JPH06119177A - Non-fuzzifying method for fuzzy inference - Google Patents

Non-fuzzifying method for fuzzy inference

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Publication number
JPH06119177A
JPH06119177A JP29369892A JP29369892A JPH06119177A JP H06119177 A JPH06119177 A JP H06119177A JP 29369892 A JP29369892 A JP 29369892A JP 29369892 A JP29369892 A JP 29369892A JP H06119177 A JPH06119177 A JP H06119177A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuzzy
grade
fuzzy inference
gravity
defuzzification
Prior art date
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Pending
Application number
JP29369892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ken Ota
謙 太田
Shii Aachiboruto Uiriamu
ウィリアム・シー・アーチボルト
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.)
Motorola Solutions Japan Ltd
Original Assignee
Nippon Motorola Ltd
Motorola Japan Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Motorola Ltd, Motorola Japan Ltd filed Critical Nippon Motorola Ltd
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Publication of JPH06119177A publication Critical patent/JPH06119177A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a non-fuzzifying method for fuzzy inference capable of shortening computing time under required arithmetic accuracy and a proper circuit scale. CONSTITUTION:Assuming singletons head-cut by a representative point and the grade of a consequent part for each of the membership functions of plural output labels as yi, gi (i: natural number >=2), (n) head-cut singletons g1, g2,..., gn (n: natural number >=2) are selected in sequence of higher value, and a centroid point or a definition point y0 that is a result of non-fuzzifying is computed based on approximate equation y0 1+g1(y2-y1)+g3(y3-y1)+...+gn(yn-y1).

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、各種の家電製品や車両
の制御などに利用されるファジイ推論における非ファジ
イ化方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a defuzzification method in fuzzy inference used for controlling various home electric appliances and vehicles.

【0002】[0002]

【従来の技術】ファジイ推論を利用したファジイ制御
は、各種の家電製品や車両の制御など既存の広汎な制御
に応用されつつある。
2. Description of the Related Art Fuzzy control using fuzzy inference is being applied to a wide range of existing control such as control of various home appliances and vehicles.

【0003】このファジイ推論の核心を成す多重ファジ
イ推論は、複数のルールのそれぞれについて、前件部に
含まれるファジイ概念(入力ラベル)と事実(入力デー
タ)との一致度(グレード)から入力ラベルのグレード
を演算する前段部分と、演算済の入力ラベルのグレード
について「min - max 演算」を行って後件部のグレード
を算定し各ルールの後件部に含まれるファジイ概念(出
力ラベル)のメンバーシップ関数を上記算定済みの後件
部のグレードによって頭切りする中間段階と、これら頭
切りした出力ラベルのメンバーシップ関数から確定的な
結論(出力データ)を得る後段部分とから構成される。
The multiple fuzzy inference, which is the core of this fuzzy inference, is based on the degree of coincidence (grade) between the fuzzy concept (input label) and the fact (input data) included in the antecedent part for each of a plurality of rules. Of the fuzzy concept (output label) included in the consequent part of each rule by performing the "min-max operation" on the pre-stage part that calculates the grade of It consists of an intermediate stage where the membership function is truncated according to the calculated consequent grade, and a latter stage where a definite conclusion (output data) is obtained from the truncated output label membership function.

【0004】上記ファジイ推論における後段部分は、非
ファジイ化(defuzzification )と称されており、これ
によって得られる確定的な結論は頭切りされたメンバー
シップ関数の重心点や確定点などと称されている。従
来、この非ファジイ化については、重心法や、この重心
法を簡略化した簡易重心法や、最も簡易な最大高さ法な
どが提案されている。
The latter part of the above fuzzy inference is called defuzzification, and the definite conclusion obtained by this is called the centroid or the definite point of the truncated membership function. There is. Conventionally, for this defuzzification, a barycentric method, a simplified barycentric method that simplifies the barycentric method, and the simplest maximum height method have been proposed.

