JPS6362001A - ファジー推論によるディジタル制御方法 - Google Patents
ファジー推論によるディジタル制御方法Info
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- JPS6362001A JPS6362001A JP61207275A JP20727586A JPS6362001A JP S6362001 A JPS6362001 A JP S6362001A JP 61207275 A JP61207275 A JP 61207275A JP 20727586 A JP20727586 A JP 20727586A JP S6362001 A JPS6362001 A JP S6362001A
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- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 9
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- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
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- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
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- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N7/00—Computing arrangements based on specific mathematical models
- G06N7/02—Computing arrangements based on specific mathematical models using fuzzy logic
- G06N7/04—Physical realisation
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ファジー推論によるディジタル制御方式に関
する。
する。
ディジタル計算機の発展とともに、DDC(direc
t digital control)により制御の自
動化を行なうのが一般となったが、人間のオペレータが
行なう操作までをも自動化することはできなかった。
t digital control)により制御の自
動化を行なうのが一般となったが、人間のオペレータが
行なう操作までをも自動化することはできなかった。
しかし、近年になって、オペレータの思考規則をファジ
ー命題(rxは大きい」といった正しいか否かがあいま
いな命U)と含意規則(「もし〜ならば〜せよ」といっ
た形の規則)を用いるファジー制御を試みるようになっ
た。
ー命題(rxは大きい」といった正しいか否かがあいま
いな命U)と含意規則(「もし〜ならば〜せよ」といっ
た形の規則)を用いるファジー制御を試みるようになっ
た。
このファジー制御に関しては「計測と制御J vol。
22、NαlPP84〜86に詳細に記述されている。
この従来技術では、表現できる推論規則は、「もし計測
値が〜であれば、出力を〜とせよ」という形をもつ、状
態認識型推論規則に限られる。
値が〜であれば、出力を〜とせよ」という形をもつ、状
態認識型推論規則に限られる。
しかし、オペレータが行なう推論は。
(i)計測値から、制御対象のあるモデルに従がい、計
測できない変数で制御対象の属性を表すものの値を推定
し1次に、 (ii)その属性値を用いて、制御対象への出力値を求
める。
測できない変数で制御対象の属性を表すものの値を推定
し1次に、 (ii)その属性値を用いて、制御対象への出力値を求
める。
という2段階の形をとることが多い、こうした場合、各
推論規則は (iii)もし、計測値が〜であれば、状態へ変数値は
〜である。
推論規則は (iii)もし、計測値が〜であれば、状態へ変数値は
〜である。
(′y)もし、状態変数値が〜であれば、出力を〜とせ
よ。
よ。
となる。これらは、そのままで従来技術の表現方法にな
っていないため、(i) (ii)の形の推論規則を
入出力関係を調べ、状態変数を省略した形である(2)
の形に統合しなければならない。
っていないため、(i) (ii)の形の推論規則を
入出力関係を調べ、状態変数を省略した形である(2)
の形に統合しなければならない。
しかし、この様に統合すると、
(1)本来、推論を連鎖させて(上記(i)(ii)で
は2段階)得られる結論を、1段階の推論で表現するた
め、仮定(もし〜ならば)と結果(出力を〜とせよ)の
論理的な結びつき(仮定から結論が得られる理由・裏付
け)が不明確になり、推論規則のチューニングや正しさ
の検証が困難となる。
は2段階)得られる結論を、1段階の推論で表現するた
め、仮定(もし〜ならば)と結果(出力を〜とせよ)の
論理的な結びつき(仮定から結論が得られる理由・裏付
