Нечеткая логика на практике. Статья о нечеткой логике обычно грешит двумя вещами

• Название: Статья о нечеткой логике обычно грешит двумя вещами
• Дата: 27.02.2023
• Размер: 2.11 Mb.
• Имя файла: Нечеткая логика на практике.docx
• Тип: Статья; #957319
• страница: 5 из 10

Нечеткая логика. Теория. Практика. Примеры.

Изначально это была только теория, а в настоящее время Нечеткая логика превратилась в полноценную методику управления. Она используется совместно с другими методиками управления, удачно дополняя их.

Нечеткая логика совсем не заменяет традиционные методики управления, а напротив она используется совместно с традиционными методиками и позволяет упростить создание и расширить возможности традиционных методик. Преимущества базируются на следующем:

• 
  формализируется и объединяется опыт операторов и разработчиков в настройке петель регулирования;
  

• 
  предлагается простой метод управления для сложных процессов;
  

• 
  постоянно учитывается опыт по управлению процессами данного типа, принимая во внимание исключения разного рода и особенности системы;
  

• 
  учитываются исходные данные разного рода и производятся объединение разных исходных данных.
  

Каким образом эти методики влияют на процесс промышленного управления? Какое влияние на качество и стоимость произведенной продукции?

При помощи рассмотрения нескольких теоретических понятий, примеров автоматизации промышленных объектов и конкурентных преимуществ данная статья технической коллекции отвечает на поставленные выше вопросы, а также на возможные вопросы инженеров систем автоматизации и вопросы потенциальных пользователей.

1. Предисловие

1.1. Нечеткая логика сегодня

В большинстве, используемых в настоящее время приложений автоматизации технологических процессов, нечеткая логика позволяет применить опыт операторов и технологов для управления процессами.

В начале девяностых годов двадцатого века появился интерес к методам управления, которые получили название «нечеткая логика управления». В то время в основном в Японии появилось большое количество электротехнических и электронных приложений в бытовой технике, в которых были применены методы управления данного типа. Стиральные машины, работающие автоматически и не требующие какой-либо регулировки, видеокамеры с технологией Steadyshot (TM) обеспечивающей автоматическую стабилизацию изображения и многие другие инновации стали привлекать внимание широкой общественности к термину «Нечеткая логика».

В автомобильной промышленности благодаря применению методов нечеткой логики появилось автоматическое переключение передач в трансмиссии, системы впрыска, шумоподавляющие системы и кондиционеры воздуха.

Количество приложений основанных на данных методах управления непрерывно увеличивается для непрерывных процессов, для приложений пакетной обработки, а так же для автоматизированных систем (рассматриваются в данной статье). Нечеткая логика, благодаря использованию её в этой отрасли, получила описание и формулировку в качестве метода программирования. Она позволяет систематизировать эмпирические знания и применить их для управления процессами в случае трудностей с применением классических методов управления. Теория нечеткой логики позволяет описать наборы методов управления, которые несложно применить для реальной системы и позволяет учесть опыт операторов и технологов для динамического управления процессом.

Это позволяет описывать на Нечеткой логике отдельные части производственного процесса, такие как инициализация, задание параметров и т.д.

Эта статья описывает методы применения Нечеткой логики для использования её в автоматизации производственных процессов.

1.2. История нечеткой логики

Появление Нечеткой логики

Термин «нечеткое множество» (“fuzzy set”) впервые появился в 1965, когда профессор Лотфи А.Заде (Lotfi A. Zadeh) из университета в Барклей (Berkeley), USA опубликовал статью озаглавленную “Fuzzy sets”. В это время он сформулировал множество теоретических приемов описания алгоритмов в этой области, после чего многочисленные теоретики подхватили идею и стали разрабатывать свои описания.

Первые применения

В то же время некоторые исследователи начали применять методы Нечеткой логики для решения проблем, которые считались сложными. В 1975 году профессор Мамдани (Mamdani) из Лондона разработал и опубликовал методику управления двигателем паровой турбины. В 1978 году датская компания F.L. Smidth разработала систему управления для печи обжига кирпича. Это было первым применением в промышленности системы на основе нечеткой логики.