【0005】すなわち、図2に例示するように、3個の
出力ラベルB1,B2,B3について、ファジイ変数y
とこのファジイ変数yに対する各出力ラベルの適合度と
の関係がメンバーシップ関数μB1(y),μB2(y),
μB3(y)によって定義されており、各メンバーシップ
関数が入力ラベルのグレードについてmin-max 演算に基
づき算定された後件部のグレードg1 ,g2 ,g3 によ
って頭切りされたものとする。まず、最も厳密な重心法
によれば、出力データとして確定すべきファジイ変数y
の重心点y0 は、次式で与えられる。 y0 =〔Σi=1,2,3 Σy y・μBi(y)〕/〔Σi=1,2,3 Σy μBi(y)〕 ・・・(1) ただし、ファジイ変数yは離散的な値であり、記号Σy
はファジイ変数yの全域にわたる加算を意味するものと
する。
That is, as shown in FIG. 2, for the three output labels B1, B2, B3, the fuzzy variable y
And the relationship between this fuzzy variable y and the fitness of each output label is the membership function μ B1 (y), μ B2 (y),
It is defined by μ B3 (y) and each membership function is truncated by the consequent grades g 1 , g 2 , g 3 calculated based on the min-max operation for the grade of the input label. To do. First, according to the strictest centroid method, the fuzzy variable y that should be determined as output data
The center of gravity y 0 of is given by the following equation. y 0 = [Σ i = 1,2,3 Σ y y · μ Bi (y)] / [Σ i = 1,2,3 Σ y μ Bi (y)] (1) However, fuzzy variables y is a discrete value, and the symbol Σ y
Means addition over the entire fuzzy variable y.

【0006】次に、上記重心法を簡易化した簡易重心法
によれば、図2の各メンバーシップ関数が、図1に示す
ように、それぞれの代表位置y1 ,y2 ,y3 でのみ単
位量1.0 となるようなシングルトンによって近似され
る。このシングルトンで近似された各メンバーシップ関
数は後件部のグレードg1 ,g2 ,g3 によって頭切り
され、重心点yoは次式で与えられる。 y0 ≒Σi=1,2,3 (yi ・gi )/Σi=1,2,3 (gi ) ・・・(2)
Next, according to the simplified center of gravity method, which is a simplification of the above-described center of gravity method, each membership function of FIG. 2 is, as shown in FIG. 1, only at the respective representative positions y 1 , y 2 , y 3 . It is approximated by a singleton so that the unit quantity becomes 1.0. Each membership function approximated by this singleton is truncated by grades g 1 , g 2 , g 3 of the consequent part, and the center of gravity yo is given by the following equation. y 0 ≅Σ i = 1,2,3 (y i · g i ) / Σ i = 1,2,3 (g i ) ... (2)

【0007】さらに、最も簡易な最大高さ法によれば、
重心点y0 は次式のように、後件部のグレードによって
頭切りされたシングルトンのうち最大のもの(g1 )の
代表位置y1 で近似される。 y0 ≒y1 ・・・(3)
Further, according to the simplest maximum height method,
The center of gravity y 0 is approximated by the representative position y 1 of the largest one (g 1 ) among the singletons truncated by the grade of the consequent part, as in the following equation. y 0 ≈ y 1 (3)

【0008】従来、上述したようなファジイ推論を利用
した制御において、家電製品などの低速制御用では非フ
ァジイ化の方法として主として重心法が、また、高速制
御用では精度を犠牲にして最大高さ法が採用されてい
る。
Conventionally, in the control using the fuzzy inference as described above, the center of gravity method is mainly used as a defuzzification method for low-speed control of home electric appliances, and the maximum height is sacrificed for accuracy in high-speed control. The law has been adopted.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記ファジイ制御を自
動車の走行制御や、サスペンション制御など比較的複雑
で高速性が要求される技術分野に応用しようとすれば、
回路規模を妥当な範囲に保ったまま従来の演算時間を飛
躍的に、典型的には3桁程度、短縮することが必要にな
る。この回路規模の低減と演算時間の短縮は、入力ラベ
ルのグレードを演算する前段部分、演算済みの入力ラベ
ルのグレードのmin-max 演算に基づき後件部のグレード
を算定する中間段階、演算済みの後件部のグレードによ
って出力ラベルのメンバーシップ関数を頭切りして代表
点を算定する後段部分の非ファジイ化のそれぞれについ
て調和を保ちながら実現する必要がある。
If the fuzzy control is to be applied to a technical field requiring relatively high speed such as traveling control of an automobile and suspension control,
It is necessary to dramatically reduce the conventional calculation time, typically by about three digits, while keeping the circuit scale within a reasonable range. This circuit size reduction and calculation time reduction are due to the pre-stage of calculating the input label grade, the intermediate stage of calculating the consequent grade based on the min-max calculation of the calculated input label grade, It is necessary to cut off the membership function of the output label according to the grade of the consequent part and calculate the representative point while harmonizing each defuzzification in the latter part.

