JPS60204002A - ファジィ調節装置の模擬ファジィ推定演算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、プロセス計測値とプロセス状況を運転員が感
覚的に判定した結果であるプロセス状況値とを用いてフ
ァジィ推定演算を行ない、演算結果をプロセス制御出力
として出力するようにしたファジィ調節装置における模
擬ファジィ推定演算方式に関するものである。

ファジィ推定演算とかファジィ調節とかの用語に見られ
るファジィという概念は、昭和４０年頃登場した比較的
新しい概念であるので、以下、本発明の理解に必要な範
囲で簡単に説明する。

ファジィ　（ｆ　ｕ　ｚ　ｚ　ｙ）というのは、「あい
まいな」という意味の英語である。あいまい集合論、あ
いまい論理、あいまい代数など、所謂“あいまい数学”
が近年登場したわけであるが、このあいまい論理を適用
してなされる制御があいまい制御であり、従来のプロセ
ス制御に比べても遜色のないものと云われている。

このあいまい制御の狙いは、数理的モデルが作れないよ
うな複雑なプロセスでも、人間（オペレータ）ならばプ
ロセスの挙動についての漢とした知識や制御経験などに
よってうまく実現できるであろう制御を計算機で再現し
ようとする所にある。

そこで、このあいまい制御の手法としては、プロセス計
測値のほかに、運転員（オペレータ）がプロセス状況を
主観的、感覚的に判定した結果（つまり、大きいとか、
小さいとか、中位とが、或いは高いとか、低いとか、の
判定結果、これらをあいまい変数と云う）を用い、所定
のあいまい規則に従って推論（推定演算）を行ない、そ
の結果を制御出力として用いる。ここで、あいまい変数
については、同一のプロセス状況について「大きい」な
ら「大きい」と判定する人の数の割合を表わすメンバー
シップ関数が予め定められており、このメンバーシップ
関数を用いてあいまい変数の数値化（この数値イビされ
たものをここではプロセス状況値と云うことにする）が
なされる。

本発明は、あいまい制御そのものを目的とするものでは
ないので、これ以上の説明は省略する（なお、更に詳細
が知りたければ、「計測と制御」ＶＯＬ、１８，１１２
．Ｐ２Ｓ５〜１６０（７）論文「あいまい集合と論理へ
の応用Ｊ、同じく「計測と制御Ｊ　ＶＯＬ、２２．Ｎａ
１．Ｐ８４〜８６１７）論文「あいまいＩＩＪ御Ｊ等を
参照されたい）。

なお、以下、本明細書では、「あいまい」という用語は
現状では未だ誤解を招く恐れがあり、適当ではないと考
えたので、すべて「ファジィ」という用語に統一して説
明することにした。

〔従来技術とその問題点〕

第１図はファジィ調節装置の従来例を示すブロック図で
ある。同図において、（１−１）はプロセスデータ（計
測値およびプロセス状況値を含む）の入力装置、（１−
２）は表示指令装置、（１−３）はファジィ推定演算装
置、（１−４）は制御出力装置、（１−５）は表示装置
、である。

ファジィ推定演算装置（１−３）はディジタル計算機で
構成され、表示指令装置（１−２）はキーボードで構成
され、推定演算に用いる推定規則のリストや各推定規則
の使用状況が表示装置（１−５）に表示されるようにな
っている。

この従来例に示すファジィ調節装置は、推定規則、ファ
ジィ変数の定義などに用いる推定パラメータは、演算装
置（１−３）のプログラム内で固定されており、外部か
らこれらのパラメータを変更する機能はもたないもので
あった。

第２図は従来のファジィ調節装置の他の例を示すブロッ
ク図である。同図において、（２−１）は規則変更指令
装置、（２−２）はプロセスデータ人力装置、（２−３
）は表示指令装置、（２−４）は規則記憶装置、（２〜
５）は規則変更装置、（２−６）はファジィ推定演算装
置、（２−７）は制御出力装置、（２−８）は表示装置
、である。

本装置は記憶装置（２−４）の中に記憶された約７０通
りの推定規則の内から指令装置（２−１）による指令に
応じて最大４９通りまでの規則を変更装置（２−５）に
おいて選択して演算装置（２−６）に供給することが可
能で、かつ、状況に応じて運転中であっても規則の変更
を行なうことが可能である。表示装置（２−８）は使用
状況を表示するので、それにより効率の高い規則を選択
して用いることができる。

