engeneer_19
18th November 2009, 01:37 PM
منطق فازی ابتدا به عنوان یک روش کنترلی ارائه نشد بلکه به عنوان روشی در پردازش اطلاعات معرفی شد که برای عضوهای یک مجموعه علاوه بر دو حالت قطعی عضو بودن یا عدم عضو بودن، حالتی بین این دو را نیز تعریف می کند. این نوع برخورد با تئوری مجموعه ها تا دهه هفتاد برای کنترل سیستم ها به کار نرفت، تا اینکه به علت ناکافی بودن قابلیت های کامپیوترهای کوچکی که تا پیش از آن زمان بودند مورد توجه قرار گرفت. پروفسور لطفی زاده استدلال کرد که مردم نیازی به اطلاعات ورودی شمارشی بسیار دقیق ندارند و آنها هنوز قادر به کنترل تطبیقی هستند. اگر کنترلگرهای فیدبک طوری برنامه ریزی شوند که ورودی های نویزدار غیردقیق را بپذیرند، در این صورت آنها بسیار موثرتر و مفیدتر خواهند بود و ممکن است اجرای آنها آسان تر شود. متاسفانه تولیدکنندگان آمریکایی این تکنولوژی را سریع نپذیرفتند در حالی که اروپایی ها و ژاپنی ها با پشتکار بسیار، توانسته اند محصولات واقعی در این زمینه بسازند.منطق فازی، یک روش در سیستم های کنترلی حل کننده مسائل است که هم می تواند در سیستم های میکروکنترلری کوچک و ساده پیاده شود و هم در کامپیوترهای شخصی چندکاناله، شبکه شده عظیم و یا در سیستم های کنترلی. منطق فازی می تواند در نرم افزار، سخت افزار و یا ترکیبی از هر دوی آنها اجرا شود. منطق فازی روش آسانی برای رسیدن به نتیجه ای معین برپایه اطلاعات ورودی نامعین، مبهم، غیردقیق، نویزدار و یا مفقودشده ارائه می دهد. روش منطق فازی برای کنترل سیستم ها از چگونگی تصمیم گرفتن یک انسان تقلید می کند، اما بسیار سریعتر.
• مثل انسان ولی سریع ترمنطق فازی روشی براساس قانون ساده «اگرx ،y آنگاه z » برای حل مسائل کنترلی ارائه می دهد که از تلاش برای مدل کردن سیستم به روش های ریاضی مناسبتر است. مدل منطق فازی بر پایه تجربه است و بر تجربه کاربر تکیه دارد تا فهمیدن تکنیکی سیستم. به عنوان مثال به جای کنترل دما در شرایطی از قبیل: « T<۱۰۰۰F»، «SP = ۵۰۰F» یا «۲۱۰ > دما > ۲۲۰»، از ضوابطی مثل: «اگر «فرآیند خیلی سرد است» و «فرآیند سردتر می شود» آنگاه «به فرآیند گرما اضافه شود»، یا «اگر «فرآیند بسیار گرم است» و «فرآیند به سرعت گرمتر می شود» آنگاه « فرآیند به سرعت خنک شود»» استفاده می شود. این ضوابط غیردقیق است و هنوز حالت توصیفی از آنچه دقیقاً باید انجام شود را دارد. در نظر بگیرید که هنگام دوش گرفتن اگر دما خیلی سرد شود، شما چه کار می کنید؟ شما خیلی سریع دمای آب را، متدواماً بالا خواهد برد تا دمای مطلوب را به دست آورید. منطق فازی قادر است این نوع رفتارها را تقلید کند، البته بسیار سریعتر.
• بازی با خطا
منطق فازی تعدادی پارامترهای شمارشی نیاز دارد تا مسائلی را که در خطا و میزان تغییرات خطا مطرح است، اداره کند، اما ارزش دقیق این اعداد معمولاً مهم نیست، مگر اینکه نیاز به پاسخ سریعی در حالت تنظیم عملی وجود داشته باشد. به عنوان مثال، یک سیستم ساده کنترل دما می تواند از یک سنسور فیدبک دما استفاده کند که اطلاعات را از سیگنال فرمان کم می کند تا خطا را محاسبه کند و مشتق زمانی شیب خطا یا میزان تغییرات خطا، «نقطه خطا» نامیده می شود. خطا ممکن است واحدی از درجه فارنهایت باشد و دو فارنهایت خطای کوچک قابل توجهی باشد، در حالی که ممکن است پنج فارنهایت خطای بزرگی باشد. نقطه خطا ممکن است واحدی از درجه/ دقیقه باشد، با یک نقطه خطای کوچک min/۵F و یک نقطه خطای بزرگ min/۵F. این مقادیر حتماً نباید متقارن باشند و می توانند زمانی که سیستم کار می کند تغییر کنند تا عملیات را بهینه کنند. معمولاً سیستم اولین مرتبه بدون نیاز به هیچ تنظیمی کار می کند.
