Brevet FR2635884A1 — publié le 19900302

1. La présente invention concerne un système informatisé pour exécuter un raisonnement flou avec utilisation de données observées. Ce type de raisonnement est un terme qui appartient à un concept plus générique de logique floue ou système flou,ainsi qu u'avec d'autres termes, raisonnement flou inverse, ensemble flou et valeur d'appartenance, par exem- ple qui apparaîtront ultérieurement. Plus particulièrement, la présente invention concerne un système informatisé pour exécuter le raisonnement flou avec des caractéristiques que sa mémoire stocke en priorité avec des données résul- tantes éventuelles qui sont dues à la sortie par le rai- sonnement flou et aussi par le raisonnement flou in- verse. On a développé maintenant un système d'ordina- teur pour exécuter le raisonnement flou en reconnais- sant que le système en question sera capable d'une commande réactive très rapide à la suite d'un changement ou d'un comportement nouveau avec un objectif en observa- tion, par l'intermédiaire d'un jugement qui comprend une 2. certaine latitude sur l'article changeant, par exemple, lorsqu'on observe une vitesse angulaire, rapide ou assez rapide; lorsqu'on observe une vitesse linéaire, rapide ou assez rapide. Dans un système plassique de raisonnement flou, les valeurs d'éléments qui sont déterminées en réponse à des données observées sont produites par un maté- riel, et par conséquent, chaque détecteur servant à obser- ver un objectif est associé au matériel qui est conçu pour délivrer les valeurs des éléments. Ici, en se référant plus spécialement au cas de l'exécution de la méthode de raisonnement MAX-MIN, le matériel est conçu pour comprendre un certain nombre uni- tés de calcul selon des règles différentes de traitement, o une valeur minimum d'appartenance calculée par une mul- titude de règles est d'abord sortie et ces valeurs minimum sont recueillies pour décider quelle est le maximum d'en- tre elles et cette valeur maximum est établie comme le résultat du raisonnement flou, et alors cette valeur maxi- mum est appliquée à une unité pour exécution du raisonne- ment flou inverse qui est.pré-supposé être inclus dans le système de matériel, et habituellement, la sortie de l'unité de raisonnement inverse sera utilisée pour les actions ultérieures de commande. En liaison avec l'inconvénient impliqué dans l'art antérieur, tel qu'il est connu d'après un agence- ment possible nécessaire pour son exécution, une unité de calcul est conventionnellement affectée afin d'obtenir une valeur d'appartenance. Cependant, dans l'exécution d'un certain raisonnement flou il est nécessaire d'obtenir plusieurs valeurs d'appartenance sur la base d'une multitu- de de règles de traitement des données, et en outre plusieurs sortes de données par observation sont généralement impli- quées. Cette situation conduit à provoquer une augmentation inévitable des unités de matériel en fonction du produit 3. du nombre de règles par le nombre des types d'observations. Par conséquent, le matériel qui exécutera la méthode MAX-MIN avec l'utilisation des valeurs d'appartenan- ce doit être agrandi dans sa conception pour tenir compte du nombre desdits produits, ce qui pousse à un agrandisse- ment défavorable de l'échelle du dispositif de raisonnement flou et aussi du dispositif de raisonnement flou in- verse. On remarquera à ce stade que, lorsqu'on examine la correspondance d'une donnée indicatrice d'un changement avec comme objectif une donnée résultante de commande de réaction, peu importe la façon avec laquelle de nombreuses règles différentes sont appliquées, la façon avec laquelle le raisonnement flou inverse est effectué ou en tout cas, la donnée observée et la donnée résultante de comman- de sont liées l'une à l'autre par une causalité univoque, ce qui signifie que, dès que les données d'observation sont fournies, les données résultantes de commande sont déterminées par une correspondance univoque. Alors, le sys- tème de raisonnement flou est considéré comme un convertis- seur de la donnée d'entrée pour amener la donnée de sortie attendue. Par conséquent, si on a mis préalablement en mé- moire diverses données causales observables et des données de commande correspondantes au moyen des méthodes de raisonnement flou et de raisonnement inverse, la mémoire est utilisée pourenvoyer des données observées sous forme numérique à l'entrée de la mémpire et trouver la donnée résultante attendue de commande à la sortie de la