בקרת לוגיקה פוזי עיצבה מחדש את הנוף של מוצרי אלקטרוניקה לצרכנים על ידי הצגת מסגרת חשיבה שאותה מחקה באופן הדוק את קבלת ההחלטות האנושית.מערכות בקרה מסורתיות מסתמכות על לוגיקה חדה, בינארית הדורשת קלטות מדויקות ותשואות בינאריות: על או כבוי, נכון או כוזב, אבל העולם האמיתי הוא לעתים רחוקות כי טמפרטורות קלות או קרות; הם נופלים לאורך רמות ריקות על כביסה רק על גבי מטושטשות יותר, הם פשוט יותר, או מנקה, או ממתכת, הם לא רק כדי למנוע את ההגיון, או ממתכת, או ממתכת, הם ממתכת, הם רק ממתכת, הם רק ממתכת, הם ממתכת, הם ממתכת, הם רק מנקה יותר, או ממתכת, או מנקה, או ממתכת, אבל הם רק כדי למנוע ממתכת, או ממתכת, הם רק כדי למנוע זאת, או ממתכת, או מנקה, באופן קבוע יותר, או ממתכת, באופן קבוע יותר, באופן קבוע יותר, או ממתכת, באופן קבוע יותר, אבל זה, כך, כך, באופן קבוע יותר, כדי לנקות את זה, או ממתכת, הם יכולים להיות מנקה, הם יכולים להיות ממתכת, אבל זה, זה, אבל זה, אבל זה, אבל זה,

מאמר זה חוקר מה לוגיקה מזויפת היא, כיצד היא מעצמה מגוון של מוצרי אלקטרוניקה צרכניים, מכניקה טכנית מאחוריה, והיכן הטכנולוגיה מתקדמת כשהיא מתאחדת עם בינה מלאכותית ואינטרנט של הדברים (IoT).

מה זה לוגיקה מטושטשת?

לוגיקה פוזי היא צורה של לוגיקה רבת ערך שבו הערך האמיתי של משתנים עשוי להיות מספר אמיתי בין 0 ל-1 מוכר על ידי Lotfi Zadeh בשנת 1965 במאמרו המלא:0 (FLT:0) ⁇ ⁇ ⁇ FLT:1, המושג היה בתחילה עם ספקנות, אך מאז הפך אבן הפינה של תורת הבקרה והבינה המלאכותית בניגוד ללוגיקה הבוטה, שבו הצהרה נכונה של 0, או 0.com יכול להיות מסווגת עם אמת חלקית של 0.

היכולת הזאת להתמודד עם מעלות של אמת מאפשרת אלקטרוניקה לצרכנים לעבד נתונים מבוימים וליישם חשיבה המבוססת על הכלל שמרגישה טבעית לבני אדם.לדוגמה, במקום סף חד כמו "אם הטמפרטורה > 75°F, הפעל קירור", מערכת מטבולית עשויה להשתמש כללים כגון "אם הטמפרטורה היא מעט חמה, ואז להסתגל בעדינות", לייצר התנהגות חלקה, יעילה יותר באנרגיה.

עקרונות: פוד סטים, פונקציות חברות וחוקים

בלב ההיגיון המטושטש הם שלושה אבני בניין:

  • (FLT:0) ,Fuzzy Sets: A set with a Limit with a Limit that is not חד.לדוגמה, מערכת "טמפרטורות מלחמה" עשויה לכלול ערך בין 60°F ל-90 מעלות צלזיוס, עם דרגות שונות של חברות.
  • (FLT:0) פונקציות חברויות: FLT:1 A עקומה הממפה כל ערך קלט לדרגה חברותית בין 0 ל-1 צורות נפוצות כוללות פונקציות טריאנגולריות, מלכודות, ופונקציות גאווסיות.
  • (ב) [15] , כתיבים: ויקרא: "הדברים ההם" (הדברים הם מטושטשים) ה-N ( ⁇ is fuzzy set)" (הכללים האלה נגזרים לעתים קרובות מידע מומחה או התבוננות אמפירית.

מערכת בקרה מרופדת משתמשת במרכיבים אלה כדי לתרגם את ההיגיון דמוי האדם להנחיות מכונה.התהליך בדרך כלל שבור לשלושה שלבים: מטושטשות, אי-שוויון, ועיוות.

