Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.9
no.5
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pp.555-565
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1999
The optimal identification algorithm of fuzzy systems is presented for rule-based fuzzy modeling of
nonlinear complex systems. Nonlinear systems are expressed using the identification of structure such as input
variables and fuzzy input subspaces, and parameters of a fuzzy model. In this paper, the rule-based fuzzy
modeling implements system structure and parameter identification using the fuzzy inference methods and
hybrid structure combined with two types of optimization theories for nonlinear systems. Two types of
inference methods of a fuzzy model are the simplified inference and linear inference. The proposed hybrid
optimal identification algorithm is carried out using both a genetic algorithm and the improved complex
method. Here, a genetic algorithm is utilized for determining initial parameters of membership function of
premise fuzzy rules, and the improved complex method which is a powerful auto-tuning algorithm is carried
out to obtain fine parameters of membership function. Accordingly, in order to optimize fuzzy model, we use
the optimal algorithm with a hybrid type for the identification of premise parameters and standard least square
method for the identification of consequence parameters of a fuzzy model. Also, an aggregate performance
index with weighting factor is proposed to achieve a balance between performance results of fuzzy model
produced for the training and testing data. Two numerical examples are used to evaluate the performance of
the proposed model.
A new design methology is proposed to identify the structure and parameters of fuzzy model using PNN and a fuzzy inference method. The PNN is the extended structure of the GMDH(Group Method of Data Handling), and uses several types of polynomials such as linear, quadratic and cubic besides the biquadratic polynomial used in the GMDH. The FPNN(Fuzzy Polynomial Neural Networks) algorithm uses PNN(Polynomial Neural networks) structure and a fuzzy inference method. In the fuzzy inference method, the simplified and regression polynomial inference methods are used. Here a regression polynomial inference is based on consequence of fuzzy rules with a polynomial equations such as linear, quadratic and cubic equation. Each node of the FPNN is defined as fuzzy rules and its structure is a kind of neuro-fuzzy architecture. In this paper, we will consider a model that combines the advantage of both FPNN and PNN. Also we use the training and testing data set to obtain a balance between the approximation and generalization of process model. Several numerical examples are used to evaluate the performance of the our proposed model.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.1
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pp.35-41
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2000
This paper describes the design of fuzzy digital PID controller using a simplified indirect inference method. First, the fuzzy digital PID controller is derived from the conventional continuous-time linear digital PID controller,. Then the fuzzification, control-rule base, and defuzzification using SIM in the design of the fuzzy controller are discussed in detail. The resulting controller is a discrete-time fuzzy version of the conventional PID controller, which has the same linear structure, but are nonlinear functions of the input signals. The proposed controller enhances the self-tuning control capability, particularly when the process to be controlled is nonlinear. When the SIIM is applied the fuzzy inference results can be calculated with splitting fuzzy variables into each action component and are determined as the functional form of corresponding variables. So the proposed method has the capability of the high speed inference and adapting with increasing the number of the fuzzy input variables easily. Computer simulation results have demonstrated that the proposed method provides better control performance than the one proposed by D. Misir et al.
