JPH06110696A

JPH06110696A - ファジイ推論のグレード演算回路

Info

Publication number: JPH06110696A
Application number: JP4283935A
Authority: JP
Inventors: Ken Ota; 謙太田; Shii Aachiboruto Uiriamu; ウィリアム・シー・アーチボルト; Uein Supaakusu Robaato; ロバート・ウェイン・スパークス
Original assignee: Nippon Motorola Ltd; Motorola Japan Ltd
Current assignee: Motorola Solutions Japan Ltd
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1994-04-22
Also published as: US5410633A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ハードウエア量に過大な負担をかけることな
く演算速度の高速化を可能にする。【構成】入力ラベルのメンバーシップ関数をΔ型，Ｚ
型、Ｓ型を含む型の識別コード、単一の屈曲点ｘ₀及び
傾斜部分の勾配に比例する乗数を含む乗算規則の組合せ
によって定義したものを記憶しておき、グレード演算時
にこれを出力する記憶手段２０、入力データｘ_iと屈曲
点ｘ_oとの差分値を演算し屈曲点からの水平偏位量とし
て出力する差分値演算回路４０、グレードの下限値から
の垂直偏位量を演算し出力する乗算回路５０、並びにグ
レードの下限値からの偏位量又はグレードの上限値若し
くは下限値のうちのいずれか一つを演算結果のグレード
ｇ_iとして選択する演算結果の選択回路６０を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の家電製品や車両
の制御などに利用されるファジイ推論のグレードの演算
回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、ファジイ推論を利用したファジイ
制御が各種の家電製品や車両の制御など既存の広汎な制
御の分野に応用されつつある。

【０００３】このファジイ推論の入力側、すなわち前件
部演算側では、入力値（ｘ）とその適合度（グレード
（ｇ））との関係が複数の入力ラベルのメンバーシップ
関数（ＭＦ）として定義されＭＦーＲＯＭなどと称され
る記憶手段に格納されると共に、実際の入力値（ｘ_i）
と記憶手段に格納されているメンバーシップ関数とに基
づき該当の入力ラベルのグレード（ｇ_i）の演算が行わ
れる。このようなメンバーシップ関数としては、Δ型、
Ｚ型、Ｓ型、Π型など平坦部分と一定勾配の傾斜部分と
の組合せによる比較的簡単な形状が多用される。

【０００４】例えば、入力値ｘと、そのグレードｇとの
関係が図４（Ａ）に例示するように、下限値ｇ_minの平
坦部分とこれらに囲まれた傾斜部分とから成るΔ型や、
図４（Ｂ）に例示するように、下限値ｇ_minと上限値ｇ
_maxの平坦部分とこれらの間の傾斜部分とから成るＺ型
や、（Ｃ）に例示するようなΠ型のメンバーシップ関数
などによって定義される。このように定義された各メン
バーシップ関数はＭＦーＲＯＭに格納され、入力値（ｘ
_i）とＭＦーＲＯＭに格納中のメンバーシップ関数とに
基づき該当の入力ラベルのグレード（ｇ_i）の演算が行
われる。

【０００５】上記グレードの演算回路の典型的なもので
は、まず、入力値（以下「入力データ」と称する）ｘ_i
とＭＦーＲＯＭに格納されているメンバーシップ関数を
定義する複数の屈曲点ｘ₀，ｘ₁，ｘ₂，ｘ₃との大小
関係が判定され、この判定結果に応じて傾斜部分につい
ては（ｘ_i−ｘ₀）／（ｘ₁−ｘ₀）などの補間演算に
よって得られるｘ_i点における垂直偏位量がそのまま、
あるいは平坦部分についてはグレードの上限値ｇ
_max（通常1.0 ）、下限値ｇ_min（通常0.0)が出力され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、ファジイ推論に
基づく制御は、主として空調機や家電製品などの低速制
御の分野に応用されてきた。このファジイ制御を自動車
の走行制御や、サスペンション制御、画像処理など比較
的複雑で高速性が要求される技術分野に応用しようとす
れば、従来の演算を桁違いに、典型的には３桁程度、高
速化することが必要になる。この演算の高速化は、ファ
ジイ推論機関全体を考慮すれば、入力データから入力ラ
ベルのグレードを演算する初期段階、演算された入力ラ
ベルのグレードどうしのmin-max 演算を実行する中間段
階、このmin-max 演算結果によって出力ラベルのメンバ
ーシップ関数を頭切りし重心法により確定値を得る非フ
ァジイ化の最終段階のそれぞれについて調和を保ちなが
ら実現する必要がある。

【０００７】上述のように、初期段階における入力ラベ
ルのグレードの演算には、メンバーシップ関数の各屈曲
点と入力データとの大小関係の判定がまず必要になる
が、そのためには、各メンバーシップ関数について４個
の屈曲点を格納できる領域を確保しておく必要がある。
すなわち、このメンバーシップ関数の屈曲点は、最小の
Ｚ型やＳ型については２点で足りるが、Π型については
４点が必要となるため、Ｚ型，Ｓ型，Π型を含むメンバ
ーシップ関数を対象とした場合、最大４個の屈曲点を格
納できるデータ領域を確保しておく必要がある。

