5. Нечеткие контроллеры

5.1. Алгоритм функционирования

Алгоритм функционирования нечеткого контроллера (нечеткого регулятора) определим, исходя из следущей системы уравнений:

,

где  «» - композиция нечетких отношений;

« - нечеткая импликация;

- база правил (совокупность нечетких продукционных правил);

- локальный вывод из правил;

– общий вывод из базы правил ;

- процедура преобразования физической (числовой) величины в нечеткую переменную (fazzification – англ.), fazz - операция фазификации;

dfz - процедура дефазификации, т.е. z=dfz – преобразование нечеткого множества в физическую переменную z.

Приведенный выше алгоритм функционирования нечеткого контроллера в виде системы уравнений показывает, что в нечетком контроллере реализованы три последовательных этапа обработки информации.

Этап 1. На вход нечеткого контроллера поступает физическая переменная x и выполняется преобразование этой входной переменной x в нечеткое множество . Результатом обработки информации на первом этапе является получение нечетких множеств .

- Этап 2. Выполняется логическая обработка нечетких множеств :  ; . В результате обработки информации на втором этапе будут получены локальные правила вывода и общее правило вывода в виде нечеткого множества .

 Этап 3. Выполняется преобразование нечеткой переменной в физическую переменную z=dfz   , которая является управляющим воздействием для объекта управления.

Этапы обработки информации в нечетком контроллере показывают, что алгоритм функционирования нечеткого контроллера рассматривается как модель регулятора в терминх «вход-выход» в новом пространстве, переход в которое из пространство реальных параметров осуществляется с применением оператора fazz. На рис. 5.1 показано сопоставление преобразования Лапласа и преобразования Фурье, принятых в классической теории автоматического управления, с преобразованиямием переменных операторами fazz и dfz, использеумыми в теории нечеткого управления [11].

Рис. 5.1

Оператор dfz осуществляет обратное преобразование результатов, полученных в новом пространстве после применения оператора fazz, в исходное пространство действительных парамеров.

Оператор fazz определяется видом задания функций принадлежности: треугольные, колоколообразные, трапецеидальные и др. Логическая обработка нечетких множеств определяется способами задания нечеткой импликации и композиции. Применение оператора dfz также возможно разными методами.

Архитектура нечеткого контроллера приведена на рис. 5.2.

Рис. 5.2

Нечеткий контроллер реализуется в микропроцессорном варианте.

На рис. 5.3 приведена типовая структурная схема нечеткого контроллера.

Генератор задает опорную частоту, таймер работает в режиме делителя частоты и вырабатывает сигналы для управления синхронной работой устройств.

Контроллер шины является согласующим устройством между выходами процессора и входами других устройств для передачи сигналов «запись» и «чтение». Буфер обмена является двунаправленным усилителем.

Настройка нечеткого контроллера осуществляется при применении специализированного программного обеспечения персональной ЭВМ. В постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) записывается программа из ЭВМ через плату связи персональной ЭВМ и нечеткого контроллера. В оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) хранятся временные данные.

Рис. 5.3

Настройка специализированного программного обеспечения заключается в выборе вида фукций принадлежности нечтких переменных и задании их значений, определении типов логических операций и здания способа дефазификации.

Схема нечеткого контроллера, приведенная на рис. 5.3, является типовой. При конкретной реализации нечеткого контроллера его принципиальная схема и конструкция будут зависеть от выбора элементной базы.

Возможен вариант применения микроЭВМ, в которой вся структура нечеткого контроллера будет совмещена в одной микросхеме.

Нечеткие контроллеры выпускаются многими странами. Нечеткие контроллеры имеют вид платы универсального контроллера, универсального контроллера персональной ЭВМ либо вид самостоятельного блока.

Выпускается программное обеспечение с интерфейсом пользователя, которое позволяет программировать контроллер в виде структурных блоков, как это принято при моделировании в теории автоматического управления.