To improve limitations of fuzzy PI controllers especially when applied to systems of order higher than one, we propose a fuzzy PI controller that takes out appropriate amounts of accumulated control input according to fuzzily described situations in addition to the calculation of incremental control input as in the case of conventional fuzzy PI controllers. The structure of the proposed controller was motivated by the characteristics of fuzzy PI controller that it generally gives inevitable overshoot when one tries to reduce rise time of the response especially when a system of order higher than one is under consideration. Since the undesirable characteristics of the fuzzy PI controller is caused by integrator of the controller, even though the integrator is introduced to overcome steady state error of response, we propose a controller that fuzzily clears out integrated quantities according to situation to give reduced rise time as well as small overshoots. To show the usefulness of the proposed controller, it is applied in simulations to such systems as are difficult to stabilize or difficult to get satisfactory responses by conventional fuzzy PI controllers.
A design method of a T-S fuzzy model based reduced order nonlinear unknown input observer(NUIO) is presented. The fuzzy NUIO is designed based on the parallel distributed compensation(PDC) concept. It consists of a number of the linear UIOs, each of which is designed for each local linear model in the T-S fuzzy model of a class of nonlinear systems. The fuzzy NUIO provides not only the state estimates insensitive to the unknown inputs, for example, disturbances and faults etc., but also the estimates of the unknown inputs. Therefore, It can be employed in the state feedback control and disturbance rejection control of a class of nonlinear systems with unknown disturbances. It also applied to the robust residual generation for the fault detection and isolation systems and to the design of fault tolerant control systems. As an example, the NUIO is applied to an inverted pendulum system to show the state and disturbance estimation performance and to illustrate the fuzzy reduced order NUIO design method.
This paper presents an efficient models for reinforeced concrete structures using CART-ANFIS(classification and regression tree-adaptive neuro fuzzy inference system). a fuzzy decision tree parttitions the input space of a data set into mutually exclusive regions, each of which is assigned a label, a value, or an action to characterize its data points. Fuzzy decision trees used for classification problems are often called fuzzy classification trees, and each terminal node contains a label that indicates the predicted class of a given feature vector. In the same vein, decision trees used for regression problems are often called fuzzy regression trees, and the terminal node labels may be constants or equations that specify the Predicted output value of a given input vector. Note that CART can select relevant inputs and do tree partitioning of the input space, while ANFIS refines the regression and makes it everywhere continuous and smooth. Thus it can be seen that CART and ANFIS are complementary and their combination constitutes a solid approach to fuzzy modeling.
In this paper, we propose a two-input two-output fuzzy controller to improve the performance of transient response and to eliminate the steady state error. The outputs of this controller are the control input calculated by position-type fuzzy controller and the accumulated error scaling factor. Here, the accumulated error scaling factor is adjusted on-line by fuzzy rules according to the current trend of the controlled process. To show the usefulness of the proposed controller, it is applied to several systems that are difficult to get satisfactory response by conventional PD controllers or PI controllers.
In this paper, we introduce a new Fuzzy Polynomial Neural Networks (FPNNS)-like structure whose neuron is based on the Fuzzy Set-based Fuzzy Inference System (FS-FIS) and is different from that of FPNNS based on the Fuzzy relation-based Fuzzy Inference System (FR-FIS) and discuss the ability of the new FPNNS-like structure named Fuzzy Set-based Polynomial Neural Networks (FSPNN). The premise parts of their fuzzy rules are not identical, while the consequent parts of the both Networks (such as FPNN and FSPNN) are identical. This difference results from the angle of a viewpoint of partition of input space of system. In other word, from a point of view of FS-FIS, the input variables are mutually independent under input space of system, while from a viewpoint of FR-FIS they are related each other. The proposed design procedure for networks architecture involves the selection of appropriate nodes with specific local characteristics such as the number of input variables, the order of the polynomial that is constant, linear, quadratic, or modified quadratic functions being viewed as the consequent part of fuzzy rules, and a collection of the specific subset of input variables. On the parameter optimization phase, we adopt Information Granulation (IC) based on HCM clustering algorithm and a standard least square method-based learning. Through the consecutive process of such structural and parametric optimization, an optimized and flexible fuzzy neural network is generated in a dynamic fashion. To evaluate the performance of the genetically optimized FSPNN (gFSPNN), the model is experimented with using the time series dataset of gas furnace process.