【０００８】また、グレードの演算に際しては、上記各
屈曲点と入力データとの大小判定結果に応じて、除算
（ｘ_i−ｘ₀）／（ｘ₁−ｘ₀）が必要になるが、この
除算は８ビット精度の比較的小規模の回路構成でも、通
常、８乃至１０クロック周期程度の演算時間を必要とす
るという点で、高速化のネックとなる。このため、除算
１／（ｘ₁−ｘ₀）を予め実行して直線部分の勾配を
算定し、この演算済みの勾配をメンバーシップ関数を定
義するデータの一部としてＲＯＭに格納しておくことに
より、除算を除去し５クロック周期程度で実行可能な勾
配と差分値（ｘ_i−ｘ₀）との乗算で置き換えることが
考えられる。

【０００９】しかしながら、上記勾配をメンバーシップ
関数に含めることに伴い、メンバーシップ関数を定義す
るためのデータ量が増加し、これを格納するために大き
な容量のＭＦーＲＯＭが必要になる。例えば、Π型のメ
ンバーシップ関数について最大４個の屈曲点のそれぞれ
と、左右異なり得る２個の傾斜を各１バイト（８ビッ
ト）で表現しようとすれば、全部で６バイトのデータ幅
が必要になる。

【００１０】この種のファジイ推論マシンの典型的例と
して、入力データのチャネル数を１０程度とし、各入力
データチャネルに１０個程度の入力ラベルを割当てるも
のとすれば、メンバーシップ関数の総数は１００程度と
なる。各メンバーシップ関数のデータ幅が上述のように
６バイトとすると、ＭＦーＲＯＭとしては全部で６００
バイト程度の記憶容量が必要になる。この記憶容量はそ
れほど大きくはないが、処理時間を短縮するためにＭＦ
ーＲＯＭから同時に読出した６バイトのデータを並列処
理しようとすれば、多数のレジスタや比較回路や論理回
路などを並列に設置しなければならず、ハードウェアの
規模が過大になるという問題がある。

【００１１】このように、演算時間の短縮とＲＯＭ容量
やハードウエア規模の増大は２律背反の関係にある。極
端な場合、想定される全ての入力データについて予めグ
レードを演算しこの演算結果をこの入力データをアドレ
ストするテーブルＲＯＭに格納しておき、グレードの演
算に際してはこのテーブルＲＯＭをアクセスして該当の
グレードを読出すテーブル・ルックアップの構成とすれ
ば、処理時間を１回のメモリアクセス時間程度に短縮で
きる。しかしながら、このテーブル構成では、テーブル
ＲＯＭに登録しておくデータ量が過大になり、演算回路
全体のコストを上昇させるという問題がある。

【００１２】従って、本発明の主要な目的は、ＭＦーＲ
ＯＭなどの記憶容量やハードウエア量に過大を負担をか
けることなく、演算速度の高速化、例えば１入力ラベル
のグレード演算時間が１クロック周期の高速化を実現す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の問題点を
解決する本発明のグレード演算回路は、入力ラベルのメ
ンバーシップ関数を、Δ型、Ｚ型、Ｓ型を含む型の識別
コード、平坦部分と傾斜部分との境界点又は傾斜部分相
互の境界点に該当する単一の屈曲点（ｘ₀）及び傾斜部
分の勾配に比例する乗数を含む乗算規則の組合せによっ
て定義したものを記憶しておき、グレード演算時にこの
メンバーシップ関数を出力する記憶手段と、入力値（ｘ
_i）と前記記憶手段から出力されたメンバーシップ関数
に含まれる単一の屈曲点（ｘ₀）との差分値を演算し屈
曲点からの水平偏位量として出力する差分値演算回路
と、前記記憶手段から出力されたメンバーシップ関数に
含まれる乗算規則に従って前記差分値演算回路から出力
された屈曲点からの水平偏位量に対する乗算を実行しグ
レードの上限値からの垂直偏位量を演算しこれに基づき
グレードの下限値からの垂直偏位量を演算して出力する
演算回路と、前記記憶手段から出力されたメンバーシッ
プ関数に含まれる型の識別コード、前記差分値演算回路
から出力された屈曲点からの水平偏位量の極性及び前記
演算回路から出力されたグレードの下限値からの垂直偏
位量とグレードの最大変化幅との大小関係に基づき、前
記演算回路から出力されたグレードの下限値からの垂直
偏位量、又は前記メンバーシップ関数のグレードの上限
値若しくは下限値のうちのいずれか一つを演算結果のグ
レード（ｇ_i）として選択する演算結果の選択回路とを
備えている。