【0010】本出願人は、この特許出願と前後して行う
いくつかの特許出願によって、入力ラベルのグレードを
演算する前段部分と、この前段部分で演算済された入力
ラベルのグレードのmin-max 演算に基づき後件部のグレ
ードを算定する中間段階の処理時間を小さな回路規模の
もとで大幅に短縮する発明を開示している。従って、フ
ァジイ推論の最終段階である非ファジイ化についても処
理時間の短縮と演算回路の簡易化が必要とされている。
The applicant of the present invention has made several patent applications before and after this patent application, the former part for calculating the grade of the input label, and the min-max of the grade of the input label calculated in this former part. An invention is disclosed in which the processing time of the intermediate stage of calculating the grade of the consequent part based on the calculation is greatly shortened under a small circuit scale. Therefore, for defuzzification which is the final stage of fuzzy inference, it is necessary to shorten the processing time and simplify the arithmetic circuit.

【0011】非ファジイ化の処理時間の短縮だけを目的
とすれば、最も簡易なアルゴリズムの最大高さ法を採用
すればよい。しかしながら、この最大高さ法では算定済
みの複数のグレードについての平均化処理が省略されて
いるため、制御系の揺らぎが緩衝できず、定常値への収
束が遅延したり不安定になったりするなどの問題があ
る。すなわち、図2の例では、ある時点ではg1 >g2
であるが、次の時点ではこの大小関係が逆転してg1
2 となるような揺らぎが制御系に存在すると、代表点
0 がy1 とy2 の間を往復してしまい、制御特性上の
オーバーシュートやアンダーシュートの増加を招くなど
の問題がある。従って、本発明の主要な目的は、ファジ
イ推論の最終段階である非ファジイ化の処理時間を必要
な処理精度と回路規模の低減を実現しながら短縮するこ
とにある。
For the purpose of only shortening the defuzzification processing time, the maximum height method of the simplest algorithm may be adopted. However, in this maximum height method, averaging processing for already calculated multiple grades is omitted, so fluctuations in the control system cannot be buffered, and convergence to a steady value may be delayed or unstable. There are problems such as. That is, in the example of FIG. 2, g 1 > g 2 at some point.
However, at the next time, this magnitude relationship reverses and g 1 <
If a fluctuation such as g 2 exists in the control system, the representative point y 0 reciprocates between y 1 and y 2 , which causes a problem such as an increase in overshoot or undershoot in control characteristics. . Therefore, a main object of the present invention is to shorten the processing time for defuzzification, which is the final stage of fuzzy inference, while realizing required processing accuracy and reduction in circuit scale.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決する本発明の非ファジイ化方法によれば、複数の出力
ラベルのメンバーシップ関数μBi(y)のそれぞれにつ
いて代表点と後件部のグレードによって頭切りされたシ
ングルトンとをyi ,gi (iは2以上の自然数)とし
た場合、頭切りされたシングルトンから大きな順にn個
(ただし、nは2以上の自然数)のものg1 ,g2 ・・
・・gn を選択し、非ファジイ化の結果である重心点y
0 を、 y0 ≒y1 +g2 (y2 −y1 )+g3 (y3 −y1
+・・・+gn (yn−y1 ) の近似式に基づき演算するように構成されている。更
に、ファジイ推論で多用されるように、ゼロを中心(代
表点)とするラベルが最大グレードを持つように出力変
数の可変範囲を設定した場合、定常状態の近傍ではでは
最大グレードの代表点y1 がゼロになるので、上式は、 y0 ≒g2 2 +g3 3 +・・・+gn n と近似できる。
According to the defuzzification method of the present invention for solving the above-mentioned problems of the prior art, the representative point and the consequent part for each of the membership functions μ Bi (y) of a plurality of output labels. If the singletons truncated according to the grade are y i and g i (i is a natural number greater than or equal to 2), then g (n is a natural number greater than or equal to 2) g in descending order from the truncated singleton 1 , g 2 ...
..Selecting g n , the center of gravity y which is the result of defuzzification
0 for y 0 ≈ y 1 + g 2 (y 2 −y 1 ) + g 3 (y 3 −y 1 ).
The calculation is based on the approximate expression of + ... + g n (y n −y 1 ). Furthermore, as is often used in fuzzy inference, when the variable range of the output variable is set so that the label centered on zero (representative point) has the maximum grade, the representative point y of the maximum grade is near the steady state. Since 1 becomes zero, the above equation can be approximated as y 0 ≈g 2 y 2 + g 3 y 3 + ... + g n y n .

