專利名稱：編程裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理模糊信息、2值信息、多值信息等的真值流處理裝置用的編程裝置。
本說明書中所謂真值這一概念包括2值及多值邏輯中的真值以及模糊理論中隸屬函數(shù)的級。
近年來開發(fā)了以各種名稱稱呼(例如模糊計算機、模糊控制器、模糊推理裝置、模糊運算裝置、模糊處理裝置等等)的按照假言推理的推理形式進行模糊推理的各種裝置，并受到人們的關(guān)注。這些模糊推理裝置可以分為模擬型和數(shù)字型兩大類。模擬型的推理速度較快但和數(shù)字計算機的接口較為困難。與此相反數(shù)字型的推理速度比模擬型要差些但易于與數(shù)字計算機相連接。
無論是哪種類型都希望使隸屬函數(shù)、規(guī)則等的設(shè)定容易進行并且能附屬顯示裝置以便將正在運行的推理過程及結(jié)果一目了然地顯示出來。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠為處理裝置進行各種設(shè)定、顯示的編程裝置。
本發(fā)明的編程裝置設(shè)有真值顯示裝置，該真值顯示裝置由若干個長度顯示器和顯示電路構(gòu)成。長度顯示器的個數(shù)與假言推理式推理中蘊涵式后件所用函數(shù)的種類數(shù)相等。顯示電路進行控制使所給真值以不同長度顯示在對應(yīng)的長度顯示器中。
通過該真值顯示裝置能夠看到各蘊涵式的推理狀況，可以把握各蘊涵式規(guī)則的適合程度，以及判斷其是否合適。
本發(fā)明的編程裝置還設(shè)有權(quán)系數(shù)顯示裝置，該權(quán)系數(shù)顯示裝置設(shè)有顯示器和顯示電路。顯示器對于蘊涵式后件所用的各種類函數(shù)顯示其權(quán)系數(shù)。權(quán)系數(shù)能以單因素形式表示上述函數(shù)。顯示電路進行控制使所給權(quán)系數(shù)顯示在上述顯示器上。
通過該顯示裝置可以一目了然地知道已設(shè)定的或正在設(shè)定的權(quán)系數(shù)。
本發(fā)明的編程裝置還具有輸入裝置，用來輸入表示后件所用函數(shù)的種類代碼和對應(yīng)于各代碼應(yīng)設(shè)定的權(quán)系數(shù);控制裝置，用來將輸入的代碼和權(quán)系數(shù)顯示在上述權(quán)系數(shù)顯示裝置上并存儲在存儲裝置中。
由此，可以一邊看著權(quán)系數(shù)顯示裝置一邊設(shè)定所需的權(quán)系數(shù)。
本發(fā)明的編程裝置還設(shè)有規(guī)則設(shè)定裝置。該規(guī)則設(shè)定裝置具有輸入裝置，用來輸入規(guī)則的序號和表示該規(guī)則適用的隸屬函數(shù)種類的代碼;顯示裝置，可顯示輸入的規(guī)則序號和函數(shù)代碼;以及存儲裝置，用于存儲輸入的規(guī)則序號和函數(shù)代碼。
由此可以根據(jù)顯示內(nèi)容一邊確認(rèn)一邊輸入，簡單地設(shè)定所要的規(guī)則。


圖1和圖2是真值表示圖;
圖3示出隸屬函數(shù)的實例;
圖4為單因素示例圖;
圖5為模糊處理系統(tǒng)總體構(gòu)成的方框圖;
圖6示出表示真值發(fā)生電路概括的方框圖;
圖7示出模擬型隸屬函數(shù)電路的一個實例的方框圖;
圖8示出由4個函數(shù)合成而形成的隸屬函數(shù)的示意圖;
圖9示出函數(shù)發(fā)生電路的一個例子的電路圖;
圖10示出圖9電路的輸入輸出特性圖;
圖11示出函數(shù)發(fā)生電路另一個例子的電路圖;
圖12示出可進行數(shù)字控制的模擬型隸屬函數(shù)電路的一個例子的方框圖;
圖13、圖14分別表示MIN電路和MAX電路的實例的電路圖;
圖15、圖16、圖17分別表示存儲器中設(shè)定的隸屬函數(shù)的基本形狀、7種隸屬函數(shù)及8個類型隸屬函數(shù);
圖18示出設(shè)定隸屬函數(shù)的存儲器的內(nèi)容的存儲映象;
圖19示出數(shù)字型真值發(fā)生電路的例子的方框圖;
圖20為真值發(fā)生電路的另一個例子的方框圖;
圖21為用MIN電路和MAX電路構(gòu)成多路轉(zhuǎn)換器的方框圖;
圖22示出真值流推理器的組成方框圖;
圖23示出T轉(zhuǎn)換器的組成方框圖;
圖24示出D/A轉(zhuǎn)換電路的一個例子的電路圖;
圖25示出編程裝置的組成方框圖;
圖26示出編程裝置面板的外形圖;
圖27示出真值顯示器一個電路例子的電路圖;
圖28示出隸屬函數(shù)及加權(quán)系數(shù)顯示器的一個電路例子的電路圖;
圖29示出結(jié)論值顯示器的顯示電路一個例子的電路圖;
圖30為真值的一個顯示例子;
圖31為加權(quán)系數(shù)的一個顯示例子;
圖32為結(jié)論值的一個顯示例子;
圖33和34分別示出程序顯示器的顯示例子;
圖35示出具有層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的一個例子的方框圖。
下面通過對適合于實行模糊推理的處理系統(tǒng)的實施例的詳細描述來說明本發(fā)明。
(1)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)按照假言推理，模糊推理一般可用如下的If，then規(guī)則的形式來表達。
(蘊涵式)If X＝A1and Y＝B1and Z＝C1，then U＝D1If X＝A2and Y＝B2and Z＝C2，then U＝D2
If X＝Arand Y＝Brand Z＝Cr，then U＝Dr(前件)X＝A′andY＝B′andZ＝C′……(1)(結(jié)論)U＝D′……(2)這里，Ai、Bi、Ci、Di(i＝1～r)，A′、B′、C′D′是模糊集合。這些模糊集合下面用隸屬函數(shù)來表示。
