Определенные промышленные установки могут лучше управляться опытными операторами, чем автоматическими регуляторами, так как для них невозможно получить модель управления. В таких случаях стратегия управления, которую использует оператор, может быть описана как набор правил, выраженных на качественном языке естественных понятий. Правила обычно описываются в виде “если. . ., то. . .”, например “если температура “очень высокая”, то поток холодной воды “большой”. Такие правила просто выполнить вручную, но очень сложно формализовать, т.е. описать математически, используя обычные алгоритмы. Для управления такими процессами используются нечеткие логические регуляторы(НЛР). Они позволяют управлять процессами, для которых сложно получить математическое описание.
Определение управляющих воздействий состоит из четырех основных этапов:
1) получение отклонения;
2) преобразование значения отклонения к нечеткому виду, такому как “больший”, “средний”;
3) оценка входного значения по заранее сформулированным правилам принятия решения посредством композиционного правила вывода;
4) вычисление детерминированного выхода, необходимого для регулирования процесса.
Основным понятием нечеткой логики является нечеткое множество. Оно описывает параметр процесса на естественном языке, например множество “больших” чисел, множество “очень высоких” температур. В данном случае мы не можем однозначно сказать, принадлежит число нечеткому множеству “больших” чисел или нет, нам надо определить “степень принадлежности” числа данному множеству. Пусть мы имеем четкое множество X целых чисел от 1 до 10, и имеем нечеткое множество “больших” чисел. Степень принадлежности - это число от 0 до 1, например степень принадлежности числа 10 нечеткому множеству “больших” чисел равна 1, числа 8 - 0.8, числа 5 - 0.5, числа 1 - 0.1. Математически нечеткое множество описывается “функцией принадлежности” - mбч, которая формируется из отдельных “степеней принадлежности” и изменяется в интервале от 0 до 1. Для нечеткого множества “больших” чисел функция принадлежности может иметь вид, показанный на рис. 1.
mбч
1
0 5 10 X
Рис. 1.
Операции нечеткой логики, используемые при обработке правил и при выводе, те же, что и в четкой логике, т.е. И, ИЛИ, НЕ. Этих операций достаточно для описания любых правил управления (операция И эквивалентна операции ТО). Операции нечеткой логики производятся над нечеткими множествами, т.е. над их “функциями принадлежности”. Операция И реализуется как операция взятия минимума, ИЛИ - как операция взятия максимума.
Вывод управляющего воздействия производится на основе композиционного правила вывода, которое вычисляется как максиминная композиция функции принадлежности поступившего отклонения и имеющихся нечетких правил.
Результатом нечеткого вывода является функция принадлежности управления, т.е. управление в нечетком виде. В качестве метода преобразования полученного нечеткого управляющего воздействия в четкое, который называется дефазификацией, обычно используется метод центра тяжести, или метод весов.
Нечеткие логические регуляторы могут использоваться не только для объектов, имеющих только качественное описание, но и для объектов, имеющих существенно нелинейные характеристики. Мировая практика показывает, что и в этом случае нечеткие логические регуляторы действуют лучше обычных регуляторов.
Рассмотрим процесс управления поддержания уровня жидкости в баке. Имеется бак с двумя трубами: по одной жидкость вливается, а по другой - выливается. Изменение уровня воды происходит при управлении клапаном. Регулятор уровня жидкости в баке устанавливает клапан в нужное положение в зависимости от текущего уровня жидкости. На вход регулятора подается отклонение уровня воды (требуемый уровень минус фактический). Выходом регулятора является скорость открытия или закрытия клапана.
Процесс управления можно описать следующими нечеткими правилами:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.