【0013】[0013]

【作用】(2)式に例示する簡易重心法を、メンバーシ
ップ関数が十分多数存在する場合に拡張すれば、次式を
得る。 y0 ≒Σi=1,2,3 ・・・ (yi ・gi )/Σi=1,2,3 ・・・ (gi ) ・・・(4) 後件部のグレードによって頭切りされたシングルトン
(以下「グレード」と略称する)の全てのうち大きな順
にn個のグレードg1 ,g2 ,g3 ・・・gn のみを残
し、他のグレードを省略すれば、次のような近似式を得
る。 y0 ≒(y1 ・g1 +y2 ・g2 +y3 ・g3 +・・・+yn ・gn ) /(g1 +g2 +g3 ・・・+gn ) ・・・(5) 次に、(5)式を変形することにより、次式を得る。 y0 ≒y1 +〔g2 ( y2 −y1 ) +g3 (y3 −y1 )+・・・ +gn (yn −y1 )〕/(g1 +g2 +g3 ・・・+gn ) ・・・(6)
If the simplified center of gravity method exemplified in the equation (2) is expanded when there are a sufficient number of membership functions, the following equation is obtained. y 0 ≅Σ i = 1,2,3 ・ ・ ・ (y i · g i ) / Σ i = 1,2,3 ・ ・ ・ (g i ) ・ ・ ・ (4) Head depending on the grade of consequent part cut singleton leaving only (hereinafter referred to as "grade") n number of grade g 1 to a large order of all, g 2, g 3 ··· g n, if omit the other grades, the following We obtain an approximate expression like this. y 0 ≈ (y 1 · g 1 + y 2 · g 2 + y 3 · g 3 + ... + y n · g n ) / (g 1 + g 2 + g 3 ... + g n ) ... (5) Next Then, the following equation is obtained by modifying the equation (5). y 0 ≈y 1 + [g 2 (y 2 −y 1 ) + g 3 (y 3 −y 1 ) + ... + g n (y n −y 1 )] / (g 1 + g 2 + g 3 ... + G n ) ... (6)

【0014】さらに、(6)式において、 g1 +g2 +g3 ・・・+gn ≒1 ・・・(7) と近似することにより、次の近似式を得る。 y0 ≒y1 +g2 ( y2 −y1 ) +g3 (y3 −y1 )+・・・ +gn (yn −y1 ) ・・・(8)Further, in the expression (6), the following approximate expression is obtained by approximating g 1 + g 2 + g 3 ... + g n ≈1 (7). y 0 ≈y 1 + g 2 (y 2 −y 1 ) + g 3 (y 3 −y 1 ) + ... + g n (y n −y 1 ) ... (8)

【0015】ファジイ推論においては、グレードどうし
の積を最小のグレードを選択することで、また、グレー
ドどうしの和を最大のグレードを選択することで代用す
るというような粗い近似を採用しているという点を考慮
すれば、(7)式の近似は、ファジイ推論全体で採用し
ている近似の精度に比べて特に粗すぎるという問題を生
じないと考えられる。また、ファジイ推論を利用する制
御では、非制御系が目標値に接近するにつれてあるグレ
ードの大きさが上限値に接近すると共に他の全てのグレ
ードがゼロに接近する傾向を示す点からも、(7)式の
近似は精度上それほど問題ないと考えられる。
Fuzzy inference employs a rough approximation in which the product of grades is selected by selecting the minimum grade, and the sum of grades is substituted by selecting the maximum grade. Considering the points, it is considered that the approximation of the expression (7) does not cause a problem that it is too coarse as compared with the accuracy of the approximation adopted in the entire fuzzy inference. Further, in the control using fuzzy inference, as the size of a certain grade approaches the upper limit value and all other grades tend to approach zero as the non-control system approaches the target value, ( It is considered that the approximation of the equation (7) does not cause much problem in terms of accuracy.

【0016】本発明の好適な一実施例によれば、(8)
式においてnを2と設定することにより、次式を得る。 y0 ≒y1 +g2 ( y2 −y1 ) ・・・(9) 本発明の他の好適な実施例によれば、(8)式において
nを3と設定することにより、次式を得る。 y0 ≒y1 +g2 ( y2 −y1 ) +g3 (y3 −y1 ) ・・・(10)
According to a preferred embodiment of the present invention, (8)
By setting n to 2 in the equation, the following equation is obtained. y 0 ≈y 1 + g 2 (y 2 −y 1 ) ... (9) According to another preferred embodiment of the present invention, the following equation is obtained by setting n to 3 in equation (8). obtain. y 0 ≈ y 1 + g 2 (y 2 −y 1 ) + g 3 (y 3 −y 1 ) ... (10)

【0017】[0017]

