DE4240788A1 - Regler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Regler, auf den Eingangs-Variable aufgeschaltet sind und der eine Ausgangsgröße als Stellgröße liefert.

Regler der vorgenannten Art sind üblicherweise PID-Regler, die auf der Basis der linearen Regelungstheorie ausgelegt sind. Solche Regler bringen Probleme mit sich, wenn die Regelstrecken nichtlinear sind. Ihr Verhalten ist auch stark abhängig von Parametern der Regelstrecke. Veränderungen dieser Parameter führen leicht dazu, daß die Regelung instabil wird.

Es sind auch "optimale" Regler bekannt, die Kalman-Filter als Zustandsbeobachter verwenden. Auch solche Regler bauen auf einer linearen Theorie auf. Die Anwendung solcher Kalman- Filter ist für viele Anwendungen zu komplex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler so aufzubauen, daß er mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand auch nichtlineare Regelstrecken zu beherrschen gestattet und im Vergleich zum Stand der Technik unempfindlich gegen Parameteränderungen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Regler der eingangs genannten Art gelöst durch

• a) eine unscharfe Logikschaltung zum Umsetzen der Eingangs- Variablen in linguistische Werte entsprechend überlappenden Wertebereichen der Eingangs-Variablen,
• b) erste Speichermittel zur Festlegung von Zugehörigkeits- Funktionen, die jeweils in den einzelnen Wertebereichen definiert sind und einen Grad der Zugehörigkeit zu einem dem betreffenden Wertebereich entsprechenden linguistischen Wert angeben,
• c) zweite Speichermittel zur Festlegung und Speicherung von Regeln zur Verknüpfung von linguistischen Eingangs-Werten zur Bildung eines liguistischen Ausgangs-Wertes,
• d) Mittel zur Bestimmung der linguistischen Werte, die den Eingangs-Variablen zuzuordnen sind, und der zugehörigen Zugehörigkeits-Grade,
• e) eine Korrelations-Logikschaltung zur Korrelation der Zugehörigkeits-Grade nach Maßgabe der Verknüpfungs-Regeln für die linguistischen Eingangs-Werte zur Bildung eines Zugehörigkeits-Grades für den linguistischen Ausgangs- Wert,
• f) Mittel zur Veränderung der Zugehörigkeits-Funktion des linguistischen Ausgangs-Wertes nach Maßgabe des sich aus der Korrelation ergebenden Zugehörigkeits-Grades dieses Ausgangs-Wertes und
• g) Mittel zur Bildung einer auf Stellgliedmittel aufzuschaltenden Ausgangs-Variablen des Reglers aus den so veränderten Zugehörigkeits-Funktionen der angesprochenen linguistischen Ausgangs-Werte.

Es werden somit Wertebereiche für die verschiedenen Eingangsgrößen festgelegt. Diese Wertebereiche überlappen sich. Den Wertebereichen werden "linguistische Werte" zugeordnet. Das sind Werte, die nicht durch Zahlen sondern durch unscharfe Begriffe wie "groß", "mittel" oder "klein" ausgedrückt sind. Auch "null" kann in einer solchen unscharfen Logik einen endlichen Wertebereich um den tatsächlichen Wert null der Eingangsgröße herum bedeuten. Den verschiedenen Wertebereichen werden "Zugehörigkeits-Funktionen" zugeordnet. Diese Zugehörigkeits-Funktionen geben einen "Zugehörigkeits- Grad" an, mit welchem ein betrachteter Eingangswert zu einem bestimmten Wertebereich und linguistischen Wert gehört. In den nicht überlappenden Teilen der Wertebereiche hat diese Zugehörigkeits-Funktion zweckmäßigerweise den Wert "1". In den überlappenden Teilen der Wertebereiche haben die Zugehörigkeits-Funktionen dann Werte kleiner als eins. Ein betrachteter Eingangswert kann dann zwei benachbarten Wertebereichen angehören und z. B. mit einem Zugehörigkeits- Grad 0,2 "groß" und mit einem zugehörigkeits-Grad 0,8 "mittel" sein.

