Учебники

Нечеткая логика — система управления

Нечеткая логика с большим успехом применяется в различных приложениях управления. Почти все потребительские товары имеют нечеткое управление. Некоторые из примеров включают в себя регулирование температуры в вашей комнате с помощью кондиционера, антиблокировочной системы, используемой в транспортных средствах, управления на светофорах, стиральных машинах, крупных экономических системах и т. Д.

Зачем использовать нечеткую логику в системах управления

Система управления — это совокупность физических компонентов, предназначенных для изменения другой физической системы, чтобы эта система демонстрировала определенные желаемые характеристики. Ниже приведены некоторые причины использования нечеткой логики в системах управления.

  • При применении традиционного контроля необходимо знать модель и целевую функцию, сформулированные в точных терминах. Это делает его очень сложным для применения во многих случаях.

  • Применяя нечеткую логику для управления, мы можем использовать человеческий опыт и опыт для разработки контроллера.

  • Нечеткие правила управления, в основном правила IF-THEN, лучше всего использовать при разработке контроллера.

При применении традиционного контроля необходимо знать модель и целевую функцию, сформулированные в точных терминах. Это делает его очень сложным для применения во многих случаях.

Применяя нечеткую логику для управления, мы можем использовать человеческий опыт и опыт для разработки контроллера.

Нечеткие правила управления, в основном правила IF-THEN, лучше всего использовать при разработке контроллера.

Допущения в дизайне нечеткой логики (FLC)

При разработке нечеткой системы управления следует сделать следующие шесть основных предположений:

  • Завод является наблюдаемым и управляемым — необходимо предположить, что входные, выходные и переменные состояния доступны для целей наблюдения и контроля.

  • Существование тела знаний. Следует предположить, что существует тело знаний, имеющее лингвистические правила и набор данных ввода-вывода, из которых можно извлечь правила.

  • Существование решения. Необходимо предположить, что решение существует.

  • «Достаточно хорошего» решения достаточно — управляющая техника должна искать «достаточно хорошее» решение, а не оптимальное.

  • Диапазон точности — контроллер нечеткой логики должен быть сконструирован в допустимом диапазоне точности.

  • Вопросы стабильности и оптимальности . Вопросы стабильности и оптимальности должны быть открыты при разработке логического контроллера Fuzzy, а не решаться в явном виде.

Завод является наблюдаемым и управляемым — необходимо предположить, что входные, выходные и переменные состояния доступны для целей наблюдения и контроля.

Существование тела знаний. Следует предположить, что существует тело знаний, имеющее лингвистические правила и набор данных ввода-вывода, из которых можно извлечь правила.

Существование решения. Необходимо предположить, что решение существует.

«Достаточно хорошего» решения достаточно — управляющая техника должна искать «достаточно хорошее» решение, а не оптимальное.

Диапазон точности — контроллер нечеткой логики должен быть сконструирован в допустимом диапазоне точности.

Вопросы стабильности и оптимальности . Вопросы стабильности и оптимальности должны быть открыты при разработке логического контроллера Fuzzy, а не решаться в явном виде.

Архитектура нечеткой логики

Следующая диаграмма показывает архитектуру Fuzzy Logic Control (FLC).

Архитектура управления нечеткой логикой

Основные компоненты FLC

Ниже приведены основные компоненты FLC, как показано на рисунке выше.

  • Fuzzifier — роль fuzzifier заключается в преобразовании четких входных значений в нечеткие значения.

  • База нечетких знаний — хранит знания обо всех нечетких отношениях ввода-вывода. Он также имеет функцию принадлежности, которая определяет входные переменные для базы нечетких правил и выходные переменные для контролируемой установки.

  • База нечетких правил — хранит знания о работе процесса домена.

  • Механизм вывода — действует как ядро ​​любого FLC. В основном это моделирует человеческие решения, выполняя приблизительные рассуждения.

  • Defuzzifier — роль дефаззификатора заключается в преобразовании нечетких значений в четкие значения, полученные из механизма нечеткого вывода.

Fuzzifier — роль fuzzifier заключается в преобразовании четких входных значений в нечеткие значения.

База нечетких знаний — хранит знания обо всех нечетких отношениях ввода-вывода. Он также имеет функцию принадлежности, которая определяет входные переменные для базы нечетких правил и выходные переменные для контролируемой установки.