以上説明した如き従来のファジィ調節装置は、実制御中
の推定演算に並行して、推定規則やメンバーシップ関数
で表現されたファジィ変数の変更あるいは入力変数（プ
ロセスデータ入力）の選択などを自由に行なえないか、
行なえても限定されたものであり、しかも、その変更や
選択による制御上の効果の事前検証ができないという欠
点があった。

制御上の効果を事前検証することなく、実プロセスにお
いて直接、当該制御を実施した場合、不測の混乱や損害
を招くこともあり得るので、プロセス制御における事前
検証の重要性は容易に理解されるであろう。

〔発明の目的〕

本発明は、上述の如き従来技術の欠点を改善するために
なされたものであり、従って本発明の目的は、動作中の
ファジィ調節装置において、そのファジィ推定演算に使
用する推定規則の追加、修正、削除、およびファジィ変
数の追加、修正、削除、およびプロセスデータ入力変数
の追加、修正。

削除を可能とし、しかもそのことによる制御上の効果を
模擬ファジィ推定演算によって事前に確認することので
きるようにした模擬ファジィ推定演算方式を提供するこ
とにある。

〔発明の要点〕

この発明は、ファジィ制御が熟練者の長年の経験に依存
しないと制御がうまく行なわれないようなプロセスにお
いて特に有効であり、そのファジィ推定演算が入力値（
計測値およびプロセス状況値）を用いて推定規則とファ
ジィ変数に基づいて行なわれ、それらの構成や定義を熟
練者の経験やプロセスの状況認識に従って変更すること
が、より精密な制御の実現に不可欠であることに着目し
、入力変数、推定規則、ファジィ変数の変更を可能にす
ると共に、その変更による制御上の゛効果の事前検証を
制御動作と並行して可能とし、プロセスの状況変化に応
じた制御動作の改良を、制御動作の混乱や損害を招くこ
となしに可能にした点を要点としている。

〔発明の実施例〕

次に図を参照して本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図において、ｌは計測値入力装置、２はプロセス状況値
入力装置、３は推定パラメータ変更指令装置、４は推定
パラメータ入力装置、５は模擬入力値入力装置、６は演
算表示指令装置、７は入力値記憶装置、８は推定パラメ
ータ記憶装置、９は推定パラメータ変更装置、１０は変
更推定パラメータ記憶装置、１１は模擬入力値記憶装置
、１２はファジィ推定演算装置、１３は模擬ファジィ推
定演算装置、１４は制御状況表示装置、１５は制御出力
装置、１６は模擬ファジィ推定表示装置、１７は制御状
況表示指令装置、である。

本発明による模擬ファジィ推定演算方式は、計測値入力
装置ｌとプロセスの状況を“大きい、小さい”などの大
まかな量でオペレータが判断して入力するプロセス状況
値の入力装置２からの入力値を用いて、推定パラメータ
記憶装置８に記憶さた使用入力変数、規定規則およびメ
ンバーシップ関数で表わされたファジィ変数を定義する
推定パラメータに基づいてファジィ推定演算を行なうフ
ァジィ推定演算装置１２と、その結果を出力する制御出
力装置１５と、プロセスの入力値およびファジィ推定演
算時に用いる有効な推定規則を制御状況表示指令装置１
７０指令により、表示する制御状況表示装置１４とから
なる従来のファジィ調節装置（破線で囲んだ部分Ｍ）に
推定パラメータの変更、模擬ファジィ推定演算ならびに
その結果の表示機能を付加したものであると云える。

まず、ファジィ推定演算の方法の例を述べる。

ファジィ推定演算は推定規則に基づいて行ない、その推
定規則は次の形式を取る。

ＩＦ　Ｐ　ＴＨＥＮ　Ｑ　＜もしＰならばＱである）　
・・・・・・（１） Ｐは条件に対する複数の命題からなり、１つの命題は次
の形式をとる。

Ｘ、〜　ｆ、　・・・・・・（２） ここで、ｘ、は入力データの変数名であり、入力値と１
対ｌに対応する。ｆ、はファジィ変数（大きい、小さい
、中位などの主観的に判定した量）で、ｘｌの値が取る
空間で定義されたメンバーシップ関数で表わされる。従
って、メンバーシップ関数を正規分布により表現される
関数とすれば、ファジィ変数は入力変数に＋の集合（最
大値、最小値を用いて定義）および正規分布の中央値と
標準偏差を与えれば定まる（最大値を１．最小値を０と
し、その間を正規化する）。

メンバーシップ関数は一般的に次式で表わされＸｌ　：
正規化された入力値（最大の とき１．最小のとき０） μｍ　：中央値 σ、：標準偏差 前記（２）式における記号〜はＸ、とｆｌの関数を示す
記号で、１等しい”、″より大きい”、″より小さい”
などを選択的に示すことになる。