【００１４】

【作用】本発明のグレード演算回路によれば、ＭＦーＲ
ＯＭなどの記憶手段に記憶される入力ラベルのメンバー
シップ関数は、Δ型やＳ型などの型の識別コード、単一
の屈曲点（ｘ₀）及び傾斜部分の勾配に比例する乗数を
含む演算規則の組合せによって表現される。例えば、単
一の屈曲点（ｘ₀）は、Δ型については図３（Ａ）に示
すような２個の傾斜部分の境界点であり、Ｚ型とＳ型に
ついては図３（Ｂ）に示すような平坦部分と傾斜部分と
の境界点であり、例外的なΠ型については図３（Ｃ）に
示すように、乗算によって組合せられるＺ型とＳ型のそ
れぞれの屈曲点（ｘ₀，ｘ₀’）である。

【００１５】平坦部分と傾斜部分とから成る各メンバー
シップ関数の傾斜部分の勾配は、図３に示すように、平
坦部分と傾斜部分とのなす角度θの正接値 tanθで表現
される。本実施例では、Δ型のメンバーシップ関数につ
いては、２個の傾斜部分の勾配は同一の値が設定されて
いる。好適な実施例によれば、この勾配の値は２の巾乗
倍２ⁿの巾数（ｎ）による乗数と、この巾数に応じたビ
ット数のシフトを指定する演算規則とによって定義され
る。

【００１６】グレードの演算に際しては、まず、入力デ
ータ（ｘ_i）と上記記憶手段から出力されたメンバーシ
ップ関数に含まれる屈曲点（ｘ₀）との差分値（ｘ_i−
ｘ₀）が差分値演算回路で演算され屈曲点からの水平偏
位量として出力される。次に、乗算回路において、上記
屈曲点からの水平偏位量（ｘ_i−ｘ₀）に対し、メンバ
ーシップ関数に含まれる演算規則に従って乗算が行わ
れ、グレードの上限値（ｇ_max）からの垂直偏位量が演
算される。好適な実施例によれば、この演算規則に含ま
れる巾数（ｎ）に応じたビット数のシフトによる２の巾
乗倍の逓倍が行われる。このグレードの上限値
（ｇ_max）からの垂直偏位量は、最終的にはグレードの
下限値（ｇ_min）からの垂直偏位量に変換される

【００１７】最後に、出力選択回路において、上記記憶
手段から出力されたメンバーシップ関数に含まれる型、
屈曲点からの水平偏位量の極性及びグレードの上限値
（ｇ_max）からの垂直偏位量とグレードの最大変化幅
（ｇ_max−ｇ_min）との大小関係に基づき、グレードの
下限値（ｇ_min）からの垂直偏位量、あるいは、メンバ
ーシップ関数のグレードの上限値ｇ_maxや下限値ｇ_min
のうちの一つが演算結果のグレード（ｇ_i）として選択
的に出力される。

【００１８】すなわち、出力選択回路は、Ｚ型やＳ型の
メンバーシップ関数については、屈曲点からの水平偏位
量の極性に基づき入力データがグレードの上限値ｇ_max
の平坦部分に存在すると判定した場合には、グレードの
上限値ｇ_maxを選択して出力する。また、出力選択回路
は、任意のメンバーシップ関数について、グレードの上
限値からの垂直偏位量がグレードの最大変化幅（ｇ_max
−ｇ_min）以上であると判定した場合には、グレードの
下限値ｇ_minを選択して出力する。これは、グレードの
上限値からの垂直偏位量が図３に示すように、メンバー
シップ関数の最高点から下方に向けて延長される線分の
長さに該当するため、これがグレードの最大変化幅を越
えたということは、入力値ｘがグレードの下限値ｇ_min
の平坦部分に存在することに他ならないからである。

【００１９】更に、出力選択回路は、任意のメンバーシ
ップ関数について、屈曲点からの水平偏位量の極性に基
づき入力データがメンバーシップ関数の上限値ｇ_maxの
平坦部分に存在せず、かつ、グレードの上限値からの垂
直距離がグレードの最大変化幅未満のため下限値ｇ_min
の平坦部分にも存在しないと判定した場合には、入力値
が傾斜部分に存在するとみなし、グレードの下限値から
の垂直偏位量を選択して出力する。

【００２０】このように、傾斜部分とグレードの上限値
ｇ_maxとの交点（屈曲点）を用いてメンバーシップ関数
を定義し、入力データと屈曲点どうしの大小比較を横軸
上（入力変数どうし）で行う従来方式に代えて、グレー
ドの上限値ｇ_maxからの垂直距離とグレードの最大変化
幅との大小関係を縦軸上（グレードどうし）で行う構成
を採用することにより、メンバーシップ関数の定義に必
要な屈曲点数を１個まで低減でき、この結果、メンバー
シップ関数を定義するのに必要なデータ量を大幅に低減
できる。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の一実施例のグレード演算回路
の構成を示すブロック図であり、１０はＣＰＵバス、２
０はＭＦーＲＯＭ、３０は入力データレジスタ、４０は
差分値演算回路、５０は差分値逓倍回路、６０は出力選
択回路、７０は最小値選択回路、８０は上記各回路にタ
イミング信号や制御信号を供給することによりこれらの
回路と共同動作を行うコントローラ、９０は演算結果の
グレードが出力されるグレードバスである。