База нечетких правил — хранит знания о работе процесса домена.

Механизм вывода — действует как ядро ​​любого FLC. В основном это моделирует человеческие решения, выполняя приблизительные рассуждения.

Defuzzifier — роль дефаззификатора заключается в преобразовании нечетких значений в четкие значения, полученные из механизма нечеткого вывода.

Шаги в разработке FLC

Ниже приведены этапы проектирования FLC.

  • Идентификация переменных — Здесь необходимо определить входные, выходные и переменные состояния объекта, который находится на рассмотрении.

  • Конфигурация нечеткого подмножества — Вселенная информации делится на количество нечетких подмножеств, и каждому подмножеству присваивается лингвистическая метка. Всегда убедитесь, что эти нечеткие подмножества включают в себя все элементы вселенной.

  • Получение функции членства — Теперь получите функцию членства для каждого нечеткого подмножества, которое мы получаем на предыдущем шаге.

  • Конфигурация базы нечетких правил. Теперь сформулируйте базу нечетких правил, задав взаимосвязь между нечетким входом и выходом.

  • Fuzzification — На этом этапе начинается процесс фаззификации.

  • Объединение нечетких выходов — применяя нечеткие приблизительные рассуждения, найдите нечеткий выход и объедините их.

  • Дефаззификация — наконец, запустите процесс дефаззификации , чтобы получить четкое изображение.

Идентификация переменных — Здесь необходимо определить входные, выходные и переменные состояния объекта, который находится на рассмотрении.

Конфигурация нечеткого подмножества — Вселенная информации делится на количество нечетких подмножеств, и каждому подмножеству присваивается лингвистическая метка. Всегда убедитесь, что эти нечеткие подмножества включают в себя все элементы вселенной.

Получение функции членства — Теперь получите функцию членства для каждого нечеткого подмножества, которое мы получаем на предыдущем шаге.

Конфигурация базы нечетких правил. Теперь сформулируйте базу нечетких правил, задав взаимосвязь между нечетким входом и выходом.

Fuzzification — На этом этапе начинается процесс фаззификации.

Объединение нечетких выходов — применяя нечеткие приблизительные рассуждения, найдите нечеткий выход и объедините их.

Дефаззификация — наконец, запустите процесс дефаззификации , чтобы получить четкое изображение.

Преимущества Fuzzy Logic Control

Давайте теперь обсудим преимущества Fuzzy Logic Control.

  • Дешевле — разработка FLC сравнительно дешевле, чем разработка на основе модели или другого контроллера с точки зрения производительности.

  • Надежность — FLC более надежны, чем ПИД-регуляторы, поскольку они способны охватывать широкий диапазон условий эксплуатации.

  • Настраиваемый — FLC можно настраивать.

  • Подражайте человеческому дедуктивному мышлению — в основном, FLC разработан, чтобы подражать человеческому дедуктивному мышлению, процессу, который люди используют, чтобы сделать вывод из того, что они знают.

  • Надежность — FLC надежнее обычной системы управления.

  • Эффективность — нечеткая логика обеспечивает большую эффективность при применении в системе управления.

Дешевле — разработка FLC сравнительно дешевле, чем разработка на основе модели или другого контроллера с точки зрения производительности.

Надежность — FLC более надежны, чем ПИД-регуляторы, поскольку они способны охватывать широкий диапазон условий эксплуатации.

Настраиваемый — FLC можно настраивать.

Подражайте человеческому дедуктивному мышлению — в основном, FLC разработан, чтобы подражать человеческому дедуктивному мышлению, процессу, который люди используют, чтобы сделать вывод из того, что они знают.

Надежность — FLC надежнее обычной системы управления.

Эффективность — нечеткая логика обеспечивает большую эффективность при применении в системе управления.

Недостатки нечеткой логики

Теперь поговорим о недостатках Fuzzy Logic Control.

Требует много данных — FLC требует много данных для применения.

Полезно в случае умеренных исторических данных — FLC бесполезен для программ, намного меньших или больших, чем исторические данные.

Требуется высокий человеческий опыт — это один недостаток, поскольку точность системы зависит от знаний и опыта людей.

Требуется регулярное обновление правил — Правила должны обновляться со временем.