【実施例】本発明の一実施例である(9)式に基づくシ
ミュレーション結果について説明する。すなわち、図3
に示すように、水平なレール1上に車輪付きの台車2を
載置し、この台車の頂部の中央部分にピン3を固定し、
このピン3を通り紙面に垂直な軸線の回りにのみ回転の
自由度を持つように一様な太さの棒4をこのピン3で支
承した物理的モデルを想定する。台車2に水平方向の力
F(両極性)を作用させることにより、棒4を垂直状態
に接近させるような制御モデルを考える。
EXAMPLE A simulation result based on the equation (9), which is an example of the present invention, will be described. That is, FIG.
As shown in FIG. 2, a cart 2 with wheels is placed on a horizontal rail 1, and a pin 3 is fixed to the central portion of the top of the cart,
A physical model in which a rod 4 having a uniform thickness is supported by the pin 3 so as to have a degree of freedom of rotation only around an axis passing through the pin 3 and perpendicular to the paper surface is assumed. Consider a control model in which a horizontal force F (bipolar) is applied to the carriage 2 to bring the rod 4 closer to a vertical state.

【0018】鉛直面からの棒4の傾きをθとし、その時
間変化の割合をdθ/dtとしこれらを入力ファジイ変
数として設定する。これらの入力ファジイ変数につい
て、ゼロ(ZR)、正負両側に大きい(±L)、中間的
(±M)、小さい(±S)という7個の入力ラベルを設
定し、それぞれのメンバーシップ関数を図4に示すよう
に定義する。なお、−60°から+60°までの傾きθ
と、−150°/sから+150°/sまでの時間変化
の割合とは、いずれも0から255までの内部変数によ
って表現されている。
The inclination of the rod 4 from the vertical plane is θ, and the rate of change with time is dθ / dt. These are set as input fuzzy variables. For these input fuzzy variables, seven input labels, zero (ZR), large (± L) on both positive and negative sides, intermediate (± M), and small (± S) are set, and the membership function of each is shown. It is defined as shown in 4. In addition, the inclination θ from −60 ° to + 60 °
And the rate of change over time from −150 ° / s to + 150 ° / s are both represented by internal variables from 0 to 255.

【0019】また、出力側については差分力dFをファ
ジイ変数として設定し、このファジイ変数についても、
入力ラベルと同様に、ゼロ(ZR)、正負両側に大きい
(±L)、中間的(±M)、小さい(±S)という7個
の出力ラベルを設定し、それぞれのメンバーシップ関数
を図5に示すようなシングルトンで定義する。なお、−
25Newtong から+25Newtong まで変化する差分力d
Fは、0 から255までの内部変数によって表現されて
いる。
On the output side, the differential force dF is set as a fuzzy variable, and this fuzzy variable is also
Similar to the input label, seven output labels of zero (ZR), large (± L) on both positive and negative sides, intermediate (± M), and small (± S) are set, and the membership function of each is shown in FIG. It is defined by a singleton as shown in. Note that −
Differential force d varying from 25Newtong to + 25Newtong
F is represented by an internal variable from 0 to 255.

【0020】そして、上記入力ラベルと出力ラベルとの
間に、図6に示すような、以下のファジイ規則を設定す
る。 If θ=ZR and dθ/dt =−L then dF =−L If θ=ZR and dθ/dt =−M then dF =−M If θ=ZR and dθ/dt =−S then dF =−S If θ=ZR and dθ/dt = ZR then dF = ZR If θ=ZR and dθ/dt =+S then dF =+S If θ=ZR and dθ/dt =+M then dF =+M If θ=ZR and dθ/dt =+L then dF =+L If θ=−L and dθ/dt = ZR then dF =−L If θ=−M and dθ/dt = ZR then dF =−M If θ=−S and dθ/dt = ZR then dF =−S If θ=+S and dθ/dt = ZR then dF =+S If θ=+M and dθ/dt = ZR then dF =+M If θ=+L and dθ/dt = ZR then dF =+L If θ=+S and dθ/dt =−S then dF =+S If θ=−S and dθ/dt =+S then dF =−S 上記ファジイ規則を図示すれば、図6のようになる。
Then, the following fuzzy rule as shown in FIG. 6 is set between the input label and the output label. If θ = ZR and dθ / dt = −L then dF = −L If θ = ZR and dθ / dt = −M then dF = −M If θ = ZR and dθ / dt = −S then dF = −S If θ = ZR and dθ / dt = ZR then dF = ZR If θ = ZR and dθ / dt = + S then dF = + S If θ = ZR and dθ / dt = + M then dF = + M If θ = ZR and dθ / dt = + L then dF = + L If θ = -L and dθ / dt = ZR then dF = -L If θ = -M and dθ / dt = ZR then dF = -M If θ = -S and dθ / dt = ZR then dF = −S If θ = + S and dθ / dt = ZR then dF = + S If θ = + M and dθ / dt = ZR then dF = + M If θ = + L and dθ / dt = ZR then dF = + L If θ = + S and dθ / dt = -S then dF = + S If? = -S and d? / dt = + S then dF = -S The above fuzzy rule is illustrated in Fig. 6.