上面的蘊涵式的前件含有3個模糊命題，但命題的個數(shù)是任意的，蘊涵式的個數(shù)也是任意的。
在模糊推理的許多應(yīng)用中，對于多個不同蘊涵式的前件來說，后件是相同的。將這樣的多個蘊涵式匯總為一個，這些蘊涵式中的前件具有相同的后件。還將這些蘊涵式的前件用“or”連接，于是可以得出下面新的蘊涵式If(X＝Ai1，Y＝Bi1，Z＝Ci1) or(X＝Ai2，Y＝Bi2，Z＝Ci2) or(X＝Ai3，Y＝Bi3，Z＝Ci3) or(X＝Ai4，Y＝Bi4，Z＝Ci4)then U＝Di……(3)此處連接前件各模糊命題的“and”字符被省略了，此外，上述4個前件用“or”加以連接。然而，連接的前件個數(shù)是任意的。
上述的蘊涵式可以設(shè)定n個(i＝1～n，在下面所示的電路結(jié)構(gòu)中，n等于7)。
前件和結(jié)論仍采用式(1)和式(2)。
用式(3)代表的多個新蘊涵式、式(1)的前件以及式(2)的結(jié)論來表示的新形式的假言推理的推理是從真值傳遞的觀點進行的，我們把它稱為真值流推理(Truth-Valued-FlowInference以下縮寫為TVFI)。
模糊理論中的真值T以A、A′作為隸屬函數(shù)時，可按下式定義T＝NEAR(A′，A)＝V(A′∧A)……(4)式(4)運算的意義如圖1所示。隸屬函數(shù)A和A′進行MIN運算，該MIN運算結(jié)果的最大值(即MAX運算結(jié)果)就是真值T。
模糊處理系統(tǒng)作為模糊控制器使用時，其輸入一般為確定值X。這時，真值T如圖2所示，是給定變量X時的隸屬函數(shù)A的函數(shù)值A(chǔ)(X)。
如果按照MIN/MAX運算規(guī)則，則在給定式(1)的前件時，式(3)的新蘊涵式中的模糊命題所對應(yīng)的真值由下式給出TAij＝V(A′∧Aij)TBij＝V(B′∧Bij)TCij＝V(C′∧Cij)i＝1～nj＝1～4……(5)將式(3)的各個新蘊涵關(guān)系的真值流稱為“通道”。各通道的最終的真值由下式給出Ti=
TxijΛTyijΛTzij) ……(8)
將各個通道的真值Ti(式(6)或式(8))運用到對應(yīng)通道的后件的隸屬函數(shù)Di，便可得出結(jié)論D′。
運用MIN/MAX運算及算術(shù)積運算的情況下，結(jié)論D′分別由下式給定
……(9)D′=Σi = 1nTi·Di]]>……(10)用重心法可以將結(jié)論D′非模糊化。這種情況下可使用下式d＝∫u.D′(u)du/∫D′(u)du……(11)如果用單因素Ki表示各通道后件的隸屬函數(shù)Di，則非模糊化的結(jié)論d可以極簡單地用下式表示d =Σi = 1nTi·Ki/Σi = 1nTi……(12)]]>Ki可稱為加權(quán)系數(shù)。這樣，可以把按(12)式求得非模糊化結(jié)論d的方法稱為使用真值和可變加權(quán)的重心法(Center of gravity with Truth-Value Variable WeightsCTVW)。
本實施例中如圖3所示，使用了三角形的7種隸屬函數(shù)。這些隸屬函數(shù)分別表示語言信息NL、NM、NS、ZR、pS、pM、pL。這里N表示負、p表示正、L表示大、M表示中、S表示小。例如NL表示負的大值，pS表示正的小值，ZR表示幾乎為零等等。
圖4表示7種語言信息NL～pL的單因素(氵冫グルト冫)圖。K1～K7是上述的加權(quán)系數(shù)。
記住上述的基本理論，下面參照圖5來說明模糊處理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)按上述TVFI法構(gòu)成，并采用了CTVW法。輸入(前件)由確定值x、y、z給定。
模糊處理系統(tǒng)包括真值發(fā)生電路陣列11(以下稱為TG陣列11，TG是Truth-ValueGenerator的縮寫);真值流推理陣列12(以下稱為TVFI陣列12);T轉(zhuǎn)換器13;用以將這三部分相互連接的真值總線(模擬電壓總線)15、16;用于上述If，then規(guī)則、隸屬函數(shù)、加權(quán)系數(shù)等的設(shè)定、變更、顯示等所用的編程裝置14;以及用以連接陣列11、12、T轉(zhuǎn)換器13及編程裝置14的系統(tǒng)總線(2進制信號的總線)17。
TG陣列11包括對應(yīng)于三種輸入變量x、y、z的三個真值發(fā)生電路(以下分別稱為TG1、TG2、TG3，三者總稱為TG)。TG1內(nèi)含有可輸出上述NL～pL7種隸屬函數(shù)的電路，對于給定的輸入量x可輸出真值TxNL、TxNM、TxNS、TxZR、TxpS、TxpM、TxpL(圖5中將它們總稱為Tx)。這里，例如TxNL表示給定x時隸屬函數(shù)NL的真值。TG2和TG3具有相同的結(jié)構(gòu)，對輸入量y、z可輸出真值Ty、Tz(分別有7種)。
TVFI陣列12包括與通道數(shù)n(在該實施例中n為7)的數(shù)量相同的真值流推理器(以下分別稱為TVFI11、TVFI12、……、TVFI7，總稱為TVFI)。通道1是由后件的隸屬函數(shù)為NL的蘊涵關(guān)系匯集而成的，TVFI1的輸出真值T1在T轉(zhuǎn)換器13中作用于隸屬函數(shù)(單因素)NL。同樣，通道2、3、4、5、6、7是將后件的隸屬函數(shù)分別為NM、NS、ZR、pS、pM、pL蘊涵關(guān)系匯集起來而成的，TVFI2、3、4、5、6、7的輸出真值T2、T3、T4、T5、T6、T7分別作用于隸屬函數(shù)NM、NS、ZR、pS、pM、pL。
由TG1、TG2、TG3輸出的21個真值Tx、Ty、Tz經(jīng)真值總線15送至各TVFI。TVFI由選擇電路18和運算電路19構(gòu)成。選擇電路18從輸入的真值Tx、Ty、Tz中選擇由該通道所設(shè)定的規(guī)則決定的真值Txij、Tyij、Tzij(該實施例中j＝1～4)(參照式(7))。運算電路19利用這些被選擇的真值，根據(jù)式(8)算出各通道的真值Ti。
