Seit Anbeginn der geschichtlichen Entwicklung der Mathematik beschäftigt sich diese mit der Logik der Bestimmung von wahren und falschen Aussagen. Dieses Vorgehen stellt ein zweiwertiges Bewertungssystem mit scharfen Aussagen dar. Bestimmte Sachverhalte lassen sich aber nicht scharf beschreiben, obwohl eine Umsetzung der Steuerung anhand dieser Befehle gerade notwendig erscheint. Hier greift die Besonderheit der Eigenschaften des Fuzzy-Controllers, welche auf linguistischen Ausdrücken und einer Regelbasis, basieren.
Im Bereich der linguistischen Ausdrücke kann man die alltäglich bewusst und unbewusst verwendeten Steuerungsausdrücke, wie z.B. „etwas mehr oder weniger“ oder „sehr hell oder doch ein wenig dunkler“ finden. Hier entstand das Ziel in der Technik, diese linguistischen Ausdrücke umzusetzen bzw. zur Anwendung im Steuerungs- und Regelbereich einzusetzen. Die Schwierigkeit liegt aber genau hier, in der Umsetzung dieser vagen Aussagen, welche oberflächlich betrachtet doch leicht verständlich wirken, aus technischer Sicht schwer in scharfe Stellgrößen abzubilden sind. Genau diese Theorie des unsicheren Schließens der Fuzzy-Logik wurde von Lotfi A. Zadeh im Jahre 1965 begründet.
Das Fuzzy-Control-System wird in der Literatur als Fuzzy-Controller und Fuzzy-Regler geführt. Dieses System gewann im Laufe der Zeit immer mehr an Bedeutung, da der Einsatzbereich in der Regelungstechnik, Sensorik und Datenanalyse sehr erfolgreich ist. Ebenfalls für die Problembearbeitung in geschlossenen mathematischen Modellen stellt diese Methode eine gute Anwendungsmöglichkeit dar. Aufgrund dieser Umsetzungsmöglichkeiten stellt der Fuzzy-Controller ein wichtiges Modell dar und wird im Folgenden aufgezeigt.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Begründung der Themenstellung
1.2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit
2. Grundlagen und Begriffsabgrenzung
2.1 Der Fuzzy-Controller
2.2 Die Fuzzifizierung
2.3 Inferenzverfahren und Regelbasis
2.4 Die Defuzzifizierung
3. Darstellung der Funktionsweise des Fuzzy-Controllers anhand eines Beispiels
4. Abgrenzung des Fuzzy-Controllers zu regelbasierten Systemen ohne Fuzzy-Logik
5. Fazit und kritische Reflektion
Zielsetzung und Themen
Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, die Funktionsweise und Besonderheiten von Fuzzy-Controllern zu erarbeiten und deren Anwendung in der Steuerungstechnik zu veranschaulichen. Dabei wird untersucht, wie vage, linguistische Ausdrücke technisch in präzise Stellgrößen übersetzt werden können, um komplexe Steuerungsprobleme effizient zu lösen.
- Theoretische Grundlagen der Fuzzy-Logik und der Fuzzy-Controller
- Prozessschritte der Fuzzifizierung, Inferenz und Defuzzifizierung
- Praxisnahe Anwendung am Beispiel eines automatisierten Bremsvorgangs
- Vergleichende Analyse von Fuzzy-Systemen gegenüber klassischen, regelbasierten Systemen
- Kritische Würdigung der Vor- und Nachteile von Fuzzy-Logik-Anwendungen
Auszug aus dem Buch
2.1 Der Fuzzy-Controller
Im Folgenden wird die Grundlage der Fuzzy-Controller abgebildet, auf welche die weiteren Abschnitte aufbauen werden.
Als Fuzzy-System wird ein wissensbasiertes System verstanden. Wie bereits eingangs beschrieben ist eine der Hauptcharakteristika des Fuzzy-Controllers die Anzahl der möglichen Therme aus dem linguistischen Bereich. Hier wird nicht nur eine zweiwertige Logik, sondern eine vielwertige Logik betrachtet. Kurz um kommt hier kein binäres 0 und 1 in Frage.
