Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Теория нечетких множеств / 4. Теория нечетких множеств.Ю.В. Гриняев. 2008.doc
Скачиваний:
114
Добавлен:
11.05.2015
Размер:
3.8 Mб
Скачать

5.9 Промышленные применения

В настоящее время известны многочисленные исследования по применению нечеткой логики для автоматического управления и распознавания образов. Известно, что идеи нечеткой логики зародились в технике. В числе основных промышленных применений теории нечетких множеств можно назвать управление, диагностику неисправностей, распознавание образов, обработку изображений, анализ надежности, проектирование систем, компьютеры и т. д. Однако основной областью применения этой теории было управление. Дело в том, что в исходную идею о нечеткой логике укладывались представления об управлении.

В качестве одной из предпосылок возникновения идеи нечеткого множества Заде выдвигает так называемый принцип несовместности, который заключается в том, что с увеличением размеров и сложности системы существенно усложняется ее моделирование с помощью известных математических выражений. Другими словами, при использовании классических методов существенно возрастает число переменных и параметров, измерение отдельных переменных и определение параметров сильно затрудняется, и создание полностью адекватной модели становится практически невозможным. Вместо этого Заде предложил лингвистическую модель, которая использует не математические выражения, а слова, отражающие качество. Применение этих слов не обеспечивает такую же точность, как математические модели, но дает возможность создать хорошую, качественную модель системы. Подобные модели уже используются для экономических и социальных систем. Предметом обсуждения является нечеткость слов языка описания системы. Заде утверждал, что нечеткость – это, скорее достоинство, а не недостаток моделирования. На примере задачи постановки автомобиля на стоянку между двумя другими автомобилями он объясняет достоинства нечеткого описания следующим образом.

Следуя классическим методам теории управления и решая эту задачу с помощью уравнений движения автомобиля, поставить автомобиль на стоянку невозможно: нельзя достоверно измерить ни состояние дорожного покрытия, ни состояние шин; построение уравнений движения будет условным, поскольку нельзя определить их параметры. Однако в школе вождения новичок, не зная уравнений движения и обучаясь только со слов инструктора, может умело поставить автомобиль на стоянку. Ему говорят: «Поворачивая руль направо, двигайся вперед; возврати руль налево и остановись, затем, поворачивай направо, двигайся назад и возврати руль налево; в случае неудачи повтори». Следуя общим указаниям, выраженных подобными словами, человек может водить автомобиль, а компьютеру это не под силу. Указания для него должны быть представлены в виде детерминированных математических выражений, но, как сказано выше, получить их невозможно. Если даже предположить, что такие математические модели можно построить, они будут упрощены. Управление по таким моделям будет рискованным, поскольку модель и реальность будут неадекватны.

Качественный процесс решения задачи, свойственный человеку, называют нечетким алгоритмом. Идея нечеткого управления состоит в реализации нечеткого алгоритма в компьютере с использованием нечеткой логики. Исследования применения нечеткой логики в промышленности началось с нечеткого управления и привело к впечатляющим результатам; более того, благодаря успехам нечеткого управления повысился интерес к нечеткой логике во всем мире. Почти все причины успешного применения нечеткой логики в областях, не связанных с управлением, так или иначе, сводятся к идеи нечеткого управления. Рассмотрим в упрошенной форме метод нечеткого управления и его особенности.

При традиционном нечетком управлении осуществляется параллельная обработка большого числа правил. На практике применение правил сводится к нечетким выводам в нечеткой логике. В качестве примера правил и выводов рассмотрим следующую схему:

Правило. «При сокращении расстояния между автомобилями уменьшить скорость».

Ситуация. «Расстояние между автомобилями примерно 20 м».

Реализация. «Сильно уменьшить скорость».

В данной схеме «реализация» представляет собой результат нечеткого вывода. В действительности имеется несколько таких правил, поэтому результаты отдельных выводов обобщаются, и полученный результат преобразуется в числовое значение (задающую величину) для ввода в систему, которая является объектом управления. Возможен также способ нечеткого управления с выбором одного наиболее подходящего правила. Правила описываются с помощью неопределенных слов, как в приведенной схеме, и называются правилами нечеткого управления.