各TVFI算出的真值Ti(i＝1～n)通過真值總線16輸入至T轉(zhuǎn)換器13。T轉(zhuǎn)換器13按照式(12)算出最終結(jié)論d并將其輸出。
各真值總線15分別由7(與隸屬函數(shù)NL-pL的種類數(shù)相等)根線構(gòu)成。各TG上連有一條總線15，各TVFI上均連有3條總線15。真值總線16也由7(與通道數(shù)n相等，也和隸屬函數(shù)NL～pL的種類數(shù)相等)根線構(gòu)成，并接至T轉(zhuǎn)換器13。從各TVFI只要各有一根線接至總線16的對應(yīng)線即可。
眾所周知，系統(tǒng)總線17由地址總線、數(shù)據(jù)總線及控制總線所構(gòu)成，將來自編程裝置14的各種數(shù)據(jù)和命令送往各TG、TVFI、T轉(zhuǎn)換器13。
由于從各TG產(chǎn)生的真值通過總線15傳送至TVFI，在TVFI內(nèi)對這些真值加以處理，然后通過總線16送至T轉(zhuǎn)換器13，從而通過真值流動進行模糊推理的工作情況從圖5可以看得很清楚了。之所以稱為真值流推理的原因就在于此。
(2)真值發(fā)生電路(TG)首先，說明模擬型的TG。
如上所述，TG對7種隸屬函數(shù)NL～pL產(chǎn)生對輸入變量的真值。如圖6所示，TG設(shè)有7個隸屬函數(shù)電路tg(NLtg～pLtg)，它們分別輸出真值Tx(TxNL～TxpL)(當(dāng)輸入為x時)。由于這些隸屬函數(shù)電路的結(jié)構(gòu)完全相同，因此可參照圖7和圖8對隸屬函數(shù)ZR的電路加以說明。
隸屬函數(shù)電路基于四種線性函數(shù)的組合，用以產(chǎn)生真值。這四種線性函數(shù)一般可表示如下。
f1＝-α1x+β1f2＝α2x+β2f3＝1f4＝0 ……(13)這里α1、α2、β1、β2為常數(shù)。
函數(shù)f3生成級1(例如對應(yīng)于5V電壓)，f4生成級0。
三角形狀的隸屬函數(shù)通過對上述四種線性函數(shù)作如下運算而產(chǎn)生(f1∧f2∧f3)∨f4……(14)為此，將函數(shù)f1發(fā)生電路23的輸出電壓和函數(shù)f2發(fā)生電路24的輸出電壓以及表示級1(函數(shù)f3)的電壓(5V)加到MIN電路21，再把MIN電路21的輸出電壓和表示級0(函數(shù)f4)的電壓(OV)加到MAX電路22，于是，從MAX電路22輸出表示真值的電壓。
產(chǎn)生函數(shù)f1的電路23的一個例子如圖9所示。該電路使用運算放大器A1。輸入電壓Vi(相當(dāng)于變量x)通過輸入電阻R3加到運算放大器A1的反相輸入端。同時，包含可變電阻R3的可變電壓發(fā)生電路25的輸出電壓VS通過電阻R3加到該反相輸入端。反饋電阻R1為可變電阻。該電路的輸出電壓V0(相當(dāng)于f1)由下式給出V0＝(-R1/R3)(Vi+VS) ……(15)這樣，如圖10所示，函數(shù)f1的斜率為(-R1/R3)，改變電阻R1便可改變斜率，而且，函數(shù)f1在Vi軸上的位置(截距)可通過改變VS電壓加以調(diào)整。
產(chǎn)生函數(shù)f2的電路24的一個例子如圖11所示。電路24是在電路23的前面連接一個反相器構(gòu)成的。該反相器由運算放大器A2、阻值相同的輸入電阻和反饋電阻R6構(gòu)成。該電路24也可以改變函數(shù)f2的斜率和位置。
如上所述，通過改變電阻R1、R3阻值便可以設(shè)定具有任意斜率、任意位置的三角形的隸屬函數(shù)。用于設(shè)定這些函數(shù)的電阻R1、R3的調(diào)節(jié)旋扭可以設(shè)在編程裝置14的面板上。
隸屬函數(shù)的設(shè)定、變更也可在編程裝置14內(nèi)的CpU控制下進行。適于這樣控制的電路的一個例子如圖12所示。這是一個產(chǎn)生函數(shù)f1的電路。與圖9相比，電壓VS的產(chǎn)生電路25由D/A轉(zhuǎn)換電路26實現(xiàn)，此外，還設(shè)置了代替電阻R1的多個(例如8個)相互并聯(lián)連接、阻值不同的反饋電阻R11～R18和從這些電阻中選擇其中之一而用的模擬多路轉(zhuǎn)換器27。表示所要求電壓VS的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(例如8比特數(shù)據(jù))通過數(shù)據(jù)總線送至D/A轉(zhuǎn)換電路26，由D/A轉(zhuǎn)換電路26產(chǎn)生與其對應(yīng)的模擬量電壓。用來從反饋電阻R11～R18中選擇其中之一的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(例如4比特數(shù)據(jù))被送至模擬量多路轉(zhuǎn)換器27，從而選中上述數(shù)據(jù)所指定的反饋電阻，僅有該電阻被接到運算放大器A1的輸出端和輸入端之間，于是確定了函數(shù)f1的斜率。
函數(shù)f2發(fā)生電路(圖11)中所用的電路23也可以采用圖12所示的同樣結(jié)構(gòu)。這樣就可以在CpU的控制下設(shè)定任意斜率、位置的隸屬函數(shù)。
MIN電路和MAX電路的結(jié)構(gòu)是公知的，只簡單地介紹一下。圖13示出三個輸入的MIN電路的例子。該電路包括輸入信號X1、X2、X3分別加各基極的、發(fā)射極連在一起的晶體管Q11、Q12、Q13(比較電路);作為以上這些晶體管的電流源的晶體管Q10;作為基極發(fā)射極間電壓補償用的晶體管Q2;以及作為Q2的電流源的晶體管Q3。圖14示出具有三個輸入的MAX電路的一個例子。該電路包括輸入信號y1、y2、y3分別加至各基極的集電極連在一起的晶體管Q21、Q22、Q23(比較電路);作為這些晶體管的電流源的晶體管Q20;作為基極發(fā)射極間電壓補償?shù)木w管Q4;以及作為Q4電流源的晶體管Q5。
