JPH06504390A - 知識ベース型制御・調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、関数ルールが知識ベースの制御規則に基づく動作方法のために形成さ れる制御・調整装置に関する。

この装置は、技術的な装置又は操作、例えば発電機の操作を制御、調整又は最適 化するために用いられる。

制御・調整装置の機能方法又は動作方法は、例えば操作の静的か又は動的状況の ための数学的モデル、あるいは経験的に立証された構造か又はパラメータ等の種 々の方法によって達成される。他の可能性は、制御又は調整量と操作人カ量又は 操作特性との間に関連する技術的な知識又は条件を基礎に置くことによって、１ つの操作における選択された操作点の制御又は調整量を予め定めることにある。

このグループには、このような知識ベース型制御・調整装置は、従来布にしか用 いられなかった。はっきりしない量を処理するためのファジィ集合論に基づく装 置が最も知られている。このファジィ論理は、例えば雑誌ｒｃ　−ｔＪ　１９９ １年、３号、１８８乃至２００頁に記載されており、１９９頁にはファジィ制御 が記載されている。ファジィ制御装置は、原理的に論理的演算子を用いて離散的 に評価された操作量を結合するように設計されており、この性能は例えば非連続 的な制御装置として組込まれる。しかしながら、雑誌ｒアウトマテイジールング ステヒニークａｔＪ２号／１９８５年、４５乃至５２頁、特に４９頁から見て取 れるように、実現化されたファジィ制御装置は大力は満足すべき性能を示さない 。試行錯誤法における操作モデルの発見も満足すべきものと見なされず、自己最 適化の学習制御装置への期待も満たされなかった。

経験的に設計された制御装置はしばしば確実に動作するが、特に、操作が複雑な 力学的要素又は複雑な構造を有し、該装置における動作点が正確に維持されない ことによって制御良度を満たせず、あるいは振動によって不快な技術的作用が生 じる。生産効率の損失と装置の磨耗増大による損失とがその結果である。分析的 な設計方法を用いて操作の静的及び動的な特性を制御・調整装置の動作状況にで きるだけ正確に反映させることが、場合によっては非常にコストが掛かる。数学 的モデル及び方法の必要範囲は、構造とパラメータの適合及び変化にとって不都 合である。実際の操作状況は、このルールにおいて十分正確に記述されず、モデ ルの正確性において静的及び動的なエラーが導かれる。複雑な操作においては、 実時間処理能力が場合によっては満足に達成されない。

このことから知識ベースの制御規則に基づいて動作する改良された制御・調整装 置を提供するという課題が、本発明の基礎である。

上記課題は、関数ルールが知識ベースの制御規則に基づく動作方法のために形成 され、前記知識ベースの制御規則は個々に組込まれた制御又は調整量が選択され た操作状態に対して存在し、任意の多くの制御規則が１つ又は複数の連続で一般 的に非直線の数学的関数に結合されて、該関数を用いて制御又は調整量が任意の 操作状態に定められる制御・調整装置により解決される。数学的関数は、操作状 態を特徴づけかつ制御装置が有する互いに従属又は独立のｎ個の入力量によって 定められている。この制御・調整装置によって制御又は調整量の値ｍが定められ る。

前記制御・調整装置は、数学的モデルを必要としないという利点を有する。簡単 な関数ルールを用いることによって、非常に高い検知度数で複雑な制御課題であ っても実時間処理能力が達成される。

本発明に基づく制御・調整装置の特別な利点が期待されるのは、入力１ｉｉ（測 定値、外乱ｉｉ）の数が少なくとも２つ以上の場合である。該外乱量を入力量と して供給することができることによって外乱量は、永続的に制御量に作用する。

このために特に動的な要求を考慮する必要もない。

ファジィ制御装置の利点は、ファジィ制御装置の欠点を受け入れることなく利用 することである。すなわち、いわゆるファジィな制御を現実化することにより好 ましい作用を達成することである。このためには、提案された構成に基づいて定 められた操作状態に知識ベースの制御量としての種々の値が組込まれることにあ る。

試行錯誤方法の意味での適合が容易に実現可能となるのは、変数化関数と非変数 化関数が変えられるか、制御関数ルールに基づいた制御規則を制御量形成のため に調整されることにある。