Es erfolgt nun zunächst eine Verarbeitung dieser linguistischen Werte aufgrund bestimmter wissensbasierter Regeln. Daraus ergibt sich ein - wieder linguistischer- Ausgangs-Wert. Dieser linguistische Ausgangs-Wert erhält durch die Korrelations-Logikschaltung wieder einen "Zugehörigkeits- Grad", der sich aus den Zugehörigkeits-Graden der linguistischen Eingangs-Werte ergibt. Eine Zugehörigkeits- Funktion dieses linguistischen Ausgangs-Wertes wird nach Maßgabe dieses Zugehörigkeits-Grades verändert. Da für eine betrachtete Kombination von Eingangswerten ggf. mehrere der wissensbasierten Regeln anwendbar sein können, wenn eine oder mehrere der Eingangs-Variablen in überlappenden Teilen der Wertebereiche liegen, können sich mehrere solcher veränderter Zugehörigkeits-Funktionen ergeben. Die Ausgangs-Variable muß wieder eine analoge Größe oder ein definierter Zahlenwert sein, der aus den ggf. mehreren veränderten Zugehörigkeits- Funktionen durch eine geeignete Operation gebildet wird.

Dieses Verfahren mit dem "Umweg" über linguistische Werte, die dann aber doch wieder in analoge Signale oder Zahlenwerte umgesetzt werden müssen erscheint kompliziert. Es bietet aber in vielen Fällen entscheidende Vorteile:

Die gespeicherten, wissensbasierten Regeln hängen von dem jeweiligen Bereich der Eingangs-Variablen ab. Diese Regeln können daher für die verschiedenen Bereiche unterschiedlich sein. Dadurch kann dem empirisch bestimmten oder theoretisch erkannten, ggf. nichtlinearen Verhalten der Regelstrecke Rechnung getragen werden.

Änderungen von Parametern der Regelstrecke treten wegen der Unterteilung der Meßbereiche der Eingangs-Variablen in Wertebereiche nicht unmittelbar in Erscheinung. Die Regelung wird dadurch unempfindlicher gegen solche Parameteränderungen. Das läßt sich durch eine Simulation zeigen. Durch Simulation läßt sich auch zeigen, daß die Regelung mit unscharfer Logik zu brauchbaren Regelgenauigkeiten führt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt als eine - einfache - Anwendung der Regelung mit unscharfer Logik (Fuzzy-Logic) und wissensbasierten Regeln die Regelung einer Nachführung nach einem Ziel.

Fig. 2 veranschaulicht die dabei verwendeten Koordinatensysteme.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht den Grundaufbau des Regelkreises.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht den Aufbau des Reglers.

Fig. 5 zeigt für zwei Eingangs-Variable den Verlauf der Zugehörigkeits-Funktionen.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine geometrische Veranschaulichung eines Regel-Speichers zur Festlegung und Speicherung der Regeln.

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht die Verarbeitung der linguistischen Eingangs-Werte und der Zugehörigkeits-Grade zu einem linguistischen Ausgangs- Wert und einer für diesen geltenden Zugehörigkeits- Funktion.

Fig. 8 veranschaulicht die Bildung einer Ausgangs-Variablen des Reglers, durch welche ein Stellglied ansteuerbar ist.

Fig. 9 zeigt als weitere Anwendung des beschriebenen Reglers einen Roboter mit sechs Freiheitsgraden mit seiner Regelung für eine Achse des Roboters unter Verwendung eines Reglers der vorliegenden Art.

