Приклади використання систем нечіткого виведення в завданнях управління

Одним з основних напрямів практичного використання систем нечіткого виведення є вирішення завдань управління різними об'єктами або процесами. В цьому випадку побудова нечіткої моделі ґрунтується на формальному представленні характеристик досліджуваної системи в термінах лінгвістичних змінних. Оскільки окрім алгоритму управління, основними поняттями систем управління є вхідні і вихідні змінні, то саме вони розглядаються як лінгвістичні змінні при формуванні бази правил в системах нечіткого виведення.

У загальному випадку мета управління полягає в тому, щоб на основі аналізу поточного стану об'єкту управління визначити значення керуючих змінних, реалізація яких дозволяє забезпечити бажану поведінку або стан об'єкту управління. В даний час для вирішення відповідних завдань використовується загальна теорія управління, в рамках якої розроблені різні алгоритми знаходження оптимальних законів управління об'єктами різної фізичної природи.

Розглянемо лише основні визначення, необхідні для розуміння особливостей і місця систем нечіткого виведення при вирішенні завдань управління.

Базова архітектура або модель класичної теорії управління ґрунтується на представленні об'єкту і процесу управління у формі деяких систем (рис. 8.13). При цьому об'єкт управління характеризується деякою скінченною множиною вхідних параметрів і скінченною множиною вихідних параметрів. На вхід системи управління поступають деякі вхідні змінні, які формуються за допомогою скінченної множини датчиків. На виході системи управління з використанням деякого алгоритму управління формується множина значень вихідних змінних, які ще називають керуючими змінними або змінними процесу управління. Значення цих вихідних змінних поступають на вхід об'єкту управління і, комбінуючись із значеннями вхідних параметрів об'єкту управління, змінюють його поведінку в бажаному напрямі.

Розглянута архітектура називається процесом управління із зворотним зв'язком, а використовувані для управління технічними об'єктами системи управління – контролерами.

Типовим прикладом розглянутої моделі управління є так званий інтегрально-диференціюючий контролер або PID-контролер (proportional-integral-derivative controller). Алгоритм його управління заснований на порівнянні вихідних параметрів об'єкту управління з деякими заданими параметрами і визначенні величини розбіжності між ними або помилки. Після цього розраховуються величини вихідних змінних у формі адитивної суми величини цієї помилки, значення інтеграла і похідної за часом протягом деякого проміжку часу.

Рис. 8.13. Архітектура компонентів процесу управління із зворотним зв'язком

Один з недоліків PID-контролерів полягає в припущенні про лінійний характер залежності вхідних і вихідних змінних процесу управління, що істотно знижує адекватність цієї моделі при вирішенні окремих практичних завдань. Інший недолік моделі пов'язаний з складністю виконання відповідних розрахунків, що може привести до неприпустимих затримок в реалізації керуючих дій при оперативному управлінні об'єктами з високою динамікою зміни вихідних параметрів.

Архітектура або модель нечіткого управління заснована на заміні класичної системи управління системою нечіткого управління, в якості якої використовуються системи нечіткого виведення. В цьому випадку модель нечіткого управління (рис. 8.14) будується з урахуванням необхідності реалізації всіх етапів нечіткого виведення, а сам процес виведення реалізується на основі одного з розглянутих вище алгоритмів нечіткого виведення.

Рис. 8.14. Архітектура компонентів процесу нечіткого управління

Далі розглядаються особливості побудови деяких моделей систем нечіткого управління з метою вирішення практичних завдань по управлінню конкретними об'єктами.