本発明のその他の利点及び構成の可能性は、添付の図面によって示される実施例 に基づく以下の説明で明らかである。

第１図は制御・調整装置の基本構成を、第２図はメンバーシップ関数の例を、 第３図は非メンバーシップ関数の例を、第４図は２値論理メンバーシツプ関数の 例を、第５図は制御規則の二次元マトリックスを、第６図は制御装置の関数ルー ルを形成した図を示す。

第１図は本発明に適った制御・調整装置のための基本的な機能単位の構成を示す もので、２つの入力ｆｊｋｘ１．ｘ２及び制御ｊｉｕのための処理機能が示され ている。入力ｊｔＸ１．Ｘ２は、それぞれメンバーシップ関数部１に供給され、 該メンバーシップ関数部１は、変数化された入力ｔ＜ｘ　１＞とくＸ２、〉とを 知慮ベース分析制御装置（ＷＡＲ）と呼ばれる関数、Ｉｉ制御部２に送出する。

関数制御部２は、変数化された制御又は調整量＜ｕ＞を出力し、該変数化された 制御又は調整量＜ｕ＞は、端末の非メンバーシップ関数部３で物理的な制御又は 調！１ｆｆｌｕに変換される。

複数の入力量の相関関係を保つための動的な調整部が、周知のように、こうした 基本構成に前置されていることが理解される。更に、複数のこうした基本構成か ら多変数の制御とルールのための階層構造が形成される。

関数制御部２の作動方法を第５図及び第６図に基づいて以下に説明する。

関数制御部２には、変数化された入力量の代わりに物理的な入力量も直接供給さ れる。しかし、変数化、すなわち操作量の加重又は変換は目的に適っている。メ ンバーシップ関数は、特に、制御量と操作量による影響の効果的な加重との目標 値を設定するために用いられる。これに対応して非メンバーシップ関数は、制御 量に効果的な影響を及ぼしており、増強と比較可能である。操作量、制御量と調 整量に言語的真理値又はピクチャサイズを組込むことが提案される。

第２図は、メンバーシップ関数の例としての特性曲線、すなわち物理的入力量Ｘ の変数化された入力量＜ｘ＞への変換を示すものである。

第３図は、非メンバーシップ関数の例としての特性曲線を示し、変数化された人 力量＜ｕ＞が物理的制御ｉｉｕに変換される。

変数化又は非変数化のためのルールは自由に選択可能であるが、一般には科学技 術的及び工業技術的な要求に応じて定められる。変数化は、ファジィ化の意味に おいても多値である。第４図は、例として２値論理メンパージ・ノブ関数のため の特性曲線を示す。

以下、関数制御部２の動作方法を、関連する第５図及び第６図に基づいて説明す る。

第５図は、人力Ｊｉｉｘ１とＸ２の変数化された値が略示されている制御規則の ための２次元マトリックスを示す。図に示威に基づいて行うことができる。例え ば、デカルト座標系又は極座標系が適当である。　。

制御・調整装置は、各々の操作状態に対し、調整ｊｔ＜ｕ＞を制御規則、すなわ ち制御関数＜ｕ＞−ｆ　［＜ｘｔ＞バＸ２〉］に基ついて形成されなければなら ない。しかし、各々の操作状態でなく、幾つかの操作状態に対してのみ所属の制 御規則が既知となる。個々の操作状態に対する制御規則は、例えばυ１定又は演 算に基づくものとして知られている。例えば、限界状態のための制御規則が知ら れている。第５図では、制御規則がマトリクスに示された符号点ａ、ｂ、ｃ、及 びｄで仮定される（知識ベースの制御規則）。符号点ａ、ｂ、ｃ。

及びｄによって特徴づけられた操作状態に対して、既知の制御規則に基づく所属 の変数化された調整量＜ｕ　＞、＜ｕｂ〉、＜ｕ　＞及びくｕｄ〉が知られる（ 第６図を参照）。第５図には、変数化された入力量＜Ｘ　＞及びくｘ２０〉によ って特徴づけられている他の操作状態も記されており、該操作状態に対しては所 属の制御量＜　Ｕ　Ｏ＞が形成される。この操作状態のためには符号点ａ乃至ｄ における４つの既知の制御規則による周辺領域がある。

第６図は、符号点ａ乃至ｄの領域における操作状態のための空間制御関数を例と して示している。１つの関数制御面において、２つの変数化された入力量ｎｘ　 ＞とくｘ２〉が直交して記されている。第３の次元（座標方向）において、既示 されている。符号点ａ乃至ｄにおける既知の制御規則は、数学的関数によって結 合されている。この数学的関数によってめられる制御規則が、操作状態における 入力”　１０’御関数平面と、疑似山状平坦形成面Ｆとの幾何学的な間隔に対応 している。

