FAZI ADAPTIVNI KONTROLER KAO OSNOVA INDUSTRIJSKOG RAZVOJA

Transcription

1 FAZI ADAPTIVNI KONTROLER KAO OSNOVA INDUSTRIJSKOG RAZVOJA Tihomir Latinović 1, Zora Konjović 2, Danilo Obradović 3 Rezime: Dizajn fazi kontrolera zahtjeva mnogo više odluka u fazi dizajna nego što je uobičajeno, npr. bazu pravila, mehanizam zaključivanja, defazifikacija, bazu podataka prije i poslije procesiranja. Ovaj rad teži da identifikuje pristup dizajnu, koji uzima PID kontroler kao startnu jedinicu. i potrebe fazi adaptivnog automatskog upravljanja u proizvodnji.. Ključne riječi: Fazi, Kontroler, Adaptivni Fuzzy adaptive controllers like base of industrial development Abstract: Design of a fuzzy adaptive controller requires more design decisions than usual, for exampleregarding rule base, inference engine, defuzzification, and data preand post processing.this paper identifies and describes the design choices related to fuzzy adaptive control, based on an international standard which is underway. The paper contains also a design approach, which uses a PID controller as a starting point.. Keywords: Fuzzy, Controllers, Adaptive 1. UVOD Iako je relativno lako dizajnirati PID kontroler, uključivanje fazi pravila stvara dodatne probleme dizajneru. Iako puno izvora opisuje fazi kontrolu, malo ih govori o postavljanju parametara za jednostavan Fazi kontoler. Pristup se može bazirati na sledećim koracima: Uraditi klasični PID kontroler Ubaciti ekvivalentni, linearni fazi kontrole Učiniti ga postepeno nelinearnim 1 mr, Tihomir Latinović, Banjaluka, Mašinski Fakultet, (tiho@inecco.net) 2 Dr, Zora Konjović, Novi Sad, Fakultet Tehničkih Nauka, (ftn_zora@uns.ns.ac.yu) 3 Dr, Danilo Obradovic, Novi Sad, Fakultet Tehničkih Nauka, (dacha@uns.ns.ac.yu)

2 Ime autora, ime koautora ( 9 Pt Italic) Da bi znali šta treba jednom fazi kontroleru ukratko ćemo opisati tri pristupa izradi fazi kontrolera: 1. Kontroler baziran na tabeli 2. Mapiranje Ulaza i Izlaza 3. Mamdani tip kontrolera Fazi kontroleri se koriste i u artiklima lične potrošnje, kao što su video kamere,, veš mašine, klima uređaji itd. Fazi kontrola je metoda bazirana na fazi logici. Ako fazi logiku objasnimo kao "rad sa pojmovima radije nego sa brojevima", fazi kontrolu bi opisali kao "kontrola sa pravilima radije nego jednačinama". Na primjer neka je tipični fazi kontroler: 1. If greška je Neg i promjena greške je Neg izlaz je NB 2. If greška je Neg i promjena greške je Nula izlaz je NM... Kolekcija pravila se zove baza pravila, Pravilo je if-then formata, i lijeva strana se zove uslov, a desna strana zaključak. Par se zove pretpostavka - zakjučak. Neg je lingvistički termin za riječ Negativan, izlazna vrijednost "NB" je Negativna Velika, a "NM" negativna srednja. Kompjuter izvodi pravilo kada je izmjerena greška na ulazu i promjena greške. U kontroleru baziranom na pravilima strategija kontrole se memoriše preko manje više prirodnih riječi. Kontroler baziran na pravilima je jednostavan za razumjevanje i jednostavan za održavanje za krajnje korisnike. Sl. 1: Direktna kontrola Na Sl. 1 je prikazana direktna kontrola, gdje je fazi kontroler u direktnom putu sistema sa povratnom spregom: Izlaz procesa se poredi sa referencom i ako se pojavi devijacija, kontroler preuzima akciju saglasno sa kontrolnom strategijom. U ovom slučaju je riječ o Fazi kontroleru i on direktno zamjenjuje raniji PID (proporcionalno integrisani kontroler). Fazi pravila se takođe koriste da podese parametre u parametar adaptivnoj kontroli na slici 2 Ako nelinearno postrojenje promjeni operativne tačke, moguće je promjeniti parametre kontrolera saglasno sa svakom operativnom tačkom. To se zove vremensko planiranje kontrolera. Stabilnost sistema zavisi od njegove mogućnosti da konvergira ili ostaje blizu ravnoteže.

