تاریخچه کنترل فازی

تاریخچه کنترل فازی:
کنترل فازی از یک رساله دکتری در زمینه هوش مصنوعی متولد شد. این رساله بین سال های 1972 تا 1974 به انجام رسید. هدف پژوهش، این بود که کامپیوترها با مشاهده کار یک انسان، یاد بگیرند آن را انجام دهند.

آزمایشی که برای پژوهش مورد نظر انتخاب شد، کنترل یک نمونه موتور بخار بود. ورودی های کنترل در دسترس این سیستم، دو مورد بودند: «گرما» که فشار بخار در یک بویلر را تولید می کرد و «دریچه گاز» که بخار را به تک سیلندر موتور تزریق می کرد و روی سرعت آن تأثیر می گذاشت.

هدف کنترل، ثابت نگه داشتن فشار بویلر و سرعت موتور بود. برای اینکه درک بهتری از چگونگی گسترش کنترل فازی از این پروژه پژوهشی داشته باشیم، باید با چند موضوع کلیدی آن آشنا شویم. در ادامه، این موارد را بیان می کنیم.

محیط محاسباتی:
یک کامپیوتر هیبریدی تقریباً مانند مینی کامپیوتر PDP-8S با کلمات 8K (کلماتی 12 بیتی) با رم هسته مغناطیسی برای انجام محاسبات ساخته شد. نوار کاغذی اصلی ترین بستر برای ذخیره و پشتیبانی اطلاعات بود.

در آن زمان، ماوس هنوز اختراع نشده بود و ارتباط از طریق تله تایپ انجام می شد. ورودی ها و خروجی های موتور بخار با این کامپیوتر هیبریدی تنظیم و خوانده می شدند.

اجرای یک بار آزمایش، مستلزم این بود که تله تایپ سرعت و فشار فعلی را چاپ کرده و منتظر بماند تا اپراتور با تایپ تنظیمات مقادیر گرما و دریچه گاز پاسخ دهد.

با فشار دادن کلید بازگشت، کامپیوتر این تنظیمات را حمل کرده و با تایپ قرائت های جدید سرعت و فشار پاسخ می داد.

این عملیات تا جایی ادامه پیدا می کرد که دیگ از آب خالی شده و آماده شروع یک اجرای دیگر قابل انجام می شد.

چارچوب نظری پژوهش:
این مطالعه عاری از هرگونه فرمول بندی خاص ریاضی بود. با توجه به منابع محدود محیط محاسباتی، ساده ترین کار، شروع با استفاده از رویکرد یادگیری بیزی بود. ایده کار به روزرسانی احتمالات کنش اعمالی به موتور بخار بود.

واضح است که این روش ساده بوده و احتمال می رفت همگرایی احتمالاتِ یادگیری شده با شکست مواجه شود. دلیل این شکست هم مشخص بود؛ اپراتور انسانی علاوه بر حالت فعلی، حالات گذشته سیستم را نیز در نظر می گرفت.

الگوریتم باید به گونه ای بازبینی می شد تا حالات قبلی را نیز شامل شود. اما این نگرانی وجود داشت که الگوریتم پیچیده تر شود و به رم موجود آسیب بزند.

ورود نظریه مجموعه فازی:
برای حفظ جایگاه پژوهش، یک رویکرد جایگزین مورد بررسی قرار گرفت. نظریه مجموعه های فازی، تقریباً از سال 1965 وجود داشت، اما در سال 1973، دکتر زاده مقاله ای در مجله IEEE SMC منتشر کرد که به جای شرح نظریه با عبارات نظری مجموعه های سنتی، راهی برای تشکیل الگوریتم ها بر اساس مجموعه های فازی ارائه داد.

یک الگوریتم کنترل فازی به ماشین «می گوید» که چگونه موتور بخار را کنترل کند، به جای آنکه با مشاهده کنش های اپراتور انسانی یاد بگیرد که چه کاری را انجام دهد.

ممدانی اولین الگوریتم کنترل فازی را در 4 روز ساخت و آن را به سهولت برای مدل موتور بخار بررسی کرد.

این الگوریتم شامل تعدادی قوانین فازی بود؛ از جمله: «اگر خطای فشار بسیار مثبت است و تغییر خطای فشار متوسط منفی نیست، آنگاه گرما را به اندازه خیلی مثبت تغییر بده.» در این قانون، متغیرهای اندازه گیری و کنترل با حروف پررنگ (بولد) و مقادیر فازی آن ها به صورت کج (ایتالیک) نمایش داده شده اند.