JPH0784792A - Fuzzy inference device - Google Patents

Fuzzy inference device

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JPH0784792A
JPH0784792A JP5229188A JP22918893A JPH0784792A JP H0784792 A JPH0784792 A JP H0784792A JP 5229188 A JP5229188 A JP 5229188A JP 22918893 A JP22918893 A JP 22918893A JP H0784792 A JPH0784792 A JP H0784792A
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JP
Japan
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function
output
fuzzy inference
bezier
input
Prior art date
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Pending
Application number
JP5229188A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Takagi
木 康 夫 高
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0784792A publication Critical patent/JPH0784792A/en
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Abstract

PURPOSE:To output desired final output to input indicating a sensual degree by adopting a Bezier function for the nonlinear mapping function of a fuzzy inference engine and adjusting a weight coefficient on a Bernstein base function value further. CONSTITUTION:The fuzzy inference engine 1 is provided with a first nonlinear mapping function 2 composed of a membership function and a second nonlinear mapping function 3 composed of the Bezier function and the functions 2 and 3 are serially connected. The function 2 respectively expresses the plural pieces of input by the sensual degrees such as small, a little small, precise and a little large and outputs them to the function 3 as intermediate output. The function 3 outputs the desired final output from the plural pieces of the input by adjusting the coefficient. Thus, the mapping function 2 of the engine 1 plays a role as a sensation filter in a sense and human and indistinct sensual judgement can be performed to an observation value.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はファジィ推論装置のファ
ジィ推論エンジンの構成に係り、特にファジィ推論エン
ジンの非線形写像関数としてベジェ関数、直交関数、ス
プライン関数等を採用し、係数等の調整によって教師信
号に近似する出力を得るようにしたファジィ推論装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the construction of a fuzzy inference engine of a fuzzy inference device, and particularly adopts a Bezier function, an orthogonal function, a spline function, etc. as a non-linear mapping function of the fuzzy inference engine, and adjusts the coefficient by a The present invention relates to a fuzzy inference device adapted to obtain an output that approximates a signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般にファジィ推論エンジンは、入力に
対して度合いを示す中間出力を出力するメンバーシップ
関数と、所定のメンバーシップ関数の中間出力に対して
所望の最終出力を出力するルール群とによって構成され
ている。
2. Description of the Related Art Generally, a fuzzy inference engine uses a membership function that outputs an intermediate output indicating a degree to an input and a group of rules that outputs a desired final output for an intermediate output of a predetermined membership function. It is configured.

【0003】入力される観測値が一つである場合、上記
ファジィ推論エンジンは上記一つの観測値を入力し、メ
ンバーシップ関数によってこれを感覚的な度合い、たと
えば大きい、やや大きい、ちょうど良い、やや小さい、
小さいというような5通りの分類の程度を出力し、それ
ぞれの中間出力に対応する5個のルールによって中間出
力を判断し、最終出力を出力する。この5個のルールを
調整することにより、所定の入力から所望の最終出力を
得ることができる。
When the number of observations to be input is one, the fuzzy inference engine inputs one of the observations and uses the membership function to detect this as a sensory degree, for example, large, slightly large, just good, slightly. small,
The five kinds of classifications such as small are output, the intermediate output is judged by five rules corresponding to each intermediate output, and the final output is output. By adjusting these five rules, a desired final output can be obtained from a given input.

【0004】このように、ファジィ推論装置は人間的な
感覚に合った制御を行うことができるため、種々の機器
や複数のプロセスの制御用パラメータを同時に制御する
制御装置(ファジィコントローラという)として使用さ
れることが多い。
As described above, the fuzzy reasoning apparatus can perform control in accordance with a human sense, and is therefore used as a control apparatus (called a fuzzy controller) for simultaneously controlling control parameters of various devices and a plurality of processes. It is often done.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ルール
群によって中間出力を判断して最終出力を得る従来のフ
ァジィ推論装置では、複数の入力から所定の出力を得る
ためにすべての入力の組み合せに応じたルールを組み合
わせる必要があった。
However, in the conventional fuzzy inference apparatus that determines the intermediate output by the rule group and obtains the final output, a combination of all inputs is used to obtain a predetermined output from a plurality of inputs. I had to combine the rules.

【0006】たとえば、上記一つの入力に対して5個の
ルールを有するファジィ推論エンジンに2つの入力があ
った場合、5×5個のルールが必要となる。一般に、n
個の入力に対しては5n 個のルールが必要となり、通常
よく使用される5つ程度の入力に対しては、55 =31
25個のルールを用意する必要があった。
For example, if the fuzzy inference engine having five rules for one input has two inputs, 5 × 5 rules are required. Generally, n
For 5 inputs, 5 n rules are required, and for 5 inputs that are normally used, 5 5 = 31
It was necessary to prepare 25 rules.