mémoire. Ainsi, l'inconvénient dont souffre la technique antérieure est supprimé, o le pré-stockage de la donnée en mémoire peut être exécuté par un autre ordinateur. Ainsi, on peut résumer la présente invention de la manière suivante: - un dispositif informatique pour l'exécution du raisonnement flou avec emploi de deux données d'observation 4. ou plus pour indiquer un changement 4'un objectif de maniè- re à obtenir des données de commande. réactives à la sortie en réponse à ce changement; - le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire dans laquelle on a stocké préalable- ment des données observables causales et des données résul- tantes correspondantes de commande, calculées au moyen des méthodes de raisonnement flou et de raisonnement inver- se, d'o il résulte que, lorsque la donnée d'observation sous forme numérique est amenée de nouveau dans l'entrée de la mémoire,une donnée correspondante de commande de réaction est rapidement présente à la sortie de la mémoire. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les des- sins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est un schéma sous forme de blocs d'un mode de réalisation d'un montage électrique pour un contrôleur flou; La figure 2 est une vue schématique en élévation, pour représenter des changements dans le comportement d'un pendule inversé; La fiq.re.3 représente des courbes pour expli- ques les valeurs d'appartenance pour quelques angles et vites- ses angulaires différents; La figure 4 est un schéma sous forme de blocs permettant d'expliquer le processus des calculs en liaison avec la donnée stockée en mémoire; Les figures 5 et 6 sont des diagrammes schéma- tiques pour expliquer les configurations des éléments de mémoire en réponse à l'augmentation de la donnée observée. En figure 1, un pendule inverse 31 est supporté en pivo- tement sur une barre 32 à un pivot 33 et un capteur 12 sert à détecter l'angle du pendule 31 par rapport à la barre 33 et la sortie du capteur 12 est envoyée à un circuit différentiel 13 dont la fonction est de sortir la vitesse angulaire du pendule par rapport à la barre 33, des convertisseurs analogiques/ 5. numériques 14, 15 étant connectés respectivement au cap- teur 12 et au circuit 13 pour transformer les signaux analo- giques provenant des ensembles 12, 13 en signaux numériques à octets, et les sorties des convertisseurs 14, 15 sont ap- pliquées comme données observées 141, 151 à une mémoire 11 de 64 K o elles seront stockées à une adresse supérieure à octets et une adresse inférieure à octets. Une donnée 111 de commande de réaction sort de la mémoire 11 sous forme d'un signal numérique à octets,et via un convertisseur analogique numérique 16, est appliquée à un circuit d'attag.que 17 qui fournira des signaux pour attaquer l'ensemble d'entraînement suivant 18 qui exercera une force laté- rale pour déplacer la barre 33 dans deux directions opposées, comme cela est représenté par la flèche A à tête double, dans le but d'équilibrer le pendule 31. S'agissant plus particulièrement des comportements spécifiques représentés dans les dessins,on suppose que l'angle du pendule 31 par rapport à la barre 33, comme représenté en figure 2,est nul lors d'un état strictement vertical tel qu'il est indiqué par la référence 31a, ou sera négatif lorsque le pendule penche vers la gauche comme cela est indi- qué par les références 31b, 31c, ou positif lorsqu'il penche vers la droite comme cela est indiqué par la référence 31d, et en ce qui concerne le sens de rotation, lorsque celui-ci s'effectue dans le sens de la flèche B ou sens des aiguil- les d'une montre, on suppose que l'angle est positif. Inver- sement, lors d'une rotation dans le sens inverse angle est négatif. Ces données sont envoyées, comme on l'a indi- qué précédemment,par le capteur 12 suivi du circuit diffé- rentiel 13 et les convertisseurs analogiques/numériques 14, à la mémoire 11 sous forme des données numériques 141, 151, qui seront soumises à un traitement ultérieur par raisonnement flou et également raisonnement flou inverse. On remarquera que, dans lç présent mode de réa- lisation, la sortie de l'ensemble d'entraînement 18 dans le but d'éviter que le pendule 31 ne tombe est mise en oeuvre dans 6. la direction C ou D, chacune étant classée en déplacement rapide ou assez rapide de la barre 33; ainsi, il y a quatre actions et au total cinq actions pour tenir compte.du re- pos. Ces cinq actions sont affectées d'un label 1 à 5, à savoir les labels 91 à 95 indiqués en figure 