Существует четыре способа составления правил нечеткого управления: 1) на основе опыта и знаний эксперта; 2) путем создания модели действий оператора; 3) путем обучения и 4) на основе нечеткой модели системы.

Способ 1 аналогичен созданию экспертной системы: в словесном виде извлекаются опыт квалифицированного оператора и знания специалиста по управлению, которые потом обобщаются в виде нечеткого управления «если…то». Способ 2 используется в случаях, когда от эксперта не удается получить правила в словесном выражении, в частности, когда оператор запоминает манипуляции, например, в виде движений рук, но представить их на языковом уровне затрудняется. Но даже в этом случае, если действия оператора можно смоделировать в форме «если…то», их можно непосредственно использовать в качестве правил управления. Способ 3 эффективен в случаях, когда можно провести эксперимент на реальной системе или существует модель системы. Правила нечеткого управления можно формировать путем обучения, начиная с ситуации, когда еще нет ни одного правила, либо в соответствии с изменением ситуации постепенно улучшать за счет обучения (поэтому можно не привлекать экспертов). Способ 4 используется в случаях, когда предполагается создание нечеткой модели системы. Если модель создается в форме «если…то», правила нечеткого управления легко выводятся теоретически, исходя из целей управления и модели системы.

Три особенности нечеткого управления.

Первая особенность нечеткого управления заключается в том, что правила нечеткого управления, будучи условными высказываниями типа «если…то», являются логическими. Использование правил осуществляется через механизм логических выводов. Логическое управление означает, что логику эксперта легко представить и разнообразными предпосылками поставить в соответствие некоторое действие. Для реальной системы это не только использование при управлении полной информации в отличие от классической теории управления, но и изменение режимов управления в зависимости от различных условий, например, параметров. Во многих реальных системах необходимо особое внимание уделять процедуре запуска. В этом случае для автоматизации очень удобно использовать нечеткое управление, поскольку можно записывать правила в форме «если…то» одинаковым образом и для запуска, и для нормальной работы.

Вторая особенность – параллельное управление – заключается в том, что и нечеткие методы управления существенно различаются. Традиционные методы управления – это классические, в которых обобщающее правило управления представляется с помощью одной формулы, в то время как при нечетком управлении используется большое число частных правил. Каждое правило действует в определенной области информационного пространства, используемого при управлении. Для каждой локальной области распределенного информационного пространства целесообразно создавать отдельные правила управления. Кроме того, если имеется много регулируемых величин у, для каждой из них желательно создать отдельные правила управления. Аналогично, если имеется много целей управления, для каждой цели также желательно создать правила управления. Классическое управление ограничивало теоретически возможные разновидности целей в связи с необходимостью представлять цель обобщенной функцией. При нечетком управлении необходимость в целевых функциях и в решении задач оптимального управления отпадает, поэтому можно успешно справиться со всем многообразием целей и даже с взаимно противоречивыми целями.

Третья особенность нечеткого управления состоит в том, что правила записываются словами в форме «если…то». Это означает, что можно организовать управление в виде диалога с оператором, а регулятор превращается из прежнего «черного ящика» в «серый ящик». Следовательно, оператор легко будет понимать действия регулятора. Кроме того, за счет обучения оператор может улучшать способности нечеткого регулятора. Наивысшей формой обучения человека является не достижения мастерства в движении рук и ног, а обучение на языковом уровне. Благодаря обучению с помощью языка можно легко получать новые знания.

В заключении отметим, что аппарат нечеткой логики целесообразно применять для сложных систем, когда нет простой математической модели; если экспертные знания о системе или процессе можно сформировать только в лингвистической форме.

Данный аппарат применять нецелесообразно, когда требуемый результат может быть получен каким-либо другим классическим методом или когда для системы (процесса) найдена адекватная и легко исследуемая математическая модель.

Основные недостатки систем с нечеткой логикой связаны с тем, что:

- исходный набор постулируемых правил формируется экспертом-человеком и может оказаться неполным или противоречивым;

- вид и параметры функций принадлежности, описывающих входные и выходные переменные системы, выбираются субъективно и могут не вполне отражать реальную действительность.

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

  1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
  2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и на обработку персональных данных.

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Оформить еще одну заявку