• چرا فازی؟
منطق فازی دارای خصوصیات منحصر به فرد متعددی است، که آن را به عنوان گزینه بسیار مناسبی برای کنترل بسیاری از سیستم ها معرفی می کند.
۱- کار خود را به طور دائم ادامه می دهد، زیرا به ورودی های دقیق و بدون نویز نیاز ندارد و می تواند طوری برنامه ریزی شود که اگر سنسور فیدبک قطع یا خراب شود، بدون خطر کارش را ادامه دهد. کنترل خروجی ها با وجود دامنه وسیعی از تغییرات ورودی، عملیات کنترلی بدون اشکالی است.
۲- از آنجایی که کنترلر منطق فازی، روش های تعیین شده توسط کاربران برای اداره سیستم کنترل را پردازش می کند، می تواند به راحتی اصلاح شود و تغییر کند تا عملیات سیستم را بهبود بخشد یا تغییر دهد. سنسورهای جدید می توانند به راحتی با ایجاد روش های کنترلی مناسب درون سیستم قرار بگیرند.
۳- منطق فازی به تعداد اندکی ورودی های فیدبک و یک یا دو خروجی کنترل محدود نمی شود و نیازی ندارد تا میزان تغییرات پارامترها را اندازه بگیرد و محاسبه کند تا بتواند اجرا شود. هر اطلاعاتی از سنسور که نشانه ای از عمل و عکس العمل های سیستم باشد، کافی است. این مسئله باعث می شود سنسورها ارزان تر باشند و نیازی نیست تا دقیق باشند، بنابراین هزینه و پیچیدگی سیستم کلی، پایین است.
۴- به علت عملکرد سیستم براساس قواعد، هر تعداد معقولی از ورودی ها «یک تا هشت و بیشتر» می تواند پردازش شود و خروجی های بیشماری «یک تا چهار و بیشتر» ایجاد شود، اگر چه، چنانچه تعداد بسیار زیادی ورودی و خروجی برای یک عملیات واحد انتخاب شوند، تعیین سریع قوانین اصلی مشکل می شود، زیرا قواعدی که روابط متقابل بین ورودی ها و خروجی ها را تعیین می کند، هم باید مشخص شود. بهتر است که سیستم کنترلی را به قطعات کوچک تر تقسیم کنیم و از چندین کنترلر منطق فازی کوچک تر، که هر کدام دارای مسئولیت محدودتری هستند، برای سیستم استفاده کنیم.
۵- منطق فازی می تواند سیستم های غیر خطی را کنترل کند که مدل کردن آنها با قوانین ریاضی بسیار سخت و یا غیرممکن است. این روش درها را بر روی کنترل سیستم هایی که معمولاً تصور می شد اتوماسیون آنها غیرممکن است، می گشاید.
• به کار بردن منطق فازی در سیستم های کنترلی
۱- تعیین کردن معیارها و هدف های سیستم کنترلی: من تلاش می کنم چه چیزی را کنترل کنم؟ چه کارهایی را برای کنترل سیستم باید انجام دهم؟ چه واکنش ها و پاسخ هایی نیاز دارم؟ حالت های ممکن و احتمالی عدم موفقیت سیستم کدام ها هستند؟
۲-تعیین رابطه بین خروجی و ورودی و انتخاب حداقل تعداد متغیرهای ورودی برای موتور منطق فازی.
۳-استفاده از ساختار قانون اصلی منطق فازی و شکستن مسائل کنترلی به تعدادی قواعد «اگر X,Y آنگاه Z»، که خروجی دلخواه سیستم را برای شرایط ورودی داده شده به سیستم تعیین می کند. تعداد و پیچیدگی این قواعد به تعداد پارامترهای ورودی که باید پردازش شوند و تعداد متغیرهای فازی وابسته به هر یک از پارامترها بستگی دارد. بهتر است در صورت امکان، حداقل از یک متغیر و یک مشتق زمانی آن استفاده شود. اگرچه ممکن است بتوان از یک پارامتر خطای لحظه ای منفرد، بدون دانستن میزان تغییرات آن، استفاده کرد، اما به توانایی سیستم برای مینیمم کردن جهش (اورشوت) ورودی های یک مرحله آسیب می زند.
