НЕЧЕТКИЙ РЕГУЛЯТОР С ДВОЙНОЙ БАЗОЙ ПРАВИЛ

Полезная модель относится к области управления сложными и быстродействующими технологическими процессами, которые могут быть описаны системой линейных дифференциальных уравнений, нелинейными моделями или вербально.
К настоящему времени разработаны многочисленные модели нечетких регуляторов для управления сложными технологическими процессами (Круглов В.В., Дли М.И. Интеллектуальные информационные системы: компьютерная поддержка систем нечеткой логики и нечеткого вывода. - М.: Издательство физико-математической литературы, 2002. - 256 с: ил., стр. 73; Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzy TECH. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 736 с: ил., стр. 225). Однако в целом ряде случаев применить их для управления быстродействующими технологическими процессами не представляется возможным по ряду причин:
1. недопустимо большое время отклика;
2. небольшая точность;
3. большая трудоемкость при синтезе регулятора;
4. значительные трудности для учета динамических свойств технологического процесса и, следовательно, невозможность управления формой переходного процесса.
Наиболее близким к заявленному техническому решению (прототип) является нечеткий регулятор с лингвистической обратной связью для управления технологическими процессами (Патент №2309443 опубл. в 2007 г.).
Нечеткий регулятор с лингвистической обратной связью для управления технологическими процессами (прототип) обладает следующими недостатками:
1. невысокая точность;
2. большие аппаратные затраты;
3. низкая производительность;
4. отсутствие возможности управления динамическими характеристиками объекта управления (например, ограничение скорости или ускорения параметра объекта).
Цель полезной модели - повышение точности, производительности нечеткого регулятора, упрощение конструкции, возможность управления динамическими характеристиками объекта управления. Цель достигается нечетким регулятором с двойной базой правил, состоящим из фаззификатора и дефаззификатора, выход которого соединен с входом исполнительного механизма объекта управления, отличающимся тем, что выход фаззификатора подключен к двум блокам нечеткого вывода, выходы которых соединены с входами аккумулятора, соединенного с дефаззификатором, а к каждому блоку нечеткого вывода подключена своя база продукционных правил.
На фиг. 1 изображена структурная схема нечеткого регулятора с двойной базой правил, в котором на вход фаззификатора, представляющего классический нечеткий регулятор, подаются задающее воздействие и контролируемые параметры объекта управления, выход фаззификатора подключен к блокам нечеткого вывода 1 и 2, в которых обработка входных сигналов происходит по различным продукционным правилам. К каждому блоку нечеткого вывода подключена своя база продукционных правил 1 и 2 соответственно, причем выходы блоков нечеткого вывода 1 и 2 связаны с входами аккумулятора, связанного с дефаззификатором.
Фаззификатор преобразует четкие значения задающих воздействий и контролируемых параметров объекта управления в лингвистические переменные, представленные термами треугольной или трапецеидальной форм с нормированными функциями принадлежности. Использование классического нечеткого регулятора в качестве фаззификатора позволяет обеспечить плавность выходной статической характеристики и тем самым повысить точность нечеткого логического вывода. Термы упорядочены по значениям четкой переменной, при которых функции принадлежности принимают максимальное значение. С выхода фаззификатора передаются лингвистические переменные (тип, номера термов и значения их функций принадлежности) на блоки нечеткого вывода 1 и 2. Результаты нечеткого вывода объединяются в аккумуляторе и передаются на дефаззификатор. Блоки нечеткого вывода выполняют следующие функции:
- выборка продукционных правил из соответствующей базы продукционных правил;
- обработка выбранных продукционных правил в соответствии с входными лингвистическими переменными;
- формирование выходных лингвистических переменных.
Блоки нечеткого вывода оперируют с одинаковыми наборами термов входных и выходных лингвистических переменных, что позволяет обрабатывать выходные лингвистические переменные с блоков нечеткого вывода 1 и 2 в аккумуляторе. Аккумулятор объединяет выходные лингвистические переменные и выдает результирующие выходные лингвистические переменные, термы которых рассчитываются по формуле:
В формуле (1) введены следующие обозначения:
- ,  - функции принадлежности термов выходной лингвистической переменной блоков нечеткого вывода 1 и 2 соответственно;
-  - функция принадлежности термов результирующих
выходных переменных. Каждая база продукционных правил 1 и 2 содержат полный набор правил, т.е. описывает все возможные комбинации входных термов, что позволяет сократить количество термов входных и выходных лингвистических переменных. При этом количество и структура правил баз продукционных правил 1 и 2 идентичны, отличаются только консеквенты правил. Таким образом, выполнение этапов агрегирования подусловий выполняется только один раз. Сокращение количества входных термов позволит сократить количество продукционных правил в каждой базе, что снизит требования к вычислительной мощности процессора и упростит нечеткий регулятор в целом.
Термы в консеквентах правил из блоков правил 1 и 2, имеющие одинаковые антецеденты, могут быть одинаковыми или соседними. Это ограничение позволит снизить количество вариантов возможных правил при сохранении полученной точности при использовании двух баз продукционных правил, что увеличит производительность проектировщика нечеткого регулятора с двойной базой правил и тем самым позволит производить управление динамическими характеристиками объекта управления.
Дефаззификатор с помощью метода центра тяжести рассчитывает и выдает четкие значения по значениям результирующих выходных лингвистических переменных.