JP2767625B2 - ファジィ推論装置およびその動作方法 - Google Patents

ファジィ推論装置およびその動作方法

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JP2767625B2 JP1264051A JP26405189A JP2767625B2 JP 2767625 B2 JP2767625 B2 JP 2767625B2 JP 1264051 A JP1264051 A JP 1264051A JP 26405189 A JP26405189 A JP 26405189A JP 2767625 B2 JP2767625 B2 JP 2767625B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明はファジィ推論装置およびその動作方法に関
する。
従来のファジィ推論装置においては,適用可能なファ
ジィ推論ルールの前件部における入力変数の種類数の最
大値がそのアーキテクチャによって定まっていた。した
がって,多数種類の入力変数をもつルールにしたがう推
論を実行できないという問題があった。
発明の概要 この発明はルールの前件部における入力変数の数が多
くてもファジィ推論実行可能なファジィ推論装置および
その動作方法を提供することを目的とする。
この発明によるファジィ推論装置は,所定数以下の入
力変数をもつルールのファジィ推論が実行可能な複数個
の個別推論手段,入力変数の数が上記所定数を超えてい
るルールを分解することにより作成された新ルールにし
たがうファジィ推論を実行する複数個の個別推論手段の
推論結果から元のルールの推論結果を導く結合演算手
段,および元ルールの分解により作成された新ルールに
したがうファジィ推論を実行する個別推論手段以外の個
別推論手段の推論結果と上記結合演算手段の演算結果と
を総合する総合演算手段を備えていることを特徴とす
る。
この発明によるファジィ推論装置の動作方法は,推定
された各ルールについてその前件部における入力変数の
数が上記所定数を超えているかどうかをチェックし,入
力変数の数が上記所定数を超えているルールについては
それを分解することにより,入力変数の数が上記所定数
以内でかつ元のルールと同一の後件部をもつ新たな複数
のルールを作成し,この作成した新たなルールにしたが
って上記個別推論手段,結合演算手段および総合演算手
段を動作させるよう制御することを特徴とする。
この発明によると,多数種類の入力変数を前件部にも
つルールが設定されたときには,これをファジィ推論装
置で取扱い可能な数の入力変数をもつ複数のルールに分
解し,分解されたルールごとにファジィ推論演算を行な
いかつその結果を結合させるようにしているので,複雑
なルールであってもこれを処理することができるように
なる。
実施例の説明 第1図はこの発明によるファジィ推論装置の実施例を
示している。
ファジィ推論装置はN個の個別推論ユニットR1〜RN
を含んでいる。これらの個別推論ユニットRi(i=1
〜N)の具体的構成例が第2図に示されている。個別推
論ユニットRiは,原則的に,1つのファジィ推論ルール
についての推論演算を行なうものである。後に明らかに
なるようにこれらの個別推論ユニットRiはその複数個
を用いて1つのルールの推論演算を行なうように編成さ
れる。
まず個別推論ユニットRiの構成および動作を,それ
ぞれが1つのルールの推論演算を行なう態様において説
明しておく。簡単のために前件部に入力変数の種類が3
個の場合について述べる。ファジィ推論のためのルール
は次のようにIf,then形式で表現される。
If Ai1=Li1,Ai2=Li2,Ai3=Li3 then y=Mi…(1) ここでAi1〜Ai3は入力変数,yは出力変数,Li1〜Li3
は各入力変数に対応する前件部のファジィ集合またはメ
ンバーシップ関数,Miは出力変数に対応する後件部のフ
ァジィ集合またはメンバーシップ関数である。
第2図および第3図を参照して、入力Ai1〜Ai3(こ
れらをAi1で総括する)はメンバーシップ関数回路(以
下MFCという)41〜43にそれぞれ与えられる。MFC41,42,
43には前件部のメンバーシップ関数Li1,Li2,Li3がそれ
ぞれ設定されており,MFC41,42,43は入力Ai1,Ai2,Ai3
それぞれ対応するメンバーシップ関数Li1,Li2,Li3の関
数値(グレード)ai1,ai2,ai3を表わす信号をそれぞれ
出力する。これらのグレードai1〜ai3を表わす信号は
