Fuzzy Logic - způsob, jak dosáhnout kontroly na základě nepřesných vstupů

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





V této době digitálního ovládání je téměř každý spotřebič řízen pomocí digitální ovládání úroveň pomocí 1 a 0. Ale jen si pomyslete, není zcela nepraktické myslet si, že každý výstup denních procesů, na který narazíte, závisí pouze na dvou stavech vstupu. Ne, rozhodně. Jen si představte, že vaše matka vaří nějaké chutné jídlo, a nemůžete se jí ubránit. Jak se tedy jídlo stane tak chutným? Samozřejmě s přidáním přísad ve správném množství a poměru. Jak to tedy zvládne? S perfektní numerickou znalostí veličin? Ne vždy. Dělá to se známým nápadem, který přichází se zkušenostmi. Odtud přichází myšlenka řídicí logiky, která používá spíše stupně vstupního stavu než samotné vstupy, logiku, která nevyžaduje dokonalé vstupy, ale pracuje pouze s typickým odhadem vstupů. To je fuzzy logika.

Co je to Fuzzy Logic?

Fuzzy logika je základní řídicí systém, který se spoléhá na stupně stavu vstupu a výstup závisí na stavu vstupu a rychlosti změny tohoto stavu. Jinými slovy, fuzzy logický systém pracuje na principu přiřazení konkrétního výstupu v závislosti na pravděpodobnosti stavu vstupu.




Jak vznikla fuzzy logika?

Fuzzy Logic vyvinul v roce 1965 Lotfi Zadeh z Kalifornské univerzity v Berkley jako způsob provádění počítačových procesů založených spíše na přírodních hodnotách než na binárních hodnotách. Zpočátku to bylo používáno jako způsob zpracování dat a později se začalo používat jako kontrolní strategie.

Jak funguje Fuzzy Logic?

Fuzzy logika pracuje na konceptu rozhodování o výstupu na základě předpokladů. Funguje na základě sad. Každá sada představuje některé jazykové proměnné definující možný stav výstupu. Každý možný stav vstupu a stupně změny stavu jsou součástí sady, v závislosti na tom, jaký je výstup předpovídán. Funguje na principu If-else-the, tj. If A AND B Then Z.



Předpokládejme, že chceme ovládat systém, kde výstup může být kdekoli v množině X, s obecnou hodnotou x, takže x patří X. Zvažte konkrétní množinu A, což je podmnožina X taková, že všichni členové A patří interval 0 a 1. Množina A je známá jako fuzzy množina a hodnota fNA(x) v x označuje stupeň členství x v dané sadě. O výstupu se rozhoduje na základě stupně členství x v množině. Toto přiřazení členství závisí na předpokladu výstupů v závislosti na vstupech a rychlosti změny vstupů.

Tyto fuzzy množiny jsou graficky znázorněny pomocí funkcí členství a o výstupu se rozhoduje na základě stupně členství v každé části funkce. O členství v sadách rozhoduje logika IF-Else.


Obecně platí, že proměnné sady jsou stav vstupů a stupně změn vstupu a členství výstupu závisí na logice operace AND stavu vstupu a rychlosti změny vstupu. U systému s více vstupy mohou být proměnnými také různé vstupy a výstup může být možným výsledkem operace AND mezi proměnnými.

Fuzzy Control System

Fuzzy řídicí systém se skládá z následujících komponent:

Fuzzy Logic Control System

Fuzzy Logic Control System

Fuzzifikátor který transformuje měřené nebo vstupní proměnné v numerických formách na jazykové proměnné.

Správce provádí fuzzy logickou operaci přiřazování výstupů na základě jazykových informací. Provádí přibližné uvažování na základě lidského způsobu interpretace k dosažení logiky řízení. Řadič se skládá ze znalostní základny a odvozovacího modulu. Znalostní základna se skládá z funkcí členství a fuzzy pravidel, která jsou získána znalostmi provozu systému podle prostředí.

Defuzzifikátor převede tento fuzzy výstup na požadovaný výstup pro ovládání systému.

Jednoduchý řídicí systém využívající fuzzy logiku k řízení rychlosti ventilátoru v závislosti na teplotě vstupu.

Předpokládejme, že chcete regulovat rychlost ventilátoru v závislosti na teplotě místnosti. Pro běžného laika, pokud je teplota v místnosti taková, že se cítí příliš horká, se rychlost ventilátoru zvýší na plnou hodnotu. Pokud se cítí trochu horký, pak se mírně zvýší rychlost ventilátoru. Pokud se cítí příliš chladno, rychlost ventilátoru se drasticky sníží.

Tak jak to přimět váš počítač?

Toho můžeme dosáhnout:

Ovládání rychlosti ventilátoru na základě vstupu teploty

Ovládání rychlosti ventilátoru na základě vstupu teploty

  • Teplotní senzor měří hodnoty teploty v místnostech. Získané hodnoty jsou odebrány a poté předány fuzzifikátoru.
  • Fuzzifier přiřazuje jazykové proměnné pro každou měřenou hodnotu a rychlost změny měřené hodnoty.

Pokud je například naměřená hodnota 40 ° C a vyšší, je místnost příliš horká

Pokud je naměřená hodnota mezi 30 ° C a 40 ° C, je místnost docela horká

Pokud je naměřená hodnota 22 až 28 ° C, je místnost mírná

Pokud je naměřená hodnota 10 až 20 ° C, je místnost chladná

Pokud je naměřená hodnota nižší než 10, je místnost příliš chladná.

  • Další krok zahrnuje fungování znalostní báze, která obsahuje informace o těchto členských funkcích a také základnu pravidel.

Pokud je například místnost příliš horká A místnost se rychle zahřívá, nastavte rychlost ventilátoru na vysokou

Pokud je místnost příliš horká A místnost se pomalu zahřívá, nastavte rychlost ventilátoru na méně než vysokou.

  • Další krok zahrnuje převod této jazykové výstupní proměnné na číselné proměnné nebo logické proměnné používané k pohonu ventilátoru řidič motoru .
  • Posledním krokem je řízení rychlosti ventilátoru správným vstupem do ovladače motoru ventilátoru.

Toto je tedy stručný přehled Fuzzy Logic, jakékoli další vstupy jsou vítány a jsou přidány.