Als Beispiel kann hier auf das spätere Anwendungsbeispiel vorgegriffen werden. Die Leistung einer Bremskraftanlage, welche den Bremsvorgang primär beeinflusst, wird nicht nur mit den Paramater-Werten „keine Krafteinwirkung“ oder „volle Krafteinwirkung“ angegeben, welches in der Folgerung sonst wieder ein zweiwertiges binäres System darstellen würde. Hier kann eine Abstufung erfolgen, welche sich z. B. in einer Reduzierung der Geschwindigkeit durch den Bremsvorgang im PKW äußern kann, ohne stehen zu bleiben. Dies wäre der Beginn der Definition von Zwischenschritten. Es existieren beliebig viele Zwischenzustände, welche sich in den gewünschten Werten der Geschwindigkeitsreduzierungen ausdrücken.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung begründet die Relevanz der Fuzzy-Logik für die Steuerungstechnik und definiert das Ziel, die Besonderheiten dieses Modells gegenüber klassischen Ansätzen aufzuzeigen.
2. Grundlagen und Begriffsabgrenzung: Dieses Kapitel erläutert die theoretischen Basisbegriffe, insbesondere die Mechanismen der Fuzzifizierung, Inferenz und Defuzzifizierung, die für das Verständnis eines Fuzzy-Controllers essenziell sind.
3. Darstellung der Funktionsweise des Fuzzy-Controllers anhand eines Beispiels: Anhand eines Bremsvorgangs wird der gesamte Prozess von der Eingabe der linguistischen Variablen bis zur Berechnung der scharfen Stellgröße praktisch demonstriert.
4. Abgrenzung des Fuzzy-Controllers zu regelbasierten Systemen ohne Fuzzy-Logik: Es werden die Vor- und Nachteile der Fuzzy-Logik gegenüber klassischen Systemen gegenübergestellt, wobei insbesondere die Flexibilität bei komplexen Systemen hervorgehoben wird.
5. Fazit und kritische Reflektion: Die Arbeit fasst zusammen, dass Fuzzy-Controller eine intuitive und effiziente Steuerung ermöglichen, reflektiert jedoch auch die Grenzen hinsichtlich der Genauigkeit und fehlender Lernfähigkeit.
Schlüsselwörter
Fuzzy-Controller, Fuzzy-Logik, Fuzzifizierung, Defuzzifizierung, Inferenzverfahren, Regelbasis, Regelungstechnik, Linguistische Variablen, Schwerpunktmethode, MAX-MIN-Methode, Automatisierung, Steuerungssysteme, Bremskraft, Erfülltheitsgrad, Unscharfes Schließen
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Funktionsweise und Anwendung des sogenannten Fuzzy-Controllers innerhalb der Regelungstechnik.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Kerngebiete sind die theoretischen Grundlagen der Fuzzy-Logik, der methodische Aufbau von Fuzzy-Systemen und deren Abgrenzung zu klassischen regelbasierten Systemen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel besteht in der Erarbeitung der Besonderheiten von Fuzzy-Controllern und deren praktischer Veranschaulichung anhand eines beispielhaften Bremsvorgangs.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine literaturbasierte Analyse durchgeführt, ergänzt durch eine methodische Erläuterung der MAX-MIN-Inferenz und der Schwerpunktmethode zur Defuzzifizierung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Einführung der Prozessschritte der Fuzzy-Logik, die praktische Anwendung am Beispiel eines PKW-Bremsvorgangs und einen Vergleich zu Systemen ohne Fuzzy-Logik.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Fuzzy-Controller, Inferenzverfahren, Fuzzifizierung, Defuzzifizierung und linguistische Variablen charakterisiert.
Warum wird die Schwerpunktmethode im Beispiel genutzt?
Die Schwerpunktmethode wird verwendet, um die aus der Fuzzy-Logik resultierenden unscharfen Mengen in einen exakten, scharfen numerischen Wert für die Bremskraft zu überführen.
Welche Rolle spielen die linguistischen Variablen im Beispiel?
Sie ermöglichen es, technische Parameter wie den Abstand zum Hindernis oder die Geschwindigkeit als Begriffe wie "gering", "mittel" oder "weit" abzubilden, was die intuitive Regelmodellierung erleichtert.
- Arbeit zitieren
- Stefan Landfried (Autor:in), 2016, Der Fuzzy Controller. Grundlagen der Funktionsweise, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/341773