第４図に、ファジィ変数ｆ、を中位（ＭＭ）とし、その
集合を１０（最小値０）から２０　（最大値ｌ）の値、
中央値μ、を０．５とした場合のメンバーシップ関数ｈ
ｆ（ｘｔ）の例を示す。

多入力の場合は前記（２）式を複数個用い、それぞれの
命題のＡＮＤ条件を取る。Ｑは出力に対する命題を示し
、次の形式をとる。

）’Ｉ　＝Ｃ＋　・・・・・・（４） この式は、操作量ｙ、をＣ８せよということを示し、Ｃ
Ｉは制御出力値を表すファジィ変数によるメンバーシッ
プ関数で表わされる。この場合もメンバーシップ関数を
正規分布くただし、−１から１で正規化）とすれば、フ
ァジィ変数Ｃ１はｃｌの集合（最大値、最小値を用いて
定義）正規分布の中央値と標準偏差を与えれば定まる。

複数の制御出力があるときは関係式（４）を複数記述す
ることにより行う。

又、複数の推定規則があるときは、それぞれを前記ｔ１
）式で表現し、各規則のＯＲ条件を取る。

本実施例における推定パラメータ記憶装置８は、上記の
演算を行うに必要な推定パラメータ（中央値と標準偏差
等）を記憶する装置で、入力データ変数表、出力データ
変数表、ファジィ変数表、ファジィ関係表、推定規則表
、補助パラメータ表で構成されるものと云ってよい。入
力データ変数表と出力データ変数表はその変数名、デー
タ格納位置、集合の最大値、最小値よりなり、ファジィ
変数表はその変数名、規格化された集合におけるメンバ
ーシップ関数の中央値と標準偏差よりなり、ファジィ関
係表は関係名とその内容（大きい、小さい２等しいなど
）よりなり、補助パラメータ表は入力値が与えられたと
きのメンバーシップ関数の値（グレード）の小さい推定
規則の効果の削除に用いる闇値や制御出力値の決定に必
要な゛パラメータよりなり、推定規則表は条件に対する
複数の命題の入力データ変数名、ファジィ変数名、それ
らを結ぶ関係名と関係する表の格納位置を示す数値、お
よび制御出力に対する１個又は複数の出力データ変数名
、ファジィ変数名と関係する表の格納位置を示す数値よ
りなる。

従って、ある入力値が入力されたとき、推定規則表に登
録された全ての推定規則に対して、入力データ変数表、
ファジィ変数表、ファジィ関係表。

補助パラメータ表を参照することにより、ファジィ変数
のグレードが計算でき、出力変数に対するメンバーシッ
プ関数も計算できる。具体的な推定演算手法は本発明の
理解のためには必ずしも必要なものではないが、必要が
あれば上述の引用文献を参照されたい。

推定パラメータ記憶装置８に記憶された推定パラメータ
の変更は、推定パラメータ入力装置４より入力されて一
時的に変更推定パラメータ記憶装置１０に記憶された当
該パラメータが推定パラメータ変更指令装置３の指令に
基づき、パラメータ変更装置９を介して対応する表の内
容を置き換えることで行う。

模擬ファジィ推定演算装置１３は、模擬入力値入力装置
５により模擬入力値記憶装置１１に記憶されたデータと
入力データ記憶装置７に記憶されたそれ以外のデータを
用いて、変更推定パラメータ記憶装置ｌＯに記憶された
変更推定パラメータと推定パラメータ記憶値Ｗ８に記憶
されたそれ以外の推定パラメータに基づいて、ファジィ
推定演算装置１２と同一のファジィ推定演算を演算表示
指令装置６の指令により行う装置である。

模擬ファジィ推定表示装置１６は演算表示指令装置６の
指令により、模擬ファジィ推定結果と制御出力値、模擬
ファジィ推定の演算状況（ファジィ変数のグレード、出
力変数のメンバーシップ関数）、ファジィ推定の出力変
数メンバーシップ関数、推定規則リスト、入力変数リス
ト、出力変数リスト、ファジィ変数リストを表示する装
置である。