۴-ایجاد توابع عضویت منطق فازی که ارزش و مفهوم ضوابط ورودی/ خروجی استفاده شده در قواعد منطق فازی را تعیین می کند.
آزمایش سیستم، ارزیابی نتایج، تغییر و تنظیم توابع عضویت و قواعد منطق فازی برای بهینه ساختن سیستم و تست کردن مکرر سیستم تا به دست آوردن نتایج رضایتبخش.
• متغیرهای زبان شناختی
در سال ۱۹۷۳ پروفسور لطفی زاده مفهوم متغیرهای فازی یا زبان شناختی را پیشنهاد کرد. تصور کردن آنها به عنوان لغات یا موضوعات زبانشناختی بهتر از تصور کردن آنها به عنوان اعداد است. ورودی سنسور یک اسم است، به عنوان نمونه: «دما»، «جابه جایی»، «سرعت»، «جریان»، «فشار» و غیره. متغیرهای فازی خودشان صفاتی هستند که متغیر را توصیف می کنند به عنوان مثال: خطای «مثبت بزرگ»، خطای «مثبت کوچک»، خطای «صفر»، خطای «منفی کوچک»، خطای «منفی بزرگ». برای مینیمم کردن می توان متغیرهای «مثبت»، «صفر» و «منفی» را برای هر یک از پارامترها در نظر گرفت. دامنه تغییرات اضافی از قبیل «خیلی بزرگ » و«خیلی کوچک» هم می تواند به محدوده پاسخگویی، در شرایط استثنایی و یا بسیار غیرخطی اضافه شود، اما در سیستم اصلی نیازی نیست.
• و اما ...منطق فازی به عنوان روشی بهتر برای دسته بندی و کار کردن با اطلاعات شناخته شده است اما همچنین ثابت شده است که منطق فازی تا زمانی که از منطق کنترل بشری تقلید کند، گزینه ای عالی برای بسیاری از اعمال در سیستم های کنترلی است. منطق فازی می تواند در هر کامپیوتر دستی کوچک به کار برود یا در سیستم های عظیم کنترل پردازش کامپیوتری. منطق فازی از یک برنامه غیردقیق اما بسیار توصیفی استفاده می کند تا با اطلاعات ورودی هرچه بیشتر، شبیه یک کاربر انسان رفتار کند و به کار خود پس از خطای کاربر یا اطلاعات ورودی به خوبی ادامه می دهد و معمولاً در آغاز با کمی تنظیم یا حتی بدون نیاز به تنظیم شروع به کار می کند.منطق فازی نیازی به ورودی های دقیق ندارد، به طور ماندگار به کارش ادامه می دهد و می تواند هر تعداد معقولی از ورودی ها را پردازش کند، اما پیچیدگی سیستم با ورودی ها و خروجی های بیشتر به سرعت افزایش می یابد. پردازشگرهای توزیع شده شاید باعث آسان شدن عملیات شود. زبان ساده قانون «اگر X,Y آنگاه Z» که برای توصیف پاسخ دلخواه سیستم استفاده می شود بهتر از فرمول های ریاضی است. تعداد این قواعد بستگی به تعداد ورودی ها و خروجی ها و هدف های کنترلی طراحان دارد.
باشگاه اندیشه
sh_omomi70
• مثل انسان ولی سریع ترمنطق فازی روشی براساس قانون ساده «اگرx ،y آنگاه z » برای حل مسائل کنترلی ارائه می دهد که از تلاش برای مدل کردن سیستم به روش های ریاضی مناسبتر است. مدل منطق فازی بر پایه تجربه است و بر تجربه کاربر تکیه دارد تا فهمیدن تکنیکی سیستم. به عنوان مثال به جای کنترل دما در شرایطی از قبیل: « T<۱۰۰۰F»، «SP = ۵۰۰F» یا «۲۱۰ > دما > ۲۲۰»، از ضوابطی مثل: «اگر «فرآیند خیلی سرد است» و «فرآیند سردتر می شود» آنگاه «به فرآیند گرما اضافه شود»، یا «اگر «فرآیند بسیار گرم است» و «فرآیند به سرعت گرمتر می شود» آنگاه « فرآیند به سرعت خنک شود»» استفاده می شود. این ضوابط غیردقیق است و هنوز حالت توصیفی از آنچه دقیقاً باید انجام شود را دارد. در نظر بگیرید که هنگام دوش گرفتن اگر دما خیلی سرد شود، شما چه کار می کنید؟ شما خیلی سریع دمای آب را، متدواماً بالا خواهد برد تا دمای مطلوب را به دست آورید. منطق فازی قادر است این نوع رفتارها را تقلید کند، البته بسیار سریعتر.
