کنترل فازی

[mim-shimi 25,686]

تاریخچه مختصری از تئوری و کاربردهای فازی:

دهه 1960 : آغاز تئوری فازی

تئوری فازی توسط پروفسور لطفی زاده در سال 1965 در مقاله ای بنام "مجموعه های فازی" معرفی گردید . در اوایل دهه 60 او فکر کرد که تئوری کنترل کلاسیک بیش از حد بر روی دقت تاکید داشته و از این رو با سیستم های پیچیده نمی تواند کار کند .

با پیدایش تئوری فازی بحث و جدل ها پیرامون آن نیز آغاز گردید . برخی آن را تائید کرده و برخی آن را بر خلاف اصول علمی موجود می دانستند .

دهه 1970 : تئوری فازی رشد پیدا کرد و کاربردهای عملی ظاهر گردید

دهه 1980 : کاربردهای بزرگ

دهه 1990 : چالش ها کماکان باقی است .

سیستمهای فازی چگونه سیستمهایی هستند ؟

سیستمهای فازی سیستمهای مبتنی بر دانش یا قواعد می باشند . قلب یک سیستم فازی یک پایگاه دانش بوده که از قواعد اگر- آنگاه فازی تشکیل شده است . یک قاعده اگر - آنگاه فازی یک عبارت اگر - آنگاه بوده که بعضی کلمات آن بوسیله توابع تعلق پیوسته مشخص شده اند .

سیستمهای فازی کجا و چگونه استفاده می شوند ؟

سیستمهای فازی امروزه در طیف وسیعی از علوم و فنون کاربرد پیدا کرده اند . از کنترل - پردازش سیگنال - ارتباطات - ساخت مدارهای مجتمع و سیستمهای خبره گرفته تا پزشکی - دانش اجتماعی و ... . با این حال یکی از مهمترین کاربردهای آن حل مسائل و مشکلات کنترل را می توان بیان کرد .

انواع سیستمهای فازی :

1- حلقه باز 2- حلقه بسته

هنگامی که سیستم فازی به عنوان کنترل کننده حلقه باز استفاده می شود سیستم فازی معمولابعضی پارامترهای کنترل را معین کرده و آنگاه سیستم مطابق با این پارامترهای کنترل کار می کند . بسیاری از کاربردهای سیستمهای فازی در الکترونیک به این دسته تعلق دارند .

هنگامی که سیستم فازی بعنوان یک کنترل کننده حلقه بسته استفاده میشود در این حالت خروجی های فرایند را اندازه گیری کرده و بطور همزمان عملیات کنترل را انجام میدهد . کاربردهای سیستمهای فازی در در فرایندهای صنعتی به این دسته تعلق دارند .

از جمله مهمترین کاربردهای سیستمهای فازی :

1- ماشین شستشوی فازی 2- تثبیت کننده تصویر دیجیتال 3 - سیستمهای فازی در اتومبیل 4 - کنترل فازی کوره سیمان 5 - کنترل فازی قطار زیرزمینی 6 - کنترل فرایندهای صنعتی 7- ماکروویوها 8 - سیستمهای نظامی و...

ریاضیات فازی :

ریاضیات فازی یک نقطه شروع و یک زبان اصلی را برای سیستمهای فازی فراهم می کند . ریاضیات فازی به تنهایی زمینه گسترده ای بوده که در آن اصول ریاضی با جایگزینی مجموعه های فازی به جای مجموعه های ریاضیات کلاسیک گسترش پیدا کرده است .در این راه تمامی شاخه های ریاضیات کلاسیک به شکل فازی تبدیل می گردد . شاخه هایی نظیر تئوری اندازه کیری فازی - جبر فازی - تجزیه و تحلیل فازی و ... . البته فقط بخش کوچکی از ریاضیات فازی را می توان در کاربردهای مهندسی پیدا کرد .

سیستمهای فازی دارای چهار بخش است :

1) پایگاه قواعد فازی - 2) موتور استنتاج فازی - 3) فازی سازها - 4) غیر فازی سازها .

کنترل فازی :

وقتی سیستمهای فازی به عنوان کنترل کننده مورد استفاده قرار گیرند به آنها کنترل کننده های فازی اطلاق می گردد . اگر سیستمهای فازی به منظور مدل سازی فرایند و کنترل کننده ها بر پایه این مدل طراحی گردند آنگاه این کنترل کننده ها نیز به نام کنترل کننده های فازی تلقی می شوند . بنابراین کنترل کننده های فازی کنترل کننده های غیر خطی با یک ساختار خاص هستند . کنترل فازی کاربردهای موفقیت آمیزی از تئوری فازی را در مسائل عملی ارائه می نماید .

