Sistemas difusos

Aspectos Básicos de los Sistemas Difusos y Neuro-Difusos y su Implementación

1. INTRODUCCIÓN
Los sistemas objeto de esta tesis son circuitos integrados electrónicos de señal mixta, analógica-digital, desarrollados para ser empleados en tareas de control en tiempo real en el marco del control difuso. Su diseño está orientado a realizar de manera eficiente y flexible, y mediante cómputoanalógico el sistema de inferencia difusa del tipo Tagaki-Sugeno de orden cero, que resulta especialmente adecuado para las implementaciones hardware [Vitt90], sobre una arquitectura Neuro-Difusa ANFIS (Adaptive Network-Based Fuzzy Inference System) [Jang93b]. Estos controladores emplean una partición en rejilla de su espacio de entrada y explotan el carácter local de las reglas difusas, el concepto deregla activa y la propiedad de descomposición de los sistemas difusos para poder abordar problemas de alta complejidad (medida en términos de nº de entradas y nº de reglas) con una importante reducción hardware (medida en ocupación de área de silicio y consumo de potencia) y manteniendo la precisión dentro de los límites admisibles en la práctica en los problemas de control. La arquitecturaresultante es altamente modular y escalable, programable en chip y compatible con algoritmos de aprendizaje hardware [Rodr99]. En este capítulo se comentan algunos de los conceptos y términos básicos que definen los principales rasgos estructurales de los sistemas de control difuso y neuro-difuso desarrollados en este trabajo. Dada la madurez alcanzada por la Teoría de los Conjuntos Difusos, la LógicaDifusa y los Sistemas de Control Difuso y Neuro-Difuso, gracias a las contribuciones de los muchos autores que, desde los trabajos inaugurales de L.A. Zadeh [Zade65] [Klir96], han dedicado su esfuerzo al desarrollo de esta rama, en la actualidad existe una amplia bibliografía que incluye tanto tutoriales [Lee90] [Mend95] como manuales para el desarrollo de cursos [Wang97] [Brow94] [Lin96], y querecogen de una manera sistemática y estructurada los conceptos básicos de la teoría, por lo que éstos no serán desarrollados en este trabajo. En este capítulo se ha prestado especial atención a la interpretación de los sistemas difusos como algoritmos no lineales de interpolación de superficies, visión ésta, que permite utilizar conceptos de la Teoría de la Aproximación para evaluar y cualificar sucapacidad de interpolación, así como fundamentar sobre una base teórica la nueva arquitectura propuesta que soporta los sistemas desarrollados en esta tesis. Finalmente se discuten las características de algunas de las implementaciones de controladores analógicos monolíticos reportadas en la literatura y que sirven para destacar las principales aportaciones de este trabajo. Se hace especial hincapiéen las realizaciones propuestas en [Vida96b] por ser estas antecedente directo de los circuitos aquí desarrollados.
2. SISTEMAS DIFUSOS
Los Sistemas Difusos, proporcionan un marco de procesamiento numérico para la información propia de los sistemas basados en conocimiento, formulándola de una manera sistemática que intenta emular las propiedades del razonamiento humano. Esta técnica combina laTeoría de los Conjuntos Difusos y la Lógica Difusa [Zade65] y consigue reproducir comportamientos complejos, en general no lineales, enunciados en forma de relaciones cualitativas e imprecisas, propios del lenguaje natural, y expresarlos en términos numéricos, compatibles con los métodos usados en los sistemas de ingeniería [Zade73]. La estructura básica de un sistema difuso puro se muestra en laFig.1.1 y consta de dos bloques fundamentales denominados:
• Base de Reglas, y
• Máquina de Inferencia.
El primero sistematiza y estructura los enunciados que constituyen el conocimiento que se posee sobre el problema en cuestión, en forma de sentencias condicionales del tipo "SI A (situación) ENTONCES B (acción)", que resultan especialmente adecuadas para tareas de control. Cada una de...