Управление с использованием нечеткой логики

Алгоритмы управления с использованием нечеткой логики реализуются в системах управления объектом программным способом. В программируемых контроллерах предусматриваются модули с инструкциями для пользователей, а в промышленных компьютерах – программные средства с набором стандартных ситуаций.

Нечеткая логика используется для замены традиционных алгоритмов управления и совместно с ними.

В простейшем случае вместо традиционного регулятора применяется фази-регулятор (рис. 56) .

Рис. 56. Структура фази-регулятора.

При построении нечеткого регулятора исходят из предположения, что эксперты в состоянии сформировать базу правил в форме

ЕСЛИ <предпосылка> ТО <вывод>

и базу данных с функциями принадлежности для предпосылок и выводов , т.е. определить все необходимые лингвистические правила с лингвистическими переменными и термами.

Терм – основная структурная единица выражения. Этот термин применяется к символическому имени (самоопределенный терм), ссылке на значение счетчика адреса. Символьный терм может содержать от одного до трех символов.

Для решения задачи принятия решения необходима еще определенная инференц-стратегия, т.е. определенный механизм нечетких логических выводов. С помощью этого механизма можно выполнить:

- оценку предпосылок, т.е. установление значения истинности ЕСЛИ части каждого правила, представляющей собой совокупность связанных между собой нечеткими операторами И, ИЛИ нечетких логических высказываний. Определение значения истинности (степени выполнения) предпосылки называется агрегированием;

- оценку степени истинности ТО части каждого правила на основе оценки предпосылки, т.е. степени активирования каждого правила;

- обобщение частичных решений каждого активированного правила базы правил и формирование результирующего нечеткого логического вывода в форме функции принадлежности выходной лингвистической переменной, соответствующей текущему входному сигналу.

Проектирование нечеткого регулятора представляет собой циклически протекающий процесс, который лишь после многих итераций позволяет достигнуть требуемого качества управления. Обобщенная процедура проектирования представлена в виде алгоритма, показанного на рис. 57.

Однако, поскольку собственное ядро фази-регулятора (фазификация, механизм нечетких логических выводов, дефазификация) не обладает внутренней динамикой, то принципиально невозможно в простейшем случае обеспечить требуемое динамическое поведение регулятора. Если ставится задача обеспечения любого динамического или нединамического поведения регулятора (например, подобного классическому ПИД-регулятору), то эта задача решается введением в контур управления блока подготовки контролируемых параметров на основе данных измерения сигналов датчиков. Этот блок обеспечивает расчет требуемых параметров на основе измеренной ошибки регулирования (производные, интегралы и т.п.) и является, в отличие от классических регуляторов, не составной частью регулятора, а самостоятельным модулем.

Если некоторые процессы объекта управления плохо поддаются формализации и математическому описанию, то в существующей системе управления используют фази-регулятор параллельно традиционному регулятору.

При использовании методов каскадного управления с классическим регулятором во внутреннем контуре фази-регулятор может быть применен во внешнем контуре.

Методы нечеткой логики успешно используются в адаптивных системах для настройки и коррекции параметров регуляторов в процессе их работы

Возможны варианты выполнения таких систем. В частности, осуществляется настройка параметров традиционных регуляторов с использованием модулей адаптивной системы, реализованных алгоритмами нечеткой логики. В другом случае перестраиваемый регулятор и модули адаптивной системы реализуются алгоритмами нечеткой логики, чем создаются самоорганизующиеся фази-контроллеры, которые посредством модификации параметров регулятора оптимальным образом настраиваются на управляемый процесс.

Основой для адаптации фази-контроллера является наблюдение за ошибкой регулирования и (или) выходной величиной объекта управления, из которой формируется значение показателя качества (например, минимума интегральной квадратичной оценки). Стратегия настройки параметров сосредоточена в модуле алгоритма адаптации. Он имеет «интеллект» адаптивного регулятора в форме различных команд установки параметров в зависимости от значения текущего показателя качества. При этом реализация алгоритма адаптации как фази-алгоритма выполняется на основе правил типа ЕСЛИ…, то…

Алгоритм адаптации можно применять также к различным компонентам нечеткого регулятора. В простейшем случае достаточно изменения масштаба области значений входных величин для достижения переключения между настройками. Более сложные алгоритмы могут вовлекать в процесс адаптации функции принадлежности или даже базу правил, модифицируя в зависимости от состояния объекта управления форму нечетких множеств, отдельные правила или переключаясь между разными множествами правил.

Список литературы.

1. Астапов В.Н., Бакан Г.М., Сальников Н.Н. Оценивание с помощью эллипсоидов параметров линейной регрессии при линейных ограничениях на вектор входных переменных //Автоматика. – 1993. - №1. – С.28 – 34.
2. Астапов В.Н., Бакан Г.М., Коцюба А.Т., Одинцова Е.А. Математическое моделирование технологического процесса смешивания бензиновых фракций //Автоматика. – 1992. - №5. – С. 31 – 37.
3. Астапов В.Н. Методологические и схемотехнические решения в системах контроля и управления на нефтеперерабатывающем заводе – Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2006. 286 с.
4. Савин М.М., Елсуков В.С., Пятина О.Н. Теория атоматического управления: Учеб. пособие / Под ред. д.т.н., проф. В.И. Лачина – Ростов-на-Дону; Феникс, 2007 – 469 с.
5. Лукас.В.А. Основы фази-управления: Учеб. пособие. – Екатеринбург, 2000. – 60 с.
6. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта/ Под ред. Д.А. Поспелова – М.: Наука, 1986 – 312с.
7. Мелихов А.Н., Бернштейн Л.С., Коровин С.Я. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой – М.: Наука, 1990 – 272с.