【0021】ただし、上記ファジイ規則から判るよう
に、このシミュレーションでは台車の位置に関する情報
は考慮されておらず、従って定常時における台車の停止
位置に関する制御は行っていない。
However, as can be seen from the above fuzzy rule, the information regarding the position of the truck is not taken into consideration in this simulation, and therefore, the control regarding the stop position of the truck in the steady state is not performed.

【0022】さらに、棒の質量をmr 、長さを2L、台
車の質量をmc 、車輪とレール1との摩擦係数をuc
ピン3と棒4との摩擦係数をup 、重力の定数をG、鉛
直面と棒4との成す角度をθとすれば、運動方程式は、
次式で与えられる。 d2 θ/dt2 =〔G・sin θ−(dθ/dt)(up /mr L)+cos θ〔−F−mr L× (dθ/dt)2 sin θ±uc 〕/(mc +mr )〕/L〔4/3− mr cos 2 θ/(mc +mr )〕 ・・・(11) d2 x/dt2 =〔F−±uc +mr L〔sin θ(dθ/dt)2 −cos θd2 θ/dt2 〕 〕/〔mc +mr 〕 ・・・(12)
Further, the mass of the rod is m r , the length is 2 L, the mass of the truck is m c , the friction coefficient between the wheel and the rail 1 is u c ,
Assuming that the friction coefficient between the pin 3 and the rod 4 is u p , the constant of gravity is G, and the angle between the vertical plane and the rod 4 is θ, the equation of motion is
It is given by the following formula. d 2 θ / dt 2 = [G · sin θ- (dθ / dt ) (u p / m r L) + cos θ [-F-m r L × (dθ / dt) 2 sin θ ± u c ] / ( m c + m r )] / L [4 / 3−m r cos 2 θ / (m c + m r )] (11) d 2 x / dt 2 = [F− ± u c + m r L [sin θ (dθ / dt) 2 −cos θd 2 θ / dt 2 ]] / [m c + m r ] ... (12)

【0023】図3に示す物理的モデルについて、θ,d
θ/dt及びFの初期値をそれぞれ35°,0°/s,
0Newtong とし、これに対する制御量である差分力dF
をファジイ演算によって求め、現在のFにdFを加算す
ることによって新たなFを計算し、Fに対するθとdθ
/dtを(11)式と(12)式とを用いて計算し、こ
のθとdθ/dtに対する新たな制御量dFをファジイ
演算によって求めるという具合に、シミュレーションを
行った。このシミュレーション結果を図7に示す。
For the physical model shown in FIG. 3, θ, d
The initial values of θ / dt and F are 35 °, 0 ° / s, and
0 Newtong and the differential force dF which is the control amount for this
Is calculated by a fuzzy operation, a new F is calculated by adding dF to the current F, and θ and dθ with respect to F are calculated.
The simulation was performed by calculating / dt using the equations (11) and (12), and finding a new control amount dF for the θ and dθ / dt by fuzzy calculation. The result of this simulation is shown in FIG.

【0024】図7に示す実線は本実施例の(9)式の近
似演算方法を採用した場合の結果であり、破線は7個の
出力ラベルについて図4に示すようなΔ型,S型,Z型
のメンバーシップ関数を定義し(1)式に従い完全な重
心計算を行うという最も厳密かつ複雑な演算方法を採用
した場合の結果である。また、図7中の2点鎖線は7個
のメンバーシップ関数を7個のシングルトンで近似しこ
れらを頭切りしたものに(2)式の演算方法を適用した
場合の結果であり、点線は頭切りされた7個のシングル
トンのうち大きい方から3個だけについて(2)式の演
算方法を採用した場合の結果である。さらに、1点鎖線
は(3)式に示す最大高さ法を採用した場合の結果であ
る。
The solid line shown in FIG. 7 is the result when the approximate calculation method of the equation (9) of this embodiment is adopted, and the broken lines are Δ type, S type, and 7 type output labels as shown in FIG. This is the result when the most rigorous and complicated operation method of defining a Z-type membership function and performing complete centroid calculation according to equation (1) is adopted. The two-dot chain line in FIG. 7 is the result of applying the calculation method of the formula (2) to the one obtained by approximating the seven membership functions with the seven singletons and cutting them off. This is the result when the arithmetic method of the formula (2) is adopted only for the three largest ones out of the seven cut singletons. Furthermore, the alternate long and short dash line is the result when the maximum height method shown in equation (3) is adopted.