【００２２】ＭＦーＲＯＭ２０には、例えば図２に示す
ような２バイト幅のワード構成のメンバーシップ関数
（ＭＦ）が、定義されている。「型」と表示された２ビ
ット幅の型識別コード

〔００〕，〔１０〕，〔０１〕，
〔１１〕によってメンバーシップ関数の４種の型Δ、
Ｓ、Ｚ及びΠがそれぞれ定義されている。また、屈曲点
と表示された８ビット幅のデータによって各メンバーシ
ップ関数についての単一の屈曲点（ｘ₀）が定義されて
いる。この屈曲点は、従来技術の場合とは異なり、Δ、
Ｓ、Ｚについて単一の屈曲点から成り、例外的なΠ型に
ついては、それぞれが単一の屈曲点を有するＺ型とＳ型
のメンバーシップ関数の組合せからなる。

【００２３】すなわち、Π型については、図３（Ｃ）に
示すように、単一の屈曲点ｘ₀を有するＺ型のメンバー
シップ関数と、同じく単一の屈曲点ｘ₀’を有するＳ型
のメンバーシップ関数がＭＦーＲＯＭ２０上で連続する
２ワードのデータとして記憶される。そして、グレード
の演算に際しては、まず先行の１ワードのＺ型のメンバ
ーシップ関数に基づきグレードｇ_iが演算され、続い
て、後続の１ワードのＳ型のメンバーシップ関数に基づ
きグレードｇ_i’が演算される。このように連続的に演
算された２個のグレードｇ_iとｇ_i’のうち小さな方が
Π型のメンバーシップ関数に基づき演算した最終的なグ
レードとして最選択的に出力される。

【００２４】このＺ型、Ｓ型両メンバーシップ関数に基
づく演算値のうち最小値を選択することは、図３（Ｃ）
に例示するように、Ｚ型のメンバーシップ関数とＳ型の
メンバーシップ関数を乗算規則に基づき合成することに
よりΠ型のメンバーシップ関数を表現することに該当す
る。この特殊なΠ型のメンバーシップ関数に基づくグレ
ードの演算については後に詳述する。

【００２５】各メンバーシップ関数の直線部分の傾斜
は、図３中に tanθで示すように、平坦部分と傾斜部分
のなす角度θの正接値によって表わされ、その大きさは
２の巾乗倍２ⁿの巾数（ｎ）を含む演算規則の組合せに
よって表わされる。本実施例では、上記巾数（ｎ）は、
図２に示すように、１，３，５の奇数の巾数を指定する
２ビット幅の奇数部分と、２，４，６の偶数の巾数を指
定する２ビット幅の偶数部分とから成っている。この巾
数を含む演算規則の残りの部分は、上記奇数部分又は偶
数部分の巾数に従って２の巾乗倍された差分値のいずれ
か一方、又は双方の加算値から成る三者のうちいずれを
逓倍結果とするかを指定する２ビット幅の三者択一情報
から構成されている。

【００２６】グレードの演算に際し、コントローラ８０
は図示しないＣＰＵなどの上位装置に対し最初の入力デ
ータ群の転送要求を発する。この転送要求に応じてＣＰ
Ｕバス１０上に出現する８入力チャネル分の入力データ
が入力データレジスタ３０に保持されたのち、まず、最
初の入力チャネルの入力データがコントローラ８０から
の読出し指令に基づき入力データレジスタ３０から減算
器４１の加算側入力端子に供給される。続いて、コント
ローラ８０は、この入力データに対応してＭＦーＲＯＭ
２０に格納されている所定数の入力ラベルのメンバーシ
ップ関数を定義するデータ（以下「メンバーシップ関
数」と略称する）、例えば８個の入力ラベルのメンバー
シップ関数うち、最初の入力ラベルのメンバーシップ関
数をＭＦーＲＯＭ２０から出力させる。

【００２７】コントローラ８０の読出し指令に基づき最
初の入力ラベルのメンバーシップ関数がクロック信号に
同期してＭＦーＲＯＭ２０から読出される。このメンバ
ーシップ関数に含まれる屈曲点（ｘ₀）は、減算器４１
の減算側入力端子に供給されて差分値（ｘ_i−ｘ₀）の
演算が行われる。以下、この差分値を屈曲点からの水平
偏位量と称し、その絶対値を屈曲点からの水平距離と称
する。この屈曲点からの水平偏位量と、その極性を表す
キャリイビットがレジスタ４２とレジスタ４３のそれぞ
れに保持される。また、ＭＦーＲＯＭ２０から読出され
たメンバーシップ関数に含まれる演算規則と、メンバー
シップ関数の「型」を指定する２ビットの型識別コード
のそれぞれが、レジスタ５３とレジスタ８１とに保持さ
れる。