下面，說明數(shù)字型TG的幾個例子數(shù)字型TG基本上是將與隸屬函數(shù)有關(guān)的數(shù)據(jù)預(yù)先存放在存儲器中，根據(jù)輸入x(或y、z，以下用x代表輸入來說明)讀出對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并將對應(yīng)于該讀出數(shù)據(jù)的模擬量(模擬量電壓)作為真值Tx輸出。因此，存放在存儲器中的隸屬函數(shù)是用離散量來表示的。在該實施例中如圖15所示，變量x由6比特地址數(shù)據(jù)(下面將描述為α0～α5)表示，可取64個不同的值。隸屬函數(shù)的級在0～5V之間分為8個等級，可用3比特的數(shù)據(jù)(下面將要描述的d0～d2或d4～d6)來表示或指定。
如圖16所示，7種隸屬函數(shù)NL～pL被設(shè)定在64個離散變量上。隸屬函數(shù)的種類雖然可以用3比特的地址數(shù)據(jù)來指定，但在本實施例中是通過指定存儲器芯片和該芯片內(nèi)的區(qū)域來規(guī)定的。
在各個種類的隸屬函數(shù)中，可以設(shè)定不同形狀、位置等的8個類型的隸屬函數(shù)。這些類型可用3比特的地址數(shù)據(jù)(下面將描述的α6～α8或α9～α11)來指定。
圖17示出對隸屬函數(shù)NM設(shè)定的8種類型的隸屬函數(shù)NM-1、NM-2……、NM-8的例子。
圖19示出TG組成的例子。EpROM 31～34作為存放隸屬函數(shù)的存儲器。各EpROM中預(yù)先寫入了2個種類16個類型隸屬函數(shù)所表示的數(shù)據(jù)(EpROM34中只有1個種類8個類型)。EpROM31中存有與隸屬函數(shù)NL和NM有關(guān)的16個類型的隸屬函數(shù)NL-1～NL-8，NM-1～NM-8所表示的數(shù)據(jù)。該EpROM31的存儲映象如圖18所示。最高位的3比特地址數(shù)據(jù)α11～α6用于指定隸屬函數(shù)NM的8個類型NM-1～NM-8;地址數(shù)據(jù)α8～α6用于指定隸屬函數(shù)NL的8個類型NL-1～NL-8;低位的地址數(shù)據(jù)α5～α0指定變量。隸屬函數(shù)的級由數(shù)據(jù)d0～d2(對隸屬函數(shù)NL而言)或d4～d6(對隸屬函數(shù)NM而言)表示。數(shù)據(jù)d3、d7用作下面描述的D/A轉(zhuǎn)換器41～47的輸出允許信號。
同樣，隸屬函數(shù)NS和ZR的各8個類型的數(shù)據(jù)、隸屬函數(shù)pS和pM的各8個類型的數(shù)據(jù)、隸屬函數(shù)pL的8個類型的數(shù)據(jù)預(yù)先分別被存儲在EpROM32、EpROM33、EpROM34中。
為此，隸屬函數(shù)的種類和類別的指定可通過指定EpROM31～34中的一個和指定該EpROM內(nèi)的區(qū)域來進行。編程裝置14每次可指定2個種類的隸屬函數(shù)。為選擇EpROM將2比特的片選數(shù)據(jù)α0α1送到譯碼器30。與此同時，由數(shù)據(jù)d0～d2及d3～d5指定這兩個種類的隸屬函數(shù)中的指定類型。在鎖存電路35～38中，與片選數(shù)據(jù)α0α1所選擇的EpROM相對應(yīng)的那個鎖存電路通過譯碼器30的輸出信號的作用將輸入數(shù)據(jù)d0～d5鎖存。被鎖存的數(shù)據(jù)作為地址信號α6～α8，α9～α11被送至指定的EpROM，于是存放在該EpROM中的兩個種類的隸屬函數(shù)的類型即被確定。
以上的動作由于以4次一個循環(huán)反復(fù)進行，于是所有EpROM被依次指定，從而7個種類的隸屬函數(shù)各有一個類型被指定。
另一方面，模擬量輸入x由A/D轉(zhuǎn)換電路39轉(zhuǎn)換為64個等級(6比特)的數(shù)字地址數(shù)據(jù)α0～α5并被加到EpROM31～34，因此，對于已被指定的7個種類的隸屬函數(shù)來說，由地址數(shù)據(jù)α0～α5指定的數(shù)據(jù)(d0～d2及d4～d6)被分別讀出，并送到對應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換電路41～47。同時，數(shù)據(jù)d3、d7作為輸出允許信號還送到D/A轉(zhuǎn)換電路41～47。這樣從EpROM讀出的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的模擬量電壓信號便作為真值TXNL～TXPL被輸出。
圖20示出TG的另一個例子。與圖19相同的部分以同一符號表示。這里不用D/A轉(zhuǎn)換電路41～47而代之以模擬量多路轉(zhuǎn)換器51～57。此外，設(shè)有級電壓發(fā)生電路50，用它來產(chǎn)生表示在0～5V之間被分割成的8個等級的隸屬函數(shù)的級。電壓發(fā)生電路的全部輸出分別送到每個多路轉(zhuǎn)換器51～57。在EpROM31～34中也不是存放表示隸屬函數(shù)的數(shù)據(jù)而代之以存放用來指定級電壓發(fā)生電路50所輸出的電壓的代碼，以表示隸屬函數(shù)。
因此，根據(jù)從輸入X指定的地址中讀出的代碼，在模擬量多路轉(zhuǎn)換器51～57中，輸入的級電壓中的某一個被分別選出來，并作為真值TXNL～TXPL被輸出。
