Функциональная схема нечеткого контроллера

Имеются характерные специфические компоненты (элементы) нечеткого

контроллера, обеспечивающие процедуру проектирования. На блок-схеме

нечеткий статический преобразователь (рис. 2.5), другое название система нечеткого логического вывода (Fuzzy Inference System (FIS)), расположен между блоком препроцессора и блоком постпроцессора. Ниже опишем назначение каждого из блоков, представленных на этом рисунке.

Препроцессор

Входные сигналы нечеткого контроллера являются результатом

физических или, другими словами, четких измерений величин, полученных от датчиков, а не лингвистические переменные, другими словами, содержат

Рис. 2.5

количественную информацию. Препроцессор, первый блок на рис. 2.5, подвергает обработке сигналы измерений перед тем, как они поступят на вход статического преобразователя (статического контроллера). Примерами предварительной обработки могут служить следующие операции:

· дискретизация и квантование по уровню (округление до целых чисел);

· нормализация или масштабирование входных сигналов с той целью, чтобы эти сигналы не выходили за пределы определенного стандартного диапазона;

· фильтрация с целью подавления шума;

· усреднение, чтобы выявить тенденции поведения входных сигналов в близком или далеком будущем;

· комбинация нескольких измерений, чтобы выделить ключевые измерительные сигналы;

· дифференцирование и интегрирование или их дискретные эквиваленты, например дискретный интегратор, вычислитель первой разности (дискретный дифференциатор).

Квантование по уровню необходимо, чтобы преобразовать входной сигнал с целью определить самый лучший шаг квантования по уровню в дискретном универсуме. Пусть, например, переменная ошибка e принимает значение 4,5. Однако дискретный универсум является множеством u = [-5 -4 …0…4 5]. При этом квантователь должен округлить значение 4,5 до 5, ближайшего целого значения. Квантователь позволяет уменьшить число возможных различных значений, снимаемых с его выхода, по сравнению с входными данными. Однако слишком грубое квантование (квантование с большим шагом квантования по уровню) может повлечь за собой возникновение в системе незатухающих колебаний в окрестности желаемого состояния равновесия системы или даже неустойчивость системы.

Нелинейное масштабирование является опцией (необязательной операцией). В нечетком контроллере Шмидта контроллер запрашивает у оператора 3(три) числовых значения для малого, среднего и большого по величине измерения соответственно. Эти значения определяют точки излома кривой, с помощью которой масштабируются входные измерения (рис. 2.6). Общий эффект можно интерпретировать как искажение первоначального нечеткого множества. В дальнейшем такой эффект может стать причиной затруднений, связанных как с масштабированием, так и с усилением сигнала в контроллере, что, в свою очередь, затрудняет настройку последнего.

Рис. 2.6

Если входным сигналом нечеткого контроллера является ошибка e, закон управления может быть представлен в виде статической характеристики, u=f(e),связывающей выходной u и входной e сигналы контроллера. Динамический контроллер должен иметь дополнительные входные сигналы, например, производные, интегралы от ошибки или прошлые измерения ошибки и выхода. Такие дополнительные сигналы вырабатываются в препроцессоре. При этом получаем многомерный контроллер (контроллер с несколькими входными сигналами). Проектирование подобного контроллера связано с применением большего числа базовых правил и является более сложным, чем проектирование контроллера с одним входным сигналом. Выходной сигнал препроцессора поступает на вход статического нечеткого контроллера.

Фаззификация

Первый блок внутри статического преобразователя (контроллера) осуществляет фаззификацию, т.е. преобразует каждое значение входного сигнала (физическую переменную) в степень принадлежности посредством просмотра одной или нескольких функций принадлежности, другими словами, преобразует количественную информацию в качественную. Блок фаззификации таким образом устанавливает соответствие входного сигнала предпосылкам базовых правил с целью определить насколько хорошо предпосылки каждого правила соответствуют данному конкретному значению входного сигнала. В результате фаззификации определяются степени принадлежности для каждого лингвистического терма применительно к этому конкретному значению входа.