これによって、知識ベース分析制御装置がどのように調整又は制御量を形成する かが説明される。既知制御規則を結合するために用いられた数学的関数は選択可 能である。調整又は制御量における飛越しを防ぐために、数学的関数は連続して いなければならない。これは直線であるかも知れないが、一般には非直線であり 、各々の操作の特性曲線又は各々の部分動作領域の特性曲線に適合するように選 択すべきである。

全動作領域に有効な関数ルールで動作することは、一般的に目的に適っていない 。従って、その時々に操作の動作領域の所定部分に有効である部分関数ルールへ の区分が提案される。第５図及び第６図に基づいて記された上記例は、それによ って部分関数ルールに該当する。部分関数ルールは互いに結合されており、結合 箇所、すなわち知識ベース制御ルールによって符号点をつけた操作状態により近 い周辺領域で、できるだけ制御又は調整量の変化が生じないようにすべきである 。従って、部分関数は、導関数が結合箇所での操作量に応じて零になるように有 効に選択される。

制御・調整装置で実行された関数ルール又は部分関数ルールの他の構成によれば 、複数の制御及び調整量に対する操作蓋の組合わせが含まれる。

ファジィな制御装置を実現するために、全部又は選択された制御規則に関して、 制御量の異なった値が同一操作状態のために予め設定されているので、その結果 、複数の関数ルールが操作状態からの制御量に関連して使用可能となる。他の表 現での意味するところは、関数ルールの異なったパラメータによって幾種類の動 作が行われ、結果か重ねられることによって、多くの値の決定が制御量から可能 であることである。

これによって、操作状態にとって任意に多くの制御量の値が定められ、誤値の評 価と蓄積によって必要で明確な制御又は調整量が発生する。

国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．関数ルールが知識ベースの制御規則に基づく動作方法のために形成され、前 記知識ベースの制御規則は個々に組込まれた制御又は調整量が選択された操作状 態に対して存在してなる制御・調整装置において、 任意の多くの制御規則が１つ又は複数の連続で一般に非直線の数学的関数に結合 されて、該関数を用いて制御又は調整量が任意の操作状態に定められ、数学的関 数は、操作状態を特徴づけかつ制御装置が有する互いに従属又は独立のｎ個の入 力量によって定められていることを特徴とする制御・調整装置。
2. ２．前記関数ルールは部分関数ルールに区分され、該部分関数ルールはその時々 に操作動作領域の一部分に有効であり、各々の部分関数ルールは記述の方法、す なわち複数の制御規則を１つ又は複数の連続的な数学的関数によって結合するこ とによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御・調整装置。
3. ３．例えば、操作量に基づく導関数は零となり、あるいは前記部分関数ルールの 間の変換における左側又は右側の導出が同じ大きさであることによって、知識ベ ースの制御規則により符号点を付けた操作状態において何等の制御又は調整量変 化が発生しないか、又は極くわずかな制御又は調整量変化が発生されるように前 記部分関数ルールが選択されていることを特徴とする請求項２に記載の制御・調 整装置。
4. ４．前記操作量、制御量及び調整量のための選択された物理的値にそれぞれ言語 的値又はピクチャサイズが組込まれ、この組込みはメンバーシップ関数又は非メ ンバーシップ関数によってなされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか １に記載の制御・調整装置。
5. ５．前記制御・調整装置の関数ルール又は部分関数ルールは、複数の制御・調整 量への操作量の組込みを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記 載の制御・調整装置。
6. ６．前記入力量の数ｎは少なくとも２であることを特徴とする請求項１乃至５の いずれか１に記載の制御・調整装置。
7. ７．全部又は選択された知識ベースの制御規則のために、制御又は調整量のその 時々に複数の異なった値が設定されることによってファジイな調整が達成され、 選択された操作状態に関して、複数の制御規則は制御又は調整量を操作状態に適 用させるために用いられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載 の制御・調整装置。
8. ８．前記関数ルールは複数の数学的関数によって示されており、連続して一般に は非直線的な関数値変化が複数の個々の直線的又は非直線的な関数経過によって 補われることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の制御・調整装置 。