4, et le premier label 91 concerne l'exécution du raisonnement flou dans le cas du déplacement rapide de la barre 33 dans la direction C, le second label 92 dans le cas du déplacement assez rapide dans la direction C, le troisième label 93 dans le cas du repos, le quatrième label 94 dans le cas du déplacement assez rapide dans la direction D, et le cinquiè- me label 95 dans le cas du déplacement rapide dans la direc- tion D. Par conséquent, la donnée de raisonnement M3, concer- nant le résultat donné par le label 93,sera proche de la va- leur maximum 1 alors que le pendule 31 a tendance à être strictement vertical, et se rapproche davantage de 1 lors- qu'il a davantage tendance à s'arrêter au point neutre supé- rieur. Ce qui précède est expliqué ou illustré en figure 2. Plus précisément, un état remarqué est celui du cas o le pendule 31 se trouve à la position 31a avec une vitesse an- gulaire minuscule, le cas o le pendule se trouve à la posi- tion 31b avec une vitesse assez rapide dans la direction B o l'on suppose que le pendule 31 a une vitesse.angulaire mi- nuscule à la position 31a,et le cas o le pendule se trouve à une position 31c avec une vitesse rapide dans la direction B o l'on suppose que le pendule a une vitsse angulaire minuscule à la position 31a. Une hypothèse similaire est justifiée par le cas o le pendule 31 se trouve à droite de la position 31a, par exemple, à la position 31d avec une vitesse rapide dans-la direction opposée à la flèche B. Par conséquent, la règle du traitement des données pour le raisonnement flou impliqué dans le troi- sième label 93 est que, lorsque la valeur angulaire de l'élément change comme cela est représenté en figure 3a, 7. laquelle montre que le pendule 31 se trouve à une position très proche de la verticale, la vitesse angulaire change comme représenté en figure 3b, laquelle montre que la vitesse angulaire est proche de zéro.Alors,la première règle consiste à employer une valeur plus faible pour deux valeurs possi- bles de l'élément à titre de sortie. La seconde règle est que, lorsqu'un élément angulaire change comme représenté en figure 3c, indiquant que le pendule 31 se trouve à une position proche de 31b, la vitesse angulaire change comme représenté en figure 3d,- indiquant que le pendule 31 se déplace assez rapidement dans la direction B. Comme la première règle, la seconde rè- gle consiste à employer une valeur plus faible dans deux va- leurs possibles à titre de sortie. La troisième règle est que, lorsqu'un élément angulaire change comme représenté en figure 3e, indiquant que le pendule 31 se trouve à une position très proche de 31c, la vitesse angulaire change comme représenté en figure 3f, indiquant que le pendule se déplace rapidement dans la direction B. La sélection est appliquée de la maniè- re indiquée ci-dessus. Les quatrième et cinquième règles suivantes sont amenées à être appliquées aux deux positions, respecti- vement, lorsque le pendule 31 se trouve à droite de la posi- tion 31a et à la position symétrique à celle-ci et par consé- quent deux valeurs inférieures sont fournies. Comme indiqué ci-dessus, chaque règle est basée sur la méthode MAX-MIN dans laquelle une valeur inférieure dans un groupe d'un élément angulaire et d'un élément à vi- tesse angulaire est amenée à sortir en premier. Si l'on suppose qu'il y a N règles et qu'un élément angulaire à cha- que règle est appelé (an)et un élément à vitesse angulaire est de même appelé(bn) et en outre que les valeurs de sortie sont Cn (1 Dans un dispositif informatique, toutes ces règles sont exécutées en parallèle et des valeurs constituées de N pièces 8. sont fournies dont la valeur maximum est déterminée comme valeur de raisonnement flou, appelée M3, et par consé- quent M3 est défini: M3 MAX îC1, C2,... CN}. Cette valeur M3 est définie uniquement par deux données qui sont entrées par les convertisseurs analogiques numériques 14,15, o moins le pendule 31 penche, plus M3 se rapproche de 1. D'une manière identique,par l'intermédiai- re du label 91 on obtient une valeur du raisonnement flou Ml qui indique le degré avec lequel le pendule 31 tombera mais pour un déplacement rapide de la barre 32 dans la di- rection C. Grâce au label 92, on obtient une valeur M2 de raisonnement flou, qui indique le degré avec lequel le pendule 31 tombera mais avec un déplacement assez rapide de la barre 32 dans la direction C. Ainsi, grâce aux la- bels 94, 95 respectivement, les valeurs floues M4, M5 in- diquent les degrés pour un