In this paper, we propose design a Multi-Fuzzy Inference model structure. In order to determine structure of the proposed Multi-Fuzzy Inference model, HCM clustering method is used. The parameters of membership function of the Multi-Fuzzy are identified by genetic algorithms. A aggregate performance index with a weighting factor is used to achieve a sound balance between approximation and generalization abilities of the model. We use simplified inference and linear inference as inference method of the proposed Multi-Fuzzy model and the standard least square method for estimating consequence parameters of the Multi-Fuzzy. Finally, we use some of numerical data to evaluate the proposed Multi-Fuzzy model and discuss about the usefulness.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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1993.06a
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pp.975-976
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1993
This talk presents the overview of the author's research and development activities on fuzzy inference hardware. We involved it with two distinct approaches. The first approach is to use application specific integrated circuits (ASIC) technology. The fuzzy inference method is directly implemented in silicon. The second approach, which is in its preliminary stage, is to use more conventional microprocessor architecture. Here, we use a quantitative technique used by designer of reduced instruction set computer (RISC) to modify an architecture of a microprocessor. In the ASIC approach, we implemented the most widely used fuzzy inference mechanism directly on silicon. The mechanism is beaded on a max-min compositional rule of inference, and Mandami's method of fuzzy implication. The two VLSI fuzzy inference chips are designed, fabricated, and fully tested. Both used a full-custom CMOS technology. The second and more claborate chip was designed at the University of North Carolina(U C) in cooperation with MCNC. Both VLSI chips had muliple datapaths for rule digital fuzzy inference chips had multiple datapaths for rule evaluation, and they executed multiple fuzzy if-then rules in parallel. The AT & T chip is the first digital fuzzy inference chip in the world. It ran with a 20 MHz clock cycle and achieved an approximately 80.000 Fuzzy Logical inferences Per Second (FLIPS). It stored and executed 16 fuzzy if-then rules. Since it was designed as a proof of concept prototype chip, it had minimal amount of peripheral logic for system integration. UNC/MCNC chip consists of 688,131 transistors of which 476,160 are used for RAM memory. It ran with a 10 MHz clock cycle. The chip has a 3-staged pipeline and initiates a computation of new inference every 64 cycle. This chip achieved an approximately 160,000 FLIPS. The new architecture have the following important improvements from the AT & T chip: Programmable rule set memory (RAM). On-chip fuzzification operation by a table lookup method. On-chip defuzzification operation by a centroid method. Reconfigurable architecture for processing two rule formats. RAM/datapath redundancy for higher yield It can store and execute 51 if-then rule of the following format: IF A and B and C and D Then Do E, and Then Do F. With this format, the chip takes four inputs and produces two outputs. By software reconfiguration, it can store and execute 102 if-then rules of the following simpler format using the same datapath: IF A and B Then Do E. With this format the chip takes two inputs and produces one outputs. We have built two VME-bus board systems based on this chip for Oak Ridge National Laboratory (ORNL). The board is now installed in a robot at ORNL. Researchers uses this board for experiment in autonomous robot navigation. The Fuzzy Logic system board places the Fuzzy chip into a VMEbus environment. High level C language functions hide the operational details of the board from the applications programme . The programmer treats rule memories and fuzzification function memories as local structures passed as parameters to the C functions. ASIC fuzzy inference hardware is extremely fast, but they are limited in generality. Many aspects of the design are limited or fixed. We have proposed to designing a are limited or fixed. We have proposed to designing a fuzzy information processor as an application specific processor using a quantitative approach. The quantitative approach was developed by RISC designers. In effect, we are interested in evaluating the effectiveness of a specialized RISC processor for fuzzy information processing. As the first step, we measured the possible speed-up of a fuzzy inference program based on if-then rules by an introduction of specialized instructions, i.e., min and max instructions. The minimum and maximum operations are heavily used in fuzzy logic applications as fuzzy intersection and union. We performed measurements using a MIPS R3000 as a base micropro essor. The initial result is encouraging. We can achieve as high as a 2.5 increase in inference speed if the R3000 had min and max instructions. Also, they are useful for speeding up other fuzzy operations such as bounded product and bounded sum. The embedded processor's main task is to control some device or process. It usually runs a single or a embedded processer to create an embedded processor for fuzzy control is very effective. Table I shows the measured speed of the inference by a MIPS R3000 microprocessor, a fictitious MIPS R3000 microprocessor with min and max instructions, and a UNC/MCNC ASIC fuzzy inference