【0007】所定の入力から教師信号に近似する出力を
得るためには、上記多数のルールとメンバーシップ関数
を調整する必要があった。経験やノウハウに合った満足
できる入出力関係を得られるまでには従来たいへんな労
力と時間を費やしていた。このため、ファジィコントロ
ーラの調整はきわめて困難であって、かつ、ルール自体
の根拠もあやふやなために十分な調整を行うことは困難
であった。
In order to obtain an output that approximates the teacher signal from a predetermined input, it is necessary to adjust the above-mentioned many rules and membership functions. Until now, it took a great deal of effort and time to obtain a satisfactory input / output relationship that matches experience and know-how. Therefore, it is extremely difficult to adjust the fuzzy controller, and it is difficult to make sufficient adjustment because the basis of the rule itself is unclear.

【0008】そこで、本発明の目的は、多数のメンバー
シップ関数やルールの調整をすることなく、容易に教師
信号に近似する出力を得られるファジィ推論装置を提供
することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a fuzzy inference apparatus which can easily obtain an output that approximates a teacher signal without adjusting many membership functions and rules.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による第一のファジィ推論装置は、ファジィ推
論エンジンの非線形写像関数としてベジェ(Bezie
r)関数を採用し、このベジェ関数の複数のバーンシュ
タイン基底関数の関数値によって観測値の感覚的な度合
いを表現し、これに調整可能な重み係数を乗じることに
よって教師信号に近似する最終出力を得るように構成し
たことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a first fuzzy reasoning apparatus according to the present invention uses a Bezier as a non-linear mapping function of a fuzzy reasoning engine.
r) The function is adopted, the sensory degree of the observed value is expressed by the function values of the multiple Bernstein basis functions of this Bezier function, and the final output is approximated to the teacher signal by multiplying it by an adjustable weight coefficient. It is characterized in that it is configured to obtain.

【0010】本発明による第二のファジィ推論装置は、
直列に接続された2つの非線形写像関数によってファジ
ィ推論エンジンを構成し、第一の非線形写像関数は感覚
的な度合いを示す中間出力を出力する調整不要な非線形
写像関数を採用し、第二の非線形写像関数は係数を調整
することによって所定の中間出力から教師信号に近似す
る最終出力を出力するベジェ関数、直交関数、スプライ
ン関数およびニューラルネットワークのいずれかを採用
していることを特徴とするものである。
A second fuzzy reasoning device according to the present invention is
A fuzzy inference engine is composed of two non-linear mapping functions connected in series. The first non-linear mapping function adopts a non-adjustable non-linear mapping function that outputs an intermediate output indicating the sensory degree, and the second non-linear mapping function. The mapping function is characterized by adopting one of a Bezier function, an orthogonal function, a spline function, and a neural network that outputs a final output that approximates the teacher signal from a predetermined intermediate output by adjusting the coefficient. is there.

【0011】[0011]

【作用】本発明の第一のファジィ推論装置は、ファジィ
推論エンジンの非線形写像間関数としてベジェ関数を採
用している。このベジェ関数は、複数のバーンシュタイ
ン基底とよばれる関数を有している。ベジェ関数の関数
値は、複数のバーンシュタイン基底関数の関数値に重み
係数を乗じたものの和として表現される。この重み係数
を適当に定めることによって所定の入力に対して目標出
力に高い精度で近似する出力を得ることができる。
The first fuzzy reasoning apparatus of the present invention employs the Bezier function as the non-linear mapping function of the fuzzy reasoning engine. This Bezier function has a plurality of functions called Bernstein bases. The function value of the Bezier function is expressed as the sum of the product values of a plurality of Bernstein basis functions multiplied by weighting factors. By appropriately setting this weighting coefficient, it is possible to obtain an output that highly accurately approximates the target output with respect to a predetermined input.

【0012】上記重み係数の調整は、教師データに対し
て通常の最小2乗法によって最適な重み係数を求めるこ
とによって行う。この最小2乗法による最適化は、一般
的な最小2乗法のアルゴリズムによってコンピュータで
容易に求めることができる。従って、このファジィ推論
装置によれば、機械的な処理によって入出力関係を調整
でき、従来のファジィ推論装置で行っていた複雑なメン
バーシップ関数とルールの調整を省略することができ
る。
The adjustment of the weighting factor is performed by obtaining the optimum weighting factor for the teacher data by the usual least squares method. The optimization by the least square method can be easily obtained by a computer by a general algorithm of the least square method. Therefore, according to this fuzzy inference apparatus, the input / output relation can be adjusted by mechanical processing, and the complicated adjustment of the membership function and the rule, which is performed by the conventional fuzzy inference apparatus, can be omitted.

【0013】本発明の第二のファジィ推論装置は、2つ
の非線形写像関数を直列に接続してファジィ推論エンジ
ンを構成し、第一の非線形写像関数は度合いを示す中間
出力を出力する調整不要な非線形写像関数を採用し、第
二の非線形写像関数は係数を調整することによって教師
信号に近似する出力を得るベジェ関数、直交関数等を採
用している。
A second fuzzy inference device of the present invention constitutes a fuzzy inference engine by connecting two non-linear mapping functions in series, and the first non-linear mapping function outputs an intermediate output indicating a degree and does not require adjustment. A non-linear mapping function is adopted, and the second non-linear mapping function employs a Bezier function, an orthogonal function, etc. that obtains an output that approximates the teacher signal by adjusting the coefficient.