Творческий бум

Применение нечеткой логики вызвало настоящий бум творческой активности в Японии, где исследования были не только теоретические, но носили еще и прикладной, ориентированный на применения, характер. В конце восьмидесятых термин «Нечеткая логика» получил широкое распространение, потому что эти методы управления стали применять в стиральных машинах, видеокамерах и другой бытовой технике. Промышленные применения, такие как водоподготовка, портовые краны, системы управления в метро, а также системы вентиляции и кондиционирования воздуха начали так же широко использовать Нечеткую логику. В завершении внедрения методов управления на основе нечеткой логики в промышленности, её стали использовать в системах моделирования в финансовой сфере и диагностики в медицине. Начиная с 1990, в Германии и США стали создавать большое количество приложений на основе методов нечеткой логики.

1.3. Универсальность и использование нечеткой логики в системах управления

Универсальность

Нечеткая логика базируется на следующих наблюдениях:

— Знания и умения, которые человек часто использует для разрешения какой-либо проблемы, являются не совершенными:

-они могут быть сомнительными (человек может быть не уверен в их эффективности);

-или не проверенными.

— Человек часто решает сложные проблемы на основе приблизительных исходных данных (точность исходных данных при этом не требуются), например, для того чтобы выбрать квартиру для проживания человек может рассматривать разные исходные данные, среди которых могут быть район, близость магазинов, расстояние до работы и стоимость аренды. При этом, однако, не требуется точность всех параметров исходной информации.

— В промышленности операторы очень часто с легкостью решают весьма сложные и комплексные проблемы без предварительной проработки возможной проблемы и моделирования системы. Подобно тому, как и для управления автомобилем не требуется предварительное моделирование поездки, не смотря на то, что автомобиль является очень сложной системой и поездка может быть не простой.

— Чем сложнее система, тем сложнее её моделирование и предсказание её поведения во время работы.

Из всего сказанного выше можно сделать следующие выводы:

— часто проще и полезнее моделировать поведение оператора системы управления, чем моделировать работу самой системы;

— вместо того, чтобы использовать точные математические вычисления и уравнения, более эффективно использовать качественные оценки ситуации и применять соответствующие меры обработки.

Использование в системах управления

«Нечеткая логика», называемая “fuzzy control”, хорошо известна инженерам программистам систем управления, как удобное средство программирования и мониторинга приложений управления технологическими процессами. По аналогии с традиционными средствами управления технологическими процессами, системы на основе нечеткой логики могут использоваться для описания петель регулирования и участвовать в вычислении управляющего воздействия в соответствии с одной или большим количеством точек задания для одного или большего количества измерений.

Правила нечеткой логики позволяют обеспечить:

— применение существующего опыта управления;

— использовать гибкие правила в случае невозможности точно моделировать систему при помощи традиционных средств;

— улучшение качества управления при помощи:

-саморегулирования системы управления;

-упреждающее изменение выходного воздействия (функция упреждения), базируясь на событиях, которые не могут быть учтены в случае применения традиционных способов управления.

Применения ноу-хау наилучшим образом

Жизненный опыт и ноу-хау наилучшим образом могут быть применены при управлении с нечеткой логикой. Нечеткие правила позволят производить управление в случае, когда нет возможности управления в ручном режиме или по известным правилам.

Когда существует накопленный опыт и/или ноу-хау их можно трансформировать в правила нечеткой логики и обеспечить управление наиболее простым способом. Нечеткая логика, кроме этого, позволяет получить максимальную пользу от практического опыта и обеспечить отсутствие потерь.

Этапу накапливания опыта и выявления полезных ноу-хау необходимо уделять максимальное внимание, так как упущение важных особенностей функционирование систем может привести к некорректной обработке. В связи с чем этот важный этап разработки системы должен выполняться вручную с особой тщательностью.

При наличии практического опыта можно описать этот опыт в виде правил нечеткой логики, когда система является сложной и/или нет готового опыта её создания или моделирования, в этом случае необходимо использовать глобальный подход к описаниям частей этой системы. Методы нечеткой логики не заменяют традиционные подходы к созданию систем управления, а наоборот, дополняют их.