MIN回路44に入力し,それらのうち最小のもの(ここで
はai3)がMIN回路44で選択されてトランケーション回
路46に与えられる。
一方,メンバーシップ関数発生回路(以下MFGとい
う)45には後件部のメンバーシップ関数Miが設定され
ている。この実施例ではメンバーシップ関数Miは多数
本(たとえば32本)のライン上における電圧分布として
表現され,MFG45はこのような電圧分布を発生するもので
ある(特開昭63-123177号公報参照)。図面においては
メンバーシップ関数を表わす電圧分布を構成する各電圧
の伝送ラインの集合がハッチングされたバス表現で示さ
れている。メンバーシップ関数Miを表わす電圧分布は
トランケーション回路46に与えられ,MIN回路44の出力a
i3との間でMIN演算された。トランケーション回路46の
出力Bi(第3図にハッチングで示された台形状のメン
バーシップ関数)が個別推論ユニットRiの出力とな
る。
以上のように個別推論ユニットRiは1つの推論ルー
ルについての推論演算を行ない,その結果Biを出力す
る。一般にファジィ制御を含むファジィ推論の応用にお
いては複数個のルールが設定されるのでこれらのルール
についてのファジィ推論演算が個別推論ユニットR1
Nでそれぞれ実行される。第1図に戻って,複数個の
ルールが相互に独立であるならば,個別推論ユニットR
1〜RNの出力B1〜BNはそのままゲート回路11を通って
(ゲート回路11の出力をF1〜FNで表わす),コンスポ
ンディングMAX回路(以下CMAX回路という)12に与えら
れる。CMAX回路12は入力する複数のライン群の信号を対
応するラインごとにMAX演算するものである(上記公開
公報参照)。CMAX回路12の出力Eが複数のルールについ
て総合化された推論結果を表わす(第3図参照)。総合
推論結果Eは必要ならばデファジファイア13において,
たとえば重心演算により非ファジィ化されて出力される
(出力yw)。
個別推論ユニットRiは上述のように前件部の入力変
数の種類数が3個以下のルールの推論演算を実行するも
のである。第1図に示すファジィ推論装置においては,
前件部の入力変数の種類数が4個以上のルールの推論演
算も可能となるように,1つのルールに対して複数個の個
別推論ユニットが編成される。
今,下記のように9種類の入力変数を前件部にもつル
ールを考える。
If A11=L11,A12=L12,A13=L13, A21=L21,A22=L22,A23=L23, A31=L31,A32=L32,A33=L33 then y=B…(2) 第(2)式はファジィ推論ルールの展開規則を用いて
第(3)式〜第(5)式のように展開可能である。
If A11=L11,A12=L12,A13=L13 then y=B…(3) If A21=L21,A22=L22,A23=L23 then y=B…(4) If A31=L31,A32=L32,A33=L33 then y=B…(5) 展開規則から明らかなように,第(3)式から第
(5)式のルールの推論結果はMIN演算により合成され
る。
第1図において,3個の個別推論ユニットR1,R2,R3
用いて第(2)式で表わされるルールにしたがう推論を
実行させるものとすると,ユニットR1,R2,R3はそれぞ
れ第(3),(4),(5)式で表わされるルールにし
たがう推論を実行するように,それらのMFC,MFGのメン
バーシップ関数が設定される。個別推論ユニットR1
3の出力B1〜B3はゲート回路21を経てコレスポンデ
ィングMIN回路(以下CMIN回路という)31に与えられ,
それらのMIN演算が行なわれる。MIN演算結果D1はゲー
ト回路11を経て(ゲート回路11の出力をG1で表わす)C
MAX回路12に入力する。CMIN回路は入力する複数のライ
ン群の信号を対応するラインごとにMIN演算するもので
ある(上記公開公報参照)。
個別推論ユニットR1〜R3の出力B1〜B3に対してゲ
ート回路11は非接続状態となっており,ゲート回路11の
対応する出力F1〜F3をオール・ゼロ(最小値を意味す
る)として出力する。出力B1〜B3を除く出力B4〜BN
およびD1がゲート11を通ってCMAX回路12に与えられる
ことになる。また,ゲート回路21は入力B1〜B3のみの
通過を許し(ゲート回路21の対応する出力をC1〜C3
する),他の入力B4〜BNについては非接続状態とし,
かつそれらに対応する出力C4〜CNをすべて電源電圧V
CC(最大値を意味する)として出力する。
ゲート回路21とCMIN回路31以外に,ゲート回路とCMIN