【0025】(1)式に従い完全な重心計算を行った場
合には臨界制動の状態に最も近い最良の結果が得られて
いる。オバーシュートなどに伴うリップルが少ないとい
う点で次に良い結果は、3点法と7点法について得られ
ている。ただし、この3点法と7点法では定常誤差が生
じているが、その理由は次なようなものと考えられる。
すなわち、厳密な重心法では各メンバーシップ関数の重
なり部分を除外して重心を計算しているのに対し、シン
グルトンによる簡易重心法ではメンバーシップ関数の重
複部分が生じないためそのような除外が行われないこと
などによる。
When the complete center of gravity calculation is performed according to the equation (1), the best result closest to the state of critical braking is obtained. The next best result in terms of less ripple due to overshoot and the like is obtained for the 3-point method and the 7-point method. However, a steady error occurs in the 3-point method and the 7-point method, and the reason is considered to be as follows.
That is, in the strict center of gravity method, the center of gravity is calculated by excluding the overlapping part of each membership function, whereas in the simple center of gravity method by the singleton, since the overlapping part of the membership function does not occur, such exclusion is performed. It depends on what you do not forget.

【0026】リップルと定常誤差が少ないという点で次
に良い結果は、本実施例の2点法について得られてい
る。特に、注目すべき点は、この実施例の2点法におけ
る定常誤差が厳密な重心計算を採用した場合と同一の値
に収束している点である。これは、最大グレードを中心
として出現する2番目に大きなグレードが、ファジイ演
算のたびに高頻度で入替わる(最大グレードの回りに振
動する)ことにより、上記3点法や7点法に特有の定常
誤差が補償されるためと考えられる。すなわち、リップ
ルが多少大きいという本実施例の欠点は、演算時間が極
めて短いという利点によって十分補われている。なお、
1点鎖線で示される最大高さ法に基づく結果であるが、
リップルと定常誤差が過大であるという点でこの制御モ
デルに関する限り実用性は低い。
The second best result in that the ripple and the steady error are small is obtained for the two-point method of this embodiment. In particular, the point to be noted is that the steady-state error in the two-point method of this embodiment converges to the same value as when the strict centroid calculation is adopted. This is because the second largest grade, which appears around the maximum grade, changes frequently at each fuzzy operation (oscillates around the maximum grade), which is unique to the 3-point method and the 7-point method. It is considered that the steady error is compensated. That is, the disadvantage of the present embodiment that the ripple is somewhat large is sufficiently compensated by the advantage that the calculation time is extremely short. In addition,
It is the result based on the maximum height method shown by the one-dot chain line,
As far as this control model is concerned, it is not practical in that the ripple and the steady-state error are excessive.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の非
ファジイ化方法によれば、大きな順にn個のグレードg
1 ,g2 ・・・gn を選択し、y0 ≒y1 +g2 (y2
−y1)+・・・・+gn (yn −y1 )の近似式を用
いて重心点y0 を演算する構成であるから、シミュレー
ションによって検証したように、精度を保持したまま演
算速度と演算回路の規模を大幅に低減できるという効果
が奏される。
As described in detail above, according to the defuzzification method of the present invention, n grades g in descending order.
1 , g 2 ... G n are selected, and y 0 ≈y 1 + g 2 (y 2
-Y 1 ) + ... + g n (y n −y 1 ) is used to calculate the barycentric point y 0 , so as verified by simulation, the calculation speed remains accurate. With this, the effect that the scale of the arithmetic circuit can be significantly reduced is obtained.

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

【図1】本発明の原理を従来の簡易重心法や最大高さ法
と比較しながら説明するための概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the principle of the present invention while comparing it with a conventional simple center of gravity method and a maximum height method.

【図2】従来の重心法を説明するための概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a conventional centroid method.

【図3】本発明の一実施例についてその効果を確認する
ために用いた被制御物理モデルの構成を示す概念図であ
る。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the configuration of a controlled physical model used to confirm the effect of one embodiment of the present invention.

【図4】図3のモデルについて設定した入力ラベルのメ
ンバーシップ関数を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a membership function of an input label set for the model of FIG.

