Структура и алгоритм фаззи-управления

Фаззи-логика является основой некоторых интеллектуальных систем управления. К интеллектуальным относятся системы, которые в той или иной форме имитируют систему мышления человека с целью решения технических, экономических, информационных задач. В системах с фаззи-логикой моделируется процедура принятия решения человеком. Схема данного процесса такова: оценка условий ситуации – их восприятие – принятие решения на основе базы знаний – исполнение.

Пример:

ЕСЛИ температура воздуха положительно низкая И влажность высокая ТО ток электронагревателя дать средний;

ЕСЛИ давление в котле выше нормального ИЛИ температура очень высокая ТО топливный вентиль закрыть.

В краткой форме это можно записать так:

ЕСЛИ х₁ есть А₁ И х₂ есть А₂ ТО у есть В₁;

ЕСЛИ х₁ есть А₃ И х₂ есть А₄ ТО у есть В₂

Приведенные выше записи в развернутой или свернутой формах представляют собой правило, определяющее взаимосвязь входных и выходных переменных функций в фаззи-логике. Основной формой правил для многих входных переменных остается их усреднение, то есть конъюнкция.

ЕСЛИ , где x₁, x₂, …, x_N; A₁, A₂, …, A_n – термы входных переменных (первый индекс – номер переменной, второй – номер терма); η – вычисленные конкретные значения физической выходной переменной y; B_j – терм с номером j выходной переменной.

Набор правил соответствующих данному выражения является алгоритмом Fuzzy-управления.

С Блок ram труктура Фаззи-регуляторов.

База знаний

Блок Inf

Блок DFf

Блок Ff

Ai

µ_i(x)

Bj

µ_j(x)

y

x₁

x₂

…

x_n

Логическое заключение

Дефаззификация

Объект управления

Фаззи-регулятор (ФР) состоит из четырех блоков, выполняющих последовательно в три этапа процедуру формирования алгоритма управления как функции управляющих воздействий y от входных переменных х₁, х₂, …, х_n.

Блок Ff преобразует входные физические переменные х₁, х₂, …, х_n в термы A_j лингвистических переменных и выделяет для каждого момента времени значения ФП µ(х) для активизированных правил.

Блок логического заключения Inf в соответствии с правилами, заложенными предварительно экспертом в блок базы знаний RAM, определяет термы B_j выходной лингвистической переменной и присваивает им согласно принципам фаззи-логики значения функции принадлежности µ_j(х).

Блок дефаззификации DFf преобразует термы B_j в управляющий сигнал y=η.

Основу алгоритма управления составляет свод правил, который находится в блоке базы знаний. Правила составляются экспертом на основании его понимания задачи управления. За основу алгоритма управления можно принять следующую логическую форму:

1. Чем больше , то есть модуль отклонения ∆х координаты х от желаемого уровня равновесия х_жел, тем больше должно быть противодействующее этому отклонению управляющее воздействие;

2. Чем больше тенденция к увеличению , тем больше должно быть противодействующее этой тенденции управляющее воздействие;

3. При большом и большой тенденции к уменьшению требуется нулевое или небольшое воздействие, уменьшающее .

Р

ФР

x

∆x

ассмотренный алгоритм соответствует принципу действия нечеткого ПИ-регулятора.

d∆x/dt

На основе разработанного алгоритма составляется свод правил. Дополнительно к своду правил в состав алгоритма вводят функции принадлежности, определяющие количественную взаимосвязь физических переменных с лингвистическими, то есть с термами.

Лекция 5 (26.10.2013)

Д

Исходные данные по объекту управления. Задача управления.

ля простоты математического описания, функции принадлежности представляются обычно в треугольной или трапецеидальной форме. Число функций принадлежности приходящихся на каждую физическую переменную выбирают из соображений качества управления. С увеличением числа функций принадлежности качество управления повышается. Однако, при этом усложняется алгоритм и повышаются требования к его быстродействию. Процедура построения алгоритма фаззи-регулятора может быть представлена в виде структурной схемы.

Выделение термов для переменных ФР.

Составление или изменение правил

Составление или изменение ФП

Моделирование объекта управления с ФР

Установка алгоритма на ФР

Желанный процесс?

нет

да