回路の組合せが符号22,32で示すように1または複数個
設けられている。そして,前件部に4個以上の入力変数
をもつルールがさらに存在すれば,同じように複数個の
個別類論ユニットとゲート回路とCMIN回路の組合せによ
ってそのルールにしたがう推論演算が実行されることに
なる。
ルールの前件部における入力変数の種類数が4〜6の
場合には2個の個別推論ユニットが,7〜9個の場合には
3個の個別推論ユニットが、以下同じように入力変数の
種類数に応じた数の個別推論ユニットが上述のように編
成されることになる。そして,個別推論ユニットの編成
に応じてゲート11,21,22の制御が行なわれることにな
る。
コンピュータ・システム10はファジィ推論装置の動作
を設定されたルールを演算処理するように制御するもの
で、入力変数を4種類以上含むルールが存在する場合に
おける個別推論ユニットの編成,各個別推論ユニットの
MFCおよびMFGへのルールにしたがうメンバーシップ関数
の設定,ゲート11,21,22の制御等を行なう。
第4図はゲート回路21の構成例を示している。個別推
論ユニットRiの出力Biは32本の信号ライン上における
電圧分布として表わされる。出力B1〜BNに対して切替
スイッチ群31〜3Nが設けられている。各切替スイッチ群
には32個の切替スイッチが含まれており,バスを経てコ
ンピュータ・システム10から与えられ,レジスタ30に一
時記憶されたデータdi(i=1〜N)によって制御さ
れる。たとえばデータdiが1の場合には切替スイッチ
群3iの切替スイッチは入力Bi01〜Bi32をそのまま出力
i01〜Ci32として出力するように左側に接続され,デ
ータdiが0の場合には電源電圧VCCを出力Ci01〜C
i32として出力するように右側に接続される。
上記実施例では個別推論ユニットとしてアナログ・タ
イプの回路を用いているが,ディジタル・タイプの回路
を用いることができるのはいうまでもない。
次にコンピュータ・システム10による制御処理につい
て説明する。
第(2)式に示すように設定されたルールに4個以上
の入力変数が含まれているときには個別推論ユニットの
編成が必要である。そこでコンピュータ・システム10は
与えられたルールを第(3)〜(5)式のように展開す
る処理を行なう。第6図は与えられた(設定された)ル
ールを,第7図はルール展開の様子を,第8図は最終的
に得られた新ルールを,第9図はルール展開処理手順を
それぞれ示している。
設定されたルールは,そのデータが第6図に示すよう
な形で,磁気ディスク,半導体メモリ,その他の記憶装
置に記憶されている。第6図において設定ルール番号
(I)のルール・データは次のようなIf,thenルールを
表わしている。
If x11=L11,x12=L12,x13=L13, x14=L14,x15=L15,x16=L16, x17=L17,x18=L18 then y1=K1…(6) 混乱を避けるために第(6)式では第(2)式と異な
る記号が用いられている。x11〜x18は入力変数を表わ
すコード,L11〜L18は前件部のメンバーシップ関数を表
わすコード,y1は出力変数を表わすコード,K1は後件部の
メンバーシップ関数を表わすコードである。
第6図に示すように設定されたルールには入力変数の
種類数が多いものと少ないものとがある。一方,上述の
ようにファジィ推論装置のアーキテクチャ上の制約から
ルールの前件部における入力変数の種類は3以下でなけ
ればならない。そこで入力変数の種類数が4以上のルー
ルについてはルールの展開が必要となる。
ルールの展開処理はコンピュータ・システム10内にお
いて次のように行なわれる。第9図を参照して記憶装置
に記憶されている設定された1つのルールが取込まれ
(ステップ51),そのルールの前件部における入力変数
の数が計数される。入力変数の種類数が4以上の場合に
は(ステップ52でNO),ルールの前件部を入力変数の数
が3個ずつまたはそれ以下のグループに分割する(ステ
ップ53)。後件部には同じものが用いられる。たとえば
第(6)式で表わされる設定ルール番号(I)のルール
についてば次の3つの新ルールが作成される。
If x11=L11,x12=L12,x13=L13 then y1=K1…(7) If x14=L14,x15=L15,x16=L16 then y1=K1…(8) If x17=L17,x18=L18 then y1=K1…(9) 第(9)式で表わされるように新ルールには前件部の
入力変数が3未満のものがあってもよい。このような展