Fig. 10 zeigt den Aufbau des Regelkreises für die Achse des Roboters von Fig. 10 in einer ähnlichen Darstellung wie in Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein optisches Instrument, beispielsweise ein Fernrohr, mit 10 bezeichnet. Das Instrument 10 soll ein bewegliches Ziel verfolgen. Zu diesem Zweck ist das Instrument 10 in einem Rahmen 12 um eine Achse Y^T schwenkbar. Die Verschwenkung erfolgt mittels eines Elevations-Stellmotors 14.

Mittels eines Elevations-Abgriffs 16 kann der Schwenkwinkel um die Achse Y^T als Elevationswinkel abgegriffen werden. Eine Achse X^T ist die Sichtlinie zum Ziel. Eine Achse Z^T ist senkrecht zu beiden anderen Achsen dieses Koordinatensystems.

Der Rahmen 12 ist um eine vertikale Achse drehbar gelagert. Die Verstellung des Rahmens 12 um die vertikale Achse erfolgt durch einen Azimut-Stellmotor 18. Die Azimutstellung des Rahmens 12 wird durch einen Azimut-Abgriff 20 abgegriffen.

Azimut- und Elevation sind bezogen auf ein erdfestes Koordinatensystem X^R, Y^R und Z^R. Dabei ist X^R beispielsweise die Nordrichtung, Z^R die Vertikale und die von den Richtungen X^R und Y^R aufgespannte Ebene die Horizontalebene. Der Elevationswinkel ist mit EL bezeichnet. Der Azimutwinkel ist mit AZ bezeichnet (Fig. 2).

Der Elevationswinkel EL des Instruments 10 wird von dem Elevations-Abgriff 16 auf einen Regler 22 aufgeschaltet. Das ist durch eine Leitung 24 dargestellt. Der Azimutwinkel AZ des Instruments 10 wird von dem Azimut-Abgriff 20 ebenfalls auf den Regler 22 aufgeschaltet. Das ist durch eine Leitung 26 dargestellt. Der Regler 22 erhält weiterhin über einen Elevations-Eingang 28 einen Meßwert für die Elevation des Ziels und über einen Azimut-Eingang 30 einen Meßwert für das Azimut des Ziels. Durch Differenzbildung werden Regelabweichungen für Elevation und Azimut bestimmt.

Fig. 3 zeigt als Blockdiagramm den Regelkreis für die Nachführung im Azimut: Dem Regler 22 wird die Regelabweichung im Taktintervall k, die Zeitableitung der Regelabweichung im Taktintervall k und - als Rückführung - die Ausgangsvariable des Reglers 22 im Taktintervall k-1 zugeführt. Die Ausgangsvariable ist hier die Winkelgeschwindigkeit ω des Rahmens 12 um die Z^R-Achse.

Die Regelabweichung ε wird in einem Summierpunkt 32 gebildet. Auf den Summierpunkt 23 ist einmal mit negativem Vorzeichen der Azimut-Winkel von dem Azimut-Abgriff 20 aufgeschaltet. Das ist durch eine Leitung 34 dargestellt. Zum anderen ist von einer - nicht dargestellten - Meßeinrichtung der Azimut-Winkel eines zu verfolgenden Zieles über den Azimut-Eingang 30 aufgeschaltet.

Die Regelabweichung ε_k ist auf einen ersten Eingang 36 aufgeschaltet. Auf einen zweiten Eingang 38 ist die Zeitableitung _k- der Regelabweichung aufgeschaltet. Diese Zeitableitung wird aus der Regelabweichung gebildet, indem die Regelabweichung ε_k in einem Zweig 40 durch ein Verzögerungsglied 42 um ein Taktintervall T verzögert wird. In einem Summierpunkt 44 wird die Differenz zwischen der Regelabweichung ε_k im Taktintervall k und und der Regelabweichung ε_k-1 im Taktintervall k-1 gebildet. Diese Differenz wird, wie durch Block 46 dargestellt ist, durch die Länge T des Taktintervalls geteilt. Das liefert _k.