け)が不明確になり、推論規則のチューニングや正しさ
の検証が困難となる。
(2)推論規則の個数が増える
といった問題があった。
本発明の目的は、上記(i) (ii)の形の推論を
そのまま表現し、上記問題点を解消することにある。
そのまま表現し、上記問題点を解消することにある。
このように目的を達成するために、本発明は、制御対象
の状態量を入力とし、もしくは前記状態量とこの状態量
から計算される量とを入力とし。
の状態量を入力とし、もしくは前記状態量とこの状態量
から計算される量とを入力とし。
この入力量をファジー変量として含意規則をこれに適用
するファジー推論に従って出力量を計算し、この出力量
を制御対象へ加えるディジタル制御方式において、一群
の含意規則から得られる出力量を他群の含意規則の入力
変量として、さらにファジー推論を行なうようにしたも
のである。
するファジー推論に従って出力量を計算し、この出力量
を制御対象へ加えるディジタル制御方式において、一群
の含意規則から得られる出力量を他群の含意規則の入力
変量として、さらにファジー推論を行なうようにしたも
のである。
[作用〕
入力変数値、メンバシップ関数および各推論規則を参照
しながら出力変数値を求める推論演算装置は、まず、入
力変数値、メンバシップ関数および第1群の推論規則を
参照して、出力変数値を求める(第1群の出力と呼ぶ)
、推論演算装置は、次に、第1群の出力変数を第2群の
推論規則への入力変数と考え、もともとの入力変数値、
メンバシップ関数、および第2群の推論規則を参照して
出力変数値を求める(第2群の出力と呼ぶ)、最後に、
第1群と第2群の出力を合わせて、出力する。
しながら出力変数値を求める推論演算装置は、まず、入
力変数値、メンバシップ関数および第1群の推論規則を
参照して、出力変数値を求める(第1群の出力と呼ぶ)
、推論演算装置は、次に、第1群の出力変数を第2群の
推論規則への入力変数と考え、もともとの入力変数値、
メンバシップ関数、および第2群の推論規則を参照して
出力変数値を求める(第2群の出力と呼ぶ)、最後に、
第1群と第2群の出力を合わせて、出力する。
前記(1)の動作をする推論規則を第1群とし。
前記(it)の動作をする推論規則を第2群とすること
により、オペレータの推論をそのまま表現し。
により、オペレータの推論をそのまま表現し。
かつ推論演算装置は二九を実施することができる。
以下、本発明によるファジー推論によるディジタル制御
方式の一実施例を第1図により説明する。
方式の一実施例を第1図により説明する。
第1図は、本発明を実現するディジタル制御装=の一実
施例のブロック線図である。1は制御対象を計測して得
られる計測値、その過去の値、およびそれらから計算さ
れる値を記憶しておく装置である。3は第1群の推論規
則を記憶し、7は第2群の推論規則を記憶しておく装置
である。4は全変数のメンバシップ間数を記憶しておく
装置である。
施例のブロック線図である。1は制御対象を計測して得
られる計測値、その過去の値、およびそれらから計算さ
れる値を記憶しておく装置である。3は第1群の推論規
則を記憶し、7は第2群の推論規則を記憶しておく装置
である。4は全変数のメンバシップ間数を記憶しておく
装置である。
計測値は、別途定められたサンプリング周期で制御対象
よりとり込まれ、記憶装置1に記憶される。演算装置2
はあらかじめ定められた演算周期で演算を行なう。
よりとり込まれ、記憶装置1に記憶される。演算装置2
はあらかじめ定められた演算周期で演算を行なう。
この時まず、記憶装置1より必要な計測値(およびそれ
らからの計算値)を取出し、記憶装置4のメンバシップ
関数を参照して記憶装置3中の推論規則に含まれるファ
ジー命題の正しさの度合を求め、記憶装置3中の推論規
則を実施し、第1群の出力を計算する。第1群の出力は
記憶装置Sに一旦記憶される。
らからの計算値)を取出し、記憶装置4のメンバシップ
関数を参照して記憶装置3中の推論規則に含まれるファ
ジー命題の正しさの度合を求め、記憶装置3中の推論規
則を実施し、第1群の出力を計算する。第1群の出力は
記憶装置Sに一旦記憶される。
6の推論演算装置は、演算装置2による第1群の推論演
算が終了した後、実行を開始する。記憶装置5に記憶さ
れた第″L群の出力と記憶装置1に記憶された値を入力
値とし、記憶装置4のメンバシップ関数を参照し、記憶
装置7に記憶された推論規則を実施する。出力値は出力
装置8に渡される。出力装置8は、第1群および第2群
の出力値を用いて、制御対象への出力を作成する。
算が終了した後、実行を開始する。記憶装置5に記憶さ
れた第″L群の出力と記憶装置1に記憶された値を入力
値とし、記憶装置4のメンバシップ関数を参照し、記憶
装置7に記憶された推論規則を実施する。出力値は出力
装置8に渡される。出力装置8は、第1群および第2群
の出力値を用いて、制御対象への出力を作成する。
なお、制御対象のモデルが、一群の推論規則で表現しき
れない時は、これを複数群に分けることもできる。
れない時は、これを複数群に分けることもできる。
第2図は、本発明を適用したプラント制御システムの一
例である。
例である。