開の様子と展開されルール・データが第7図に示されて
いる。
設定されたルールの前件部における入力変数の数が3
以下の場合にはルールの展開は行なわれない(ステップ
52でYES)。
最後に,ステップ53の処理によって展開された新ルー
ルには制御コード1が割当てられ,ルールの展開が行な
われなかったものについては制御コード0が割当てられ
る(ステップ54)。
以上の処理が記憶装置内のすべての設定ルールについ
て行なわれ(ステップ55),第8図に示すような新ルー
ル・データが作成される。
このような新ルール・データに基づいて,個別推論ユ
ニットR1〜RNにおけるMFC,MFGのメンバーシップ関数
が設定されるのは上述した通りである。また,制御コー
ドに基づいてゲート回路11,21,22の制御が行なわれる。
すなわち,ゲート回路11は制御コード0のルールに基づ
く個別推論結果の通過を許す。またゲート回路21,22等
は,制御コードが1である新ルールのグループごとにそ
の個別推論結果の通過を許すように制御される。
上記の例ではすべての入力変数にx11〜xm3までの異
なる記号が用いられているが,これらの入力変数のうち
で共通のものが多い。たとえばx11とx21とxj1とxm1
は同じ入力変数x1を表わしている場合が多い。
そこで第5図に示すように,個別推論ユニットの各MF
C41,42,43の入力側にマルチプレクサ47,48,49を設け,
第8図に示すルール・データに基づいて,すべての入力
変数x1〜xlのうち対応する入力変数のみが入力するよ
うにこれを制御するとよい。コンピュータ・システム10
はルール・データに基づいて選択すべき入力変数を表わ
すコードを各マルチプレクサ47〜49に付属するレジスタ
47A〜49Aに設定する。各マルチプレクサは設定された入
力変数の入力を選択して対応するMFCに与える。
【図面の簡単な説明】
第1図はファジィ推論装置の全体の構成を示すブロック
図,第2図は個別推論ユニットの構成例を示すブロック
図,第3図はファジィ推論過程の説明図,第4図はゲー
ト回路の例を示す回路図,第5図は個別推論ユニットに
設けられた入力選択回路を示すブロック図,第6図は設
定されたルール・データを示す図,第7図はルールの展
開の様子を示す説明図,第8図は新ルール・データを示
す図,第9図はルール展開の処理手順を示すフロー・チ
ャートである。 R1〜RN……個別推論ユニット,10……コンピュータ・
システム,11,21,22……ゲート回路,12……CMAX回路,31,
32……CMIN回路,47,48,49……マルチプレクサ。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定数以下の入力変数をもつルールのファ
    ジィ推論が実行可能な複数個の個別推論手段, 入力変数の数が上記所定数を超えているルールを分解す
    ることにより作成された新ルールにしたがうファジィ推
    論を実行する複数個の個別推論手段の推論結果から元の
    ルールの推論結果を導く結合演算手段,および 元ルールの分解により作成された新ルールにしたがうフ
    ァジィ推論を実行する個別推論手段以外の個別推論手段
    の推論結果と上記結合演算手段の演算結果とを総合する
    総合演算手段, を備えたファジィ推論装置。
  2. 【請求項2】設定された各ルールについてその前件部に
    おける入力変数の数が上記所定数を超えているかどうか
    を判定する手段,および 入力変数の数が上記所定数を超えているルールについて
    はそれを分解することにより,入力変数の数が上記所定
    数以内でかつ元のルールと同一の後件部をもつ新たな複
    数のルールを作成する手段, をさらに備えた請求項(1)に記載のファジィ推論装
    置。
  3. 【請求項3】設定された各ルールについてその前件部に
    おける入力変数の数が上記所定数を超えているかどうか
    をチェックし, 入力変数の数が上記所定数を超えているルールについて
    はそれを分解することにより,入力変数の数が上記所定
    数以内でかつ元のルールと同一の後件部をもつ新たな複
    数のルールを作成し, この作成した新たなルールにしたがって上記個別推論手
    段,結合演算手段および総合演算手段を動作させるよう
    制御する, 請求項(1)に記載のファジィ推論装置の動作方法。
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