模擬多路轉(zhuǎn)換器可以使用包含通常的模擬開關(guān)組成的多路轉(zhuǎn)換器，也可以如圖21所示的、由MIN電路和MAX電路的組合來構(gòu)成。圖21示出調(diào)換了輸出隸屬函數(shù)NL真值TXNL的模擬開關(guān)51的電路。該電路中設(shè)有8個MIN電路61～68、1個MAX電路69。此外，設(shè)有反相器陣列60，用以將來自EpROM31的讀出數(shù)據(jù)d0～d2逐一反相。設(shè)數(shù)據(jù)d0～d2的0或1分別對應(yīng)電壓0V或5V。表示級的8個等級電壓中的某一個和從數(shù)據(jù)d0～d2以及反相器陣列60的反相信號中選出的3個信號同時加至MIN電路61～68。因為MIN電路61～68的作用是將由d0～d2指定的級電壓抽出并輸出，因此只有某一個MIN電路產(chǎn)生選中的級電壓而其它MIN電路的輸出均為0V電壓。例如當(dāng)數(shù)據(jù)d0d1d2為000時，給出其反相數(shù)據(jù)111的MIN電路61輸出5V的級電壓，而其它MIN電路62～68的輸入中必定有0數(shù)據(jù)(即0V電壓)，所以其輸出為0V。MIN電路61～68中的最大電壓由MAX電路69選出作為真值TXNL被輸出。
(3)真值流推理器(TVFI)
圖22表示1個通道的TVFI(圖5的TVFI1)的構(gòu)成。如前所述，TVFI由選擇電路18和運算電路19構(gòu)成。選擇電路18含有12個多路轉(zhuǎn)換器71～74、81～84、91～94和6個寄存器文件75、76、85、86、95、96。TG1輸出的7個真值Tx(TXNL～TXPL)通過真值總線15送到多路轉(zhuǎn)換器71～74。同樣，TG2輸出的7個真值Ty通過真值總線15送到多路轉(zhuǎn)換器81～84，TG3輸出的7個真值Tz通過總線15送到多路轉(zhuǎn)換器91～94。
如前所述，1個通道中包含有蘊涵式的4個前件。1個前件的真值由多路轉(zhuǎn)換器71、81、和91選擇。就是說，規(guī)定1個前件的規(guī)則由多路轉(zhuǎn)換器71、81、91選擇的真值來決定。同樣，多路轉(zhuǎn)換器72、82、92形成1個前件，多路轉(zhuǎn)換器73、83、93形成另1個前件，多路轉(zhuǎn)換器74、84、94再形成1個前件。
多路轉(zhuǎn)換器71和72受寄存器文件75中的數(shù)據(jù)所控制。寄存器文件75中含有4個8比特寄存器，其中1個寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)用于控制多路轉(zhuǎn)換器71和72。即該寄存器的高4位數(shù)據(jù)控制多路轉(zhuǎn)換器71，低4位數(shù)據(jù)控制多路轉(zhuǎn)換器72。控制多路轉(zhuǎn)換器的4位數(shù)據(jù)中的3位用來指定輸入給多路轉(zhuǎn)換器的7個真值中的1個，另一位作為輸出允許信號使用。
由于寄存器文件75內(nèi)設(shè)有4個8位寄存器，因此可以設(shè)定4個不同的規(guī)則。寄存器文件75與8位數(shù)據(jù)總線、2位控制總線以及地址總線相接。數(shù)據(jù)總線用于傳送要設(shè)定在寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，控制總線的2位信號用于指定寄存器文件75內(nèi)的4個寄存器中的1個，地址總線用于傳送地址數(shù)據(jù)以便指定寄存器文件。這些數(shù)據(jù)總線、控制總線及地址總線構(gòu)成圖5所示的系統(tǒng)總線17的一部分。
由于寄存器文件75內(nèi)有4個8位寄存器，因此與其中1個寄存器的數(shù)據(jù)控制多路轉(zhuǎn)換器71、72時，可以向其它寄存器內(nèi)寫入規(guī)定其它規(guī)則的數(shù)據(jù)，而且借助上述的2位控制信號可以變更控制多路轉(zhuǎn)換器71、72的寄存器。這樣，當(dāng)TVFI正在工作時，也可以迅速地實現(xiàn)規(guī)則的變更。
同樣，寄存器文件76、85、86、95、96內(nèi)也分別設(shè)有4個8位寄存器并且與系統(tǒng)總線的8位數(shù)據(jù)總線和2位控制總線等相連接。寄存器文件76、85、86、95、96分別用于控制多路轉(zhuǎn)換器73和74、81和82、83和84、91和92、93和94。根據(jù)設(shè)定在這些寄存器文件內(nèi)的寄存器中的數(shù)據(jù)(即規(guī)則)可以選擇輸入至對應(yīng)的多路轉(zhuǎn)換器的7個真值中的1個，而且規(guī)則的變更同樣可以迅速地進行。
根據(jù)所設(shè)定的蘊涵式前件(規(guī)則)由多路轉(zhuǎn)換器71、81、91所選出的真值Tx11、Ty11、Tz11被送至MIN電路77進行MIN運算。同樣，從多路轉(zhuǎn)換器72、82、92輸出的真值Tx12、Ty12、Tz12送至MIN電路78，多路轉(zhuǎn)換器73、83、93輸出的真值Tx13、Ty13、Tz13送至MIN電路79，多路轉(zhuǎn)換器74、84、94的輸出真值Tx14、Ty14、Tz14分別送至MIN電路80。這些MIN電路77、78、79、80的輸出真值T11、T12、T13、T14送至MAX電路90。由MIN電路77～80和MAX電路90進行式(8)的運算得出最終的真值T1。
其它TVFI2～TVFIn當(dāng)然也具有完全相同的結(jié)構(gòu)。
(4)T轉(zhuǎn)換器T轉(zhuǎn)換器是用來進行式(12)運算的。分別代表隸屬函數(shù)NL、NM、NS、ZR、pS、pM、pL的單因素(參照圖4)，用系數(shù)K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7來表示。這些系數(shù)分別存放在寄存器文件101、102、103、104、105、106、107中(見圖23)。寄存器文件101～107也含有多個寄存器，并通過系統(tǒng)總線與編程裝置14相連接。1個寄存器文件中可以寫入多個不同的系數(shù)Ki并且在T轉(zhuǎn)換器工作時可以變更這些系數(shù)。