制御対象として、原料11より抽出物質を抽出液14を
用いて抽出する抽出塔20を考える。原料11は抽出塔
20の下部より押入され、上部より注入される抽出液1
4により、抽出物質が抽出され残留物15となって上部
より排出される。原料11を抽出塔20の下部より上部
へ押上げるために、ハネ21を塔中央に置き、これをモ
ータ22で回転させる。抽出液14は、抽出塔20を上
部より下部に降下する間に抽出物質が溶解し、溶液13
となって下部より取出される。
用いて抽出する抽出塔20を考える。原料11は抽出塔
20の下部より押入され、上部より注入される抽出液1
4により、抽出物質が抽出され残留物15となって上部
より排出される。原料11を抽出塔20の下部より上部
へ押上げるために、ハネ21を塔中央に置き、これをモ
ータ22で回転させる。抽出液14は、抽出塔20を上
部より下部に降下する間に抽出物質が溶解し、溶液13
となって下部より取出される。
制御目的は、原料の流入量を一定に定めた上で、抽出塔
内につまりが、あまり生じないように塔を運転すること
である。
内につまりが、あまり生じないように塔を運転すること
である。
この目的を達するための運転規則を次に記す。
まず、変数とその値の属しうるファジィ集合名(ファジ
ィ量、ファジィラベル、言語値とも呼ばれる)は次の通
りである。
ィ量、ファジィラベル、言語値とも呼ばれる)は次の通
りである。
Xl;モータ12を回転させるのに要する電力。
ファジィ集合としては、小、普通、大の3種を用いる。
x2; 「抽出液の流量」−「溶液の流量」、ファジィ
集合としては、小、普通、大の3種を用いる。
集合としては、小、普通、大の3種を用いる。
X3;原料生育時の平均気温。ファジィ集合としては、
低、普通、高の3種を用いる。
低、普通、高の3種を用いる。
x4;原料生育時の降雨量。ファジィ集合としては、少
、普通、多の3種を用いる。
、普通、多の3種を用いる。
Yl;塔内のつまり具合、ファジィ集合としては、小、
普通、やや大、大の4種を用いる。
普通、やや大、大の4種を用いる。
Y2;原料の柔かさを表す、ファジィ集合としては、柔
、普通、やや硬、硬の4種を用いる。
、普通、やや硬、硬の4種を用いる。
Z ;モータの回転数を表す。ファジィ集合としては、
低、普通、やや高、高の4種を用いる。
低、普通、やや高、高の4種を用いる。
抽出塔を運転するオペレータがノウハウとじて持ってい
る運転規則は大雑把には、 (1)Xiが大きい程、またX2が大きい程、Ylが大
きい。
る運転規則は大雑把には、 (1)Xiが大きい程、またX2が大きい程、Ylが大
きい。
(2)X3が高い程、またX4が多い程、柔かさが増す
。
。
(3)Ylが大きい程、また硬い程9回転数を高めにす
る。
る。
というものである。
この関係を、より詳細にし、図示したものが第3図であ
る。
る。
この関係を、Yl、Y2を介在させず入出力変数の関係
だけに書面し、従来技術によるファジィ推論規則に書面
したものが第4図である。この各縦列が1個の規則を表
す。例えば、左より2番目の列は、 「もし、X1is 普通、X2is 小、X3is
9通、しかもX4is 多であれば、Zis低であ
る。」 という規則を表す。
だけに書面し、従来技術によるファジィ推論規則に書面
したものが第4図である。この各縦列が1個の規則を表
す。例えば、左より2番目の列は、 「もし、X1is 普通、X2is 小、X3is
9通、しかもX4is 多であれば、Zis低であ
る。」 という規則を表す。
同じノウハウを、本発明の方法により推論規則としたも
のが第5図である。第4図と同様に各縦列が推論規則を
表す1例えば1項番2は。
のが第5図である。第4図と同様に各縦列が推論規則を
表す1例えば1項番2は。
もし、xl 1B 普通、しかも、X2is 小であ
れば、Ylis 普通である。
れば、Ylis 普通である。
という規則を表す。
同一のノウハウを表現するのに、従来技術では39の規
則を要するのに対し、本発明によれば、26の規則で記
述することができる。また、従来技術による規則の表現
では、第4図、項番1゜38.39を除き、左辺に変数
が4個現れているのに対し、本発明による規則の表現で
は左辺には変数が2個現れている。このため1本発明に
よる方が表現が理解しやすくなっている。また、本発明
による方が、入力変数Xi、X2.X3.X4と出力変
数Zとの関係が、中間変数Y1.Y2を介在させて理解
しやすくなっている。
則を要するのに対し、本発明によれば、26の規則で記
述することができる。また、従来技術による規則の表現
では、第4図、項番1゜38.39を除き、左辺に変数
が4個現れているのに対し、本発明による規則の表現で
は左辺には変数が2個現れている。このため1本発明に
よる方が表現が理解しやすくなっている。また、本発明
による方が、入力変数Xi、X2.X3.X4と出力変
数Zとの関係が、中間変数Y1.Y2を介在させて理解
しやすくなっている。
以上説明したように本発明によるファジー推論によるデ
ィジタル制御方式によれば、制御対象を制御する出力値
を求めるためのファジー推論規則を、計測値から制御対
象の状態を表す値を求める推論規則と、それからの制御