【0014】この構成により、第一の非線形写像関数
は、いわゆる感覚フィルターとして、観測した入力を人
間の感覚に合った度合いに変換し、中間出力として第二
非線形写像関数に出力する。
With this configuration, the first non-linear mapping function, as a so-called sensory filter, converts the observed input into a degree that matches the human sense, and outputs it as an intermediate output to the second non-linear mapping function.

【0015】次に第二非線形写像関数は、中間出力を所
定の最終出力に変換して出力する。この第二非線形写像
関数は、重み係数等を調整することによって所望の入出
力関係を得られるベジェ関数、直交関数、あるいは広い
意味で非線形写像関数であるニューラルネットワーク等
を採用している。
Next, the second non-linear mapping function converts the intermediate output into a predetermined final output and outputs it. The second non-linear mapping function employs a Bezier function, an orthogonal function, or a neural network, which is a non-linear mapping function in a broad sense, by which a desired input / output relationship can be obtained by adjusting weighting factors and the like.

【0016】ベジェ関数等の係数の調整は一般に知られ
た最小2乗法アルゴリズムにより、直交関数等の非線形
写像関数は一般に知られた数学的な解法により、また、
ニューラルネットワークの重みの調整は逆伝播学習法等
によって機械的に調整することができる。従って、所定
の中間出力から所望の最終出力を得る入出力の調整を容
易に行うことができる。
The adjustment of the coefficient such as Bezier function is performed by a generally known least square method algorithm, the nonlinear mapping function such as the orthogonal function is performed by a generally known mathematical solution method, and
The adjustment of the weight of the neural network can be mechanically adjusted by the back propagation learning method or the like. Therefore, the input / output can be easily adjusted to obtain the desired final output from the predetermined intermediate output.

【0017】これにより、この第二のファジィ推論装置
によれば、複雑なメンバーシップ関数やルールの調整を
行うことなく、所定の観測値に対して人間的な感覚のフ
ィルターをかけ、その感覚フィルターをかけた値に対し
て経験にのっとった判断(最終出力)を出力できるので
ある。
As a result, according to the second fuzzy reasoning apparatus, a human sense filter is applied to a predetermined observation value without adjusting complicated membership functions and rules, and the sense filter is applied. It is possible to output a judgment (final output) based on experience for the value multiplied by.

【0018】[0018]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。本発明による第一のファジィ推論装置は、
ファジィ推論エンジンの非線形写像関数にベジエ(Bezi
er) 関数を採用したものである。ここで、非線形写像関
数とは、入力と出力が線形関係(f(x+y)=f(x)+f(y)) に
ない関数をいう。ファジィ推論装置は、入力と出力の間
に線形関係がなく、広い意味で一種の非線形写像関数と
いうことができる。この意味で、従来のファジィ推論装
置のメンバーシップ関数も非線形写像関数である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A first fuzzy reasoning device according to the present invention is
Bezier for nonlinear mapping functions of fuzzy inference engine
er) function is adopted. Here, the non-linear mapping function is a function whose input and output do not have a linear relationship (f (x + y) = f (x) + f (y)). The fuzzy inference device has no linear relationship between the input and the output, and can be called a kind of non-linear mapping function in a broad sense. In this sense, the membership function of the conventional fuzzy reasoning device is also a non-linear mapping function.

【0019】そこで、本発明の第一のファジィ推論装置
のベジェ関数をメンバーシップ関数と比較して図1に示
し、対比させながら以下に説明する。
Therefore, the Bezier function of the first fuzzy reasoning apparatus of the present invention is shown in FIG. 1 in comparison with the membership function, and will be described below in comparison.

【0020】図1(a)に示すように、ベジェ関数と
は、ベーンシュタイン基底と呼ばれる関数の和で表され
る関数全体をいう。図1(a)のベジェ関数は一次元x
の4次元のバーンシュタイン基底関数の和からなる関数
である。
As shown in FIG. 1A, the Bezier function is the entire function represented by the sum of the functions called the Beinstein basis. The Bezier function of FIG. 1A is one-dimensional x
Is a function consisting of the sum of four-dimensional Bernstein basis functions of.