各寄存器文件101～107的系數(shù)K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7分別送到對應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換電路111、112、113、114、115、116、117。分別表示TVFI1～7所輸出的真值T1～T7的電壓通過總線16送至D/A轉(zhuǎn)換電路111～117作為基準(zhǔn)電壓使用。如下所示，D/A轉(zhuǎn)換電路111～117分別輸出與輸入電壓Ti和系數(shù)Ki成比例的模擬量電流T1i＝αTi·Ki(i＝1～7)。這些電流在節(jié)點N1相加后輸入至電流/電壓轉(zhuǎn)換電路108。因此從電路108可輸出與式(12)的分子∑Ti.Ki成比例的電壓。
另一方面，由于表示真值Ti(i＝1～7)的電壓加在電阻上，從而產(chǎn)生流過電阻的電流I2i(i＝1～7)，這些電流在節(jié)點N2相加后輸入到電流/電壓轉(zhuǎn)換電路118。因此從電路118可輸出與式(12)的分母∑Ti成比例的電壓。
電路108、118的輸出電壓加到除法電路109，進行式(12)的運算，所得結(jié)果電壓經(jīng)放大器110放大后作為確定的輸出量d被輸出。
D/A轉(zhuǎn)換電路111的一個例子如圖24所示。其它D/A轉(zhuǎn)換電路112～117除輸入基準(zhǔn)電壓Ti不同外，電路結(jié)構(gòu)完全相同。
系數(shù)K1由8比特數(shù)據(jù)b1～b8給出，用于控制切換開關(guān)131～138。例如，對應(yīng)的數(shù)據(jù)位為1時切換開關(guān)與端子α相接，為0時與端子b相接。所有切換開關(guān)131～138的端子α連在一起，并接到電流/電壓轉(zhuǎn)換電路108。而所有的端子b相互連在一起，去接地。
此外，電路中設(shè)有由晶體管120構(gòu)成的電流源。晶體管120受差動放大電路130的控制。表示真值T1的基準(zhǔn)電壓和一個定電壓V0加至差動放大電路130。假定表示真值的電壓T1的輸入電阻為R10，則晶體管120中流過的電流I0與T1/R10成比例。
另外，設(shè)有8個晶體管121～128，它們和晶體管120共基極連接，各晶體管的發(fā)射極回路中接有決定各位b1～b8的加權(quán)電阻2R和R。例如晶體管121的加權(quán)為1/2，則流過它的電流為流過晶體管120的電流的1/2，即(1/2)I0。同樣地，電阻的接法使得晶體管128中流過的電流為(1/256)I0。晶體管121～128的集電極分別與切換開關(guān)131～138相連接。
因此，流進電流/電壓轉(zhuǎn)換電路108的電流I11與(T1/R10)(b8/256+b7/128+……+b2/4+b1/2)成比例。
這里b1～b8取值為1或0。由于(b8/256+……+b1/2)與系數(shù)K1成比例，因此電流I11與T1·K1成比例。
圖24只示出D/A轉(zhuǎn)換電路111，因此圖中流入電流/電壓電路108的只有電路111的輸出電流。如圖23所示，其它D/A轉(zhuǎn)換電路112～117的輸出電流I12～I17也被送到電路108。
(5)編程裝置編程裝置14主要具有以下的功能1.可設(shè)定模糊推理用的規(guī)則，并顯示被設(shè)定的規(guī)則。
2.可設(shè)定隸屬函數(shù)的種類的種類和類型并顯示已設(shè)定種類和類型的隸屬函數(shù)。
3.可設(shè)定加權(quán)系數(shù)Ki(i＝1～7)并顯示所設(shè)定的加權(quán)系數(shù)。
4.可顯示各TVFIi的輸出真值Ti(i＝1～7)以及推理結(jié)論d的值。
編程裝置14的電路結(jié)構(gòu)概況如圖25所示。編程裝置14中裝有CpU140。CpU140設(shè)有用于存儲程序及各種數(shù)據(jù)的存儲器141。此外鍵盤142、操作模式顯示器143、程序顯示器144及推理輸出顯示器145通過接口電路(圖中未畫出)與CpU140相連接。另外，如圖5所示，表示在其他圖面上的系統(tǒng)總線17通過接口146與CpU140相連接。
圖26示出配置有上述鍵盤142、操作模式顯示器143、程序顯示器144及推理輸出顯示器145的面板的外觀圖。
推理輸出顯示器145由真值顯示器147、隸屬函數(shù)及加權(quán)系數(shù)顯示器148、結(jié)論值顯示器149、隸屬函數(shù)表現(xiàn)模式指示燈MF和加權(quán)系數(shù)表現(xiàn)模式指示燈W組成。這些顯示器147～149的詳情將在下面敘述。
操作模式顯示器143由4個指示燈FI、pR、pW及pM組成。這幾個指示燈在用鍵盤142的A鍵設(shè)定模糊推理模式、規(guī)則設(shè)定模式、加權(quán)系數(shù)設(shè)定模式以及隸屬函數(shù)設(shè)定模式時分別點亮。
鍵盤142設(shè)有功能鍵A～F和數(shù)字鍵，這些鍵的功能如下所述。
A鍵用于設(shè)定模糊推理模式、規(guī)則設(shè)定模式、加權(quán)系數(shù)設(shè)定模式或隸屬函數(shù)設(shè)定模式。每按一次該鍵，上述4種操作模式按一定順序循環(huán)改變。指示燈FI、pR、pW、pM中對應(yīng)于由A鍵當(dāng)前設(shè)定的操作模式的指示燈點亮。
B鍵的作用是，與設(shè)定為模糊推理模式時，按該鍵可使設(shè)定的規(guī)則在程序顯示器144上顯示。
C鍵的作用是，與設(shè)定為模糊推理模式時按該鍵可使設(shè)定的加權(quán)系數(shù)在顯示器148上顯示。
D鍵的作用是，與設(shè)定為模糊推理模式時按該鍵可使設(shè)定的隸屬函數(shù)在顯示器148上顯示。
E鍵的作用是，在模糊推理模式下，當(dāng)使用上述B鍵、C鍵、D鍵顯示各種值時，按該鍵可切換顯示下一個值。在模糊推理模式以外的其它各種設(shè)定模式下，按該鍵可使設(shè)定的值讀入CpU140或存儲器141。