Die Ausgangs-Variable ω_k des Reglers 22 wird in einer Rückführschleife 48 durch ein Verzögerungsglied 50 um ein Taktintervall T verzögert. Die verzögerte Ausgangs-Variable, nämlich die Winkelgeschwindigkeit ω_k-1 des Rahmens 12, ist auf einen Eingang 52 des Reglers 22 aufgeschaltet.

Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau des Reglers 22.

Der Regler 22 enthält einen Speicher 54 zur Festlegung und Speicherung von "Zugehörigkeits-Funktionen". Der Speicher 54 ist über eine Verbindung 56 mit einer Einrichtung 58 zur Bestimmung von "Zugehörigkeits-Graden" verbunden. Auf die Einrichtung 58 sind über die Eingänge 36, 38 und 52 die Eingangs-Variablen des Reglers 22 aufgeschaltet. Die Einrichtung 58 bildet daraus Zugehörigkeits-Grade, welche den Grad der Zugehörigkeit der Eingangs-Variablen zu verschiedenen linguistischen Werten "groß", "klein" etc. wiedergeben.

Die Zugehörigkeits-Grade sind über Verbindungen 60 auf eine Datenbank- und Inferenzeinrichtung 62 geschaltet. Die Datenbank- und Inferenzeinrichtung 62 enthält einen Speicher, in welchem wissensbasierte Regeln in "Wenn-Dann"-Form abgelegt sind, nach denen linguistische Eingangs-Werte in ebenfalls linguistische Ausgangs-Werte umgesetzt werden. Aus den linguistischen Eingangs-Werten und den diesen zugeordneten Zugehörigkeits-Graden werden Zugehörigkeits-Funktionen gebildet, aus deren Summe, dargestellt durch einen Summierpunkt 64 mittels eines Ausgangs-Generators eine Ausgangsvariable ω_k des Reglers 22 erzeugt wird.

Fig. 5 veranschaulicht die Umsetzung der Eingangs-Variablen des Reglers in "linguistische Werte" und Zugehörigkeits-Grade. Der Meßbereich der Eingangsvariablen, also ε, und ω wird unterteilt in einander überlappende Wertebereiche. Diesen Wertebereichen werden linguistische Werte zugeordnet. Im vorliegenden Fall sind das die linguistischen Werte: "negativ groß" = NL, "negativ mittel" = NM, "negativ klein" = NS, "null" = ZE, "positiv klein" = PS, "positiv mittel" = PM und "positiv groß" = PL. In der ersten Zeile von Fig. 5 ist das für die Rückführ-Variable (ω_k-1) dargestellt. In der zweiten Zeile ist das dargestellt für die Regelabweichung ε und deren Zeitableitung . Den verschiedenen überlappenden Wertebereichen sind Zugehörigkeits-Funktionen zugeordnet. Eine Eingangs-Variable, die in einem Überlappungsbereich der Wertebereiche liegt, kann zwei verschiedenen linguistischen Werten zugeordnet sein. So ist etwa der Wert 30°/sec der Eingangs-Variablen ω sowohl "positiv klein" als auch "positiv mittel". Sie liegt im Überlappungsbereich dieser beiden Wertebereiche. Die Zugehörigkeits-Funktionen geben dann an, zu welchem Grad der Wert der Eingangs-Variablen dem einen und zu welchem Grad sie dem anderen linguistischen Wert zuzuordnen ist.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich sind, haben diese Zugehörigkeits- Funktionen bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel einen trapezförmigen Verlauf: In dem Teil jedes Wertebereiches, in dem keine Überlappung mit einem benachbarten Wertebereich stattfindet, ist der Wert der Zugehörigkeits-Funktion "1,0". Außerhalb des Wertebereichs ist die zugeordnete Zugehörigkeits-Funktion "0". Innerhalb der Überlappungsbereiche wird ein linearer Anstieg der Zugehörigkeits-Funktion von 0 auf 1,0 angenommen. Die Zugehörigkeits-Funktionen können ggf. auch einen anderen als trapezförmigen Verlauf haben. Die Zugehörigkeits-Funktionen sind in Fig. 5 über den betreffenden Wertebereichen dargestellt. Mit 68 ist beispielsweise die Zugehörigkeits- Funktion für den Wertebereich des linguistischen Wertes "positiv mittel" bezeichnet. Die Wertebereiche für die linguistischen Werte positiv oder negativ "groß" sind nach einer Seite unbegrenzt.

