2.9. Стійкість систем з нечіткими регуляторами

Нелінійний характер рівнянь, що описують систему керування з нечітким регулятором, істотно ускладнює завдання аналізу її стійкості. Існує навіть думка, що в силу складності цього завдання вона практично не має шансів на успіх.

Так авторові першої моделі нечіткого регулятора Е. Мамдані належить наступне твердження (1993): «Промисловість ніколи не вимагала, щоб математичний аналіз стійкості був необхідною й достатньою умовою для визнання добре розробленої системи керування. Подібна умова – це просте бажання вчених, але воно не має ніякої цінності за межами академічних кіл. Набагато більше важливим, чим аналіз стійкості, є випробування прототипу; самостійний аналіз стійкості ніколи не може вважатися достатнім тестом. Більше того, у будь-якій практично корисній методології етап аналізу стійкості – бажаний, але тільки додатковий, та аж ніяк не необхідний етап».

Як уже згадувалося, теорія нечітких множин має не тільки численних прихильників, але й чимало критиків. Багато вчених сумніваються в тому, що ця теорія зможе сприяти рішенню практичних завдань, недоступних класичним методам теорії керування й прийняття рішень. Про це пише, зокрема, відомий французький математик проф. А. Кофман: «Виступаючи на різних конференціях на тему про теорію нечітких множин, я завжди чую ті самі слова: «Те, що було зроблено за допомогою цієї теорії, можна з таким же успіхом зробити й без її ...».

2.10. Програмна й апаратна реалізація нечітких регуляторів

На практиці для реалізації різних алгоритмів нечіткої логіки використовуються два основних способи:

а) програмна емуляція нечітких регуляторів на базі існуючих процесорів (мікроконтролерів, персональних ЕОМ) класичної архітектури:

б) апаратна реалізація спеціалізованих фазі-процесорів на базі більших (БІС) і надвеликих (СБІС) інтегральних схем.

Перші пакети прикладних програм, що дозволяють автоматизувати процеси проектування й налагодження нечітких алгоритмів керування й прийняття рішень, з'явилися на початку 90-х років. У цей час відомі білш 100 таких пакетів, з яких найпоширеніші є:

1. CubiCalc – розроблений американською компанією Hyper Logic (демоверсія пакета доступна на сайті http ://www.huperlogic.com\hl). Сьогодні CubiCalc - це розвинене сімейство програмних засобів, що містить наступні компоненти:

• пакет CubiCalc (версія 2.0);

• навчальна версія пакета CubiQuick,

• допоміжна утиліта Rule Maker, що забезпечує побудову бази нечітких правил;

• плата CubiCard, призначена для створення «інтелектуального аналізатора» сигналів. Розробка прикладного програмного забезпечення (ПО) підтримується мовою програмування високого рівня CEL (CubiCalc's Expression Language);

2. FIDE (Fuzzy Inference Development Environment) - розроблений фірмою Aptronix (США). Демонстраційна версія пакета виставлена на сайті http://www.aptronix.com

Можливості пакета FIDE схожі з можливостями пакета CubiCalc. Пакет орієнтований на розробку нечітких регуляторів й дозволяє готовити модулі об'єктного коду або тексти мовою Асемблер для різних типів процесорів. Остання версія пакета дозволяє генерувати вихідні тексти мовою Java;

3. fuzzy TECH – розроблений фірмою Infonn Software Corporation (США) за замовленням корпорації Intel. Демонстраційну версію пакета можна знайти на сайті www.fuzzytech.com

Пакет відрізняється розвиненим користувальницьким інтерфейсом, наявністю майстрів, що полегшують створення й використання систем нечіткого виводу, можливістю зберігати результати у вигляді файлів різних форматів, у тому числі у вигляді асемблерних програм для деяких типів мікропроцесорів і файлів системи Matlab. можливістю використовувати апарат нечіткої кластеризації й нечітких нейронних мереж;

4. Fuzzy Logic Toolbox – пакет прикладних програм, що входить до складу широко відомої системи математичного моделювання Matlab (розробка компанії Mathworks, США).

