Fuzzyohjaus

Fuzzyohjaus, eli fuzzy-logiikkaan perustuva ohjaus, on ohjausmenetelmä, joka soveltaa epäselviä (fuzzy) joukkoja ja kielivariabeleja epävarmuuden ja ei-lineaarisuuden hallitsemiseksi. Sen tavoitteena on tuottaa luotettava ohjaussignaali järjestelmille, joiden dynamiikka ei ole helposti mallinnettavissa perinteisillä lineaarisilla malleilla tai jossa mittaustiedot ovat epätarkkoja.

Periaatteet ja toimintaperiaate

Fuzzyohjaus rakentuu kolmeen pääosaan: muunnuttajat, sääntökanta ja päättelyjärjestelmä sekä defuzzifikaatio. Sisääntulosmuuttujat, kuten virhe e(t) ja virheen muutos de(t), esitetään kielimuuttujina (esimerkiksi pieni, keskikokoinen, suuri) mukana olevine jäsenfunktioineen. Sääntöjoukko muodostaa logiikan, jonka perusteella päättelyjärjestelmä arvioi ohjausarvon usein eräänlaisena "jos ... niin ..." -lauseiden kokonaisuutena. Lopuksi defuzzifikaatio muuntaa epämääräisen päättelyn tuloksen takaisin kiinteäksi ohjausarvoksi.

Päämenetelmät ja kehitys

Yleisimmin käytettyjä päättelymenetelmiä ovat Mamdani-tyyppinen ja Sugeno-tyyppinen (Takagi–Sugeno). Mamdani-sääntöjä käytetään usein tulosmuuttujan intuitiivisessa tulkinnassa, kun taas Sugeno-variantit soveltuvat usein paremmin tarkempaan ohjaussignaalin laskentaan ja simulointiin. Defuzzifikaatio voi toteutua esimerkiksi keskiverto- tai weighted-avg -periaatteella.

Hyödyt ja rajoitteet

Fuzzyohjauksella on etuja, kuten kyky käsitellä epävarmuutta ja epälineaarisuuksia ilman tarkkaa fysikaalista mallia sekä sääntöihin pohjautuvaa, tulkittavaa suunnittelua. Rajoitteita ovat sääntöjoukon sekä jäsenfunktioiden valintojen subjektiivisuus, suunnitteluprosessin asiantuntijakäsi, sekä ajoittain suurempi laskennallinen kuormitus sekä vakauden ja suorituskyvyn varmistamisen tarve monimutkaisissa järjestelmissä.

Sovellukset

Fuzzyohjausta on sovellettu teollisuusprosesseihin, ajoneuvojen cruise-kontrolliin, robotiikkaan sekä kulutuselektroniikkaan. Se soveltuu erityisesti tilanteisiin, joissa järjestelmän tarkkaa mallia ei ole tai jonka ympäristö on epävarma ja muuttuva.