This paper proposes a robust adaptive fuzzy backstepping control scheme for trajectory tracking of an electrically driven nonholonomic mobile robot with uncertainties and actuator dynamics. A complete model of an electrically driven nonholonomic mobile robot described in this work includes all models of the uncertain robot kinematics with a nonholonomic constraint, the uncertain robot body dynamics with uncertain frictions and unmodeled disturbances, and the uncertain actuator dynamics with disturbances. The proposed control scheme uses the backstepping control approach through a kinematic controller and a robust adaptive fuzzy velocity tracking controller. The presented control scheme has a voltage control input with an auxiliary current control input rather than a torque control input. It has two FBFNs(Fuzzy Basis Function Networks) to approximate two unknown nonlinear robot dynamic functions and a robust adaptive control input with the proposed adaptive laws to overcome the uncertainties such as parameter uncertainties and external disturbances. The proposed control scheme does not a priori require the accurate knowledge of all parameters in the robot kinematics, robot dynamics and actuator dynamics. It can also alleviate the chattering of the control input. Using the Lyapunov stability theory, the stability of the closed-loop robot control system is guaranteed. Simulation results show the validity and robustness of the proposed control scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제12권3호
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pp.1205-1223
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2018
Image enhancement is an emerging method for analyzing the images clearer for interpretation and analysis in the spatial domain. The goal of image enhancement is to serve an input image so that the resultant image is more suited to the particular application. In this paper, a novel method is proposed based on Mamdani fuzzy inference system (FIS) using multiple fuzzy membership functions. It is observed that the shape of membership function while converting the input image into the fuzzy domain is the essential important selection. Then, a set of fuzzy If-Then rule base in fuzzy domain gives the best result in image contrast enhancement. Based on a different combination of membership function shapes, a best predictive solution can be determined which can be suitable for different types of the input image as per application requirements. Our result analysis shows that the quality attributes such as PSNR, Index of Fuzziness (IOF) parameters give different performances with a selection of numbers and different sized membership function in the fuzzy domain. To get more insight, an optimization algorithm is proposed to identify the best combination of the fuzzy membership function for best image contrast enhancement.
The paper concerns the successive optimization for structure and parameters of fuzzy inference systems that is based on parallel Genetic Algorithms (PGA) and information data granulation (IG). PGA is multi, population based genetic algorithms, and it is used tu optimize structure and parameters of fuzzy model simultaneously, The granulation is realized with the aid of the C-means clustering. The concept of information granulation was applied to the fuzzy model in order to enhance the abilities of structural optimization. By doing that, we divide the input space to form the premise part of the fuzzy rules and the consequence part of each fuzzy rule is newly' organized based on center points of data group extracted by the C-Means clustering, It concerns the fuzzy model related parameters such as the number of input variables to be used in fuzzy model. a collection of specific subset of input variables, the number of membership functions according to used variables, and the polynomial type of the consequence part of fuzzy rules, The simultaneous optimization mechanism is explored. It can find optimal values related to structure and parameter of fuzzy model via PGA, the C-means clustering and standard least square method at once. A comparative analysis demonstrates that the Dnmosed algorithm is superior to the conventional methods.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제6권6호
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pp.928-938
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2008
This study presents an approach for approximation an unknown function from a numerical data set based on the synthesis of a neuro-fuzzy model. An adaptive input data space parting method, which is used for building hyperbox-shaped clusters in the input data space, is proposed. Each data cluster is implemented here as a fuzzy set using a membership function MF with a hyperbox core that is constructed from a min vertex and a max vertex. The focus of interest in proposed approach is to increase degree of fit between characteristics of the given numerical data set and the established fuzzy sets used to approximate it. A new cutting procedure, named NCP, is proposed. The NCP is an adaptive cutting procedure using a pure function $\Psi$ and a penalty function $\tau$ for direction the input data space parting process. New algorithms named CSHL, HLM1 and HLM2 are presented. The first new algorithm, CSHL, built based on the cutting procedure NCP, is used to create hyperbox-shaped data clusters. The second and the third algorithm are used to establish adaptive neuro- fuzzy inference systems. A series of numerical experiments are performed to assess the efficiency of the proposed approach.
퍼지모델링은 일반적으로 주어진 데이터를 이용하고 퍼지규칙은 입력변수를 선정하고 각 입력변수에 대한 입력공간을 분할함으로써 입력변수 및 공간분할에 의해 확립된다. 퍼지규칙의 전반부는 입력변수, 공간분할 수 및 소속 함수를 선정하고 본 논문에서 후반부는 선형추론 및 변형된 이차식에 의해 다항식함수의 형태로 나타낸다. 전반부 파라미터의 동정은 입출력 데이터의 최소값과 최대값을 이용하는 최소-최대 방법 및 입출력 데이터를 군집으로 형성하는 C-Means 클러스터링 알고리즘을 사용하여 입력공간을 분할한다. 각 규칙의 후반부 파라미터들, 즉 다항식의 계수들의 동정은 표준최소자승법에 의해 수행된다. 본 논문에서 전반부 소속 함수는 사다리꼴형 멤버쉽 함수를 사용하여 입력공간을 분할하고 비선형공정에서 널리 이용되는 가스로데이터를 사용하여 성능을 평가한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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