or change only slowly, it is possible to obtain inferred values with convergence.
Furthermore, when the target value changes frequently, feature quantities can be obtained one after another, and new information can always be prioritized.

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

第1図はこの発明の一実施例による再帰型のフ
アジイ推論装置の一実施例を示すブロツク図、第
2図はそのプロセス制御用制御装置の制御ゲイン
のチユーニングへの適用例を示すブロツク図、第
3図はその動作原理を示す説明図、第4図はその
動作の流れを示すフローチヤート、第5図は従来
のフアジイ推論装置の動作原理を示す説明図、第
6図はそのブロツク図、第7図は従来のフアジイ
推論装置を制御装置として適用した場合の制御系
の構成を示すブロツク図、第8図はPID制御装置
の構成を示すブロツク図、第9図はこのPID制御
装置を制御装置として適用した場合の制御系の構
成を示すブロツク図、第10図は制御偏差または
その変化率の時間的経緯および特徴量の時間的経
緯を示す図である。 20,21はルール、22〜25は特徴量、3
5は推論値、36はプロセス、38はフアジイ推
論装置、45は加重手段、46は合成手段、47
は推論値決定手段、48は遅延手段、51は評価
加重手段。なお、図中、同一符号は同一、又は相
当部分を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a recursive fuzzy inference device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an example of its application to control gain tuning of a process control control device. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the operating principle, FIG. 4 is a flowchart showing the flow of its operation, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operating principle of the conventional fuzzy inference device, and FIG. 6 is its block diagram. Fig. 7 is a block diagram showing the configuration of a control system when a conventional fuzzy inference device is applied as a control device, Fig. 8 is a block diagram showing the configuration of a PID control device, and Fig. 9 is a block diagram showing the configuration of a PID control device. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the control system when applied as an apparatus, and is a diagram showing the time course of the control deviation or its rate of change and the time course of the feature quantity. 20 and 21 are rules, 22 to 25 are features, 3
5 is an inference value, 36 is a process, 38 is a fuzzy inference device, 45 is a weighting means, 46 is a synthesis means, 47
48 is a delay means, and 51 is an evaluation weighting means. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 第1の値から第2の値の間の値をとるメンバ
ーシツプ関数を用いて前件部を形成し、それぞれ
プロセスの特徴量の状態による制御パラメータ値
の不満足さについて記述した複数のルールを有
し、各ルールに対し、プロセスにおいて時折現れ
る特徴量から前記前件部の成立度を評価し該成立
度に応じた重み付けをして前記後件部のメンバー
シツプ関数を作成する加重手段と、前回の合成メ
ンバーシツプ関数を出力する遅延手段と、この前
回の合成メンバーシツプ関数に前記プロセスの特
性変化の度合いに応じた重み付けを行う評価加重
手段と、この評価加重手段から出力された合成メ
ンバーシツプ関数と前記各ルールの後件部のメン
バーシツプ関数とを合成して新たな合成メンバー
シツプ関数を得て前記遅延手段に供給する合成手
段と、前記新たな合成メンバーシツプ関数の値が
最小となる値を選択して推論値としての制御パラ
メータを決定し出力する推論値決定手段とを備え
たフアジイ推論装置。
1 The antecedent part is formed using a membership function that takes a value between the first value and the second value, and has multiple rules each describing the unsatisfactoriness of the control parameter value depending on the state of the feature quantity of the process. For each rule, a weighting means evaluates the degree of validity of the antecedent part from the feature values that occasionally appear in the process, and weights it according to the degree of validity to create a membership function of the consequent part; a delay means for outputting a composite membership function; an evaluation weighting means for weighting the previous composite membership function according to the degree of change in characteristics of the process; and a composite membership function output from the evaluation weighting means and each of the rules. A combining means combines the membership function of the consequent part to obtain a new combined membership function and supplies it to the delay means, and selects a value that minimizes the value of the new combined membership function and uses it as an inference value. A fuzzy inference device comprising an inference value determining means for determining and outputting a control parameter.
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