【0021】図1(a)のベジェ関数をB(x)とし、
これを数式で表わすと、下記の式(1)のようになる。 ここで、 Base i (x)はバーシュタイン基底の第i基
底を表わしており、下式(2)のように表わせる。 これに対して図1(b)の従来のファジィ推論エンジン
のメンバーシップ関数は次のように関数値を出力する。
このメンバーシップ関数uは状態量xの入力に対してN
B:小さい、NS:やや小さい、ZO:ちょうど良い、
PS:やや大きい、PB:大きいの各集合に属する度合
い(mj )を計算し、それぞに対応する出力値(wj )
を乗じて、その和を出力する。すなわちメンバーシップ
関数uは、下記の式(3)のように表わすことができ
る。 ここで、ベジェ関数B(x)とメンバーシップ関数uを
比較すると式(1)と式(3)より、ベジェ関数B
(x)のバーンシュタイン基底Base i(x)はメン
バーシップ関数uのNB,NS,ZO,PS,PBに類
似し、ベジェ関数B(x)の重み係数bi はメンバーシ
ップ関数uの出力値wj に類似していることがわかる。
Let B (x) be the Bezier function of FIG.
If this is expressed by a mathematical expression, the following expression (1) is obtained. Here, Base i (x) represents the i-th base of the Berstein base, and can be expressed as the following expression (2). On the other hand, the membership function of the conventional fuzzy inference engine of FIG. 1 (b) outputs the function value as follows.
This membership function u is N for the input of the state quantity x.
B: Small, NS: Small, ZO: Just right,
The degree (mj) belonging to each set of PS: slightly large and PB: large is calculated, and the output value (wj) corresponding to each is calculated.
Multiply by and output the sum. That is, the membership function u can be expressed by the following equation (3). Here, when the Bezier function B (x) and the membership function u are compared, the Bezier function B is obtained from the equations (1) and (3).
The Bernstein basis Base i (x) of (x) is similar to NB, NS, ZO, PS, PB of the membership function u, and the weighting coefficient b i of the Bezier function B (x) is the output value of the membership function u. It can be seen that it is similar to w j .

【0022】従来のファジィ推論エンジンでは、メンバ
ーシップ関数の出力uに対してルールを当てはめ、この
出力u(中間出力)に対応する最終出力を出力する。
In the conventional fuzzy inference engine, a rule is applied to the output u of the membership function and the final output corresponding to this output u (intermediate output) is output.

【0023】ところがベジェ関数では、重み係数bi
調整することによって直接教師信号の最終出力に近似す
る出力を得ることができる。
However, with the Bezier function, an output that approximates the final output of the teacher signal can be obtained directly by adjusting the weighting factors b i .

【0024】この重み係数bi の調整は、最小2乗法と
呼ばれる方法によって行うことができる。すなわち教師
信号となる点列(y1 ,x1 ),(y2 ,x2 ),…
…,(yp ,xp )に対して、 の2乗和を最小化するbi を求めればよい。
The weight coefficient b i can be adjusted by a method called the least square method. That is, a point sequence (y 1 , x 1 ), (y 2 , x 2 ), which is a teacher signal, ...
…, (Y p , x p ), It suffices to find bi that minimizes the sum of squares of.

【0025】[0025]

【数1】 と定義すれば、最小化問題は、下式のように表せる。 y−A・b この式の解は通常の最小2乗法のアルゴリズムにより下
式を計算すればよい。 b=[AT A]-1T y 上記説明から明らかなように、ベジェ関数を使用した本
発明のファジィ推論エンジンによれば、観測値をバーン
シュタイン基底関数によって感覚的な度合いに表現で
き、さらに重み係数を調整することによって所望の出力
を得ることができる。
[Equation 1] Then, the minimization problem can be expressed as y−A · b For the solution of this equation, the following equation may be calculated by an ordinary algorithm of least squares method. b = [A T A] -1 A T y As is clear from the above description, according to the fuzzy inference engine of the present invention using the Bezier function, the observed value can be expressed by the Bernstein basis function in a sensory degree. The desired output can be obtained by further adjusting the weighting coefficient.

【0026】この係数の調整は通常の最小2乗法アルゴ
リズムによって機械的に求めることができるので、ファ
ジィコントローラの調整がきわめて容易である。また最
適な重み係数を数値的に求めればよいので、従来のファ
ジィコントローラの調整のように根拠があやふやなルー
ルについて意味を考えて調整するような不確実な作業を
用しない。
Since the adjustment of the coefficient can be mechanically obtained by the usual least squares algorithm, the adjustment of the fuzzy controller is extremely easy. Moreover, since the optimum weighting factor can be obtained numerically, uncertain work such as the conventional fuzzy controller adjustment that considers the meaning of a rule with a weak basis is not used.

【0027】ただしベジェ関数のバーンシュタイン基底
関数は固定である、メンバーシップ関数・(NB,N
S,ZO,PS,PB)のように任意の形状、場所で定
義することができない。このため、ケースによっては十
分オペレータの感覚にあった出力を得ることができな
い。
However, the Bernstein basis function of the Bezier function is fixed, the membership function (NB, N
S, ZO, PS, PB) cannot be defined by any shape and place. For this reason, in some cases, it is not possible to obtain an output that is sufficient for the operator.

【0028】そこで、本発明の第二のファジィ推論装置
では2つの非線形写像関数を直列的に接続し、第一の非
線形写像関数は単に入力を感覚的な度合いで表現するも
のとし、第二の非線形写像関数はベジェ関数のような係
数の調整によって所定の入力から所望の最終出力を出力
するものとした。
Therefore, in the second fuzzy reasoning apparatus of the present invention, two nonlinear mapping functions are connected in series, and the first nonlinear mapping function simply represents the input with a sensory degree. The non-linear mapping function outputs a desired final output from a predetermined input by adjusting a coefficient such as a Bezier function.

