پایان نامه فرایندهای تصمیم گیری و مجموعه های فازی


Widget not in any sidebars

در آوریل 1992، میتسوبیشی یک سیستم فازی را معرفی کرد که عملیات انتقال، تعلیق، هدایت تهویه و … را در اتومبیل بطور اتوماتیک کنترل می کرد. به عنوان مثال سیستم انتقال فازی، عمل تعویض به دنده های پایین را در سر بالایی ها و سرازیری ها انجام داده و همچنین از تعویض های دنده نابجا جلوگیری می کرد. سیستم تعلیق شامل سنسورهایی در جلوی اتومبیل است که ارتعاشات را ثبت کرده و سیستم تعلیق را برای جلوگیری از تکان های شدید، تنظیم می کند و بالاخره سیستم تهویه شرایط نور خورشید ، درجه حرارت و رطوبت هوا را در نظر گرفته و هوای داخل اتومبیل را بهبود می بخشد.
3-4)تارخچه مختصری از تئوری و کار بردهای فازی
دهه 1960 آغاز تئوری فازی بود.تئوری فازی به وسیله پروفسور لطفی زاده در سال 1965 در مقاله ای بنام «مجموعه های فازی» معرفی گردید . قبل از کار بر روی تئوری فازی، لطفی زاده یک شخص برجسته در تئوری کنترل بود. او مفهوم «حالت» که اساس تئوری کنترل مدرن را شکل می دهد، توسعه داد. در اوائل دهه 60 او فکر کرد که تئوری کنترل کلاسیک بیش از حد بر روی دقت تاکید داشته و از این رو با سیستم های پیچیده نمی تواند کار کند. در سال 1962 چیزی را بدین مضمون برای سیستم های بیولوژیک نوشت: «ما اساساً به نوع جدیدی ریاضیات نیازمندیم ریاضیات مقادیر مبهم یا فازی که توسط توزیع های احتمالات قابل توصیف نیستند. پس از آن وی ایده اش را در مقاله «مجموعه های فازی» تجسم بخشید. با پیدایش تئوری فازی ، بحث و جدل ها پیرامون آن نیز آغاز گردید. بعضی ها آنرا تایید کرده و کار روی این زمینه جدید را شروع کردند و برخی دیگر نیز این ایراد را وارد می کردند که این ایده بر خلاف اصول علمی موجود می باشد. به دلیل اینکه کاربردهای عملی تئوری فازی در ابتدای پیدایش آن مشخص نبود، تفهیم آن از جهت فلسفی کار مشکلی بود و تقریباً هیچیک از مراکز تحقیقاتی، تئوری فازی را به عنوان یک زمینه تحقیق جدی نگرفتند.
با وجودی که تئوری فازی جایگاه واقعی خود را پیدا نکرد، با این حال هنوز محققینی بودند که در گوشه و کنار دنیا، خود را وقف این زمینه جدید نمودند و در اواخر دهه 1960 روش های جدید فازی نظیر الگوریتم های فازی تصمیم گیری های فازی و … مطرح گردید.
دهه 1970 رشد تئوری فازی و کاربردهای عملی به وقوع پیوست. اگر بگوییم پذیرفته شدن تئوری فازی به عنوان یک زمینه مستقل بواسطه کارهای برجسته پروفسور لطفی زاده بوده، سخن به گزاف نگفته ایم. بسیاری از مفاهیم بنیادی تئوری فازی به وسیله لطفی زاده در اواخر دهه 60 و اوائل دهه 70 مطرح گردید پس از معرفی مجموعه ای فازی در سال 1965، او مفاهیم الگوریتم های فازی در سال 1968، تصمیم گیری فازی در سال 1970 و ترتیب فازی را در سال 1971 مطرح نمود. در سال 1973 او مقاله دیگری را به نام «طرح یک راه حل جدید برای تجزیه تحلیل سیستم های پیچیده و فرایندهای تصمیم گیری»منتشر کرد. این مقاله اساس کنترل فازی را بنا کرد. او در این مقاله مفهوم متغیرهای زبانی و استفاده از قواعد اگر ـ آنگاه را برای فرموله کردن دانش بشری معرفی نمود.
دهه 1980 ، دهه کاربردهای بزرگ بود. در اوائل دهه 1980 این زمینه از نقطه نظر تئوریک پیشرفت کندی داشت. در این مدت راه حل ها و مفاهیم جدید اندکی معرفی گردید، چرا که هنوز افراد کمی داشتند روی آن کار می کردند. در واقع کاربردهای کنترل فازی بود که هنوز تئوری فازی را سرپا نگاه داشه بود.