【００２８】レジスタ４２に保持された屈曲点からの水
平偏位量は、レジスタ４３に保持中の極性を示すキャリ
イビットに応じて切り替えられるスイッチと極性反転器
とを含む無極性化回路４４において屈曲点からの水平偏
位量の絶対値、すなわち屈曲点からの水平距離に変換さ
れてシフト回路５１と５２に供給され、それぞれにおい
て、レジスタ５３に保持中の演算規則に含まれる各２ビ
ット幅の奇数部分と偶数部分とに従って１，３又は５ビ
ットの右シフトと、２，４又は６ビットの右シフトとが
行われ、加算器５４の各入力端子に供給される。加算器
５４では、レジスタ５３に保持中の演算規則に含まれる
２ビットの三者択一信号に従い、シフト回路５１，５２
のいずれか一方のシフト出力又はシフト回路５１と５２
のシフト出力の加算値から成る三者のうちの一つを選択
して出力する。

【００２９】この結果、逓倍回路５０の加算器５４から
出力される屈曲点からの水平距離に対する逓倍次数は、
奇数ビットのシフトに基づく２¹，２³又は２⁵の３種
類の値と、偶数ビットのシフトに基づく２²，２⁴又は
２⁶の３種類の値と、これら３種類の値どうしの加算に
よる９種類の値（２¹＋２²＝６，２⁵＋２⁶＝９６な
ど）とから成る計１５種類の値を取り得る。これら１５
種類の逓倍次数を低い方から昇順に配列すると、２，
４，６，８，１２，１６，１８，２４，３２，３６，４
８，６４，６６，７２，９６となる。

【００３０】この逓倍された水平距離は、図３を参照す
れば、この水平距離の点においてグレードの上限値ｇ
_maxを通る水平線から下方に伸ばした垂線とメンバーシ
ップ関数との交点までの距離に該当するため、これを最
大グレードからの垂直距離と称するものとする。

【００３１】この逓倍に際し、シフト回路５１と５２に
よるシフトに伴い、あるいはシフト出力どうしの加算に
伴い、逓倍値がグレードの最大変化幅（ｇ_max−
ｇ_min）以上になると、シフト回路５１，５２や加算器
５４からキャリイビットが出力される。これは、論理的
には十進数の「１」に正規化されたグレードの上限値ｇ
_maxを演算回路内では所定ビット幅のデータの最大値、
例えば８ビット幅のデータの最大値〔ＦＦ〕_Hに近似的
に設定しておくことにより容易に実現される。なお、論
理的には十進数の「０」に相当するグレードの下限値ｇ
_minは、８ビット幅のデータの場合

〔００〕_Hに該当す
る。上記、最大グレードからの垂直距離がグレードの上
限値ｇ_max以上となったことを示すキャリイビットの論
理和は、オアゲート６６を経てレジスタ６７に保持され
る。

【００３２】差分値逓倍回路５０の後段に配置された出
力選択回路６０の補数演算器６１では、レジスタ６２に
保持中のグレードの上限値ｇ_maxから上記加算器５４か
ら出力されるグレードの上限値からの垂直距離が減算さ
れることにより、グレードの下限値からの垂直距離、す
なわち傾斜部分のグレード値ｇ_iが演算され、出力選択
回路６０レジスタ６３に保持される。

【００３３】コントローラ８０は、レジスタ８１から読
取り済みのメンバーシップ関数の型識別コードと、レジ
スタ４３から読取り済みの屈曲点からの水平偏位量の極
性を示すキャリイビットと、レジスタ６７に保持中のキ
ャリイビットとの組合せに従って、出力選択部６０内の
セレクタ６８に選択指令信号を供給し、レジスタ６３に
保持中の傾斜部分のグレードの算定値ｇ_i、レジスタ６
４に保持中のグレードの上限値ｇ_max又はレジスタ６５
に保持中のグレードの下限値ｇ_minのうちいずれか一つ
を選択的に出力させる。

【００３４】すなわち、コントローラ８０は、メンバー
シップ関数がＺ型でかつレジスタ４３に保持中のキャリ
イビットによって屈曲点からの水平偏位量の極性が負で
あることが示されていれば、グレードの上限値ｇ_maxを
選択して出力させる（図３（Ｂ）参照）。

