Глава 2
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
2.1. Лингвистические правила в принятии решений
В этом разделе показывается, что различные по физическому смыслу задачи принятия решений, возникающие в управлении, прогнозировании, диагностике, и других областях кибернетики, сводятся к идентификации нелинейных объектов с одним выходом и многими входами. Особенность рассматриваемых задач заключается в том, что в каждой из них взаимосвязь переменных "вход-выход" задается в виде экспертных высказываний: ЕСЛИ <входы>, ТО <выход>, представляющих собой нечеткие базы знаний.
2.1.1. Автоматическое управление
Типичным представителем задач этого класса является управление контейнерным краном. Эта задача состоит в построении регулятора, который осуществляет погрузку контейнеров на корабль с железнодорожной платформы или обратно (рис. 2.1).
Во время погрузки кран подбирает контейнер с платформы при помощи гибких кабелей, присоединенных к башне. После этого башня крана передвигается по горизонтальной колее. При движении контейнер начинает колебаться в воздухе. Колебания не создают проблем при транспортировке, но затрудняют и задерживают остановку контейнера при его погрузке на платформу. Поскольку время погрузки напрямую влияет на себестоимость , то возникает задача доставки контейнера к цели за минимальное время.
Попытки автоматизировать управление краном предпринимались при помощи ПИД-регуляторов. Однако, применение таких регуляторов, а также различных моделей классической теории управления оказывается неэффективным из-за большой нелинейности задачи, а также трудностей учета различных возмущений, таких как порывы ветра и др [82].
Рис.
2.1. Процесс погрузки контейнерным краном
С другой стороны, с этой, непростой для классической теории управления задачей, легко справляется опытный оператор-крановщик, не составляя и не решая дифференциальных уравнений движения груза. Наблюдая за деятельностью оператора, можно заметить, что он управляет краном на основе следующих рассуждений.
Подняв контейнер, оператор запускает двигатель со средней скоростью, чтобы определить каким будет колебание контейнера. В зависимости от реакции, задается такая скорость двигателя, чтобы контейнер был слегка позади башни крана. В этой позиции обеспечивается наибольшая скорость движения при минимальном колебании груза. Приближаясь к цели, оператор уменьшает мощность двигателя или даже прилагает отрицательную мощность для торможения. Поэтому контейнер уходит чуть-чуть вперед башни крана. После этого башня крана достигает цели и скорость, а вместе с ней и колебания контейнера, быстро уменьшаются до нуля.
Приведенные выше рассуждения нетрудно преобразовать в систему высказываний ЕСЛИ <входы>, ТО <выход>, в которых входные и выходные переменные оцениваются словесными (нечеткими) термами.
Входные переменные:
· расстояние между башней крана и целью (большое, среднее, малое, нулевое, груз за целью),
· угол между контейнером и башней крана (большой положительный, малый положительный, нулевой, малый отрицательный, большой отрицательный).
Выходная переменная:
· мощность двигателя (большая, средняя, нулевая, средняя отрицательная).
С использованием этих переменных и их лингвистических оценок можно записать набор правил, которые выражают алгоритм деятельности опытного оператора-крановщика [82]:
ЕСЛИ расстояние большое И угол нулевой,
ТО мощность двигателя средняя;
ЕСЛИ расстояние большое И угол малый отрицательный,
ТО мощность двигателя большая;
ЕСЛИ расстояние большое И угол большой отрицательный,
ТО мощность двигателя средняя;
ЕСЛИ расстояние среднее И угол малый отрицательный,
ТО мощность двигателя средняя;
ЕСЛИ расстояние нулевое И угол нулевой,
ТО мощность двигателя нулевая.