• بازی با خطا
منطق فازی تعدادی پارامترهای شمارشی نیاز دارد تا مسائلی را که در خطا و میزان تغییرات خطا مطرح است، اداره کند، اما ارزش دقیق این اعداد معمولاً مهم نیست، مگر اینکه نیاز به پاسخ سریعی در حالت تنظیم عملی وجود داشته باشد. به عنوان مثال، یک سیستم ساده کنترل دما می تواند از یک سنسور فیدبک دما استفاده کند که اطلاعات را از سیگنال فرمان کم می کند تا خطا را محاسبه کند و مشتق زمانی شیب خطا یا میزان تغییرات خطا، «نقطه خطا» نامیده می شود. خطا ممکن است واحدی از درجه فارنهایت باشد و دو فارنهایت خطای کوچک قابل توجهی باشد، در حالی که ممکن است پنج فارنهایت خطای بزرگی باشد. نقطه خطا ممکن است واحدی از درجه/ دقیقه باشد، با یک نقطه خطای کوچک min/۵F و یک نقطه خطای بزرگ min/۵F. این مقادیر حتماً نباید متقارن باشند و می توانند زمانی که سیستم کار می کند تغییر کنند تا عملیات را بهینه کنند. معمولاً سیستم اولین مرتبه بدون نیاز به هیچ تنظیمی کار می کند.
• چرا فازی؟
منطق فازی دارای خصوصیات منحصر به فرد متعددی است، که آن را به عنوان گزینه بسیار مناسبی برای کنترل بسیاری از سیستم ها معرفی می کند.
۱- کار خود را به طور دائم ادامه می دهد، زیرا به ورودی های دقیق و بدون نویز نیاز ندارد و می تواند طوری برنامه ریزی شود که اگر سنسور فیدبک قطع یا خراب شود، بدون خطر کارش را ادامه دهد. کنترل خروجی ها با وجود دامنه وسیعی از تغییرات ورودی، عملیات کنترلی بدون اشکالی است.
۲- از آنجایی که کنترلر منطق فازی، روش های تعیین شده توسط کاربران برای اداره سیستم کنترل را پردازش می کند، می تواند به راحتی اصلاح شود و تغییر کند تا عملیات سیستم را بهبود بخشد یا تغییر دهد. سنسورهای جدید می توانند به راحتی با ایجاد روش های کنترلی مناسب درون سیستم قرار بگیرند.
۳- منطق فازی به تعداد اندکی ورودی های فیدبک و یک یا دو خروجی کنترل محدود نمی شود و نیازی ندارد تا میزان تغییرات پارامترها را اندازه بگیرد و محاسبه کند تا بتواند اجرا شود. هر اطلاعاتی از سنسور که نشانه ای از عمل و عکس العمل های سیستم باشد، کافی است. این مسئله باعث می شود سنسورها ارزان تر باشند و نیازی نیست تا دقیق باشند، بنابراین هزینه و پیچیدگی سیستم کلی، پایین است.
۴- به علت عملکرد سیستم براساس قواعد، هر تعداد معقولی از ورودی ها «یک تا هشت و بیشتر» می تواند پردازش شود و خروجی های بیشماری «یک تا چهار و بیشتر» ایجاد شود، اگر چه، چنانچه تعداد بسیار زیادی ورودی و خروجی برای یک عملیات واحد انتخاب شوند، تعیین سریع قوانین اصلی مشکل می شود، زیرا قواعدی که روابط متقابل بین ورودی ها و خروجی ها را تعیین می کند، هم باید مشخص شود. بهتر است که سیستم کنترلی را به قطعات کوچک تر تقسیم کنیم و از چندین کنترلر منطق فازی کوچک تر، که هر کدام دارای مسئولیت محدودتری هستند، برای سیستم استفاده کنیم.
۵- منطق فازی می تواند سیستم های غیر خطی را کنترل کند که مدل کردن آنها با قوانین ریاضی بسیار سخت و یا غیرممکن است. این روش درها را بر روی کنترل سیستم هایی که معمولاً تصور می شد اتوماسیون آنها غیرممکن است، می گشاید.