כיצד פועל בקרת לוגיקה מטושטשת בפועל

כדי להעריך כיצד לוגיקה מסחררת משפרת את מוצרי האלקטרוניקה של הצרכנים, היא עוזרת להבין את הלולאה הבקרה.המערכת לוקחת קריאה של חיישן פריך (למשל, טמפרטורה, לחות, משקל עומס), הופכת אותם לערכים מרופפים באמצעות פונקציות חברות, חלה על סט של כללים מטבוליים כדי לקבוע פעולת בקרה מתאימה, ולאחר מכן מפריך את התוצאה חזרה לתוצר חד-ת.

טיהור

במהלך המיזוג, הקלט הממדד ממפה לאוסף אחד או יותר מטבולי.עבור מכונת כביסה, ייתכן ש"גודל המטען" יסווג לתוך קבוצות כמו "קטן מאוד", "קטן", "מיידיום", "גדול", "גדול", ו"גדול מאוד" עומס של 3 ק"ג עשוי להיות שייך ל"קטן" עם חברות של 0.6 ו"יום" עם חברות של 0.4.

המונחים:

מנוע הסימון מעריך את החוקים המפוקחים.לכל כלל יש חלק מכונן (חלק IF) והסכמה (חלק) לדוגמה:

עומס IF הוא קטן ולכלוך הוא נמוך, רמת המים נמוכה ושעת כביסה קצרה.

המנוע מצטבר את מעלות החברות מכל הכללים הפעילים כדי לייצר מערך פלטה משולב.

Defuzzification

Defuzzification הופך את הפלט המטושטש בחזרה לערך חד-משמעי שהמכשיר יכול לפעול על שיטות נפוצות כוללות את שיטת ה-Croid (מרכז הכבידה) אשר חישוב נקודת המרכז של מערכת הפלט המצטברת.הערך המתקבל עשוי להיות רמת מים מסוימת בסנטימטרים או מהירות ספינ מסוימת ב- RPM.

מחזור שלושת השלבים הזה חוזר במהירות, ומאפשר למכשיר להסתגל באופן רציף לתנאים משתנים.האלגנטיות של ההיגיון המטושטש היא שמספר קטן של כללים יכול ליצור התנהגות מנוחתת מאוד מבלי לדרוש מודל מתמטי מורכב של המערכת.

יישומים ב- Consumer Electronics

ההיגיון המטושטש מצא את דרכו למערך עצום של מכשירים צרכניים.היכולת שלו להתמודד עם חוסר אחריות ולספק שליטה חלקה, הסתגלות הופכת אותו לערך במיוחד במכשירים שצריכים לפעול בתנאים שונים ובלתי צפויים.

כביסה ומכשירי כביסה

מכונת הכביסה היא אולי הדוגמה הקלאסית ביותר של לוגיקה מזויפת בבית.מכונות מסורתיות דורשות למשתמשים לבחור באופן ידני אורך מחזור, טמפרטורת מים ומהירות ספינ המבוססת על סוג הבד וגודל העומס. מכונות לוגיקה פוזיית מדביקות את זה לחלוטין.חיישנים למדוד משקל עומס, סוג הבד (באמצעות תסכול או חיישנים אופטיים), וזעזוע מים כדי להעריך את העפר.ה, ואז את רמת המים אופטימלית, אך לא רק מנקה, אלא גם מעצימה, אלא גם מעצימה זו, אלא גם מעצימה, מעצימה או מקיפים את משך זמן זה, אלא גם מעצימה.

יצרנים כגון Panasonic ו- LG שילבו לוגיקה מתקדמת לתוך מכונות הכביסה שלהם במשך שנים.חלק מהמודלים אפילו לומדים ממחזורים קודמים כדי לחדד את הכללים שלהם לאורך זמן, יצירת חוויית כביסה אישית.

מיזוג אוויר ומערכות HVAC

מזגנים מודרניים משתמשים בלוגיקה מסחררת כדי לשמור על אקלים מקורה נוח תוך צמצום צריכת החשמל. במקום רכיבה על דחיסה על סף קבוע, בקר מרופד מתאמת כל הזמן מהירות דחוס, מהירות המעריצים, וכיוון זרימת האוויר המבוסס על קלטות כמו טמפרטורה, לחות, ואפילו מספר הדיירים בחדר (מדומה לחיישנים CO2).