【００３５】さらに、コントローラ８０は、メンバーシ
ップ関数が上記Ｚ型とは逆のＳ型でかつレジスタ４３に
保持中のキャリイビットによって屈曲点からの水平偏位
量の極性が正であることが示されていれば、グレードの
上限値ｇ_maxを選択して出力させる。コントローラ８０
は、メンバーシップ関数がΔ型で、水平偏位量が０であ
る場合にも、グレードの上限値ｇ_maxを選択して出力さ
せる。更に、コントローラ８０は、メンバーシップ関数
がＺ型で水平偏位量の極性が正、メンバーシップ関数が
Ｓ型で水平偏位量の極性が負、又はメンバーシップ関数
がΔ型で水平偏位量が０でない場合でかつレジスタ６７
に保持中のキャリイビットによってグレードの上限値ｇ
_maxからの垂直距離がグレードの最大変化幅以上となっ
たことが示されていれば、グレードの下限値ｇ_minを選
択的に出力させる。また、コントローラ８０は、上記メ
ンバーシップ関数の型とキャリイビットの組合せに関し
上記以外の場合には、レジスタ６３に保持中の傾斜部分
のグレードｇ_iを出力させる。

【００３６】コントローラ８０は、グレード演算中のメ
ンバーシップ関数がΔ型、Ｚ型又はＳ型のいずれかであ
れば、セレクタ７１にセレクタ６８の出力を選択してグ
レードバス９０上に出力させる。

【００３７】これに対して、コントローラ８０は、グレ
ード演算中のメンバーシップ関数がΠ型の場合には、ま
ず、Ｚ型のメンバーシップ関数に基づき演算されたグレ
ードｇ_iをレジスタ７２に保持させ、続いてＳ型のメン
バーシップ関数に基づき演算されたグレードｇ_i’を最
小値回路７３に供給する。最小値回路７３は、レジスタ
７２に保持中のグレードｇ_iとセレクタ６８から出力中
のグレードｇ_i’のうち小さい方を選択してセレクタ７
１に出力する。コントローラ８０は、セレクタ７１を制
御してこの最小値回路７３の出力を選択して出力させ
る。

【００３８】このように、Ｚ型とＳ型のメンバーシップ
関数に基づき演算されたグレードのうち小さな方を選択
することにより、Π型のメンバーシップ関数に基づくグ
レードの演算と同一の演算結果を得ることができる。図
３（Ｃ）に例示するように、Ｚ型とＳ型のメンバーシッ
プ関数のそれぞれについては傾斜部分の勾配θとθ’を
異なる値に設定できるので、左右非対象のΠ型のメンバ
ーシップ関数を容易に設定できる。

【００３９】すなわち、図３（Ｃ）の例において、
ｘ₀’＜ｘ_i＜ｘ₀であれば、Ｚ型のメンバーシップ関
数に基づき演算されたグレードｇ_iもＳ型のメンバーシ
ップ関数に基づき演算されたグレードｇ_i’も共にｇ
_maxとなり、これらのうち小さい方の値、すなわちｇ
_maxがΠ型のメンバーシップ関数に基づき演算されたグ
レードとして選択される。また、ｘ₀＜ｘ_iであれば、
Ｚ型のメンバーシップ関数に基づき演算されたグレード
ｇ_iはこのＺ型メンバーシップ関数の傾斜部分の値又は
ｇ_minとなり、Ｓ型のメンバーシップ関数に基づき演算
されたグレードｇ_i’はｇ_maxとなり、これらのうち小
さい方の値、すなわちＺ型メンバーシップ関数の傾斜部
分の値又はｇ_minがΠ型のメンバーシップ関数に基づき
演算されたグレードとして選択される。

【００４０】逆に、ｘ_i＜ｘ₀’であれば、Ｚ型のメン
バーシップ関数に基づき演算されたグレードｇ_iはｇ
_maxとなり、Ｓ型のメンバーシップ関数に基づき演算さ
れたグレードｇ_i’はこのＳ型メンバーシップ関数の傾
斜部分の値又はｇ_minとなり、これらのうち小さい方の
値、すなわちＳ型メンバーシップ関数の傾斜部分の値又
はｇ_minがΠ型のメンバーシップ関数に基づき演算され
たグレードとして選択される。

【００４１】コントローラ８０は、演算結果のグレード
をグレードバス９０上に出力させる場合には、これと同
期してこのグレードがどの入力ラベルついて演算された
グレードであるかを後段の装置に通知するために、入力
ラベルの識別コードをラベルバス９１上に出力する。ま
た、コントローラ８０は、演算結果のグレードとして最
小値ｇ_minをグレードバス９０上に出力させる場合に
は、後段の装置がこのグレードの最小値

〔００〕_Hを無
効データと識別できるように、無効フラグを信号線９２
上に出力する。この無効フラグは、Π型のメンバーシッ
プ関数の最初の段階において有為なデータがグレードバ
ス９０上に出力されない場合にも、信号線９２上に出力
される。

【００４２】上記無効フラグに関する事項は、本実施例
のグレード演算回路とここからから出力されるグレード
を処理する後段の処理装置とのインタフェースに関する
ものであり、このインタフェースをどのような形態にす
るかは、本発明の要旨には直接関係せず、従って他の適
宜なインタフェース方法を採用できる。