In Fig. 7 ist dargestellt, wie für eine bestimmte Kombination von Eingangs-Variablen ε_k = 1,8, _k = 5 und ω_k-1 = -9 die Zugehörigkeits-Grade und ein linguistischer Ausgangswert sowie die zu diesem Ausgangswert gehörige Zugehörigkeits-Funktion bestimmt werden.

Das geschieht unter Benutzung der in Fig. 5 dargestellten Zugehörigkeits-Funktionen. Für ε_k = 1,8 ergibt sich aus der Zugehörigkeits-Funktion 70 für den linguistischen Wert "null" (ZE) ein Zugehörigkeits-Grad von m_ZE (ε_k) = 0,2. Für _k = 5 ergibt sich aus der Zugehörigkeits-Funktion 72 für den linguistischen Wert "positiv klein" (PS) ein Zugehörigkeits- Grad von m_PS (-_k) = 0,4. Für ω_k-1 = -9 ergibt sich aus der Zugehörigkeits-Funktion 74 für den linguistischen Wert "negativ klein" (NS) ein Zugehörigkeits-Grad m_NS (ω_k-1)= 0,3. Die Bestimmung der linguistischen Werte ZE, PS und NS und der diesen zugeordneten Zugehörigkeits-Grade ist in Fig. 7 durch Blöcke 76, 78 und 80 symbolisiert.

Nach einer wissensbasierten, in dem Speicher abgelegten Regel wird aus den linguistischen Eingangs-Werten ein linguistischer Ausgangs-Wert bestimmt. Dieser Speicher ist in Fig. 7 durch einen Block 82 dargestellt. In den Block 82 ist ein Beispiel für eine wissensbasierte Regel angegeben:

IF ε_k = ZE AND _k = PS AND ω_k-1 = NS THEN ω_k = ZE.

Wenn kumulativ die Regelabweichung den linguistischen Wert "null", die Zeitableitung der Regelabweichung den linguistischen Wert "positiv klein" und die rückgeführte Winkelgeschwindigkeit den linguistischen Wert "negativ klein" hat, dann hat die als Ausgangs-Variable des Reglers 22 wirkende Winkelgeschwindigkeit den linguistischen Wert "null". Der linguistische Wert null ist dabei ein den Zahlenwert null umgebender endlicher Wertebereich mit einer zugeordneten Zugehörigkeits-Funktion 84. Nach der angegebenen Regel würde sich mit den Werten der Eingangs-Variablen dieser linguistische Ausgangswert ZE ergeben.

Die Regeln enthalten drei Eingangs-Variable ε_k, _k und ω_k-1. Das kann geometrisch in der in Fig. 6 dargestellten Weise durch drei Koordinaten dargestellt werden. Wertebereiche NL, NM, NS, ZE, PS, PM und PL definieren Abschnitte auf der Koordinatenachse. Jede der Regeln kann durch einen Würfel in diesem Koordinatensystem mit bestimmten zugeordneten linguistischen Werten z. B. PL, NM, NS als "Koordinaten" dargestellt werden, in welchem diese Regel "abgelegt" ist. In Fig. 6 ist beispielsweise die "ε = PL"-Ebene dargestellt. In Fig. 6 ist mit 92 der auf diese Weise organisierte Speicher bezeichnet, in welchem jeweils drei "linguistischen" Eingangs- Werten ein sich nach einer Regel ergebender linguistischer Ausgangswert zugeordnet ist. Fig. 6 zeigt auch ein weiteres Beispiel für eine so gespeicherte Regel.