F鍵按下時，可使預(yù)選設(shè)定在EpROM中的隸屬函數(shù)在顯示器148上顯示。
使用0～9各數(shù)字鍵，可在各種設(shè)定模式下(如后所述)來輸入規(guī)則、隸屬函數(shù)的種類和類型、以及加權(quán)系數(shù)。
程序顯示器144是6位分段式顯示器，用來顯示數(shù)字鍵輸入的規(guī)則等的數(shù)值信息。
真值顯示器147由7列發(fā)光二極管(LED)陣列組成。各列比如說配置7個發(fā)光二極管LED151。各列發(fā)光二極管LED陣列用于顯示TVFI1～TVFI7輸出的真值T1～T7。如圖30所示，真值T1～T7由其對應(yīng)的LED陣列內(nèi)發(fā)光的LED151的數(shù)量(在高度上)來表示。在圖30中，發(fā)光的LED151用斜線加以標(biāo)識。
該真值顯示器147的顯示電路的一個例子如圖27所示。7列LED陣列的電路完全相同，因此只就1列LED陣列的電路加以說明。該電路包含有可產(chǎn)生7個不同的基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路153，從電路153輸出的7個不同的基準(zhǔn)電壓加到7個比較電路152的一個輸入端上。另一方面，表示真值Ti的電壓加到比較電路152的另一個輸入端上。根據(jù)比較電路152的輸出，控制并驅(qū)動相應(yīng)的LED151發(fā)光。因此，只有在比較電路152所加的基準(zhǔn)電壓低于真值電壓Ti時，該比較電路152所對應(yīng)的LED151才能發(fā)光。
隸屬函數(shù)和加權(quán)系數(shù)顯示器148由7行21列共計147個LED155的LED陣列所構(gòu)成。該顯示器148的顯示電路的一個例子如圖28所示。參照該圖，147個LED155構(gòu)成一個矩陣，行由7個晶體管161～167、列由21個晶體管201～221分別加以控制。因此只有當(dāng)晶體管161～167中的1個和晶體管201～221中的1個同時導(dǎo)通時，某一個LED155才能發(fā)光。實際上為了使多個LED同時點亮，晶體管161～167是掃描導(dǎo)通的。
即在第1個掃描期內(nèi)晶體管161導(dǎo)通，最下行的21個LED155處于可點亮狀態(tài)，同時晶體管201～221中對應(yīng)于應(yīng)點亮的LED的晶體管被導(dǎo)通。在第2掃描期內(nèi)晶體管162被導(dǎo)通，從下面數(shù)第2行的21個LED155中應(yīng)點亮的LED在晶體管201～221作用下被點亮。以下同樣，在各掃描期內(nèi)晶體管163～167被導(dǎo)通，上述動作反復(fù)進行。由于晶體管161～167的掃描周期性地、高速地進行，所以如圖31所示(如后所述，顯示的是加權(quán)系數(shù))，看起來就好像有多個LED155在同時發(fā)光。
控制晶體管161～167及201～221的數(shù)據(jù)由CpU140通過數(shù)據(jù)總線一位一位地按一定順序分別加到鎖存電路156、157、158、159。決定這些鎖存電路156～159的鎖存時序的數(shù)據(jù)由CpU140通過地址總線送到譯碼器160。經(jīng)譯碼器160譯碼產(chǎn)生的鎖存脈沖輸入至鎖存電路156～159。此外，顯示指令CD也加到譯碼器160。
結(jié)論值顯示器149由一橫向排列的多個(比如說20個)LED171構(gòu)成。顯示器149的顯示電路的一個例子如圖29所示。該顯示電路包含有一個可產(chǎn)生20個不同基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路173，這些不同的基準(zhǔn)電壓加到20個比較電路172的一個輸入端。同時由T轉(zhuǎn)換器13輸出的表示確定結(jié)論d的電壓加到比較電路172的另一個輸入端。各LED171由對應(yīng)的比較電路172驅(qū)動。因此只有基準(zhǔn)電壓低于表示結(jié)論d的電壓的比較電路172所對應(yīng)的LED171才被點亮。如圖32所示結(jié)論d可由點亮的LED171個數(shù)(從左端起的長度)來表示。
最后，就規(guī)則設(shè)定和加權(quán)系數(shù)設(shè)定的操作實例加以說明。
規(guī)則的設(shè)定或變更按如下方式進行
設(shè)操作模式已設(shè)定為模糊推理模式，則按一下A鍵就設(shè)定為規(guī)則設(shè)定模式。此時，如果有已經(jīng)設(shè)定的規(guī)則，則第1條規(guī)則(NO.1規(guī)則)就在程序顯示器上顯示出來。規(guī)則的序號已預(yù)先設(shè)定在TVFI的選擇電路18所含的寄存器文件75、76、85、86、95、96的各寄存器中。顯示器144上的顯示信息如圖33所示，從左至右依次為規(guī)則序號、輸入x、輸入y、輸入z、輸出。7種隸屬函數(shù)(語言信息)NL、NM、NS、ZR、pS、pM、pL分別由數(shù)字1、2、3、4、5、6、7指定。按11次E鍵第12號規(guī)則便顯示出來。圖33的顯示例表示12號規(guī)則為IfX＝NL，Y＝NS，Z＝pSthenU＝NS在該狀態(tài)下，欲將輸入Y變更為pM時，可用數(shù)字鍵將X、Y、Z重新輸入為1、6、5即可。規(guī)則輸入結(jié)束時，按E鍵便轉(zhuǎn)為顯示下一條規(guī)則。
下面，就加權(quán)系數(shù)的設(shè)定或變更進行說明。
在隸屬函數(shù)和加權(quán)系數(shù)顯示器148中顯示的加權(quán)系數(shù)的實例如上述圖31所示。由點亮的LED155的高度表示語言信息(單因素的標(biāo)示)NL～pL的種類，即由低到高分別為NL、NM、NS、ZR、pS、pM、pL。由點亮的LED155所表示的這些條形圖中顯示條的位置表示著各加權(quán)系數(shù)。加權(quán)系數(shù)的值為1～256，把這些值量化為21等級加以顯示。