値を求める推論規則とに分離して表現することができる
ため、推論規則中にモデルが明示的に表わされ、推論規
則の意味が明確になる効果、推論規則が簡単になる効果
、もって推論規則のチューニング・保守が容易になる効
果、および、制御値のより適した値が得ら九る効果があ
る。
ィジタル制御方式によれば、制御対象を制御する出力値
を求めるためのファジー推論規則を、計測値から制御対
象の状態を表す値を求める推論規則と、それからの制御
値を求める推論規則とに分離して表現することができる
ため、推論規則中にモデルが明示的に表わされ、推論規
則の意味が明確になる効果、推論規則が簡単になる効果
、もって推論規則のチューニング・保守が容易になる効
果、および、制御値のより適した値が得ら九る効果があ
る。
第1@は本発明によるファジー推論によるディジタル制
御方式の一実施例を示すブロック図、第2図は本発明を
プラントに適用した実施例を示す図、第3図は第2rX
Iに示すプラントの運転者の運転規則を示した図、第4
図は第3図に示す運転規則を従来技術によってファジィ
推論規則として表現した図、第5図は第3図に示す運転
規則を本発明の適用によってファジィ推論規則として表
現した図である。 2・・・第1群の推論規則を実施する推論演算装置、3
・・・第1群の推論規則を記憶しておく装置、4・・・
全メンバシップ関数を記憶しておく装置、6・・・第2
群の推論規則を実施する推論演算装置、7・・・第2群
の推論規則を記憶しておく装置、11・・・原料の流入
路、13・・・溶液の流出路、14・・・抽出液の流入
路、15・・・抽出後の残留物の排出路、20・・・抽
出塔、21・・・原料を押上げるためのハネ、22・・
・ハネ21を回転させるモータ。
御方式の一実施例を示すブロック図、第2図は本発明を
プラントに適用した実施例を示す図、第3図は第2rX
Iに示すプラントの運転者の運転規則を示した図、第4
図は第3図に示す運転規則を従来技術によってファジィ
推論規則として表現した図、第5図は第3図に示す運転
規則を本発明の適用によってファジィ推論規則として表
現した図である。 2・・・第1群の推論規則を実施する推論演算装置、3
・・・第1群の推論規則を記憶しておく装置、4・・・
全メンバシップ関数を記憶しておく装置、6・・・第2
群の推論規則を実施する推論演算装置、7・・・第2群
の推論規則を記憶しておく装置、11・・・原料の流入
路、13・・・溶液の流出路、14・・・抽出液の流入
路、15・・・抽出後の残留物の排出路、20・・・抽
出塔、21・・・原料を押上げるためのハネ、22・・
・ハネ21を回転させるモータ。
Claims (1)
- 1. 制御対象の状態量を入力とし、もしくは前記状態
量とこの状態量から計算される量とを入力とし、この入
力量をフアジー変量として含意規則をこれに適用するフ
アジー推論に従つて出力量を計算し、この出力量を制御
対象へ加えるデイジタル制御方式において、一群の含意
規則から得られる出力量を他群の含意規則の入力変量と
して、さらにフアジー推論を行なうことを特徴とするフ
アジー推論によるデイジタル制御方式。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61207275A JPH0797284B2 (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | ファジー推論によるディジタル制御方法 |
US07/092,137 US5012430A (en) | 1986-09-03 | 1987-09-02 | Fuzzy inference-based digital control method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61207275A JPH0797284B2 (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | ファジー推論によるディジタル制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6362001A true JPS6362001A (ja) | 1988-03-18 |
JPH0797284B2 JPH0797284B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=16537096
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61207275A Expired - Lifetime JPH0797284B2 (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | ファジー推論によるディジタル制御方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5012430A (ja) |
JP (1) | JPH0797284B2 (ja) |
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