Fuzzy Inference System based on Boolean and Kleenean Relations with Convex Combiner
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Universidad Distrital Francisco José de Caldas
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Context: In the design process of Fuzzy Inference Systems based on Boolean and Kleenean Relations (FIS-BKR) there is a dilemma choosing the regular kleenean extensions of a given boolean function. The set of possible kleenean extensions of a boolean function has a lattice structure under the usual partial order of functions. The fuzzy convex combination proposed by Zadeh guarantees some properties related to this order.Method: The addition of a convex combiner just before the defuzzifier offers a solution to the above situation. The ISE (Integral Squared Error) and ITSE (Integral Time-weighted Squared Error) performance indexes were used on an application for tuning a liquid level control system.Results: The tuning process carried out on the FIS-BKR controller with fuzzy convex combiner using constant coefficients, implied an improvement of the controlled system up to 1.427% for ISE index and up to 21.99% for ITSE with respect to the extreme extensions.Conclusions: New evidence of convenient characteristics of FIS-BKR controllers with fuzzy convex combiner was presented when the performance indexes ISE and ITSE were evaluated. On the other hand, although in this work parameter tuning for convex combination was done by grid search (brute force), it would be interesting to study more effective optimization methods for this purpose.
Contexto: En el proceso de diseño de sistemas de control difuso basados en relaciones booleanas o kleeneanas (FIS-BKR, por sus siglas en inglés) existe una clara disyuntiva a la hora de elegir las extensiones kleeneanas regulares de una función booleana dada. El conjunto de posibles extensiones kleeneanas de una función booleana tiene estructura reticular bajo el orden parcial usual de funciones. La combinación convexa difusa propuesta por Zadeh garantiza ciertas propiedades relacionadas con este orden.Método: La adición de un combinador convexo antes del defusificador ofrece una solución a esta situación. Los índices de desempeño ISE (Integral Squared Error) e ITSE (Integral Time-weighted Squared Error) son usados en la sintonización de un sistema de control de nivel de líquido en un tanque cilíndrico.Resultados: El proceso de sintonización llevado a cabo en el controlador de nivel tipo FIS-BKR con combinador convexo difuso usando coeficientes constantes implicó una mejora en la respuesta del sistema controlado de hasta el 1.427% para el ISE y de hasta el 21.99% para el ITSE con respecto al desempeño de las extensiones extremas.Conclusiones: Se presentaron nuevas evidencias de las características favorables de controladores FISBKR con combinador convexo difuso cuando se evaluaron los ´índices de desempeño ISE e ITSE. Por otro lado, teniendo en cuenta que la sintonización de los parámetros de combinación convexa se realizó mediante búsqueda exhaustiva, como trabajo futuro valdría la pena explorar técnicas de optimización más eficientes.
Contexto: En el proceso de diseño de sistemas de control difuso basados en relaciones booleanas o kleeneanas (FIS-BKR, por sus siglas en inglés) existe una clara disyuntiva a la hora de elegir las extensiones kleeneanas regulares de una función booleana dada. El conjunto de posibles extensiones kleeneanas de una función booleana tiene estructura reticular bajo el orden parcial usual de funciones. La combinación convexa difusa propuesta por Zadeh garantiza ciertas propiedades relacionadas con este orden.Método: La adición de un combinador convexo antes del defusificador ofrece una solución a esta situación. Los índices de desempeño ISE (Integral Squared Error) e ITSE (Integral Time-weighted Squared Error) son usados en la sintonización de un sistema de control de nivel de líquido en un tanque cilíndrico.Resultados: El proceso de sintonización llevado a cabo en el controlador de nivel tipo FIS-BKR con combinador convexo difuso usando coeficientes constantes implicó una mejora en la respuesta del sistema controlado de hasta el 1.427% para el ISE y de hasta el 21.99% para el ITSE con respecto al desempeño de las extensiones extremas.Conclusiones: Se presentaron nuevas evidencias de las características favorables de controladores FISBKR con combinador convexo difuso cuando se evaluaron los ´índices de desempeño ISE e ITSE. Por otro lado, teniendo en cuenta que la sintonización de los parámetros de combinación convexa se realizó mediante búsqueda exhaustiva, como trabajo futuro valdría la pena explorar técnicas de optimización más eficientes.
Resumen
Palabras clave
Fuzzy convex combiner, Level control, Fuzzy control, ISE performance index, ITSE performance index, Combinador convexo difuso, Control de nivel, Control difuso, Criterio ISE, Criterio ITSE