déplacement assez rapide ourapi- de dans la direction D. Comme pour M3, dans le cas de M1, M2, M4, M5, ces valeurs floues sont déterminées de manière unique par une entrée provenant des convertisseurs analogi- ques/numériques 14, 15, qui justifie que les cinq valeurs Ml à M5 sont obtenues par les opérations de raisonnement flou effectuées dans les cinq labels 91 à 95, en réponse à l'entrée donnée par les convertisseurs 14, 15. En liaison avec le processus de raisonne- ment flou inverse avec utilisation des données Ml à M5, ce- lui-ci est destiné à calculer des données pour réaction afin de déplacer la barre 33 dans la direction et avec la rapidité permettant d'équilibrer le pendule. Le processus de raisonnement flou inverse comprend une étape de pondération ou de détermination des facteurs de pondération pour chaque Ml à M5, qui se- ront impliqués dans des calculs arithmétiques ou des multi- plications avec Ml à M5, qui sont tous des fractions déci- males entre 0 et 1; alors, les valeurs floues pondérées sont 9. ajoutées. Si l'on suppose que les facteurs de pondération pour Ml à M5 sont définis respectivement par Wl à W5, le résultat X de l'addition est donné par: X = W1 x Ml + W2 x M2 + W3 x M3 + W4 x M4 + W5 x M5 Ce résultat X est calculé dans un ensemble 96 représenté en figure 4. On remarquera ici que, comme on l'a indiqué précédemment, les données floues Ml à M5 sont déterminées de façon unique, et que les facteurs de pondération W1 à W5 sont également des constantes certaines, ce qui conduit à conclure que la valeur X, obtenue par l'expres- sion ci-dessus,doit être une valeur unique qui est déter- minée par la sortie 141, 151 des convertisseurs 14, 15. Parallèlement à ce qui précède, Mi à M5 sont simplement additionnés dans une unité 97 pour donner une valeur Y. Par conséquent, Y répond à l'expression suivante: Y = Ml + M2 + M3 + M4 + M5 Ensuite, il y a calcul avec utilisation de X et Y, le résultat étant donné par D, D étant égal à: D = X / Y - 128 o "128" est dans le moyen précédent la valeur médiane des données à octets. D est, comme précé- demment, un chiffre ou une donnée qui est déterminé uniquement par la sortie des convertisseurs 14, 15 et par conséquent, chaque fois que les données 141, 151 sont four- nies à une adresse en mémoire 11, le dispositif informati- que peut calculer, grâce à un raisonnement flou et à un rai- sonnement flou inverse, la valeur D qui sera également sto- ckée en mémoire 11. Ainsi, si l'on suppose que ces données ont été stockées préalablement dans la mémoire 11, lorsque de nou- velles données sur un angle et une vitesse angulaire du pendule 31 sont indiquées par l'intermédiaire des convertis- seurs 14,15, la sortie 111 de la mémoire 11 fournira D à la suite des traitements par raisonnement flou et raisonnement 10. flou inverse,en réponse aux données d'entrée 141, 151, et alors D est appliqué au convertisseur suivant 16, comme donnée 111 de commande réactive. La donnée de commande 111 est fournie, via le con- vertisseur numérique/analogique 16, au circuit d'attaaue 17 à la suite de quoi, le circuit 17 commandera l'unité d'entraîne- ment18 conformément à la donnée 111; la barre 33 sera alors déplacée, en réponse à l'état du pendule 31, conformément à la flèche A. En répétant les opérations précédentes, le pendule 31 qui est réglé pour tomber librement sera équilibré en empêchant sa chute, mais avec de petites oscil- lations, il conservera une attitude proche de la verticale. Dans la description du mode de réalisation précé- dent, la mémoire est représentée à titre d'exemple par la mémoi- re 11 ayant comme fonction d'agir sur deux données observées 141, 151; néanmoins, la mémoire peut être modifiée pour avoir la fonction d'agir sur trois ou plusieurs données si la nécessité s'en fait sentir. De plus, le nombre des bits de données a été in- diqué comme étant de 8; néanmoins, on peut employer tout autre nombre de bits, par exemple 6 ou 10,pour satisfaire des conditions particulières. En liaison avec les contre-mesures à des si- tuations telles qu'une augmentation extrême de la capacité de la mémoire, à la suite d'une augmentation des types d'observation comme représenté en figure 5, _ des données à octets 811, 812, 821, 822 sont groupées en deux sous-groupes 811, 812, et 821, 822, pour lesquels on a prémaré deux ensembles à mémoire 81, 82 de 64 kilo bits,il en résulte que le raisonnement flou du premier étage est exécuté et ensuite introduit dans une autre mémoire 83, o le raisonnement flou