Durch eine Korrelations-Logikschaltung 86 wird aus den Zugehörigkeits-Graden der verschiedenen Eingangs-Variablen, im vorliegenden Fall 0,2; 0,4 und 0,3, ein Zugehörigkeits-Grad bestimmt, welcher der Ausgangs-Variablen ω_k zukommt. Da die verschiedenen Eingangs-Variablen in der hier angewandten Regel durch UND verknüpft sind, ist der Zugehörigkeits-Grad der Ausgangs-Variablen gleich dem kleinsten der Zugehörigkeits- Grade der Eingangs-Variablen. Das ist gewissermaßen deren Schnittmenge. Der Zugehörigkeits-Grad der Ausgangs-Variablen ist somit m_ZE (ω_k) = 0,2. Die Zugehörigkeits-Funktion 84 für den linguistischen Wert "null" (ZE) der Winkelgeschwindigkeit wird mit diesem Zugehörigkeits-Grad 0,2 multipliziert. Das gibt die Funktion 88 in Fig. 7. Die Bildung dieser veränderten Zugehörigkeits-Funktion 88 ist in Fig. 7 durch einen Block 90 dargestellt.

Wenn die Regel eine ODER Verknüpfung enthält, dann wird analog zu einer Vereinigungsmenge der jeweils höchste der zugeordneten Zugehörigkeits-Grade als Zugehörigkeits-Grad der Ausgangs-Variablen gewählt.

Da die Werte der Eingangs-Variablen u. U. gleichzeitig in verschiedenen der sich überlappenden Wertebereiche liegen und damit gleichzeitig verschiedenen linguistischen Werten mit entsprechenden Zugehörigkeits-Graden zuzuordnen sind, werden u. U. gleichzeitig mehrere der vorerwähnten Regeln angesprochen. Diese Regeln können unterschiedlich sein, so daß auch nichtlinearen und verkoppelten Regelstrecken Rechnung getragen werden kann. Jede dieser Regeln führt zu einer linguistischen Ausgangsgröße mit einer zugehörigen, nach Maßgabe des Zugehörigkeits-Grades veränderten Zugehörigkeits- Funktion.

Das ist in Fig. 8 angedeutet. Die in Block 82 von Fig. 7 angegebene Regel führt mit den angegebenen Werten der Eingangs-Variablen zu der um den Faktor 0,2 veränderten Zugehörigkeits-Funktion des linguistischen Wertes "null" (ZE). Das ist in Fig. 8 durch den Block 90 (entsprechend Fig. 7) dargestellt. Die gleichen Werte der Eingangs-Variablen ε_k, _k und ω_k-1 führen mit anderen Zugehörigkeits-Graden zu anderen linguistischen Eingangs-Werten, ggf. zur Anwendbarkeit einer anderen der gespeicherten Regeln und schließlich zu einem anderen linguistischen Ausgangs-Wert PM mit einer Zugehörigkeits-Funktion 68 und einer mit dem Faktor 0,15 veränderten Zugehörigkeits-Funktion 94. Das ist in Fig. 8 durch einen Block 96 angedeutet.

Die erhaltenen veränderten Zugehörigkeits-Funktionen 88 und 94 werden über Ausgänge F₁ und F₂ ausgegeben und überlagert. Das ist durch einen "Summierpunkt" 96 angedeutet. Es ergibt sich eine überlagerte Zugehörigkeits-Funktion m_u (ω), die in Fig. 8 durch die Kurve 96 dargestellt ist. Aus dieser überlagerten Zugehörigkeits-Funktion m_u (ω) wird die Ausgangs-Variable ω_k des Reglers 22 durch gewichtete Mittelwertbildung gewonnen. Es wird mit der Funktion m_u (ω) gebildet:

Diese Größe ω_k bildet die Ausgangs-Variable des Reglers 22. Die Einrichtung zur Durchführung dieser Operationen ist in Fig. 8 generell durch einen Block 98 dargestellt.