【0029】図2はメンバーシップ関数を第一非線形写
像関数、ベジェ関数を第二非線形写像関数とした本発明
による第二のファジィ推論装置の構成例を示している。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the second fuzzy reasoning apparatus according to the present invention, in which the membership function is the first non-linear mapping function and the Bezier function is the second non-linear mapping function.

【0030】図二においてファジィ推論エンジン1はメ
ンバーシップ関数からなる第一非線形写像関数2と、ベ
シェ関数からなる第二非線形写像関数3とを有してい
る。この第一非線形写像関数2と第二非線形写像関数3
は、図に示すように直列的に接続されている。
In FIG. 2, the fuzzy inference engine 1 has a first non-linear mapping function 2 which is a membership function and a second non-linear mapping function 3 which is a Bechet function. The first non-linear mapping function 2 and the second non-linear mapping function 3
Are connected in series as shown in the figure.

【0031】第一非線形写像関数2は複数の入力に対し
てこれらをそれぞれたとえば小さい、やや小さい、ちょ
うど良い、やや大きい、というような感覚的な度合いに
表現し、中間出力として第二非線形写像関数に出力す
る。
The first non-linear mapping function 2 expresses these with respect to a plurality of inputs in a sensory degree such as small, slightly small, just right or slightly large, and the second nonlinear mapping function as an intermediate output. Output to.

【0032】第二非線形写像関数3は、係数を調整する
ことにより複数の入力から所望の最終出力を出力するよ
うにする。
The second non-linear mapping function 3 adjusts the coefficients to output a desired final output from a plurality of inputs.

【0033】このような構成にすることにより、本実施
例のファジィ推論エンジン1の第一非線形写像関数2
は、いわゆば感覚フィルターのような役割を果たし、観
測値に対して人間的なあいまいな感覚的判断を下すこと
ができる。この第一非線形写像関数2は単に入力に対す
る感覚的な度合いを示すものであるので、係数等を調整
する必要がないものとすることができる。
With this configuration, the first nonlinear mapping function 2 of the fuzzy inference engine 1 of this embodiment is used.
Acts like a so-called sensory filter, and can make ambiguous human-like sensory judgments on observed values. Since the first non-linear mapping function 2 merely indicates the sensory degree of the input, it is possible to eliminate the need to adjust the coefficient and the like.

【0034】第二非線形写像関数3は、複数の中間的判
断(中間出力)に対して経験にのっとった適切な最終的
判断(最終出力)を出力する。この第二非線形写像関数
3は、入出力の調整が容易なものを採用する。
The second non-linear mapping function 3 outputs an appropriate empirical final decision (final output) for a plurality of intermediate decisions (intermediate outputs). This second non-linear mapping function 3 employs a function whose input / output can be easily adjusted.

【0035】次に図3を用いて入力と中間出力と最終出
力を具体的に説明する。図3において、メンバーシップ
関数は入力の種類に応じてn個(2(1) ,2(2) ,…
…,2(n) )用意されている。
Next, the input, intermediate output, and final output will be specifically described with reference to FIG. In FIG. 3, there are n membership functions (2 (1), 2 (2), ...) Depending on the type of input.
…, 2 (n)) are prepared.

【0036】メンバーシップ関数2(1) ,2(2) ,…
…,2(n) はそれぞれ入力X1 ,X2,……,Xn を入
力し、中間出力u1 ,u2 ,……,un をベジェ関数3
に出力する。k番目の中間出力uk は下式のように表わ
される。
Membership functions 2 (1), 2 (2), ...
, 2 (n) inputs inputs X 1 , X 2 , ..., X n , respectively, and intermediate outputs u1, u2 ,.
Output to. The kth intermediate output uk is expressed by the following equation.

【0037】[0037]

【数2】 ここで、hi は入力xに対するメンバーシップ関数2
(k) のそれぞれの関数値、Vi (k) は重み係数を示して
いる。Σhi で割っているのは中間出力を所定の値域に
スケーリングするためである。
[Equation 2] Where h i is the membership function 2 for input x
Each function value of (k), V i (k), represents a weighting coefficient. The division by Σh i is for scaling the intermediate output to a predetermined range.

【0038】これらの複数の入力u1 ,u2 ,……,u
n に対してベジェ関数3は判断結果たる最終出力yを出
力する。
These plural inputs u1, u2, ..., U
With respect to n, the Bezier function 3 outputs the final output y which is the determination result.

【0039】この場合、ベジェ関数3の重み係数bは予
め教師信号によって入出力関係を近似するように調整し
ておく。ちなみに入力が3次元(x,y,z)の場合の
ベジェ関数は下式の形になる。
In this case, the weighting coefficient b of the Bezier function 3 is adjusted in advance so that the input / output relationship is approximated by the teacher signal. By the way, the Bezier function when the input is three-dimensional (x, y, z) has the form of the following formula.

