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簡析模糊傳感器

作者:歐德電氣網 2019-10-08 10:14閱讀:68


一、導言
 
模糊的
 
傳感器是20世紀80年代末出現的一個術語,隨著模糊理論技術的發展,模糊傳感器也受到了國內外學者的廣泛關注。模糊傳感器是在經典傳感器數值測量的基礎上,通過模糊推理和知識的集成,以自然語言符號的形式輸出測量結果的智能傳感器。一般來說,模糊傳感器是基于數值的,它可以生成和處理與測量相關的符號信息。
 
二.模糊傳感器的研究意義
 
傳統的傳感器是將測量數據映射到實數集的數字傳感器,用數值符號描述測量狀態,即對被測物體進行定量描述。該方法既精確又嚴謹,也能給出許多定量的算術表達式。然而,隨著測量領域的不斷擴展和深化,由于測量對象的多維性,分析問題的復雜性或直接獲取和存儲信息的難度,僅進行簡單的數值測量,并用數字符號描述測量結果是非常不足的。例如:
 
(1)有些信息很難用數字符號來描述。例如,在產品質量評價中,人們往往使用“優”、“次優”、“合格”、“不合格”。它也可以用數字1,2,3,4來描述。但是這里的數字失去了通常測量值的意義。它只是一個符號,不能代表被測實體的具體特征。
 
(2)許多數值測量難以理解。比如,在測量人體血壓時,人們更關心老年人的血壓是否正常,年輕人的血壓是否偏高。但是,測量數據不能被普通人理解,不能滿足人們的需求。
 
因此,需要補充新的測量理論和方法。為了滿足人類生活、生產和科學實踐的需要,提出了模糊傳感器。
 
三。模糊傳感器的理論基礎
 
1。符號表示原理。
 
模糊語言是人類的一種表達語言,因為人們對自然事物的理解具有一定的模糊性,利用模糊符號表達信息具有簡單、方便、易于進行高級邏輯推理的優點。模糊符號表示是利用模糊數學的理論和方法和專門的技術工具,用模糊語言符號描述測量信息的過程,它適合于人們的模糊概念。符號是信息的載體,是對對象或事件狀態的描述。它定義實體的特征屬性或實體之間的關系。設Q是一個數值域,是一個語言域。在各自的領域中有幾個元素齊和Si,它們表達如下:
 
q=q1,q2,…”氣<q(1)
 
S=s1,s2,…”si<s(2)
 
同時,在域q和域s上分別定義了一組關系族。
 
r=r1,r2,…,rn>ri q×q×…*問題(3)
 
p=p1*p2*pi s s s x s*pn pi s*s(4)
 
和定義:d=”q,r”,l=”s,p”
 
其中,d-對象關系系統描述了數值域中的元素及其關系。
 
符號關系系統,描述符號域的元素及其相互關系。
 
有兩個映射m和f,m:q s,所以si=m(qi),f:r p,所以pi=f(ri)成立,而m q*s和(qi,si)m,那么si是qi的符號。si的意義是氣從數值域向語言域的投射。對于氣的每次測量,符號si變成氣的描述。系統原理如圖1所示。
 
如果f映射是一對一映射,m映射是同態映射,則必須有一個逆映射:f-1(pi)=ri,m-1(si)=qi。m地圖可以是“一對一”或“多對一”地圖。在后一種情況下,由m-1在符號域中映射的符號不對應于點,而是對應于數值域中的“子域”。因此,模糊符號表示具有一定的局限性,即在不同的度量結構下,同一度量子集的元素對應不同的符號;或者在同一度量結構下,度量子集的某些元素同時對應不同的符號。基于多值邏輯理論的多值符號測量可以彌補這一缺陷。其基本思想是:在實體度量集中,根據實體特征的不同表示程度,度量子集q中的元素可以根據特征的最大隸屬度劃分為一個子集,而忽略了其他特征的性能。因此,只要實體集被測量集上的多個特征恰當地表示出來,使得它與測量集中的元素相對應,q就可以被劃分為有限的含義。語義相關也表示不同的子集{qi},映射每個qi符號,實現實體集的多值符號度量。
 
2、多級映射原理
 
盡管符號具有邏輯表達層次高、易于理解、易于人的經驗和知識的整合、冗余度大等特點,但與數字測量的無限可分性相比,符號測量的細節描述程度和范圍還不夠。尤其是通過符號到數值的轉換來實現定量測量。多級映射原理可以在實現數值到符號和符號對的轉換的同時,擴展符號表示的精度和范圍。
 