התוצאה היא מערכת שמבטלת את תנודות הטמפרטורה הפתאומיות של התרמוסטטים המקובלים (Rimalphs) את הטמפרטורה החדר מתנדז אל נקודת הסט ולא overshooting and Fixing, המוביל לנוחות רבה יותר וחיסכון באנרגיה משמעותי.

מצלמה Autofocus ו- Image Stabilization

מערכות Autofocus חייבות לפעול בטווח רחב של תנאי תאורה, מרחקי נושא, ודפוסי תנועה.קלאסית ניגודיות autofocus יכול להיאבק באור נמוך או עם נושאים נמוכים-contrast. לוגיקה פוזי משפר את Autofo על ידי הערכת קלטות מרובות בו זמנית: ערך ניגודי, סיכה, מרחק ואפילו עמדה העדשה.

ייצוב התמונה גם יתרונות מלוגיקה מטבולית. חיישנים Gyroscopic לזהות רעידות ידיים ותנועת הגוף, ואת מערכת fuzzy להתאים אלמנטים העדשה או חיישן שינויים עם דרגות שונות של פיצוי, בהתאם לחומרה ותדירות של התנועה.זה תוצאות וידאו חלקה יותר ושפל חזק יותר ללא תיקון מכני שיכול לגרום "ג'יטר" מבט.

Smart Thermostats and Home Energy Management

תרמוסטטים חכמים התפתחו הרבה מעבר לזמני זמן פשוטים.הם לומדים דפוסים של דיקור, טמפרטורות מועדפות בזמנים שונים של היום, וכמה מהר הבית מרוויח או מאבד חום. לוגיקה פוזיית עוזרת למכשירים אלה לקבל החלטות ממושכות כאשר הנתונים אינם שלמים או סותרים.לדוגמה, אם המערכת מזהה כי חדר הוא התחממות מהיר יותר מאשר צפוי אחר הצהריים שמש, זה עלול להפחית את התפוקה לפני ציפייה למחזור מוקדם יותר מאשר לחכות לנפץ מוקדם יותר.

על ידי שילוב של כללים מרופדים עם אלגוריתמים חיזוי, תרמוסטטים חכמים יכולים להפחית את עלויות החימום והקירור ב -10-15% תוך שמירה על רמות נוחות גבוהות. כחלק ממערכת ניהול אנרגיה ביתי רחב יותר, הם יכולים גם לתאם עם מכשירים אחרים, משוחררים כמו עיוורי חלונות, אוהדי תקרה, ומחממת מים.

מיקרוגל אוואנס ובישול Appliances

תנורים מיקרוגל מצויד לוגיקה מרופדת יכול לחוש לחות, קיטור, משקל מזון כדי לקבוע באופן אוטומטי זמן בישול ורמת כוח. כאשר אתה לחמם צלחת של שאריות, בקרים המנופשים מזהה לחות שפורסמו מן המזון ומתאים את הכוח למנוע כתמים קרים או חימום יתר על המידה.חלק מהמודלים אפילו יש חיישנים כי להבדיל בין סוגי מזון המבוססים על איך הם חום, ומאפשרים ירקות עבור בשר, משקאות, ומשקאות ללא הסתמכות על משתמשים.

רובוט Vacuum ניקויers ורצפה טיפול

אבקות רובוט לנווט סביבות בית מורכבות עם רהיטים, שטיחים, סף, וחיישנים שונים הרצפה. פוד לוגיקה תורמת הן ניווט והן ניקוי יעילות.על ידי עיבוד קלטות מחיישנים צוק, חיישנים מכה, אדפטים גלגלים, וחיישנים אופטיים, ואקום יכול להחליט מתי לשנות כיוון, עלייה על השטיח, או חזרה לעגון הטעינה.

היתרונות של בקרת לוגיקה מטושטשת

אימוץ נרחב של לוגיקה מסחררת באלקטרוניקה לצרכנים הוא לא תאונה.הגישה מספקת הטבות למדידה שמשפרות את ביצועי המכשיר ואת שביעות הרצון של המשתמשים.