کنترل فازی به دو دسته تقسیم می شود :

1 - کنترل فازی غیر تطبیقی 2 - کنترل فازی تطبیقی

در کنترل فازی غیر تطبیقی ساختار و پارامترهای فازی ثابت بوده و در طی انجام عملیات زمان حقیقی عوض نخواهد شد . در حالیکه در کنترل فازی تطبیقی ساختار و پارامترهای کنترل کننده فازی بر حسب شرایط در طی اعمال زمان حقیقی تغییر می یابد . کنترل فازی غیر تطبیقی ساده تر از کنترل فازی تطبیقی بوده اما به اطلاعات بیشتری از مدل فرایند و قداعد هیروستیک نیاز دارد . از طرفی دیگر کنترل فازی تطبیقی جهت به اجرا در آمدن پر هزینه بوده ولی در عین حال به اطلاعات کمتری نیاز خواهد داشت و در نتیجه ممکن است بهتر و موثرتر به اجرا در آید .

کنترل فازی در مقایسه با کنترل کلاسیک :

شباهت ها :

* این دو سعی در حل نوع یکسانی از مسائل را دارند که همان مسائل کنترل می باشند . بنابراین باید به جنبه های یکسانی که در هر مسئله کنترل مشترک می باشد توجه داشته باشند . به عنوان مثال پایداری و عملکرد .

* ابزارهای ریاضی مورد استفاده جهت تحلیل سیستمهای کنترل طراحی شده مشابه می باشند چرا که به مطالعه جنبه های یکسانی ( پایداری – همگرایی و غیره ) برای یک سیستم می پردازند .

به هر حال یک تفاوت اساسی بین کنترل فازی و کنترل کلاسیک وجود خواهد داشت :

کنترل کلاسیک جهت طراحی کنترل کننده با یک مدل ریاضی از فرایند شروع می نماید و کنترل کننده ها برای مدل طراحی می گردند . در حالیکه کنترل فازی با استفاده از تجربیات شخص خبره (به صورت قواعد اگر- آنگاه قازی ) شروع می گردد و کنترل کننده ها بوسیله ترکیب این قواعد طراحی می گردند . بدین معنی که اطلاعات لازم جهت ساخت این دو نوع کنترل کننده متفاوت است . همچنین کنترل کننده های فازی پیشرفته با استفاده از هر دو مدل ریاضی و هیروستیک ساخته می شوند .

برای بسیاری از مسائل کنترل عملی مشاهده یک مدل ریاضی ساده و در عین حال دقیق مسکل می باشد . اما می تواند آزمایشاتی توسط یک شخص ماهر و با تجربه فراهم شود که یک راهکار عملی و تجربی مفید را برای کنترل نمودن فرایند ارائه نماید . کنترل فازی برای این دو نوع میائل بیش از هر راه دیگری مفید می باشد .

 

روش های طراحی کنترل کننده های فازی :

1) رهیافت سعی و خطا:

در این روش با استفاده از دانشی که بر پایه آزمایشات و تجربیات به دست آمده و به صورت شفاهی قابل بیان است ( مجموعه اعمال دستی و اپراتوری ) و همچنین با سوال هایی که از خبرگان مربوطه صورت می گیرد پرسشنامه های دقیقی تنظیم می شود - مجموعه ای از قواعد اگر - آنگاه فازی جمع آوری می گردد و آنگاه در ادامه کنترل کننده های فازی بر اساس این قواعد ساخته شده و در نهایت سیستم مورد آزمایش قرار می گیرد . حال اگر به کار گیری کنترل کننده فازی طراحی شده در عمل رضایت بخش نباید قواعد مجددا به صورت مناسبی تغییر و تنظیم می گردند و یا دوباره از ابتدا ایجاد می گردند و این عمل آنقدر ادامه می یابد تا پس از چند چرخه سعی و خطا عملکرد نهایی رضایتبخش گردد .

2) روش تئوریک :

در این روش ساختار و پارامترهای کنترل کننده های فازی چنان طراحی می شوند که معیار عملکرد مشخصی (برای مثال - پایداری ) تضمین گردد . البته بهتر است که در طراحی کنترل کننده های فازی برای سیستمهای عملی هر دو روش را ترکیب نماییم تا امکان دستیابی به بهترین کنترل کننده فازی فراهم آید

 

کنترل فازی کوره سیمان :

کنترل فازی کوره سیمان یکی از اولین کاربردهای موفقیت آمیز کنترل فازی سیستمهای صنعتی بوده است که نخستین بار در اواخر دهه 70 بوسیله " هولمبلد و استرگارد " ارائه شده است .

کوره سیمان یک رفتار غیر خطی وابسته به زمان را نشان می دهد و آزمایشات دلالت بر آن دارد که مدلهای ریاضی معرفی شده برای سیستم یا خیلی ساده بوده و یا بسیار جامع و سخت می باشد . به هر حال افراد قادر هستند که در مورد کار با سیستم کوره تحت آموزش قرار گیرند و در یک مدت زمان مناسبی به اپراتورهای ماهر تبدیل شوند . لذا کوره سیمان یک سیستم بسیار مناسب برای کنترل شدن با کنترل فازی است .

 

گردآورنده : دانیال خسروان

مرجع :

A Course In Fuzzy System and Control / Wang, Lie-Xin