Fig. 9 und 10 veranschaulichen eine weitere Anwendung eines Reglers der vorliegenden Art. Gemäß Fig. 9 und 10 wird ein Sechsachsen-Roboter geregelt. Fig. 9 zeigt dabei die Regelung einer Nickachse.

Nach dem Stand der Technik ist für jede der Achsen ein linearer PID-Regler mit bestimmten Aufschaltwerten für den P-, D- und I-Anteil vorgesehen. Der Regler steuert einen Stellmotor 100 (Fig. 9). Zur Rückführung des Istwertes dient ein an der zu regelnden Achse angebrachter Winkelgeber 102. Jeder Regler arbeitet unabhängig von den Regelvorgängen der anderen Achsen. Dabei ergeben sich verschiedene Probleme: Es ist schwierig, die Aufschaltwerte der Regler an den verschiedenen Achsen so einzustellen, daß der Roboter als Ganzes unter allen Bedingungen, z. B. Störungen, im gesamten Arbeitsraum zufriedenstellendes statisches und dynamisches Verhalten zeigt. Das Verhalten des Reglers kann sehr gegenüber Parameterschwankungen oder -änderungen sein. Das Verhalten des Roboters wird beeinflußt durch die auf den Endeffektor wirkenden Kräfte, die z. B. durch Lasten hervorgerufen werden.

Ein Regler der vorliegenden Art, der mit unscharfer Logik und wissensbasierten Regeln arbeitet, kann hier zu einem günstigeren Regelverhalten führen.

In Fig. 9 ist mit 104 ein Sechsachsen-Roboter bezeichnet. Es wird nur die Regelung einer Achse mit dem Stellmotor 100 und dem Winkelgeber 102 betrachtet. Diese Regelung erfolgt mittels eines Reglers 106. Dem Regler 106 wird ein Winkelstellungs- Sollwert über einen Eingang 108 zugeführt. Der Winkelstellungs-Sollwert wird mit einem Winkelstellungs- Istwert verglichen, der von dem Winkelgeber 104 über eine Rückführschleife 110 geliefert wird. Der Regler 106 liefert ein Regelsignal über eine Leitung 112 an den Stellmotor 100.

Durch Differenzbildung zwischen dem kommandierten Winkelstellungs-Sollwert an dem Eingang 108 und einem Winkelstellungs-Istwert von dem Winkelgeber 102 in einem Summierpunkt 114 wird eine Regelabweichung ε_k gebildet. Die Regelabweichung ε_k ist auf einen Eingang 116 des Reglers 106 geschaltet. An einem Eingang 118 des Reglers 106 liegt die Zeitableitung _k- der Regelabweichung. Schließlich liegt an einem Eingang 120 - ähnlich wie in Fig. 3 - als Rückführung die um eine Taktperiode T verzögerte Ausgangs-Variable ω_k-1 des Reglers 106. Die verzögerte Ausgangs-Variable wird vom Ausgang 122 des Reglers 106 über eine Rückführschleife 124 auf den Eingang 120 zurückgeführt. Die Rückführschleife 124 enthält ein Verzögerungsglied, welche den Ausgang des Reglers 106 um eine Taktperiode verzögert. Die Zeitableitung _k der Regelabweichung wird aus der Regelabweichung mittels eines Verzögerungsgliedes 128 gebildet. In einem Summierpunkt 130 wird die Differenz von ε_k und ε_k-1 gebildet. Diese Differenz wird, wie durch Block 132 dargestellt ist, durch die Länge T des Taktintervalls dividiert. Das liefert _k. Der Ausgang 122 des Reglers 106 liefert eine Drehgeschwindigkeit ω_k des Stellmotors 100. Der Ausgang 122 des Reglers 106 ist dazu mit dem Stellmotor 100 verbunden.

