KR100338312B1 - 퍼지제어루프에서의퍼지추론방법 - Google Patents

Abstract

1. 퍼지 제어 루프.

2.1 퍼지 제어 루프에서, 소위 역퍼지화는 조정변수를 계산하는데 비교적 긴 시간이 요구되는 승산기와 제산기를 사용하여 수행된다.

2.2 퍼지 제어 루프에서 조정된 변수를 계산하기 위한 실행시간을 실질적으로 감소하기 위해서, 단지 두 개의 상태 "포지티브"와 "네가티브"가 조정변수를 위해 취해진다. 역퍼지화 동안, 조정변수의 계산은 승산기와 제산기를 사용하는 대신 감산기를 이용하여 수행된다. 결과적으로, 수행시간이 실제로 감소된다; 제어기는 실제로 빨라지게 된다.

Description

퍼지 제어 루프에서의 퍼지 추론 방법{METHOD FOR FUZZY INFERENCE IN A FUZZY CONTROL LOOP}

본 발명은 퍼지 제어 루프에서의 퍼지 추론 방법에 관한 것이다. 귄터 트라우츨(Gunter Trautzl)에 의해 "애매 논리(Unscharfe Logik): 퍼지 논리" 라는 제목의 논문이 1990년 "Der Electroniker" 제 3권 페이지 39-43에 개시되었다.

규칙 베이스 시스템(rule-based-system), 애매 논리(Ambivalent Logic) 및 다중값 논리라는 명칭들도 또한 퍼지 논리라는 명칭 대신에 사용된다.

퍼지 논리는 1965년 초 부정확하고 불완전한 데이타 레코드까지 처리할 수있도록 하기 위해 개발되었다. 측정된 값들은 숫자로 나타내는 대신 언어 변수(linguistic variable)들로 설명된다. 퍼지 집합(fuzzy set)은, 예를 들어 양의 방향으로 큰, 양의 방향으로 평균, 양의 방향으로 작은, 근사적으로 영, 음의 방향으로 작은 등, 언어 변수들을 사용하여 나타낸 것이다. 이러한 퍼지 집합은 그의 멤버십 함수(membership function)에 의해 정의된다.

멤버십 함수는 값의 범위로부터 한 성분이 집합에서 어떠한 등급에 포함되는가를 명시한다. 제어단계는 그들의 퍼지 집합에서 언어 변수들을 연관시킴으로써 처리된다.

작동 신호는 간단한 if-then 규칙을 사용하여 생성된다. 하기에 기술된 전형적인 제어단계가 퍼지 제어에 사용된다.

첫 번째 규칙:

만약 제어기의 입력 변수가 음의 방향으로 작고 동시에 제어기의 입력 변수에서의 변화가 양의 방향으로 작다면, 그 때 조작 변수(manipulated variable)는 양의 방향으로 작다.

두번째 규칙:

만약 제어기의 입력 변수가 음의 방향으로 작고 입력 변수에서의 변화는 양의 방향으로 크다면, 그 때 조작 변수는 음의 방향으로 작다.

세번째 규칙:

만약 제어기의 입력 변수가 근사적으로 영이고 그 입력 변수의 변화가 양의 방향으로 작다면, 그 때 조작 변수는 음의 방향으로 작다.

네번째 규칙:

만약 제어기의 입력 변수가 근사적으로 영이고 그 입력 변수의 변화가 양의 방향으로 크다면, 그 때 조작 변수는 음의 방향으로 크다.

명확한 물리적 변수로 변형되는 퍼지 언어학적 조작 변수는 조합의 결과로서 생성된다. 선행기술에 따라, 이 목적은 퍼지 출력 변수의 무게중심을 결정함으로써 성취되고, 그 계산은 상대적으로 긴 시간을 요하는데, 그 이유는 여러 번의 승산과 한 번의 제산이 행해지기 때문이다. 또한 퍼지 집합으로부터 얻어진 조작 변수 값의 계산은 역퍼지화(defuzzification) 과정에서 나타난다.

본 발명의 목적은 기존의 제어기 특성에 대하여 실질적인 부정적 영향 없이 퍼지 제어 루프를 실질적으로 더 빠르게 처리하는 퍼지 제어 루프를 위한 방법을 상술하는 것이다.

본 발명은 퍼지 제어기의 조작 변수를 위해 두 개의 퍼지 집합 "포지티브(positive)" 및 "네가티브(negative)"만 제공함으로써 상기 목적을 달성한다.

본 발명은 조작 변수를 "포지티브"와 "네가티브" 두 상태로만 나눈다는 생각으로부터 수행되는데, 선행 기술에서와 같이 양의 방향으로 작은, 음의 방향으로 작은 및 음의 방향으로 큰과 같은 임의의 상태로는 더 이상 구분하지 않는다. 본 계산법은 비퍼지화가 더이상 일련의 승산과 제산으로 수행되지 않고 감산만으로 얻어질 수 있다는 장점이 있다. 결과적으로 많은 시간이 절약된다: 제어기는 실제적으로 더 빨라지는데, 그 이유는 감산에 대한 계산이 승산과 제산을 위한 것보다 실제로 용이하기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 퍼지 제어 루프의 장점은 유지된다.

제 1도는 제 1 및 제 2 입력변수 뿐만 아니라 그로부터 계산된 출력변수들에 대한 멤버십 함수를 도시한다. 비퍼지화는 도표에서 해치무늬 영역의 무게중심을 계산함으로써 수행된다.

본 발명에 따른 멤버십 함수가 제 2도에 도시되어 있다. 비퍼지화는 두 개의 퍼지집합 "포지티브"와 "네가티브"의 최대 멤버십 감산으로 수행된다.

