مروری بر کنترلرهای فازی و کاربردهای آن در Robotics
عناوین ارائه
تاریخچه منطق فازی
بررسی اجمالی کنترلرهای فازی
کنترلرهای ساده فازی
کنترلرهای خود سازمان ده فازی
کنترلرهای وفق پذیر فازی
بررسی چند نمونه از کاربرد کنترلهای فازی در Robotics
تاریخچه منطق فازی
اولین با در سال 1965 توسط دکتر لطفی زاده مطرح گردید.
برای برطرف ساختن ناتوانی منطق دوگانه و ریاضیات بسیار دقیق در برخورد با دنیای واقعی و نا دقیق
در سال 1968 نظریات مربوط به کارگیری منطق فازی در بحث کنترل مطرح گردید
اولین با در سال 1974 در ارتباط با فرایند کنترل یک موتور بخار توسط آقایان ممدانی و اصیلیان صورت پذیرفت
تاریخچه منطق فازی(ادامه)
یکی از موارد مهم به کار گیری منطق فازی برای طراحی سیستم های کنترلی براساس کنترل منطقی فازی FLC (Fuzzy Logic Control) می باشد
منطق ارسطویی در مقایسه با منطق دکتر لطفی زاده
در منطق دو ارزشی یا ارسطویی فرض بر دقیقا معلوم بودن حد و مرزهاست و یک مقوله معلوم یا در آن حوزه قرار دارد یا خیر
مسائل دنیای واقعی فاقد حد و مرزهای واضح و روشن هستند
منطق ارسطویی در مقایسه با منطق دکتر لطفی زاده
آنجا که قوانین ریاضی به واقعیت ها اشاره می کنند نادقیق هستند و آنجا که دقیق هستند واقعی نیستند.
آلبرت اینشتین
ابزارهایی که محققان برای حل مسائل هوش مصنوعی بکار می برند آنقدر دقیقند که نمی توانند با جهان نادقیق واقعی برخورد موثر داشته باشند
پروفسور لطفی زاده
بررسی اجمالی کنترلرهای فازی
کنترلرهای منطقی فازی فراهم کننده فرایند تبدیل یک استراتژی کنترلی گفتاری به یک استراتژی کنترلی خودکار می باشند
بررسی اجمالی کنترلرهای فازی(ادامه)
موارد استفاده از کنترلرهای فازی
سیستم های مکانیزه وابسته به دانش فرد خبره
سیستم های دارای ابهام و پیچیدگی زیاد
سیستم های دارای میزان تاثیر گذاری پارامترهای موثر نامشخص
سیستم های دارای پارامترهای تاثیر گذار نا مشخص
کنترلرهای فازی(ادامه)
انواع کنترلرهای فازی
کنترلر ساده فازی
کنترلر خود سازمان ده منطق فازی
کنترلر وفق پذیر فازی
کنترلر ساده فازی
طراحی یک کنترلر فازی برای یک رباط فرضی:
فرض کنید می خواهیم برای یک Robot که دارای یک Sensor Sonar می باشد می خواهیم یک کنترلر ساده فازی طراحی کنیم. به طوری که Robot با استفاده از اطلاعات فاصله تا نزدیک یک جسم برود و وقتی به آن رسید با ایستد.
کنترلر ساده فازی(ادامه)
کنترلر ساده فازی(ادامه)
تعریف کنترلر ساده فازی آسان است
کنترلر ساده فازی یک کارکرد متوسط کنترلی را ارئه میکند
امکان تنظیم و بهینه کردن توابع عضویت برای آنها در نظر گرفته نشده است
در سیستم های پیچیده تنها یک نقطه شروع برای رسیدن به کنترلر نهایی می باشد
کنترلر خود سازمان ده منطق فازی
این نوع از کنترلرها دارای قابلیت های زیر می باشند:
امکان تغییر قوانین فازی
امکان تولید قانون جدید
کنترلر خود سازمان ده منطق فازی
غیر فازی کننده
فازی کننده
مکانیزم استنتاج
مقادیر
Crisp
پایگاه داده و قوانین کنترلی
کنترلر منطقی فازی ساده
مقادیر
Crisp
پایگاه دانش
بخش تولید کننده و تغییر دهنده قوانین
جدول فهرست کارآیی(Performance Index)
بخش یادگیری
کنترلر وفق پذیر منطق فازی
این نوع از کنترلرها دارای قابلیت زیر می باشند:
تولید قوانین جدید
تغییر قوانین موجود
تغییر فضای حالت توابع عضویت
تنظیم توابع عضویت
تنظیم مقیاس تغییرات و وفق پذیری
کنترلر وفق پذیر منطق فازی
غیر فازی کننده
فازی کننده
مکانیزم استنتاج
مقادیر
Crisp
پایگاه داده و قوانین کنترلی فازی
کنترلر منطقی فازی ساده
مقادیر
Crisp
پایگاه دانش
اندازه گیرنده کارآیی
بخش ناظر و تنظیم کننده
قوانین کنترلی فازی
توابع عضویت
فضای حالت
فاکتورهای مقیاس
ماجول تنظیم کننده(Tuning)
بررسی چند نمونه از کاربرد کنترلرهای فازی در Robotics
در این بخش به بررسی چند نمونه از کارهای ارائه شده در زمینه به کار گیری کنترلرهای منطق فازی در می پردازیم:
ربات Flakey سال 1994 توسط Alan Alda
یک سیستم کنترل فازی ترکیبی برای دو پاندول کوپل شده
ربات Karlsruhe Dextrous Hand II در سال 1998 توسط آقایان
Prof. Dr.-Ing. H. Woern, Prof. Dr.-Ing. R. Dillmann, em. Prof. Dr.-Ing. U. Rembold
ربات Flakey
این ربات دارای کنترلر ساده فازی می باشد.