3 Naziv rada, mala slova ( 9 Pt Italic) Sl. 2: Fazi parametar adaptivna kontrola Nelinearni sistemi su asimptotski stabilni, ako je blizak ravnoteži ili konvergira ka njoj. Kod nelinearnih sistema provjera uslova stabilnosti je teža nego kod linearnih sistema. Ako koristimo fazi kontroler i aproksimiramo ga kao linearni kontroler i primjenimo konvencionalnu linearnu analizu i proceduru dizajna. Na taj način margine stabilnosti nelinearnog sistema postaju slične marginama stabilnosti linearnoj aproksimaciji nelinearnog sistema zavisno od toga koliko je bliska aproksimacija. Postoje mnogi izvori za pronalaženje kontrolnih pravila a, neke ćemo navesti: Iskustvo eksperta i znanje inženjera kontrole predočeno u priručnik za rukovanje mašinom. Bazirano na kontrolnim akcijama operatera. Fazi pravila mogu biti potpuno prenesene akcije operatera mašine i relacija između ulaza i izlaza. Bazirano na fazi modelu procesa je postupak u kome cijeli proces fazifikujemo koristeći činjenice o procesu i pravila kako i kad se te činjenice koriste. Bazirano na učenju je samostalno organizujući kontroler koji sam pronalazi pravila. Tada govorimo o neuralnoj mreži. 2. Struktura fazi kontrolera Da bi realizovali fazi kontroler neophodno je da znamo njegovu ulogu i strukturu u obradi podataka. Na slici 3 kontroler je između preprocesirajućeg bloka i post-procesirajućeg bloka. Slijedi objašnjenje svakog od blokova.

4 Ime autora, ime koautora ( 9 Pt Italic) 2.1 Preprocesiranje Sl. 3 Blokovi fazi kontrolera Ulazi su često puni šuma i dolaze direktno sa mjernih instrumenata. Preprocesor radi sledeće: Kvantizuje tako da zaokružuje ili uzorkuje brojne podatke normalizira ih u predviđeni opseg filtrira da izbjegne šum kombinuje više mjerenja da postigne ključne indikatore Kvantizacijom se konvertuju dolazeće vrijednosti na način da nađemo najbolji nivo diskretizacije. Kvantizacija je način reduciranja podataka. 2.2 Fazifikacija Prvi blok unutar kontrolera je fazifikacija, koja konvertuje svaki dio ulaza podataka u stepen pripadnosti više funkcija pripadnosti, odnosto više lingvističkih varijabli. 2.3 Baza pravila Pravila koriste više varijabli zavisno od uslova i zaključaka pravila. Kontroler je primjenljiv i na više-ulazne-više izlazne (MIMO) probleme i jedno-ulazne-jedno-izlazne (SISO) probleme. 2.4 Format pravila Lingvistički kontroler sadrži pravila u if-then formatu, ali mogu biti prestavljena u različitim formatima, Takođe se pravila mogu grupisati u srodnu grupu pravila. 2.5 Mahanizam zaključivanja To je program koji za odgovarajući ulaz aktivira odgovarajuće pravilo i postavi fleg u agendu ili dnevnik rada, gdje se to pravilo više nikad ne koristi ili se ponovo koristi više puta.

