Загальні принципи побудови інтелектуальних систем керування на основі нечіткої логіки
Застосування нечіткої логіки забезпечує принципово новий підхід до проектування систем управління, “дорів'' у нові інформаційні технології, гарантує можливість вирішення широкого кола проблем, у яких дані, цілі та обмеження даються надто складними чи погано визначеними і через це не піддаються точному математичному опису. .
Можливі різні ситуації, в яких можуть використовуватися нечіткі моделі динамічних систем:
- коли є деяке лінгвістичне опис, що відбиває якісне розуміння (подання) процесу і дозволяє безпосередньо побудувати безліч нечітких логічних правил;
- є відомі рівняння, які (хоча б грубо) описують поведінку керованого процесу, але параметри цих рівнянь неможливо знайти точно ідентифіковані;
- відомі рівняння, що описують процес, є надто складними, але вони можуть бути інтерпретовані нечітким чином для побудови лінгвістичної моделі;
- За допомогою вхідних/вихідних даних оцінюються нечіткі логічні правила поведінки системи.
Під нечітким управлінням (Fuzzy Control) у разі розуміється стратегія управління, заснована на емпірично придбаних знаннях щодо функціонування об'єкта (процесу ), представлених у лінгвістичної формі як деякої сукупності правил.
Малюнок 3.1 - Структурна схема системи нечіткого управління
На малюнку 3.1 ДФ - динамічний фільтр, що виділяє, крім сигналів помилок управління x1=r1-y1 і x3=r2-y2, похідні від цих сигналів x2=x1 і x4=x3;
РНЛ-регулятор на основі нечіткої логіки (“нечіткийрегулятор”)що включає базу знань (конкретніше – базу правил) і механізм логічного висновку;
r=(r1,r2) Т ,x=(x1,x2,x3,x4) Т , u=(u1,u2) Т і y=(y1,y2) Т - відповідно вектори задають впливів (уставок) ,входів і виходів РНЛ, і навіть виходів об'єкта управління ;
Т-операція транспонування вектор.
Як входи та виходи РНЛ виступають:
x1=Pe-відхилення тиску в паровому котлі (y1) по відношенню до його необхідного значення (r1);
x2=Cpe-швидкість зміни Pe;
x3=Se-відхилення швидкості зміни тиску (y2) по відношенню до його заданого значення (r2);
x4=Cse – швидкість зміни Se;
u1=Hc-зміна ступеня підігріву пари;
u2 = Tc - зміна положення дроселя.
Мамдані запропонував розглядати ці величини як лінгвістичні змінні, кожна з яких може приймати одне з наступних значень із множини
Тут 1-а літера в позначенні вказує знак числової змінної і відповідає англійському слову Negative (“негативне”) або Positive (“позитивне”), 2-а літера говорить про абсолютне значення змінної: Big, Middle, Small або O (“близьке до нулю”). Наприклад, символ Ns означає ”негативне мале”.
Блок – схема нечіткого регулятора у випадку приймає вигляд, зображений малюнок 3.2.
Як очевидно з цієї схеми, формування управляючих впливів U1, U2 , … ,Um включає у собі такі етапи:
a) Отримання відхилень керованих координат та швидкостей їх зміни - X1, X2, …, Xn;
b) "Фаззифікація" цих даних, тобто. перетворення одержаних значень до нечіткого вигляду, у формі лінгвістичних змінних;
c) визначення нечітких (якісних) значень вихідних змінних U1, U2, …, Um (у вигляді їх функційналежності їх відповідним нечітким підмножин) на основі заздалегідь сформульованих правил логічного висновку, записаних в базі правил;
d) "дефаззифікація", тобто. обчислення реальних числових значень виходів U1, U2, …, Um, що використовуються для керування об'єктом.
Малюнок 3.2 - Блок – схема нечіткого регулятора
Крім представленого малюнку 3.1. варіанти «чистого» використання нечіткого управління, існують інші варіанти побудови ІСУ з нечіткими регуляторами. Так, у класичній теорії регулювання широкого поширення набуло використання ПІД – регулятора, вихідний сигнал якого обчислюється за формулою:
; (3.1)
де параметри KП, KІ та KД характеризують питому вагу відповідно пропорційної, інтегральної та диференціальної складової та повинні вибиратися виходячи із заданих показників якості регулювання (час регулювання, перерегулювання, загасання перехідних процесів). Можливе використання нечіткого регулятора для автоматичного налаштування (адаптації) зазначених параметрів ПІД – регулятора показано на рисунку 3.3.
Малюнок 3.3 - Структура ІСУ з нечітким регулятором