du second étage et le raisonnement inverse sont exécutés pour obtenir la donnée de sortie 831. L'opération par stade peut être étendue à une structure à plusieurs niveaux. On explique,en liaison avec la figure 6, une autre contre-mesure pour tenir compte d'une augmentation 11. des observations, o les données 841 à 844 sont supposées être des octets. Tout d'abord, ces données sont entrées dans un contrôleur d'adresses 84, d'o il résulte que bits parmi 32 bits (= 8 bits x 4) sont envoyés à une mémoire vive 85 ayant la capacité de traitement de données à 20 bits, et la mémoire 85 est connectée, comme représen- té en figure 6, à un contrôleur ?6 de mémoire et en outre à un dispositif auxiliaire 87 à mémoire dans lequel les don- nées permettant les raisonnements flou et flou inverse ont été préstockées de sorte qu'il y a configuration d'un système à mémoire virtuelle. Il en résulte que, si une don- née réactive floue qui n'est pas contenue dans la mémoire vive 85 est nécessaire pour les observations 841 à 844, le contrôleur d'adresses 84 est conçu pour émettre, grâce à des changements des lignes de signaux, des instructions pour sortir une telle donnée floue de la mémoire auxiliaire 87 pour l'appliquer à la mémoire vive 85. - La description venant d'être faite a concerné l'équilibrage d'un pendule libre 31 par 5 modes de déplace- ment de la barre 33. Plus précisément, selon la flèche A à deux têtes, il y a déplacement rapide ou assez rapide et absence de déplacement, bien qu'un plus grand nombre de modes, par exemple 7 modes, soit possible comme on le comprendra facilement. En outre, la technique impliquée dans l'équilibra- ge d'un pendule libre peut être appliquée à d'autres dispo- sitifs de commande, par exemple à un système de commande d'un train roulant sur des rails. En conclusion, le dispositif à raisonnement flou de la présente invention est basé sur le principe que la donnée d'observation et la sortie floue de réaction sont coordonnées comme causalité univoque, et sur un agencement tel que la mémoire permet de stocker la donnée pour les raisonnements flou et flou: inverse en réponse à la donnée observée. Par conséquent, on peut faire face à une augmentation des données observées et des règles de traitement 12. avec une modification à petite échelle de la configuration des dispositifs à mémoire, ce qui présente l'avantage qu'une donnée de commande réactive en réponse à un ensemble de don- nées observées est fourni avec seulement un retard dans le traitement en mémoire de sorte qu'on obtient une réaction rapide. Les autres avantages sont les suivants: absence de limitation du nombre des règles de traitement et de l'uti- lisation des labels et de la sélection des méthodes possibles pour le raisonnement flou inverse, et aussi de la précision des calculs entre la donnée d'observation et la donnée de com- mande. D'autres avantages supplémentaires sont les suivants: possibilités d'utilisation d'une configuration simple pour les dispositifs, plus grande confiance due à l'exclusion d'une unité centrale de traitement qui est basée par inhé- rence sur un mécanisme d'horloge, facilité de connexion du dispositif de l'invention à un autre dispositif informa- tique par suite de l'utilisation d'une donnée numérique, absence de tout endommagement déterminant possible avec la donnée finale de commande réactive à la suite de la récep- tion d'une obstruction électromagnétique avec la donnée de raisonnement, et dans le cas o la donnée de commande réacti- ve est renvoyée via un convertisseur de données à la mémoire, la donnée de réaction modifiera la forme de la fonction d'un élément et créera aussi une nouvelle règle de trai- tement. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 13. REVENDICATIONS 1 - Dispositif informatique pour exécuter le raisonnement flou avec emploi de deux ou plusieurs données d'observation indiquant un changement avec l'objectif d'ob- tenir une donnée de commande réactive de sortie en répon- se au changement de l'objectif, caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire (11) dans laquelle on a stocké antérieure- ment une donnée observable causale et une donnée résultante correspondante de commande calculée- au moyen des procédés de raisonnement flou et de raisonnement inverse, d'o il résulte que, lorsque la donnée d'observation sous forme numérique est présentée de nouveau à l'entrée de la mémoire, une don- née correspondante de commande réactive est rapidement acheminée à la sortie de la mémoire.