【図5】図3のモデルについて設定した出力ラベルのメ
ンバーシップ関数を示す概念図である。
5 is a conceptual diagram showing a membership function of output labels set for the model of FIG.

【図6】図3のモデルについて設定したファジイ規則を
示すブロック図である。
6 is a block diagram showing a fuzzy rule set for the model of FIG. 3. FIG.

【図7】図3のモデルについて得られたシミューレーシ
ョン結果を示す概念図である。
7 is a conceptual diagram showing simulation results obtained for the model of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 〜g3 後件部のグレード y1 〜y3 出力ラベルのメンバーシップ関数の中心値 μBi(y) 出力ラベルのメンバーシップ関数g 1 to g 3 Consequent grade y 1 to y 3 Center value of output label membership function μ Bi (y) Output label membership function

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の出力ラベルのメンバーシップ関数μ
Bi(y)のそれぞれについて代表位置と後件部のグレー
ドによって頭切りされたシングルトンとをyi ,g
i (iは2以上の自然数)とした場合、 前記各頭切りされたシングルトンから大きな順にn個
(ただし、nは2以上の自然数)のものg1 ,g2 ・・
・・gn を選択し、非ファジイ化の結果である重心点y
0 を y0 ≒y1 +g2 (y2 −y1 )+g3 (y3 −y1
+・・・+gn (yn −y1 ) の近似式に基づき演算することを特徴とするファジイ推
論における非ファジイ化方法。
1. A membership function μ of a plurality of output labels.
For each Bi (y), the representative position and the singleton truncated by the grade of the consequent part are y i , g
When i (i is a natural number of 2 or more), n pieces (where n is a natural number of 2 or more) in descending order from the truncated singletons g 1 , g 2 ...
..Selecting g n , the center of gravity y which is the result of defuzzification
0 for y 0 ≈ y 1 + g 2 (y 2 −y 1 ) + g 3 (y 3 −y 1 ).
A defuzzification method in fuzzy inference, which is characterized in that an operation is performed based on an approximate expression of + ... + g n (y n −y 1 ).
【請求項2】 請求項1において、 前記nは2であり、前記重心点y0 を y0 ≒y1 +g2 (y2 −y1 ) の近似式に基づき演算することを特徴とするファジイ推
論における非ファジイ化方法。
2. The fuzzy according to claim 1, wherein n is 2 and the center of gravity y 0 is calculated based on an approximate expression of y 0 ≈y 1 + g 2 (y 2 −y 1 ). Defuzzification method in inference.
【請求項3】 請求項1において、 前記nは3であり、前記重心点y0 を y0 ≒y1 +g2 (y2 −y1 )+g3 (y3 −y1 ) の近似式に基づき演算することを特徴とするファジイ推
論における非ファジイ化方法。
3. The n according to claim 1, wherein n is 3, and the center of gravity y 0 is approximated to y 0 ≈y 1 + g 2 (y 2 −y 1 ) + g 3 (y 3 −y 1 ). A defuzzification method in fuzzy inference, which is characterized in that it is calculated based on
【請求項4】 請求項1において、 前記y1 はゼロであり、前記重心点y0 を y0 ≒g2 2 +g3 3 +・・・・+gn n の近似式に基づき演算することを特徴とするファジイ推
論における非ファジイ化方法。
4. The method according to claim 1, wherein y 1 is zero, and the center of gravity y 0 is calculated based on an approximate expression of y 0 ≈g 2 y 2 + g 3 y 3 + ... + g n y n A defuzzification method in fuzzy inference that is characterized by:
【請求項5】 請求項4において、 前記nは2であり、前記重心点y0 を y0 ≒g2 2 の近似式に基づき演算することを特徴とするファジイ推
論における非ファジイ化方法。
5. The defuzzification method in fuzzy inference according to claim 4, wherein n is 2 and the barycentric point y 0 is calculated based on an approximate expression of y 0 ≈g 2 y 2 .
【請求項6】 請求項4において、 前記nは3であり、前記重心点y0 を y0 ≒g2 2 +g3 3 の近似式に基づき演算することを特徴とするファジイ推
論における非ファジイ化方法。
6. The fuzzy inference according to claim 4, wherein n is 3 and the barycenter y 0 is calculated based on an approximate expression of y 0 ≈g 2 y 2 + g 3 y 3. Fuzzification method.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5720005A (en) * 1995-01-31 1998-02-17 Motorola, Inc. Circuit and method for processing lower limit value fuzzy inputs during a fuzzy logic operation

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