مهندسان ژاپنی (با حساسیتی که نسبت به فن اوری های جدید دارند) به سرعت دریافتند که کنترل کننده های فازی به سهولت قابل طراحی بوده و در مورد بسیاری مسائل می توان از آنها استفاده کرد. بدلیل اینکه کنترل فازی به یک مدل ریاضی نیاز ندارد، آنرا می توان در مورد خیلی از سیستم هایی که به وسیله تئوری کنترل متعارف قابل پیاده سازی نیستند، بکار برد. در سال 1980 سوگنو شروع به ساخت اولین کاربرد ژاپنی فازی نمود کنترل سیستم تصفیه آب فوجی، در سال 1983 او مشغول کار بر روی یک ربات فازی شدو ماشینی که از راه دور کنترل شده و خودش به تنهایی عمل پارک را انجام می داد. در این سالها یاشونوبو و میاموتو از شرکت هیتاچی کار روی سیستم کنترل قطار زیرزمینی سندایی را آغاز کردند. بالاخره در سال 1987 پروژه به ثمر نشست و یکی از پیشرفته ترین سیستم های قطار زیرزمینی را در جهان بوجود آورد. در جولای 1987 ، دومین کنفرانس سیستم های فازی در توکیو برگذار گردید. این کنفرانس درست سه روز پس از افتتاح قطار زیرزمینی سندایی آغاز بکار کرد. در این کنفرانس هیروتا یک ربات فازی را به نمایش گذارد که پینگ پنگ بازی می‌کرد، یاماکاوا نیز سیستم فازی‌ای را نشان داد که یک پاندول معکوس را در حالت تعادل قرار می‌داد. قبل از این رویدادها، تئوری فازی چندان در ژاپن شناخته شده نبود ولی پس از آن موجی از توجه مهندسان، دولتمردان و تجار را فراگرفت به نحوی که در اوائل دهه 90 تعداد زیادی از لوازم و وسائلی که بر اساس تئوری فازی کار می کردند، در فروشگاهها به چشم می خورد.
دهه های 1990 و … چالش ها کماکان باقی است. موفقیت سیستم های فازی در ژاپن، تعجب محققان را در آمریکا و اروپا برانگیخت. عده ای هنوز به آن خرده می گرفتند ولی عده ای دیگر از عقیده خود دست برداشته و بعنوان موضوع جدی در دستور کار خود قرار دادند در فوریه 1992 اولین کنفرانس بین المللی IEEE در زمینه سیستمهای فازی در سان دیگو برگزار گردید. این یک اقدام سمبلیک در مورد پذیرفتن سیسم های فازی به وسیله بزرگترین سازمان مهندسی یعنی IEEE بود در سال 1993 بخش
سیستم های فازی IEEE گشایش یافت. از نقطه نظر تئوری سیستم های فازی و کنترل در اواخر دهه 80 و اوائل دهه 90 رشد چشمگیری پیدا کرد و پیشرفتهایی در زمینه برخی مشکلات اساس سیستم های فازی صورت گرفت. بعنوان مثال تکنیک های شبکه عصبی برای تعیین و تنظیم توابع تعلق استفاده شدند. با وجودیکه تصویر سیستم های فازی شفاف تر شده، با این حال کارهای زیادی هنوز باید انجام شود. و بسیاری از راه حل ها و روش ها در ابتدای راه قرار دارد ما اعتقاد داریم که تنها سرمایه گذاری مراکز تحقیقاتی معتبر بر روی افراد مستعد و خلاق می تواند باعث پیشرفتهای عمده در زمینه تئوری فازی شود.
3-5) کنترل فازی و کاربرد آن در میکروشبکه
اخیرأ تئوری منطق فازی و شبکه عصبی و شبکه فازی-عصبی به علت توانایی زیادشان در تخمین توابع غیرقطعی دقت پایین و غیرخطی بهعنوان تخمینگر عمومی،مورد استقبال قرارگرفتهاند.در مقالات استفاده موفقیتآمیز از منطق فازی و شبکههای عصبی درسیستم کنترل نشان داده شده است.
کنترلکنندههای فازی طبیعت غیرخطی دارند وانتظار میرود تا عملکرد مقاومی در شرایط بروز اغتشاش در سیستم داشته باشند.