多級映射的基本功能是實現數值到符號的轉換和符號到數值的轉換。其原理如圖2所示,其信息傳輸分為兩種情況:
 
首先進行數值到符號的轉換,通過映射m的第一級m1將數值域q中的元素qi映射到符號域s的子集si,如果子集si的描述不夠詳細,則可以進行第二級映射m2,映射m2將qi映射到二級子集sij。經過多個層次的映射,可以得到描述氣的信息的符號sy。
 
其次,是符號向價值的轉換。數值qj是由多級映射得到的符號sy映射m-1得到的。
 
因此,可以根據需要確定多級映射序列。另一方面,映射級數的個數取決于每個層次中包含的概念(元素)的個數,每個層次中的概念個數需要的映射級數較少。如果將多尺度映射應用于包括數值輸出的模糊傳感器的研究中,則映射序列與傳感器變換的非線性誤差有關,并且映射序列應該由給定的測量不確定度來確定。
 
四。模糊傳感器的結構與實現方法
 
1。模糊傳感器的結構
 
模糊傳感器的簡化結構圖如圖3所示。由此可見,模糊傳感器主要由傳統的數字測量單元和數字符號轉換單元組成。其核心部分是數字符號轉換單元。然而,數值模糊化在符號轉換單元中的符號轉換必須在專家的指導下進行。
 
2.模糊傳感器的實現方法
 
綜上所述,模糊傳感器的實現是尋找測量值與模糊語言之間的轉換方法,即數值的模糊化,從而生成相應的語言概念。所謂的語言概念生成是將模糊語言映射定義為數值域與語言域之間的模糊關系,從而將數值域中的數值映射到符號域,從而實現模糊傳感器的功能。這里的語言值由模糊集合表示,模糊集合由宇宙和隸屬函數組成。因此,模糊語言的映射是在與相應語言概念相對應的數值域中獲得模糊隸屬函數。如何實現模糊傳感器的概念是實現模糊傳感器的關鍵。目前,實現模糊傳感器功能的方法有很多種。
 
國外學者對模糊傳感器的實現方法進行了探討。這里簡要介紹了幾種方法。
 
FuulLy算法簡介:模糊傳感器設計的本質是模糊變換算法的設計,即參考集的選擇和模糊量化。首先,根據專家或技術工人的知識和經驗,在相應的測量領域中獲得一階數值/語言轉換策略,然后利用模糊推理方法獲得相應的隸屬函數。fouloy提出了一種基于語義關系的概念生成方法。首先,根據域的含義定義了一個泛型概念,它對應于數值域中域的主要區間。然后在此基礎上定義新的概念,生成其他語義值及其意義。新的概念在語言校正器中自動生成。fouloy還提出了一種基于插值已知點集的模糊狀態傳感器。在測量空間笛卡爾積上用Delaunay三角剖分法構造每個學習點,用三角化方法建立與過程狀態相關的符號的模糊意義。
 
Benoit E等人討論了在使用符號信息時,符號語義與特定任務環境中的測量信息之間的關系。他們認為,模糊傳感器必須根據測量關系構造,并且應該是可重構的,以適應不同的測量關系。將基本概念作為先驗信息提供給傳感器,其他概念由操作自動生成。該方法保留了概念間的相對語義,但不能保證度量關系的符號描述的一致性。因此,必須考慮環境修正測量關系的問題。提出了一種基于定性學習和復合調節解釋的函數方法來修正測量關系。提出了一種基于三角空間線性插值的模糊分割方法,該方法可用于多分量測量的模糊傳感器的構建。
 
Stipiner D.等人。認為模糊傳感器是一種智能測量裝置,它由簡單的傳感器和推理機組成,并將測量轉換成適合人類感知和理解的信號。由于知識庫存儲了豐富的專家知識和經驗,它可以通過簡單而廉價的傳感器來測量相當復雜的現象。
 
五。模糊傳感器的應用

目前,模糊傳感器已被廣泛應用,并已進入尋常百姓,比如在洗布機檢測,液位檢測,檢測水的濁度,電水壺,食欲檢測,模糊手機充電器的量模糊控制的家園。此外,模糊距離傳感器,溫度傳感器,模糊,模糊也是國外專家已經開發彩色傳感器的結果。隨著技術,融合的科學分支的發展,模糊傳感器也被應用到神經網絡和模式識別系統。
 
六、結語
 
模糊傳感器的出現不僅拓寬了經典的測量學科,而且使測量科學向人類發展。
 
 

關鍵詞: 模糊傳感器

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