5 Naziv rada, mala slova ( 9 Pt Italic) 2.6 Defazifikacija Defazifikacija je reverzni proces fazifikacije. Nakon što smo dobili fazi skup moramo ga pretvoriti u brojeve. Jedan od češće korištenih metoda defazifikacije je Mamdani metoda. 2.7 Mamdani model Ovaj model korišten je u prvoj opisanoj primjeni Fazi logike za kvantificiranje jezičnih pravila kojima je iskusni operater opisao problem regulacije protoka i temperature pare u laboratorijskom parnom postrojenju. Primjer. Neka je dat fazi sistem s jednom ulaznom i jednom izlaznom varijablom, te tri pravila oblika AKO x je A, ONDA y je B h... i = 1, 2, 3 gdje x i y predstavljaju ulazne i izlazne fazi varijable iz skupova X i V, nad kojima su zadane particije A i B h. Grafički prikaz funkcija pripadnosti, pravila fazi sistema te ilustracija algoritma zaključivanja dati su na slici. 4. Neka je ulazna varijabla x definisana Fazi skupom A'. Jezička interpretacija skupa A' mogla bi biti 'xje približno 6". U algoritmu zaključivanja razlikuju se sljedeći koraci: 1. određivanje stepena prekrivanja (ili stepena istinitosti premise), između ulaznog skupa i skupova u premisama fazi pravila 2. određivanje lokalnog izlaznog skupa 3. akumuliranje lokalnih skupova u jedinstveni fazi skup izlazne varijable SL PRIMJER MAMDANI PRAVILA ZA DEFAZIFIKACIJU

6 Ime autora, ime koautora ( 9 Pt Italic) 3. ZAKLJUČAK Fazi kontroleri i fazi logika općenito ima sve veću primjenu u svijetu. Najveću u automatskoj kontroli i regulaciji. Primjena je uzrokovana jednostavnošću same logike i njenom mogućnošću da komplikovan matematički aparat ponašanja jednog sistema za regulisanje svede u program koji se može dopunjavati novim saznanjima, preko fazi pravila, činjenica i rezultata mjerenja takvog sistema. Njihova primjenljivost ide u sve sfere industrije, projektovanja, tehnologije, kontrole kvaliteta. Faze koje je rad nastojao približiti su neophodne kod tretiranja takvog jednog problema, kao što je kontrola procesa proizvodnje. Da bi mogli raditi takve uređaje neophodno je u daljem obrazovanju obraditi Fazi logiku, Ekspertske sisteme, FMEA i druge metode ocjenjivanja, Metode zaključivanja, DATA Mining itd. Nakon toga možemo tretirati, kako postojeće sisteme u industriji tako i nove koji treba da se projektuju. Na taj način možemo uhvatiti korak sa okruženjem, jer sve ove metode zahtjevaju prije svega znanje projektanta, a manje softificiran instrumentarij. Fazi logika i sve oko nje je trenutno najinteresantnija oblast u svijetu. Japan kao najnaprednija industrijska zemlja davno je shvatila značaj primjene fazi logike u svojim sistemima i najdalje otišla u tome. LITERATURA [1] L.A. Zadeh, "Fuzzy Logic=Computing with Words", IEEE Trans, on Fuzzy Systems, VOL. 4, No 2, May 1996 [2] R. R. Yager, S. Ovchinnikov, R. M. Tong, "Fuzzy sets and Applications", John Wiley & Sons, 1987 [3] G. B. Stamou and S. G. Tzafestas, Fuzzy relation equations and fuzzy inference systems: an inside approach, IEEE Trans. Syst., Man, Cybern. B, vol. 29, no. 6, str , [4] Y. Jin, Fuzzy modeling of high-dimensional systems: complexityreduction and interpretability improvement, IEEE Trans. Fuzzy Syst.,vol. 8, no. 2, str , [5] L. X. Wang and J. M. Mendel, Generating fuzzy rules by learning from examples, IEEE Trans. Syst., Man, Cybern., vol. 22, no. 6, str , [6] Latinović Tihomir, Krstan Bošnjak, Todić M., Šljivić M., Obradović D., Primjena Fazi logike u ekspertskim sistemima, demi 2002, str [7] Latinović Tihomir, Obradović Danilo, Konjević Zora, Mjerenje Fazi sistema sa stanovišta optimizacije pravila, Demi 2003, str [8] Latinović Tihomir,Krstan Bošnjak Modular expert system for FMEA (Failure Mode & Effects Analysis) like fundamental tool for QS9000 standard, Balkanska Konferencija, 2000