【００４３】コントローラ８０は、最初の入力ラベルに
ついてグレードの演算の第１段階である差分値演算が終
了すると、次の入力ラベルのメンバーシップ関数をＭＦ
ーＲＯＭ２０から読出させることにより、この新たな入
力ラベルについてグレードの演算を開始させる。以下同
様にして、先行の入力ラベルについてグレード演算の第
１段階である差分値演算が終了すると、後続の入力ラベ
ルについてグレードの演算が開始される。

【００４４】このようにして、最初の入力データに関し
最後の入力ラベルについてのグレードの演算が終了する
と、コントローラ８０は、入力データレジスタ３０のア
ドレスを変化させることによって次のデータを入力し、
この入力データに対応した各入力ラベルについてグレー
ドの演算を開始させる。

【００４５】図１を参照すれば、差分値演算回路４０、
差分値逓倍回路５０及び出力選択回路６０は縦列に接続
されており、ＭＦーＲＯＭ２０から１クロック周期で順
次読出される入力ラベルについて１クロック周期の処理
時間を費やしながらバイプライン的に処理される。従っ
て、ＭＦーＲＯＭ２０から最初のラベルのメンバーシッ
プ関数が読出されてから３クロック周期経過後の定常状
態では、各入力ラベルについて演算済みのグレードが１
クロック周期で連続的にグレードバス９０上に出力され
る。すなわち、この実施例によれば、テーブルＲＯＭ方
式を採用する場合と同程度の高速演算が実現される。

【００４６】ただし、Π型のメンバーシップ関数に基づ
き演算されるグレードについては、出力選択回路６０か
らグレードバス９０間に出力されるデータは最小値選択
回路７０を経由するため、Δ型などの場合よりも１クロ
ック周期遅れて有効なグレードが出力される。

【００４７】以上、図１の図示の煩雑化を避けるため
に、逓倍回路５０内の加算器５４に加算機能と、シフト
回路５１，５２の一方の出力をそのまま出力する機能を
付加する構成を例示した。しかながら、加算回路５４の
後段にシフト回路５１，５２のシフト出力と加算回路５
４の出力を３個の入力端子のそれぞれに受けるセレクタ
を付加し、この３入力の一つを選択に出力させる構成と
することができる。

【００４８】また、２の巾乗倍の巾数については奇数部
分と偶数部分を組合せると共に各部の逓倍値をそのま
ま、あるいは加算値を選択して出力する構成を例示し
た。しかしながら、単に、奇数と偶数を含む巾数を指定
して巾乗倍された差分値をそのまま出力する構成とする
こともできる。

【００４９】さらに、Π型のメンバーシップ関数をＺ型
とＳ型の組合せによって表現する構成を例示したが、Π
型のメンバーシップ関数を使用しないファジイ推論も可
能であり、この場合、最小値選択回路７０を除去し、全
てのグレード演算を１クロック周期で実行する構成とす
ることもできる。

【００５０】また、出力選択回路６０が最大グレードか
らの垂直距離に基づく傾斜部分の演算値に加えて、グレ
ードの最大値と最小値とを実際にグレードバス上に出力
する構成を例示した。しかしながら、このグレードの最
大値と最小値は、それぞれ〔ＦＦ〕_Hや

〔００〕_Hのよ
うな特定値であるため、これらを直接出力する代わり
に、出力対象がそのような特定値である旨を、図１の最
小値選択回路７０をも含めた後段の処理装置に通知する
ためのフラグなど異種の信号を出力する構成とすること
もできる。後段の装置では、前段のグレード演算回路か
ら通知される〔ＦＦ〕_Hや

〔００〕_Hについては処理を
省略したり、処理に必要な場合はレジスタの初期化によ
って再生したりすればよい。

【００５１】従って、請求項１では、上記回路と図１の
実施例で説明したような出力選択回路６０の双方を含め
た広義の回路を「演算結果の選択回路」と表現してい
る。

【００５２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のグ
レード演算回路は、メンバーシップ関数を、その型、単
一の屈曲点、傾斜部分の勾配に比例した乗数を含む演算
規則の組合せによって表現すると共に、メンバーシップ
関数の型や屈曲点からの水平偏位量の極性や最大グレー
ドからの垂直距離とグレードの最大変化幅との大小関係
に基づき最終的な演算グレードを選択する構成であるか
ら、ＭＦーＲＯＭなどの記憶容量やハードウエア量に過
大な負担をかけることなく演算速度を大幅に向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるファジイ推論のグレ
ード演算回路の構成を示すブロック図である。

【図２】図１のＭＦーＲＯＭに格納されるメンバーシッ
プ関数のデータ構造の一例を示す概念図である。

【図３】図２のＭＦーＲＯＭに格納されるメンバーシッ
プ関数の一例と、このメンバーシップ関数と入力データ
（ｘｉ）とに基づくグレード演算の方法を説明するため
の概念図である。