Пакет призначений для роботи:

• у режимі графічного інтерфейсу;

• у режимі командного рядка;

• с використанням блоків і прикладів пакета Simulink.

Режим графічного інтерфейсу підтримується наступними програмами:

• редактор нечіткої системи виводу (Fuzzy Inference System Editor), що включає в себе допоміжні програми – редактор функцій приналежності (Menibership Function Editor), редактор правил (Rule Editor), оглядач правил (Rule Viewer) і оглядач поверхні відгуку (Surface Viewer);

• редактор нечітких нейронних мереж (ANFIS Editor);

• програма кластеризації (Clustering).

Інтеграція з інструментами пакета Simulink забезпечує зручний користувальницький інтерфейс для моделювання й дослідження систем керування з нечіткими регуляторами.

Багато закордонних фірм пішли по шляху створення нечітких регуляторів на базі серійного випуску мікроконтролерів. наприклад. Motorola M6SHC11 або Intel MCS-96. За допомогою такого мікроконтролера можна приймати аналогові сигнали, переводити їх у нечіткий формат, а потім, застосовуючи відповідні правила, перетворювати результати у формат звичайних чисел і далі – в аналоговий виконавчий сигнал.

На сьогодні фірмою Motorola випущено біля півмільйона мікроконтролерів сімейства M6SHCW, номенклатура якого містить кілька десятків моделей, і хоча перші зразки цих пристроїв з'явилися на ринку в 1984 р.. попит на них як і раніше не знижується. Архітектура, що фактично стала промисловим стандартом, 8-розрядного мікроконтролера M6SHCX1 підтримується більшою кількістю налагоджувальних засобів, вільно розповсюджуваним ПО й численними прикладами застосування. Характерна риса мікроконтролерів M6SHC11 – їх здатність функціонувати не тільки в одноканальному режимі, але й у розширених режимах (Expanded Mode), коли до мікроконтролера підключається зовнішня пам'ять. У складі мікроконтролерів M6SHC11 є модулі аналого-цифрових перетворювачів, багатофункціональних таймерів, широтно-імпульсних модуляторів і послідовних інтерфейсів. Більшість моделей M6SHC11 мають 8-розрядний АЦП і 8 аналогових входів. До складу моделей входять 8-розрядні широтно-імпульсні модулятори (ШІМ), що мають 4 або 6 виходів.

Широке поширення одержали також мікроконтролери фірми Intel, успішно застосовувані в різних додатках. Типовим представником цього напрямку є сімейство високопродуктивних 16-розрядних мікроконтролерів MCS-96, що випускаються з 1982 р. У цей час це сімейство містить у собі більше 30 моделей мікроконтролерів із продуктивністю від 1 до 16 млн. операцій у секунду. Особливе місце в цьому ряді займають 16-розрядні мікроконтролери нового покоління MCS-296 з конвеєрною архітектурою, що мають убудовані можливості цифрової обробки сигналів – DSP-процесор. Використання конвеєрної архітектури центрального процесора дозволило в кілька разів збільшити продуктивність мікроконтролерів MCS-296 у порівнянні зі своїми попередниками MCS – 196. Інтегрований на кристалі мікроконтролера сигнальний процесор розширить області застосування мікроконтролерів завданнями, у яких потрібне забезпечення високої продуктивності процесора як при обробці зовнішніх подій, так і при обробці сигналів. Інші особливості мікроконтролерів серії MCS-296: наявність потужних засобів пошуку добування й автоматичної модифікації табличних даних; використання апаратних множників і дільників; потужна система непрямо-індексної адресації операндів, що забезпечує унікальні можливості автоматизації часто повторюваних розрахунків; розвитий інтерфейс із джерелами аналогових і імпульсних сигналів; наявність убудованого ШІМ-генератора; можливість підключення зовнішньої пам'яті й великої кількості периферійних пристроїв.