自組織法則

當所設計出模糊控制器的性能未能符合需求時，便需要對控制器作 微調。因此在設計基本模糊控制器時，往往需要花費很多時間作規則庫 的微調及修正。而自組織模糊控制器則能依照所預設的性能指標修改控 制規則，改善控制效果，所以可以補足專家經驗的不足或是彌補錯誤的 規則庫設定。早期 Mamdani 提出的自組織理論[33]中，包括三個部分：

性能量測、控制量修正及規則修正，分別說明如下：

（1）性能量測：主要以誤差（e）及誤差變化量（ ）作為輸入，並以 建立模糊規則相同的方法建立性能量測指標表。此表主要目的是表達目 前控制器狀態是否需要修正，並設定需修正的幅度大小。

e&

（2）控制量修正：控制量校正是以增量模型（Incremental Model）來計 算系統輸出誤差與輸入修正量的數學關係 M[34]。M 值主要取決於系統 輸 出 入 的 關 係 曲 線 上 ， 某 一 取 樣 時 間 之 輸 出 入 的 變 化 量 比 值 ， 而 Mamdani 將 M 設為常數或單位矩陣。

（3）規則修正：規則修正器採用模糊關係矩陣建立規則庫。在前一部

定義

∆ X

及

u

如下：

在此將輸入修正量

∆ u

分為兩部分：

從上述可得結論：

ζ

：為誤差與誤差變量補償的比例關係，可隨實際需求調整。

一般來說，此四個參數沒有一定的規格，可根據實際需要改變。

NB NM NS ZR PS PM PB

CE

Wcei

−1

Wcei

PB PM PS ZR NS NM NBE

Wei

−1

Wei

圖 4.3.10：規則矩陣之規則激發模組示意圖

（C）性能指標：

一般具有自我改良的智慧型控制器中，都需要有一個性能指標，此 指標的功能主要顯示目前控制器的性能表現。因為在實際系統中，若學 習超過某一程度後，之後的學習不見得會比之前的效果更佳。所以必須 訂立一個性能指標，當系統性能到達某一設定程度後，可將修正器關 閉，避免過度學習，常用的性能指標為：

∫ ^⋅

= e dt

IAE

（4.3.23）

當 性 能指標

IAE

≥

A

_i，便停止修正器不再進行修正。

其中

A

_i為根據實際系統所訂定之學習性能指標。

4.3.2.3 自組織模糊滑動平面控制器

W

i：第

i

條模糊規則的激發強度，強度越強修正幅度越大。

γs：修正器的學習效率(learning rate)，此值越大表示學習速度越 快，但學習速度太快可能會造成過度學習。

M

s：

∆ u

與

σ (nT )

之比例常數。

Φ

−

e&

e

=

ZERO

σ Φ

Fuzzy sliding surface

(a) (b)

1

u

NB NM NS ZR PS PM PB

NB NM NS ZR PS PM PB

Φ

3

Φ

1 ₃²

Φ

Φ

−

₃¹

Φ

−

₃² Φ

−

w

i

w

ⁱ⁺¹

σ ^~

圖 4.3.11：模糊滑動平面與歸屬函數

綜合以上所述，自組織模糊滑動平面控制器的結構，有下列三大基 本架構，如圖4.3.12 所示。包括：

(1)滑動平面估測器：由誤差 e 以及誤差變量 所組合成的滑動平面方程 式

e&

e & + e

⋅

= α

σ

。

(2)基本模糊控制(Basic level)：此部分便是前幾節中介紹的基本模糊控制 的部分。

(3)自組織法則(Self-organizing level)：根據預設的修正法則以及傳回的參 考資料，對於不適當的模糊規則作修正。

plant

yset + y

-e e& ⋅e &+e

= α σ

Self-Organizing Modifier

) ( modify ) ( )

1

(k RUSELk k

RUSEL + = +

Fuzzy Infeence

Rule Base

Gu

Fuzzification Defuzzification

σ u

Φ Φ

−

圖 4.3.12：自組織模糊滑動平面控制器結構

4.3.3 解耦合自組織模糊滑動平面控制理論

一般的液壓系統大多為傳統之液壓伺服控制系統，即液壓泵之供油 壓力僅由洩載閥設定為最大值，進而控制閥控液壓缸系統的伺服控制，

故其控制方式僅為單進單出(Signal-input，signal-output，SISO)之控制系 統，並無結構間相互耦合的影響，應用現代控制理論對於單進單出 (SISO)之液壓控制系統都可達良好的控制效果，但對於多輸入多輸出的 系統(Multi-input，multi-output，MIMO)或多輸入單輸出(Multi-input，

signal-output，MISO)的控制系統並不全然適用，其原因為系統間的結構 耦合(Couple)作用，會使數學模式的建立增加困難，因此，對於具有結 構耦合的系統則以不須考慮數學模型的模糊控制居多，且已有相當多的 應用[17][23][24][26][38]。

由於本實驗機台乃為整合節能控制系統之節能控制與閥控液壓缸系 統之伺服控制，所以為二進二出(Two-input，two-output，TITO)之複雜 控制系統，且在參考文獻[14][49][50]中，得知兩控制系統會互相耦合影 響，即節能控制系統之供油壓力大小會影響伺服控制系統之控制性能，

而伺服控制系統之比例控制閥閥口大小亦會影響節能控制系統之供油壓 力的控制。所以當我們考慮此二進二出(TITO)整合控制系統之耦合作用 時，如何將兩個系統的耦合效應降到最低，為本文控制器設計之重點，

也是本節發展解耦合控制的重點所在。

本文將針對二進二出(TITO)之電液伺服系統發展解耦合自組織模糊 滑 動 平 面 控 制 器(Decoupling Self-Organizing Fuzzy Sliding Surface Controller)，其解耦合控制系統架構，如圖 4.3.13 所示。主要是利用分 離控制的觀念[14][26][38][51][52]，將電液伺服系統簡化成兩個分離獨立

Energy-saving

Controller

SOFSMC Decoupled Controller II

SOFSMC Decoupled Controller I

+ Plant I

Plant II

coupling interaction e&

2

e

2

圖 4.3.13：解耦合控制系統架構

在文檔中 閥控液壓系統節能控制與伺服控制之整合研究---以電液負載感測系統實現(III) (頁 86-97)