【図４】従来技術によるメンバーシップ関数の定義の仕
方とこれに基づくグレードの演算方法を説明するための
概念図である。

【符号の説明】１０入力データとメンバーシップ関数を定義するデ
ータが供給されるＣＰＵバス２０メンバーシップ関数の定義データが格納される
ＭＦーＲＯＭ３０入力データを保持する入力データレジスタ４０差分値演算回路５０乗算回路（逓倍回路）６０出力選択回路７０グレードの最小値を選択する最小値選択回路８０コントローラ９０演算結果のグレードが出力されるグレードバス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力ラベルのメンバーシップ関数を、Δ
型、Ｚ型、Ｓ型を含む型の識別コード、平坦部分と傾斜
部分との境界点又は傾斜部分相互の境界点に該当する単
一の屈曲点（ｘ₀）及び傾斜部分の勾配に比例する乗数
を含む乗算規則の組合せによって定義したものを記憶し
ておき、グレード演算時にこのメンバーシップ関数を出
力する記憶手段と、入力値（ｘ_i）と前記記憶手段から出力されたメンバー
シップ関数に含まれる単一の屈曲点（ｘ₀）との差分値
を演算し屈曲点からの水平偏位量として出力する差分値
演算回路と、前記記憶手段から出力されたメンバーシップ関数に含ま
れる乗算規則に従って前記差分値演算回路から出力され
た屈曲点からの水平偏位量に対する乗算を実行してグレ
ードの上限値からの垂直偏位量を演算しこれに基づきグ
レードの下限値からの垂直偏位量を演算して出力する演
算回路と、前記記憶手段から出力されたメンバーシップ関数に含ま
れる型の識別コード、前記差分値演算回路から出力され
た屈曲点からの水平偏位量の極性及び前記演算回路から
出力されたグレードの下限値からの垂直偏位量とグレー
ドの最大変化幅との大小関係に基づき、前記演算回路か
ら出力されたグレードの下限値からの垂直偏位量、又は
前記メンバーシップ関数のグレードの上限値若しくは下
限値のうちのいずれか一つを演算結果のグレード
（ｇ_i）として選択する演算結果の選択回路とを備えた
ことを特徴とするファジイ推論のグレード演算回路。
【請求項２】請求項１において、前記乗算規則に含まれる乗数は２の巾乗倍の巾数（ｎ）
から成り、前記演算回路は、前記屈曲点からの水平偏位量をこの巾
数（ｎ）によって指定されたビット数だけシフトするこ
とにより２の巾乗倍するシフト回路を含むことを特徴と
するファジイ推論のグレード演算回路。
【請求項３】請求項２において、前記巾数（ｎ）は奇数部分と偶数部分との組合せから成
ると共に、前記演算規則はこれら各部の巾数に従って２
の巾乗倍された前記屈曲点からの水平偏位量及び双方の
加算値のうちのいずれか一つをグレードの上限値からの
垂直偏位量として出力する指定を含み、前記演算回路は、前記差分値演算回路から出力された屈
曲点からの水平偏位量を前記巾数の奇数部分と偶数部分
によって指定されたビット数だけシフトすることにより
２の巾乗倍する２個のシフト回路と、このシフト回路の
出力を加算する加算回路と、前記２個のシフト回路の出
力と前記加算回路の出力のうちいずれか一つを前記演算
規則に含まれる指定に応じて選択し前記グレードの上限
値からの垂直偏位量として出力する選択回路とを備えた
差分値逓倍回路を含むこと特徴とするファジイ推論のグ
レード演算回路。
【請求項４】請求項１乃至３において、前記演算回路は、前記グレードの下限値からの垂直偏位
量がグレードの最大変化幅以上となった場合にはキャリ
イビットを生成する手段を備え、前記出力選択回路は前記キャリイビットに基づき前記グ
レードの下限値からの垂直偏位量と前記グレードの最大
変化幅との大小関係を判定する手段を備えたことを特徴
とするファジイ推論のグレード演算回路。
【請求項５】請求項１乃至４において、前記記憶手段に記憶されるメンバーシップ関数は、Ｚ型
とＳ型の組合せによって表現されるΠ型のメンバーシッ
プ関数を含むと共に、このΠ型のメンバーシップ関数を用いたグレードの演算
に際しては、前記組合せられるＺ型とＳ型のそれぞれに
ついて前記グレードの演算を反復させるタイミング制御
手段と、前記反復して演算された各グレードのうち小さ
い方を選択して出力する最小値選択回路とを、前記演算
結果の選択回路の後段に備えたことを特徴とするファジ
イ推論のグレード演算回路。
【請求項６】請求項１乃至４において、前記差分値演算回路、差分値乗算回路及び演算結果の選
択回路は縦列に接続され、前記グレードの演算は各入力
ラベルについて１グレード／１クロック周期の速度でパ
イプライン処理されることを特徴とするファジイ推論の
グレード演算回路。