Der Aufbau des Reglers 106 selbst entspricht im wesentlichen dem des Reglers 22 bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 bis 9. Die vorgegebenen Regeln sind natürlich an die speziellen Verhältnisse des Roboters 104 angepaßt.

Claims (7)

1. Regler, auf den Eingangs-Variable aufgeschaltet sind und der eine Ausgangs-Variable als Stellgröße liefert, gekennzeichnet durch:

• a) eine unscharfe Logikschaltung (58) zum Umsetzen der Eingangs-Variablen in linguistische Werte entsprechend überlappenden Wertebereichen der Eingangs-Variablen,
• b) erste Speichermittel (54) zur Festlegung von Zugehörigkeits-Funktionen, die jeweils in den einzelnen Wertebereichen definiert sind und einen Grad der Zugehörigkeit zu einem dem betreffenden Wertebereich entsprechenden linguistischen Wert angeben,
• c) zweite Speichermittel (92) zur Festlegung und Speicherung von Regeln zur Verknüpfung von linguistischen Eingangs- Werten zur Bildung eines liguistischen Ausgangs-Wertes,
• d) Mittel (76, 78, 80) zur Bestimmung der Zugehörigkeits-Grade, mit denen die Eingangs-Variablen zu den linguistischen Wertebereichen der Premisse-Teile der Verknüpfungs-Regeln gehören.
• e) eine Korrelations-Logikschaltung (86) zur Korrelation der Zugehörigkeits-Grade nach Maßgabe der Verknüpfungs-Regeln für die linguistischen Eingangs-Werte zur Bildung eines Zugehörigkeits-Grades für den linguistischen Ausgangs- Wert,
• f) Mittel (90) zur Veränderung der Zugehörigkeits-Funktion des linguistischen Ausgangs-Wertes nach Maßgabe des sich aus der Korrelation ergebenden Zugehörigkeits-Grades dieses Ausgangs-Wertes und
• g) Mittel (98) zur Bildung eines auf Stellgliedmittel aufzuschaltenden Regler-Ausgangssignals aus den so veränderten Zugehörigkeits-Funktionen der angesprochenen linguistischen Ausgangs-Werte.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die von den ersten Speichermitteln festgelegten Zugehörigkeits- Funktionen dargestellt sind durch eine trapezförmige Funktionsdarstellung mit linearem Anstieg bzw. Abfall in den Überlappungsbereichen der benachbarten Wertebereiche.

3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den zweiten Speichermitteln Regeln in der Form "Wenn . . , dann . . " gespeichert sind, wobei der "Wenn"-Teil der Regel eine Verknüpfung von linguistischen Eingangs-Werten und der "Dann"-Teil den linguistischen Ausgangs-Wert enthält.

4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelations-Logikschaltung (86) bei einer UND-Verknüpfung der linguistischen Eingangs-Werte als Zugehörigkeits-Grad des linguistischen Ausgangs-Wertes den kleinsten der Zugehörigkeits-Grade der linguistischen Eingangs-Werte berücksichtigt.

5. Regler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelations-Logikschaltung (86) bei einer ODER-Verknüpfung der linguistischen Eingangs-Werte als Zugehörigkeits-Grad des linguistischen Ausgangs-Wertes den größten der Zugehörigkeits-Grade der linguistischen Eingangs-Werte berücksichtigt.

6. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Veränderung der Zugehörigkeits-Funktion des Ausgangs-Wertes Mittel enthalten zur Multiplikation diese Zugehörigkeits-Funktion mit dem Zugehörigkeits-Grad des Ausgangs-Wertes.

7. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (98) zur Bildung eines auf Stellgliedmittel aufzuschaltenden Regler-Ausgangssignals als Regler-Ausgangssignal einen mit den veränderten Zugehörigkeits-Funktionen gewichteten Mittelwert der Ausgangs-Variablen erzeugen.