Struktura, główne elementy modeli rozmytych

Blok rozmywania          Blok wnioskowania          Baza reguł            Blok ostrzenia

 Struktura podstawowego modelu rozmytego przedstawiona jest na rysunku poniżej, dla przykładowego systemu 2 wejścia / 1 wyjście.

Rys. Struktura podstawowego modelu rozmytego.

Blok rozmywania (Fuzyfikacja)

Na wejściu modelu rozmytego wprowadzone zostają ostre wartości x1*, x2*. W bloku fuzyfikacja przeprowadzona zostaje operacja rozmywania czyli obliczania stopnia przynależności do poszczególnych zbiorów rozmytych Ai, Bj wejść. Aby operację tą zrealizować blok fuzyfikacja musi posiadać dokładnie zdefiniowane funkcje przynależności m Ai(x1), m Bj(x2) do zbiorów rozmytych poszczególnych wejść. Przykładowe funkcje przynależności wejść przedstawiono na rys. poniżej

 

A1 = mały (około 0), A2 = duży (około 2), X1:0 £ x1 £ 2,
B1 = mały (około 0), B2 = duży (około 2), X2:0 £ x2 £ 2,

Rys. Przykładowe funkcje przynależności do zbiorów rozmytych wejść modelu i definicja przestrzeni rozważań wejść.

Obliczone i podane na wyjściu bloku fuzyfikacja wartości stopni przynależności m Ai(x1*), m Bj(x2*) informują o tym, jak wysoka jest przynależność wartości wejść x1*, x2* do poszczególnych zbiorów rozmytych wejść, tzn. jak bardzo wartości te są małe (A1, B1) lub duże (A2, B2).


Blok wnioskowania (Inferencja)

Blok inferencja oblicza na podstawie wejściowych stopni przynależności m Ai(x1), m Bj(x2) tzw. wynikową funkcję przynależności m wyn(y) wyjścia modelu. Funkcja ta ma często złożony kształt a jej obliczanie odbywa się w drodze realizacji tzw. inferencji (wnioskowania), która może być matematycznie realizowana na wiele sposobów. Aby przeprowadzić obliczenia inferencyjne blok inferencja musi zawierać następujące, ściśle zdefiniowane elementy:

Baza reguł zawiera reguły logiczne określające zależności przyczynowo – skutkowe istniejące w systemie pomiędzy zbiorami rozmytymi wejść i wyjść. Przykładowo, baza reguł może mieć postać:

R1: JEŚLI (x1 = A1) I (x2 = B1) TO (y = C1)
R1: JEŚLI (x
1 = A1) I (x2 = B2) TO (y = C2)
R1: JEŚLI (x
1 = A2) I (x2 = B1) TO (y = C2)
R1: JEŚLI (x
1 = A2) I (x2 = B2) TO (y = C3)

gdzie zbiory rozmyte wejść (A1 – mały, A2 – duży, itd.) zdefiniowane są na rys. powyżej, a zbiory rozmyte wyjścia (C1 – mały, C2 – średni, C3 – duży) zdefiniowane są na rysunku poniżej.

                               C1 = mały (ok. 0), C2 = średni (ok. 4), C3 = duży (ok. 8)

Rys. Przykładowe funkcje przynależności do zbiorów rozmytych wyjścia modelu i definicja przestrzeni rozważań wyjścia.

Mechanizm inferencyjny realizuje zadanie bloku inferencja, tzn. obliczenie wynikowej funkcji przynależności m wyn(y). Składa się on z następujących części:

MI 1: części obliczającej stopień spełnienia przesłanek poszczególnych reguł Ri,
MI 2: części obliczającej stopień aktywizacji konkluzji poszczególnych reguł Ri,
MI 3: części określającej wynikową postać funkcji przynależności wyjścia m
wyn(y) na podstawie stopni aktywizacji konkluzji poszczególnych reguł.


Baza reguł
 

Baza reguł jest najważniejszą częścią modelu (regulatora) rozmytego zawierającą informację o jego strukturze. Zawiera główną część wiedzy o modelowanym systemie, główną część “inteligencji” regulatora rozmytego. Dlatego umiejętność prawidłowego jej zaprojektowania jest bardzo ważna.

Główne cechy reguł, bazy reguł i modelu rozmytego to:


Blok ostrzenia (Defuzyfikacja)

W bloku defuzyfikacja, na podstawie wynikowej funkcji przynależności wyjścia m wyn(y), obliczana jest ostra wartość wyjścia y będąca skutkiem podania ostrych wartości wejść x1, x2 na model. Operacja ta realizowana jest przez mechanizm defuzyfikacji, który podaje sposób przeprowadzenia obliczeń. Przykładowy mechanizm defuzyfikacji: metoda środka ciężkości.

Metoda środka ciężkości (SC) za ostrego reprezentanta  y* wynikowego zbioru rozmytego konkluzji B* zdefiniowanego funkcją przynależności m wyn(y) = m B* (y) przyjmuje współrzędną yc środka ciężkości powierzchni pod krzywą określoną tą funkcją.

Rys. Defuzyfikacja metodą środka ciężkości (SC).

 Wartość współrzędnej yc środka ciężkości C można obliczyć jako iloraz momentu powierzchni pod krzywą m wyn(y) względem osi pionowej m (y) i wielkości tej powierzchni

Całkowanie należy przeprowadzić w granicach określonych zbiorem podstawowym Y zbioru wynikowego B*  
wnioskowania.