• به کار بردن منطق فازی در سیستم های کنترلی
۱- تعیین کردن معیارها و هدف های سیستم کنترلی: من تلاش می کنم چه چیزی را کنترل کنم؟ چه کارهایی را برای کنترل سیستم باید انجام دهم؟ چه واکنش ها و پاسخ هایی نیاز دارم؟ حالت های ممکن و احتمالی عدم موفقیت سیستم کدام ها هستند؟
۲-تعیین رابطه بین خروجی و ورودی و انتخاب حداقل تعداد متغیرهای ورودی برای موتور منطق فازی.
۳-استفاده از ساختار قانون اصلی منطق فازی و شکستن مسائل کنترلی به تعدادی قواعد «اگر X,Y آنگاه Z»، که خروجی دلخواه سیستم را برای شرایط ورودی داده شده به سیستم تعیین می کند. تعداد و پیچیدگی این قواعد به تعداد پارامترهای ورودی که باید پردازش شوند و تعداد متغیرهای فازی وابسته به هر یک از پارامترها بستگی دارد. بهتر است در صورت امکان، حداقل از یک متغیر و یک مشتق زمانی آن استفاده شود. اگرچه ممکن است بتوان از یک پارامتر خطای لحظه ای منفرد، بدون دانستن میزان تغییرات آن، استفاده کرد، اما به توانایی سیستم برای مینیمم کردن جهش (اورشوت) ورودی های یک مرحله آسیب می زند.
۴-ایجاد توابع عضویت منطق فازی که ارزش و مفهوم ضوابط ورودی/ خروجی استفاده شده در قواعد منطق فازی را تعیین می کند.
آزمایش سیستم، ارزیابی نتایج، تغییر و تنظیم توابع عضویت و قواعد منطق فازی برای بهینه ساختن سیستم و تست کردن مکرر سیستم تا به دست آوردن نتایج رضایتبخش.
• متغیرهای زبان شناختی
در سال ۱۹۷۳ پروفسور لطفی زاده مفهوم متغیرهای فازی یا زبان شناختی را پیشنهاد کرد. تصور کردن آنها به عنوان لغات یا موضوعات زبانشناختی بهتر از تصور کردن آنها به عنوان اعداد است. ورودی سنسور یک اسم است، به عنوان نمونه: «دما»، «جابه جایی»، «سرعت»، «جریان»، «فشار» و غیره. متغیرهای فازی خودشان صفاتی هستند که متغیر را توصیف می کنند به عنوان مثال: خطای «مثبت بزرگ»، خطای «مثبت کوچک»، خطای «صفر»، خطای «منفی کوچک»، خطای «منفی بزرگ». برای مینیمم کردن می توان متغیرهای «مثبت»، «صفر» و «منفی» را برای هر یک از پارامترها در نظر گرفت. دامنه تغییرات اضافی از قبیل «خیلی بزرگ » و«خیلی کوچک» هم می تواند به محدوده پاسخگویی، در شرایط استثنایی و یا بسیار غیرخطی اضافه شود، اما در سیستم اصلی نیازی نیست.
• و اما ...منطق فازی به عنوان روشی بهتر برای دسته بندی و کار کردن با اطلاعات شناخته شده است اما همچنین ثابت شده است که منطق فازی تا زمانی که از منطق کنترل بشری تقلید کند، گزینه ای عالی برای بسیاری از اعمال در سیستم های کنترلی است. منطق فازی می تواند در هر کامپیوتر دستی کوچک به کار برود یا در سیستم های عظیم کنترل پردازش کامپیوتری. منطق فازی از یک برنامه غیردقیق اما بسیار توصیفی استفاده می کند تا با اطلاعات ورودی هرچه بیشتر، شبیه یک کاربر انسان رفتار کند و به کار خود پس از خطای کاربر یا اطلاعات ورودی به خوبی ادامه می دهد و معمولاً در آغاز با کمی تنظیم یا حتی بدون نیاز به تنظیم شروع به کار می کند.منطق فازی نیازی به ورودی های دقیق ندارد، به طور ماندگار به کارش ادامه می دهد و می تواند هر تعداد معقولی از ورودی ها را پردازش کند، اما پیچیدگی سیستم با ورودی ها و خروجی های بیشتر به سرعت افزایش می یابد. پردازشگرهای توزیع شده شاید باعث آسان شدن عملیات شود. زبان ساده قانون «اگر X,Y آنگاه Z» که برای توصیف پاسخ دلخواه سیستم استفاده می شود بهتر از فرمول های ریاضی است. تعداد این قواعد بستگی به تعداد ورودی ها و خروجی ها و هدف های کنترلی طراحان دارد.
باشگاه اندیشه
sh_omomi70