【0040】[0040]

【数3】 次に、このベジェ関数による教師信号への近似が高い精
度で行われることを具体的な関数を用いて示す。
[Equation 3] Next, it will be shown by using a concrete function that the approximation to the teacher signal by this Bezier function is performed with high accuracy.

【0041】図4は4次(バーンシュタイン基底が4
個)のベジェ関数を用いて4次元関数
FIG. 4 shows the fourth order (Bernstein base is 4
Number) Bezier function

【0042】[0042]

【数4】 を近似した結果を示している。[Equation 4] The result of approximating is shown.

【0043】この関数は4次元の超平面であるので、全
体を示すことができない。このためZをパラメータとて
Z=1.0を図4の(a)、Z=0.5を同図(b)、
Z=0.0を同図(c)に示した。図4において等高線
を引いてある曲面が近似された関数、等高線のない曲面
が元の関数を示している。両曲面の上下方向の間隔は近
似による差を示している。
Since this function is a four-dimensional hyperplane, it cannot show the whole. Therefore, using Z as a parameter, Z = 1.0 is shown in FIG. 4A, Z = 0.5 is shown in FIG.
Z = 0.0 is shown in FIG. In FIG. 4, a curved surface with contour lines shows an approximated function, and a curved surface without contour lines shows the original function. The vertical distance between both curved surfaces indicates a difference due to approximation.

【0044】図4からわかるように、ベジェ関数は極め
て精度良い教師信号を近似し、滑らかに内挿(2点間の
任意の点に適当な値を挿入する)する能力を有してい
る。
As can be seen from FIG. 4, the Bezier function has the ability to approximate a teacher signal with extremely high accuracy and smoothly interpolate (insert an appropriate value at an arbitrary point between two points).

【0045】以上、第一非線形写像関数にメンバーシッ
プ関数、第二非線形写像関数にベジェ関数を採用した場
合のファジィ推論装置について説明したが、非線形写像
関数は上記実施例の場合に限らない。
The fuzzy inference apparatus in the case of adopting the membership function for the first nonlinear mapping function and the Bezier function for the second nonlinear mapping function has been described above, but the nonlinear mapping function is not limited to the case of the above embodiment.

【0046】すなわち、第一非線形写像関数は観測値に
対して感覚的な度合いを示す関数値を出力できれば足
り、メンバーシップ関数、ベジェ関数、直交関数(三角
関数、ルジャンドル関数、ベッセル関数等)、スプライ
ン関数、広い意味で非線形写像関数に含まれるニューラ
ルネットワークのいずれか一つにすることができる。ま
た第二非線形写像関数は多数の入力に対して係数(ニュ
ーラルネットワークでは中間層の各出力に乗じられる重
み)を調整することによって教師信号の出力に近似した
値を出力できる関数であれば足り、ベジェ関数、直交関
数、スプライン関数、ニュートラルネットワークのいず
れでも良い。
That is, the first non-linear mapping function is sufficient if it can output a function value indicating a sensory degree with respect to the observed value, membership function, Bezier function, orthogonal function (trigonometric function, Legendre function, Bessel function, etc.), It can be one of a spline function and, in a broad sense, a neural network included in a non-linear mapping function. The second non-linear mapping function need only be a function that can output a value that approximates the output of the teacher signal by adjusting the coefficients (the weights by which each output of the hidden layer is multiplied in the neural network) for a large number of inputs, Any of Bezier function, orthogonal function, spline function, and neutral network may be used.

【0047】これら関数等の近似の方法などは一般的に
知られた数学的方法により、ニューラルネットワークは
一般的に知られている学習方法によって行うことができ
るので説明を省略する。
A method of approximating these functions and the like can be performed by a generally known mathematical method, and a neural network can be performed by a generally known learning method, and therefore description thereof will be omitted.

【0048】ところで、通常のファジィ推論装置による
ファジィ制御では、ファジィ推論装置の柔軟な入出力の
能力にたよって、いわゆる線形制御の部分(加算、積
分、微分、計数等の処理による入出力)もファジィ推論
装置によって制御していた。
By the way, in the fuzzy control by the usual fuzzy inference apparatus, the so-called linear control part (input / output by processing such as addition, integration, differentiation, and counting) is also possible due to the flexible input / output capability of the fuzzy inference apparatus. It was controlled by a fuzzy reasoning device.

【0049】しかし、このような線形関係の入出力もフ
ァジィ制御によって制御すると、ファジィ推論装置にお
ける処理量が増大し、処理に時間がかかったり、ファジ
ィ推論装置の構成を複雑なものにしなければならない問
題があった。
However, if the input / output of such a linear relationship is also controlled by fuzzy control, the amount of processing in the fuzzy inference apparatus increases, the processing takes time, and the configuration of the fuzzy inference apparatus must be complicated. There was a problem.

【0050】そこで、本発明では上記ファジィ推論エン
ジンの前に線形制御装置を配置してファジィ推論装置を
構成した。
Therefore, in the present invention, the fuzzy inference apparatus is constructed by arranging the linear controller in front of the fuzzy inference engine.