본 발명의 모범적인 실시예가 제 3도에 도시되어 있다.

제어기의 제 1 및 제 2 입력변수들이 블럭(ZF)의 그룹에 공급되고 여기에 멤버십 함수가 기록된다. 이들 블럭(ZF)의 출력은 비교기와 멀티플랙서들로 구성된 네트워크(U)의 입력에 연결되고, 여기서 최소 조합이 규칙에 따라 실행된다. 네트워크(U)의 출력들은 네트워크(01) 및 네트워크(02)의 입력에 연결된다. 규칙에 따라 최대 조합은 두 개의 네트워크(01) 및 (02)에서 실행된다. 그러나 본 발명에 따르면, 조작 변수들에 대하여 "포지티브"와 "네가티브" 사이에서만 구별이 이루어진다. 다른 상태들, 예를 들면, 양의 방향으로 작은, 양의 방향으로 큰, 양의 방향으로 평균, 음의 방향으로 작은, 음의 방향으로 큰, 또는 음의 방향으로 평균과 같은 상태들은 제공되지 않는다. 두 네트워크 (01) 및 (02)의 출력은 감산기(S)의 입력에 연결되고, 감산기(S)의 출력에서는 예리한(sharp) 조작 변수(SG)가 분기될 수 있다.

본 발명의 경우, 감산기(S)가 승산기 및 제산기 대신 사용된다. 조작변수를 계산하기 위한 실행시간은 이러한 계산법에 의해 실제로 감소된다. 선행 기술에서감산기 대신 사용되었던 승산기와 제산기는 무게 중심을 계산하는데 실질적으로 더 오랜 시간을 요한다.

본 발명에 의한 퍼지 페어 루프는 비교기, 승산기 및 감산기로 쉽게 구성될 수 있다. 따라서, 기존의 퍼지 프로세서와 비교하면, 본 발명은 매우 간단하며 퍼지 제어 루프의 수행에 비용-효과를 나타낸다.

제 1도는 종래의 퍼지 제어 루프의 멤버십 함수를 도시한 도

제 2도는 본 발명에 따른 제어 루프의 멤버십 함수를 도시한 도

제 3도는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

01 : 조작 변수 포지티브에 대한 최대값

02 : 조작 변수 네가티브에 대한 최대값

Claims (2)

1. 퍼지 제어 루프의 퍼지 추론 방법에 있어서,

   상기 제어 루프는 두 개의 입력 변수 및 하나의 출력 변수를 가지며, 각각의 입력 변수는 다수의 관련 언어 값(linguistic value)으로 표현되는 언어 변수(linguistic variable)이고, 제 1 멤버십 함수가 각 언어 값에 대한 각 입력 변수에 속하며, if-then 규칙 집합이 상기 제어 루프에 대하여 정의되고, 상기 if-then 규칙은 then-분기에서 출력 변수에 "양"의 값 또는 "음"의 값이 할당되는가에 따라서 "양" 또는 "음"의 it-then 규칙으로 나누어지고, 상기 제어 루프내에서 제 2 멤버십 함수가 각각의 "양"의 if-then 규칙에 할당되며 제 3 멤버십 함수가 각각의 "음"의 if-then 규칙에 할당되고, 상기 제 2 및 제 3 멤버십 함수는 각 경우 출력 값 범위의 1/2까지 확장되며, 상기 방법은:

   (a) 할당된 제 1멤버십 함수에 기초하여 입력 변수의 측정값에 대한 관련 언어 값을 결정하는 단계;

   (b) 상기 입력 변수의 관련 언어 값에 상기 if-then 규칙을 적용하는 단계;

   (c) 각각의 if-then 규칙에 대하여 최소 멤버십 값을 결정하는 단계;

   (d) 상기 최소 멤버십 값으로부터, 모든 "음으로" 분류된 if-then 규칙의 최대 멤버십 값 및 "양으로" 분류된 if-then 규칙의 최대 멤버십 값을 결정하는 단계; 및

   (e) 감산기에 의하여, 모든 "양으로" 분류된 if-then 규칙의 최대 멤버십 값으로부터 모든 "음으로" 분류된 if-then 규칙의 최대 멤버십 값을 감산하는 단계를 포함하고, 그 결과 제 2 및 제 3 멤버십 함수에 의하여 출력 변수에 대해 예리한(sharp) 값을 할당하는 것을 특징으로 하는 퍼지 추론 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 입력 변수는 측정 간격내의 제 1 입력 변수의 변화값을 지시하고, if-then 규칙 집합은 하기의 규칙:

   (i) 만약 제 1 입력 변수가 "음의 방향으로 작은" 영역내에 위치하고, 상기 제 1입력 변수의 변화가 "양의 방향으로 큰" 영역에 위치하면, "양"의 영역이 출력 변수에 할당되고,

   (ii) 만약 제 1 입력 변수가 "음의 방향으로 작은" 영역내에 위치하고, 제 2 입력 변수가 "양의 방향으로 큰" 영역내에 위치하면, "음"의 영역이 출력 변수에 할당되고,

   (iii) 만약 제어기의 제 1 입력 변수가 "근사적으로 영"의 영역에 위치하고, 제 2 입력 변수가 "양의 방향으로 작은" 영역에 위치하면, "음"의 값이 출력 변수에 할당되고,

   (iv) 만약 제어기의 제 1 입력 변수가 "근사적으로 영"의 영역에 위치하고, 제 2 입력 변수가 "양의 방향으로 큰" 영역에 위치하면, "음"의 값이 출력 변수에 할당되는 것을 특징으로 하는 퍼지 추론 방법.