هدف از به کار گیری کنترلر فازی در این ربات ممانعت از برخورد آن با موانع موجود در مسیر بوده است.
ربات Flakey
خروجی های کنترلی
FLC ربات :
سرعت تند شونده
سرعت کند شونده
چرخیدن به راست
چرخیدن به چپ
پارامترهای ورودی کنترلی
ربات:
مانع در سمت چپ
مانع در سمت راست
مانع در روبرو
سرعت ربات تند یا کند
…
ربات Flakey
در محیط های بدون تغییر، کارآیی خوبی دارد.
یک سیستم کنترل فازی ترکیبی برای دو پاندول کوپل شده
دارای کنترلر فازی از نوع خود سازمان ده می باشد.
در این سیستم دو پاندول موجودند که به وسیله یک فنر به هم متصل هستند. یکی از پاندول ها به صورت تصادفی از طریق فنر دیگری را می کشد. هدف از سیستم کنترلی آن ثابت نگه داشتن پاندول دیگر است.
یک سیستم کنترل فازی ترکیبی برای دو پاندول کوپل شده
این سیستم کنترلی به صورت آزمون و خطا کار می کند. و با استفاده از جدول کارکرد خود FLC خود را به مرور بهبود می بخشد. برای این منظور:
ابتدا با یکسری قوانین ابتدایی FLC اولیه تشکیل میگردد.
سپس با در نظر گرفتن یک معیار کارآیی سیستم FLC به دست آمده بهبود بخشیده می شود.
ربات Karlsruhe Dextrous Hand II
دارای کنترلر فازی وفق پذیر از نوع تنظیم کننده توابع عضویت می باشد
علت استفاده از کنترلر فازی وفق پذیر حل مشکل وقت گیر بودن تنظیم کردن توابع عضویت می باشد.
ربات Karlsruhe Dextrous Hand II
نتیجه گیری
اقتصاددان انگلیسی Shackle می گوید:
در دنیایی که دانش در مورد پدیده ها قبل اتفاق افتادن آنها وجود ندارد. در دنیایی که هیچ ترتیب دقیقی در آن وجود ندارد. رفتار ذاتی ما در برابر زندگی اشاره بر قابل اطمینان و قدرتمند بودن تصمیمات ما را دارد. از آنجایی که تصمیمات بدون نیاز به یک پیش بینی دقیق و هم صرف نظر از بی نظمی طبیعت گرفته می شود، می توان به عنوان یک گزینه برای مواجهه با عدم قطعیت از آن استفاده کرد.
نتیجه گیری(ادامه)
فرایند یادگیری و استنتاج در انسان بسیار خارق العاده است.
انسان امکان انجام حرکاتی را دارد که علم Robotic برای رسیدن به نقطه ای که رباتی با این قابلیت های رفتاری و حرکتی بسازد فاصله زیادی دارد.
اما در این بین انسانهایی وجود دارند که به لحاظ حرکتی، به ربات ها بسیار نزدیک شده اند!
منابع
J. Yan, Michael Ryan, J. Power, “Using Fuzzy Logic: Towards Intelligent Systems” book.
H. J. Zimmerman, Fuzzy Sets and Theory and it’s applications Book, 1996.
Th. Doersam, Th. Fischer, Aspects of Controlling a Multifingered Gripper, 1998.
Z. Shang, P. Sukthankar, Y. Chen, J. Gu, Progressive Fuzzy Fusion Control of Two Coupled Inverted Pendulum, 2003.
http://www.ai.sri.com/people/flakey/control.html