【0051】図5は、線形制御装置を備えたファジィ推
論によってロボット等制御対象物を制御する場合の構成
を示している。図5において、ファジィ推論装置4は線
形制御装置5とファジィ推論エンジン6を有し、たとえ
ばロボットのような制御対象物7に対してフィードバッ
ク制御を行う。
FIG. 5 shows a configuration for controlling a controlled object such as a robot by fuzzy inference equipped with a linear controller. In FIG. 5, a fuzzy inference device 4 has a linear control device 5 and a fuzzy inference engine 6, and performs feedback control on a controlled object 7 such as a robot.

【0052】線形制御装置5は加算器、積分器、微分
器、計数器のようなものであり、ロボット等の制御対象
物7の位置や動作の量や動作の速度等に応じた中間制御
命令を出力する。ファジィ推論エンジン6は上記本発明
によるファジィ推論エンジンのいずれかであり、線形制
御装置5の出力を入力し、その入力に対応する所望の値
(制御命令)を出力する。
The linear controller 5 is like an adder, an integrator, a differentiator, a counter, and an intermediate control command according to the position of the controlled object 7 such as a robot, the amount of motion, the speed of motion, etc. Is output. The fuzzy inference engine 6 is any one of the fuzzy inference engines according to the present invention, receives the output of the linear controller 5 and outputs a desired value (control command) corresponding to the input.

【0053】上記構成のファジィ推論装置4によれば、
制御のための計算の大部分が線形制御装置5で処理さ
れ、ファジィ推論エンジン6で処理すべき入出力関係が
単純化される。この結果、単純な構成のファジィ推論エ
ンジンによって迅速に制御を行うことができる。
According to the fuzzy inference apparatus 4 having the above configuration,
Most of the calculation for control is processed by the linear controller 5, and the input / output relationship to be processed by the fuzzy inference engine 6 is simplified. As a result, the control can be performed quickly by the fuzzy inference engine having a simple structure.

【0054】なお、線形制御装置5は、加算器、積分
器、微分器等の複数の構成装置を有し、これらがそれぞ
れ制御対象物7から情報を入力し、線形制御を行って結
果をファジィ推論エンジン6に出力するようにしてもよ
い。
The linear controller 5 has a plurality of constituent devices such as an adder, an integrator, and a differentiator, each of which inputs information from the controlled object 7, performs linear control, and fuzzy results. You may make it output to the inference engine 6.

【0055】[0055]

【発明の効果】上記説明から明らかなように、ファジィ
推論エンジンの非線形写像関数にベジェ関数を採用した
本発明のファジィ推論装置では、ベジェ関数のバーンシ
ュタイン基底関数によって観測値に対する感覚的な度合
いを表現でき、さらにバーンシュタイン基底関数値にか
かる重み係数を調整することにより、感覚的な度合いを
示す入力に対して所望の最終出力を出力することができ
る。
As is apparent from the above description, in the fuzzy reasoning apparatus of the present invention in which the Bezier function is adopted as the non-linear mapping function of the fuzzy reasoning engine, the Bernie basis function of the Bezier function is used to determine the sensory degree of the observed value. It can be expressed, and further, by adjusting the weighting coefficient applied to the value of the Bernstein basis function, it is possible to output a desired final output with respect to an input indicating a sensory degree.

【0056】このベジェ関数の重み係数の調整は所定の
アルゴリズムによって機械的に処理できるので、従来困
難であったメンバーシップ関数やルールの調整を回避で
き、簡単な調整によって所望の入出力関係を得られるフ
ァジィ推論装置を得ることができる。
Since the adjustment of the weighting coefficient of the Bezier function can be mechanically processed by a predetermined algorithm, it is possible to avoid the conventionally difficult adjustment of the membership function and the rule, and to obtain a desired input / output relationship by simple adjustment. A fuzzy reasoning device can be obtained.

【0057】また、観測値を感覚的な度合いに変換する
固定的な第一非線形写像関数と、簡単な係数等の調整に
よって所望の入出力関係を得る第二非線形写像関数を直
列的に接続した本発明のファジィ推論装置によれば、第
一非線形写像関数によって幅広く種々の観測値に対して
適当な感覚的度合いたる中間出力を出力でき、さらに第
二非線形写像関数によって簡単な係数等の調整作業によ
って教師信号に近似する最終出力を出力することができ
る。
Further, a fixed first non-linear mapping function for converting an observed value into a sensory degree and a second non-linear mapping function for obtaining a desired input / output relationship by adjusting a simple coefficient are connected in series. According to the fuzzy inference apparatus of the present invention, the first non-linear mapping function can output an intermediate output having an appropriate sensory degree for a wide variety of observed values, and the second non-linear mapping function can be used to adjust simple coefficients and the like. It is possible to output a final output that is close to the teacher signal.