به خاطر طبیعت غیرخطی میکروشبکه به کار بردن کنترلرهای فازی در کانورتر DG ها مورد استقبال قرارگرفت.همچنین منطق فازی به خاطر انعطافپذیری وقدرت سازگاریاش قابلیت plug and play را برای DGها فراهم میکند.درطراحی کنترلکننده فازی نیازی به دانستن مدل دقیق از سیستم نمیباشد، همین امر منطق فازی را برای سیستمهای حقیقی ،مناسب و عملی میکند و یک مهندس میتواند کنترلکننده محلیرا آسانتر،با متغیرهای زبانی تنظیم کند(مهندسی آسان).کنترلکنندههای فازی بر اساس دانش افراد خبره از سیستم طراحی میشوند.مزیت استفاده از منطق فازی در طراحی کنترل کنندهها،همگرایی سریع این روش میباشد زیرا اندازه گامها را در جستجوی خروجی مناسب بهصورت قابل تطبیقی کاهش میدهد.همچنین سیگنالهای ورودی متغیر و نویزی در جستجو اثری ندارند.توابع تعلق مناسب برای کنترلکننده بعد از بهدست آوردن اطلاعات مناسب از سیستم انتخاب میشوند.
برای طراحی هر کنترلکننده فازی باید مراحلی طی شود،ابتدا فازی سازی ،یعنی متغیر های قطعی ورودی به متغیرهای زبانی تبدیل شوند.در مرحله دوم باید برای متغیرهای ورودی و خروجی توابع تعلق در نظر گرفته شود.در مرحله بعد باید قوانین کنترلی بر اساس متغیرهای ورودی و خروجی نوشته شود و پایگاه داده تشکیل شود و در نهایت به فازی زدا نیازاست تا خروجی فازی به یک عدد قطعی تبدیل شود.شکل (3-8)ساختار کلی یک سیستم فازی را نشان میدهد.

شکل3-8)ساختارکلی سیستم فازی
در این پایان نامه به منظور کنترل توازن توان تولیدی و مصرفی و فرکانس یک کنترل کننده PI فازی خود تنظیم طراحی شده است و به میکرو توربین گازی اعمال شده است. ضرایب این کنترل کننده در اکثر مقالات با استفاده از روش سعی و خطا تعیین می شود. در این پایان نامه برای تعیین این ضرایب از روش فازی استفاده میشود که در فصل بعد به تفصیل تشریح شده است.
3-6) الگوریتم اجتماع ذرات (PSO)
می توان این الگوریتم را به عنوان یکی از الگوریتم های تکاملی هوشمند مطرح کرد که در مسائل بهینه سازی و کنترل فرآیندها نقش ویژهای دارد. کندی و ابرهرت[46] اولین کسانی بودند که الگوریتم PSO را در سال 1995 معرفی کردند. این روش یکی از تکنیک‌های تکاملی در حل مسائل بهینه سازی می‌باشد که از یک تئوری روانشناختی گرفته شده است. ویژگیهای روش گفته شده به صورت زیر است:
این روش به آسانی قابل اجراست و دارای قابلیت همگرایی خوب با کارآیی و سرعت محاسباتی بالا می‌باشد.
مشابه تمام الگورریتم های تکاملی، هر ذره در فضای جستجو دارای سرعت مربوط به خودش می‌باشد تا تجربه پروازی خودش را با تجربه پروازی هم‌گروههای خود تطبیق دهد. هر ذره مختصاتی را در فضای مسئله تعقیب می‌کند که مرتبط با بهترین راه‌حلی است که تا کنون برایش بدست آمده است. این مقدار Pbest نامیده می‌شود. بهترین مقدار دیگر که بوسیله بهینه‌سازی کل ذرات تعقیب می‌شود بعنوان Gbest نامیده می‌شود. مفهوم PSO در هر مرحله شامل تغییرات سرعت ذره به سمت موقعیتهای Pbest و Gbest خود می‌باشد. شتاب بوسیله یک جمله تصادفی وزن دهی می‌شود تا ذره بوسیله جملات تصادفی تولید شده به سمت موقعیت های Pbest و Gbest شتاب بگیرد. ذره jام در فضای gبعدی بدین صورت نمایش داده می‌شود: . بهترین موقعیت قبلی ذره gام ذخیره می‌شود و به صورت نمایش داده می‌شود. بهترین شاخصه ذره در بین همه ذرات دسته بعنوان نمایش داده می‌شود. نرخ تغییر موقعیت(سرعت) برای ذرهj بصورت نمایش داده می‌شود. موقعیت و سرعت اصلاح شده هر ذره را می‌توان با استفاده از سرعت و مسافت از Pbest تا Gbest محاسبه نمود که روابط آن مطابق زیر می‌باشد:
(3-10)