從模糊推理模式按2次A鍵便轉(zhuǎn)為加權(quán)系數(shù)設(shè)定模式，程序顯示器144的顯示變?yōu)閳D34所示的樣子。同時如圖31所示，已設(shè)定的加權(quán)系數(shù)被顯示出來并且點亮了加權(quán)系數(shù)顯示模式指示燈W。在圖34所示的程序顯示器144中，從左起第2個數(shù)字表示分配給語言信息的數(shù)字，接下來的3位數(shù)字表示加權(quán)系數(shù)。亦即、圖34表示NS的加權(quán)系數(shù)是80。欲將K3＝80變更為K3＝100按2次E鍵，然后用數(shù)字鍵輸入100就可以了。
設(shè)定隸屬函數(shù)設(shè)定模式后，同樣可利用程序顯示器144一邊輸入一邊將所要的隸屬函數(shù)的形狀顯示在顯示器148上。這種情況下可以用RAM作為存儲器來存放表示隸屬函數(shù)的數(shù)據(jù)。該RAM被設(shè)定為寫入工作模式。
(6)模糊推理處理系統(tǒng)的主要特征和應(yīng)用實例如圖5所示，TG、TVFI、T轉(zhuǎn)換器等通過由7根導(dǎo)線組成的模擬總線15、16相互連接。因此，如圖5中點劃線所示，可以很容易地接入另一些T轉(zhuǎn)換器13A。此外，如圖35所示，通過將TVFI接成層次結(jié)構(gòu)便有可能構(gòu)筑大規(guī)模的處理系統(tǒng)。在圖35中，輸入用x1～xm、輸出用d1～dl表示，模擬總線用1根線表示，系統(tǒng)總線在圖中未畫出。
上述模糊處理系統(tǒng)可以以聯(lián)機方式對隸屬函數(shù)、規(guī)則、加權(quán)系數(shù)等進行編程操作。
此外，隸屬函數(shù)、規(guī)則及T轉(zhuǎn)換器為線性時，這種系統(tǒng)可以作為pID控制器(pI控制器、pD控制器)使用。
在T轉(zhuǎn)換器為非線性的情況下，這種模糊處理系統(tǒng)可以作為非線性控制器使用。
如果在TG中設(shè)定二值函數(shù)或者多值函數(shù)使其在二值模式或多值模式下動作，則TVFI、T轉(zhuǎn)換器也按二值或多值動作，該系統(tǒng)便成為二值或多值的可編程控制器。
因此，該系統(tǒng)成為一個聯(lián)機多函數(shù)控制器(模糊控制器、pID控制器、非線性控制器、二值控制器、多值控制器等)，可以根據(jù)需要適當(dāng)選擇其動作模式。
例如我們來考慮一個溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)有一個帶有材料搬運出入口的控制室，控制室內(nèi)的溫度由加熱器和冷卻器控制。
在開始階段按pD控制模式工作可使控制室內(nèi)溫度迅速上升。
第二階段是控制室溫度接近目標(biāo)值的時期。這時為了防止乃至減少超調(diào)的發(fā)生并且能進行高精度控制而改為pI控制模式。
發(fā)生超調(diào)時(設(shè)為第三階段)以非線性控制模式進行冷卻。
在最后階段控制室溫度達到目標(biāo)值。在這個階段由于材料搬入或搬出控制室，溫度容易發(fā)生不規(guī)則的變化，因此以模糊控制模式進行工作。
進而上述系統(tǒng)通過變更TG，還可以適用于輸入不是確定值而是用隸屬函數(shù)給出的場合。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)有真值顯示裝置的編程裝置，其特征在于真值顯示裝置由多個長度顯示器和顯示電路構(gòu)成，長度顯示器的個數(shù)與假言推理式推理中蘊涵式后件所用函數(shù)的種類數(shù)相等，顯示電路進行控制使所給真值以不同長度顯示在對應(yīng)的長度顯示器中。
2.一種設(shè)有權(quán)系數(shù)顯示裝置的編程裝置，其特征在于權(quán)系數(shù)顯示裝置由顯示器和顯示電路構(gòu)成，顯示器針對蘊涵式后件所用的各種類的函數(shù)顯示每個函數(shù)的權(quán)系數(shù)，權(quán)系數(shù)用于以單因素形式表示上述函數(shù)，顯示電路進行控制使所給權(quán)系數(shù)恰當(dāng)?shù)仫@示在上述顯示器上。
3.如權(quán)利要求2所述的編程裝置，其特征在于設(shè)有輸入裝置和控制裝置，輸入裝置用于輸入表示后件所用函數(shù)種類的代碼和與之對應(yīng)設(shè)定的權(quán)系數(shù);控制裝置將輸入的代碼和權(quán)系數(shù)顯示在上述權(quán)系數(shù)顯示裝置中，同時將其存儲在存儲裝置中。
4.一種設(shè)有規(guī)則設(shè)定裝置的編程裝置，其特征在于規(guī)則設(shè)定裝置具有輸入裝置、顯示裝置以及存儲裝置，輸入裝置用來輸入規(guī)則序號和該規(guī)則適用的隸屬函數(shù)種類代碼;顯示裝置用來顯示輸入的規(guī)則序號和函數(shù)代碼;存儲裝置用來存儲輸入的規(guī)則序號和函數(shù)代碼。
全文摘要
一種能為處理裝置進行各種設(shè)定、顯示的編程裝置。它設(shè)有由若干長度顯示器和顯示電路構(gòu)成的真值顯示裝置，或由顯示器和顯示電路構(gòu)成的權(quán)系數(shù)顯示裝置。它還可設(shè)有由輸入裝置、顯示裝置以及存儲裝置構(gòu)成的規(guī)則設(shè)定裝置。因而可根據(jù)顯示的內(nèi)容一邊確認(rèn)一邊輸入，方便地設(shè)定所需的權(quán)系數(shù)或所需的規(guī)則。
文檔編號G06N5/04GK1043213SQ8910909
公開日1990年6月20日 申請日期1989年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月7日
發(fā)明者曾培祥 申請人:阿普托儀器株式會社