入力値記憶装置７は、入力装置１からの計測値と人力装
置２からのプロセス状況値を記憶しておき、模擬ファジ
ィ推定演算装置１３に出力するためのものである。

模擬ファジィ推定演算装置１３では、入力値記憶装置７
からのデータのうちで、一部のデータを変更してみた上
で模擬推定演算を行ないたいと思うときは、その変更デ
ータを模擬入力値入力装置５から記憶装置１１を介して
受けとり、また記憶装置８から入力されている現用の推
定パラメータを、一部他の推定パラメータに変更した上
で模擬推定演算を行ないたいと思うときは、推定パラメ
ータ入力装置４から記憶装置ＩＯを介してその変更推定
パラメータを受けとって模擬推定演算を行なう。

かかる模擬推定演算の結果は指令装置６による指令に基
づいて表示装置１６に表示される。その表示を見て、結
果が良く、以後、その変更推定パラメータをファジィ推
定演算装置１２における現用の推定パラメータとして用
いたいときには、推定パラメータ変更指令装置３から指
令して、変更装置９を介して記憶装置８における推定パ
ラメータの一部を、変更推定パラメータ記憶装置１０に
記憶されている変更推定パラメータと置換することで行
なう。つまり記憶装置８は、ファジィ推定演算装置１２
に対して現用のパラメータを供給する役割を果たしてい
るので、これにより現用パラメータの変更がなされる訳
である。

本発明は、以上説明した実施例の他、次の変形例が考え
られる。　。

（１）　ファジィ変数のメンバーシップ関数を正規分布
型の波形とするのでなく、第５図に示した如き三角形、
或いは第６図に示した如き台形とし、かかる三角形を規
定する点列データ（ａＩ＋ａＺ＋ａ３）、また台形を規
定するデータ（ａＩ＋８２＋ａ３．ａ４）を推定パラメ
ータとして使用するようにすることもできる。

（２）制御出力に対するファジィ変数（前記（４）式の
Ｃ１）を入力データの関数として定義し、その係数を推
定パラメータとして用いることもできる。

（３）　装置全体をファジィ推定演算制御部分と。

推定データ変更部分と、模擬ファジィ推定ならびに結果
の表示部分に分けて構成し、必要に応じて、それらを組
み合わせることにより本発明の機能を実現するようにし
てもよい。

（４）　装置における演算、記憶機能をディジタル計算
機で実現するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

この発明によれば、ファジィ推定演算に用いる入力変数
、准定規刑、ファジィ変数を制御動作中に変更したとき
の効果を模擬ファジィ推定演算により事前に確認できる
ため、適正な入力変数、推定規則およびファジィ変数を
プロセスの状況に応じて設定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はファジィ調節装置の従来例を示すブロック図、
第２図は従来のファジィ調節装置の他の例を示すブロッ
ク図、第３図は本発明の一実施例を示すブロック図、第
４図乃至第６図はそれぞれメンバーシップ関数の関数波
形例を示す波形図、である。 符号説明 １・・・計測値入力装置、２・・・プロセス状況値入力
装置、３・・・推定パラメータ変更指令装置、４・・・
推定パラメータ入力装置、５・・・模擬入力値入力装置
、６・・・演算表示指令装置、７・・・入力値記憶装置
、８・・・推定パラメータ記憶装置、９・・・推定パラ
メータ変更装置、１０・・・変更推定パラメータ記憶装
置、１１・・・模擬入力値記憶装置、１２・・・ファジ
ィ推定演算装置、１３・・・模擬ファジィ推定演算装置
、１４・・・制御状況表示装置、１５・・・制御出力装
置、１６・・・模擬ファジィ推定表示装置、１７・・・
制御状況表示指令装置 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　清 ｔａ１図 第２図　０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）プロセス計測値と、プロセス状況を運転員が感覚的
   に判定した結果であるプロセス状況値とを入力され、そ
   れらによってファジィ推定演算装置において演算を行な
   い、演算結果をプロセス制御出力として出力するように
   したファジィ調節装置において、 前記ファジィ推定演算において用いる規則、ファジィ変
   数、メンバシップ関数等の定義に用いるパラメータの記
   憶手段と、模擬ファジィ推定演算手段と、前記記憶手段
   から任意所望のパラメータを取り出して前記模擬ファジ
   ィ推定演算手段に入力する手段と、模擬ファジィ推定演
   算手段が入力されたパラメータにより定義される規則、
   ファジィ変数、メンバシップ関数等を用いて前記プロセ
   ス計測値とプロセス状況値についてほどこした模擬ファ
   ジィ推定演算の結果を表示する手段と、模擬ファジィ推
   定演算に用いられた前記パラメータを前記ファジィ推定
   演算装置におけるそれまでのパラメータと入れ替える手
   段と、を具備して成ることを特徴とするファジィ調節装
   置の模擬ファジィ推定演算方式。