【0058】線形制御装置をファジィ推論エンジンの前
処理装置とした本発明のファジィ推論装置によれば、制
御における計算の大部分を線形制御装置で行うことがで
きるので、ファジィ推論エンジンの入出力関係が単純化
され、単純な構造によって迅速な制御を行うファジィ制
御装置を得ることができる。
According to the fuzzy inference apparatus of the present invention in which the linear controller is used as a preprocessor for the fuzzy inference engine, most of the control calculations can be performed by the linear controller, so the input / output relations of the fuzzy inference engine. Is simplified, and a fuzzy controller that performs quick control can be obtained with a simple structure.

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

【図1】本発明による第一のファジィ推論装置の非線形
写像関数たるベジェ関数を従来のメンバーシップ関数と
比較してファジィ制御との関係を説明した図。
FIG. 1 is a diagram illustrating a relationship between fuzzy control by comparing a Bezier function, which is a non-linear mapping function of a first fuzzy reasoning apparatus according to the present invention, with a conventional membership function.

【図2】観測値に対して感覚的な度合いを示す中間出力
を出力する第一非線形写像関数と簡単な係数等の調整に
よって所望の入出力関係を得られる第二非線形写像関数
を直列的に接続した本発明による第二のファジィ推論装
置の構成を示した図。
FIG. 2 shows a series of a first non-linear mapping function that outputs an intermediate output indicating a degree of sensation to an observed value and a second non-linear mapping function that can obtain a desired input / output relationship by adjusting simple coefficients and the like. The figure which showed the structure of the 2nd fuzzy inference apparatus by this invention connected.

【図3】上記本発明による第二のファジィ推論装置の入
出力を数式で説明した図。
FIG. 3 is a diagram for explaining input / output of a second fuzzy reasoning device according to the present invention by mathematical expressions.

【図4】上記本発明による第二のファジィ推論装置によ
る教師信号の近似結果を示した図。
FIG. 4 is a diagram showing an approximation result of a teacher signal by the second fuzzy reasoning apparatus according to the present invention.

【図5】線形制御装置と本発明のファジィ推論エンジン
とを直列的に接続した本発明による第三のファジィ推論
装置の構成を示した図。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a third fuzzy reasoning device according to the present invention in which a linear control device and a fuzzy reasoning engine according to the present invention are connected in series.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ファジィ推論エンジン 2 第一非線形写像関数 3 第二非線形写像関数 4 ファジィ推論装置 5 線形制御装置 6 ファジィ推論エンジン 7 制御対象物 1 Fuzzy Inference Engine 2 First Nonlinear Mapping Function 3 Second Nonlinear Mapping Function 4 Fuzzy Inference Device 5 Linear Controller 6 Fuzzy Inference Engine 7 Controlled Object

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ファジィ推論エンジンの非線形写像関数と
してベジェ(Bezier)関数を採用し、このベジェ
関数の複数のバーンシュタイン基底関数の関数値によっ
て観測値の感覚的な度合いを表現し、これに調整可能な
重み係数を乗じることによって教師信号に近似する最終
出力を得るように構成したことを特徴とするファジィ推
論装置。
1. A Bezier function is adopted as a non-linear mapping function of a fuzzy inference engine, and the sensory degree of an observed value is expressed by the function values of a plurality of Bernstein basis functions of this Bezier function, and adjustment is made to this. A fuzzy reasoning device characterized by being configured to obtain a final output that approximates a teacher signal by multiplying by a possible weighting factor.
【請求項2】直列に接続された2つの非線形写像関数に
よってファジィ推論エンジンを構成し、第一の非線形写
像関数は感覚的な度合いを示す中間出力を出力する調整
不要な非線形写像関数を採用し、第二の非線形写像関数
は係数を調整することによって所定の中間出力から教師
信号に近似する最終出力を出力するベジェ関数、直交関
数、スプライン関数およびニューラルネットワークのい
ずれかを採用していることを特徴とするファジィ推論装
置。
2. A fuzzy inference engine is constituted by two non-linear mapping functions connected in series, and the first non-linear mapping function employs a non-adjustable non-linear mapping function that outputs an intermediate output indicating a sensory degree. , The second non-linear mapping function employs any one of a Bezier function, an orthogonal function, a spline function, and a neural network that outputs a final output that approximates a teacher signal from a predetermined intermediate output by adjusting the coefficient. Features fuzzy reasoning device.
【請求項3】線形制御装置を備え、この線形制御装置
は、観測値を入力し、入力に対応する伝達関数の関数値
をファジィ推論エンジンに出力するように構成されてい
ることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフ
ァジィ推論装置。
3. A linear controller is provided, which is configured to input an observed value and output a function value of a transfer function corresponding to the input to a fuzzy inference engine. The fuzzy inference apparatus according to claim 1 or 2.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11175132A (en) * 1997-12-15 1999-07-02 Omron Corp Robot, robot system, learning method for robot, learning method for robot system, and recording medium
CN109779971A (en) * 2019-01-21 2019-05-21 上海交通大学 High load capacity Compressor airfoil diameter vector product based on curvature control folds moulding optimization method

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