Methodischer Entwurf einer Fuzzy Regelung am Beispiel einer Granulatbearbeitungseinheit

Kurzfassung

Der Entwurf einer Fuzzy Regelung wird häufig sehr intuitiv durchgeführt. Ein methodisches oder systematisches Vorgehen ist selten zu erkennen. Dabei würde ein solches Vorgehen zur beschleunigten Reglersynthese führen. Eine mögliche Methode besteht in den aufeinander aufbauenden Entwurfsschritten:

• 1. Zusammentragen und Gruppieren der Regelziele

• 2. Auswahl der Regelkreisstruktur

• 3. linguistische Modellbildung, Fuzzy Sets und Regelbasis

• 4. iterative Verifikation und Optimierung der Fuzzy Elemente.

Durch die Gruppierung der Regelziele in z.B. dynamische oder Arbeitspunkt abhängige Aspekte wird das Gesamtproblem in voneinander kausal unabhängige Teilprobleme unterteilt, die in ihrer Komplexität reduziert sind und somit die Reglersynthese strukturieren. Die Regelziele, die sich zumeist auf begrenzte Bereiche des Zustandsraums beziehen, ermöglichen diese Struturierung.

Im zweiten Schritt des Entwurfs ist die Regelkreisstruktur festzulegen. Dazu zählt die Auswahl der Reglereingangsgrößen, die die Charakteristiken des Regelprozesses wiedergeben, und die Reglerausgangsgrößen. Ferrer ist die Struktur des Reglers festzulegen. Eine eventuelle Kombination von Fuzzy und konventionellen Reglern ist abzuwägen.

Erst darauf folgt die linguistische Modellbildung. Entweder ist das kausale Verhalten des Experten, der den Prozeß bedient, oder das Verhalten des Prozesses selbst in Regeln oder Aussagen zu formulieren. Diese Regeln oder Aussagen haben einen Bezug zu den quantitativ meßbaren Werten der Reglereingangsund Reglerausgangsgrößen. Im allgemeinen handelt es sich beim linguistischen Modell urn eine qualitative Beschreibung des Expertenverhaltens zu spezifischen Prozeßzustanden oder urn die Beschreibung des Prozeßzustandsraums in Form von qualitativen Kennfeldern.

Dieses linguistische Modell bildet zusammen mit den gruppierten Regelzielen die Grundlage der anschlieBenden Reglersynthese, d.h. der Definition der Fuzzy Sets, der Regelbasis und die Auswahl der Fuzzy Relationen. Die Granularität der Fuzzy Sets jeder Reglerein- und -ausgangsgröße wird im wesentlichen durch die Regelzielgruppen, die die Auflösung und Empfmdlichkeit des Reglers beschreiben, festgelegt, während die Regelbasis, die das kausale Verhalten des Reglers beschreibt, hauptsächlich vom linguistischen Modell abgeleitet wird.

Das Verhalten des Reglers ist schließlich eine Überlagerung aller Regeln. Da die einzelnen Regeln unabhängig voneinander entworfen werden und nur einen kleinen Arbeitsbereich des gesamten Prozeßzustandsraumes abdecken, ist im Anschluß eine Plausibiltätskontrolle und Validation des Reglers nötig. Diese Phase fiihrt iterativ abwechselnd mit der Überarbeitung der Fuzzy Elemente zum optimierten Fuzzy Regler. Am Beispiel des Reglerentwurfs für eine Granulatberarbeitungseinheit wird diese Vorgehensweise deutlich.