  • (FLT:0) הסתברות של גמישות:FLT:1 למערכות פוד להתמודד עם נתונים רועשים, לא שלמים או בלתי מזיקים חיישן, מה שהופך אותם חזקים בתנאים של עולם אמיתי שבו קלטות מושלמות הם נדירים.
  • (FLT:0)Imroved User Experience:FLT:1 מכשירים פועלים אינטואיטיבי יותר.משתמש אינו צריך לציין הגדרות מדויקות; המכונה מפרה את ההקשר ומתאמת באופן אוטומטי.זה מקטין את עקומת הלמידה והתסכול.
  • (FLT:0)אנרגיה אי-יעילות: FIRLT:1 על ידי ביצוע התאמות רציף, עדין ולא בפתאומיות על מחזורי / off, מכשירים מבוקרים מרופדים פועלים קרוב יותר יעילות אופטימלית.
  • (FLT:0) חיסכון: 1FLT צריכת האנרגיה התחתונה מתורגמת ישירות לחשבונות השירות מופחתים.
  • (FLT:0Simplified Development: FLT:1 לוגיקה פואזי מאפשר למהנדסים לקודד ידע מומחה ישירות לכללים מבלי צורך במודל מתמטי מדויק של המערכת.זה יכול להאיץ מחזורי פיתוח ולהפוך אותו לקל יותר להסרה על התנהגות המוצר.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות הרבים שלה, לוגיקה סחרחורת אינה כדור כסף. מהנדסים ומעצבים חייבים להיות מודעים למגבלות שלה ליישם אותו ביעילות.

הכלל Explosion

ככל שמספר משתנה קלט גדל, מערכת של כללים אפשריים מתרחבת באופן קוטוריאלי.מערכת עם חמישה קלטים וחמישה פונקציות חברות כל אחד יכול להיות 55=3,125 כללים.לחלוט וכוונון כי כללים רבים על ידי יד הם לא מעשיים.

חוסר למידה

מערכות מטושטשות מסורתיות הן סטטיות: הכללים ותפקידי החברות נקבעים בזמן עיצוב.הם אינם מתאימים לשינויים לאורך זמן.כדי לטפל בזה, יישום מודרני לעתים קרובות לוגיקה סחרחורת עם למידת מכונה.לדוגמה, מצב אוויר עשוי להשתמש ברשת עצבית כדי להתאים את הפרמטרים של חברות בהתאם לדפוסי שימוש, יצירת בקר מרתיע עצמי.

קושי באימות

מכיוון שמערכות מטושטשות מסתמכות על כללים היסטריים, אימות התנהגותן בכל שילובי קלט אפשריים יכול להיות מאתגר.זה קריטי במיוחד במכשירים צרכניים הקשורים לבטיחות כגון מכשירים רפואיים או כלי רכב חשמליים, שבו לתפוקה בלתי צפויה עלולים להיות השלכות חמורות.

פשטות ומורכבות

למרות הבסיס המתמטי שלה, לוגיקה סחרחורת נתפסת לפעמים כ-Hc או "רכה" בהשוואה לתיאוריה של שליטה קלאסית.זה יכול ליצור התנגדות בקרב מהנדסים שהוכשרו בקרים PID או בשיטות חלליות. בפועל, שליטה מטבולית לעתים קרובות מחלחלת שיטות מסורתיות במערכות עם דינמיות לא לינאריות או חוסר ביטחון, אבל פער התפיסה נשאר מחסום בתעשיות מסוימות.

עתידו של לוגיקה מטושטשת ב- Consumer Electronics

לוגיקה פוזיית יש גם גיל, והיא ממשיכה להתפתח בקונצרט עם טכנולוגיות אחרות.כמה מגמות מצביעות על אימוץ רחב יותר בשנים הקרובות.

שילוב עם בינה מלאכותית ולמידה של מכונות

השילוב של לוגיקה מסחררת עם רשתות עצביות – הנקרא לעתים קרובות מערכות נוירו-פוזיות – יוצר היברידית שיכולה ללמוד מהנתונים תוך שמירה על כללים מפרשיים.רשתות נילי מכוונן פונקציות חברות ומשקלות, בעוד המרכיב המטושטש מספק שקיפות כי חסר למידה עמוקה טהורה.זה יותר יקר באלקטרוניקה לצרכנים, שבו משתמשים ורגולטורים דורשים החלטות סבירות.

צוק איתן ו- On-Device Inference

ככל שהמכשירים הצרכניים גדלים יותר חזקים, הם יכולים לרוץ מנועי השוויון באופן מקומי מבלי להסתמך על קישוריות בענן.זה מקטין את הגמישות, משמר את הפרטיות, ומאפשר הפעלה לא מקוונת.A רובוט ואקום, למשל, יכול לעבד נתונים של חיישן ולעדכן את כללי ההתנהגות שלו על זבוב באמצעות מעבד מטבולי מוטבע.FLT:0Research על יישום חומרה של לוגיקה לוגיקה לוגיקה לוגיקה מעוותת המיוצרת 1:1 יעיל של שבבים יעילים של קיבולת של קיבולת של קיבולת של מיליוני שבבים אחרים.

מודעות ומודעות קונטקסט

מוצרי אלקטרוניקה עתידיים של הצרכנים ישתמשו בהגיון מרופדים לספק חוויות מותאמות אישית עמוקות.מערכת תאורה חכמה עשויה לשלב קלטות מחיישנים קלים, גלאי תנועה, לוח השנה שלך כדי לקבוע אם אתה צריך תאורה ממוקדת בהירה לעבודה, תאורה רכות לארוחת ערב, או תאורה דימה לשינה.הבקר המטושטש יכול לשלב את הקלטים האלה בחינוכיות, מעבר בין שינויים ללא שינויים פתאומיים.

מערכות אינטרנט ו- Multi-Device

בבית חכם מחובר לחלוטין, מכשירים מבוקרים מרובים יכולים לתאם את פעולותיהם כדי לייעל נוחות, שימוש באנרגיה ונוחות.לדוגמה, כאשר thermostat מרופדים כי השמש מחממת חדר, זה יכול לסמן בקר עיוור מטבולי לגוונים נמוכים יותר בצד זה של הבית, בעוד מערכת HVAC מטבולית מאמת את זרימת האוויר לאיזון טמפרטורות ברחבי אזורים: FLTer: 0 מ"מ-Fer: "מרפא" (החומר"ר" 1) יכול להיות יותר קל יותר כמו חשיבה מרכזית, ו" 1 לוגיקה, ו"מ- 1D.

קיימות ואלקטרוניקה ירוקה

יעילות אנרגיה היא נהג מרכזי של אימוץ לוגיקה מטבולית, והיא תהפוך אפילו יותר קריטית כמו הרגולטורים לכפות סטנדרטים סביבתיים נוקשים יותר. שליטה פוזי יכול לעזור אלקטרוניקה לצרכנים לפגוש אנרגיה כוכבים ותעודות אחרות על ידי אופטימיזציה של צריכת חשמל ללא ביצוע מקרי מוות. בעשור הקרוב, אנו יכולים לצפות לוגיקה סחרחורת להיות מוטבעת באספקת חשמל, מטען, ואפילו מצבי עמידה של מכשירים, גילוח כי הם הולכים אחרת פסולת.

מסקנה

שליטה לוגית פוזי הוכיחה את עצמה כגישה מעשית, חזקה, ממוקדת אנוש לעיצוב של מוצרי אלקטרוניקה צרכנית.מכלי כביסה שלהחליט כמה מים להשתמש במצלמות כי לנעול להתמקד באור דימה, לוגיקה מרופדת מביאה רמה של אינטליגנציה שממחשת את יכולתנו להיגיון עם מידע מעורפל.יכולתה לספק מידע חלק, יעיל באנרגיה, והתנהגות אינטואיטיבית עשתה את העבודה השקטה במיליארדים ברחבי העולם.

במבט קדימה, ההיגיון המטושטש לא יוחל על ידי למידת מכונה או בינה מלאכותית אלא מועשר למדי על ידי אותם.ההיתוך של חשיבה מרופדת עם למידה מבוססת נתונים ייצור מערכות שהן גם הסתגלות והן מפרשות. כמו בתים הופכים להיות חכמים יותר והופכים להיות מחוברים יותר, לוגיקה סחרחורת תישאר כלי חיוני עבור מהנדסים שרוצים לבנות מוצרים אשר מבינים ולהגיב למציאות הבלגן, קצבה של חיי אדם.

לקריאה נוספת על המושגים הבסיסיים והיישומים המודרניים, TheFLT:0 אנציקלופדיה של הפילוסופיה על לוגיקה מטושטשת 1 מספק סקירה תיאורטית מצוינת, בעוד ה-FLT:2Control Engineering מאמר על התקדמות בקרת לוגיקה מטושטשת 3 מציע תובנות מעשיות ליישום התעשייה הנוכחית.