chip. The software that used on microprocessors is a simulator of the ASIC chip. The first row is the computation time in seconds of 6000 inferences using 51 rules where each fuzzy set is represented by an array of 64 elements. The second row is the time required to perform a single inference. The last row is the fuzzy logical inferences per second (FLIPS) measured for ach device. There is a large gap in run time between the ASIC and software approaches even if we resort to a specialized fuzzy microprocessor. As for design time and cost, these two approaches represent two extremes. An ASIC approach is extremely expensive. It is, therefore, an important research topic to design a specialized computing architecture for fuzzy applications that falls between these two extremes both in run time and design time/cost. TABLEI INFERENCE TIME BY 51 RULES {{{{Time }}{{MIPS R3000 }}{{ASIC }}{{Regular }}{{With min/mix }}{{6000 inference 1 inference FLIPS }}{{125s 20.8ms 48 }}{{49s 8.2ms 122 }}{{0.0038s 6.4㎲ 156,250 }} }}
Kim, Sung-Ho;Kim, Jung-Soo;Park, Tae-Hong;Lee, Jong-Ryeol;Park, Gwi-Tae
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.48
no.10
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pp.1272-1278
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1999
A fault is considered as a variation of physical parameters; therefore the design of fault detection and identification(FDI) can be reduced to the parameter identification of a non linear system and to the association of the set of the estimated parameters with the mode of faults. Neuro-Fuzzy Inference System which contains multiple linear models as consequent part is used to model nonlinear systems. Generally, the linear parameters in neuro-fuzzy inference system can be effectively utilized to fault diagnosis. In this paper, we proposes an FDI system for nonlinear systems using neuro-fuzzy inference system. The proposed diagnostic system consists of two neuro-fuzzy inference systems which operate in two different modes (parallel and series-parallel mode). It generates the parameter residuals associated with each modes of faults which can be further processed by additional RBF (Radial Basis Function) network to identify the faults. The proposed FDI scheme has been tested by simulation on two-tank system.
This paper presents models of fuzzy inference systems that can be built from a set of input-output training data pairs through hybrid structure-parameter learning. Fuzzy inference systems has the difficulty of parameter learning. Here we develop a coding format to determine a fuzzy neural network(FNN) model by chromosome in a genetic algorithm(GA) and present systematic approach to identify the parameters and structure of FNN. The proposed FNN can automatically identify the fuzzy rules and tune the membership functions by modifying the connection weights of the networks using the GA and the back-propagation learning algorithm. In order to show effectiveness of it we simulate and compare with conventional methods.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2008.10a
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pp.175-178
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2008
Z. Cao had proposed NFRM(new fuzzy reasoning method) which infers in detail using relation matrix. In spite of the small inference rules, it shows good performance than mamdani's fuzzy inference method. But the most of fuzzy systems are difficult to make fuzzy inference rules in the case of MIMO system. The past days, We had proposed the MIMO fuzzy inference which had extended a Z. Cao's fuzzy inference to handle MIMO system. But many times and effort needed to determine the relation matrix elements of MIMO fuzzy inference by heuristic and trial and error method in order to improve inference performances. In this paper, we propose a MIMO fuzzy inference method with the learning ability witch is used a gradient descent method in order to improve the performances. Through the computer simulation studies for the inverse kinematics problem of 2-axis robot, we show that proposed inference method using a gradient descent method has good performances.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.13
no.3
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pp.505-513
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2009
Z. Cao had proposed NFRM(new fuzzy reasoning method) which infers in detail using relation matrix. In spite of the small inference rules, it shows good performance than mamdani's fuzzy inference method. But the most of fuzzy systems are difficult to make fuzzy inference rules in the case of MIMO system. The past days, We had proposed the MIMO fuzzy inference which had extended a Z. Cao's fuzzy inference to handle MIMO system. But many times and effort needed to determine the relation matrix elements of MIMO fuzzy inference by heuristic and trial and error method in order to improve inference performances. In this paper, we propose a MIMO fuzzy inference method with the learning ability witch is used a gradient descent method in order to improve the performances. Through the computer simulation studies for the inverse kinematics problem of 2-axis robot, we show that proposed inference method using a gradient descent method has good performances.
This paper describes the arousal measurement and the control system using fuzzy logic to prevent drowsy driving. Sugeno's method was used for fuzzy inference in this study. Membership function and rule base were determined form the modfied arousal level criteria. The output of fuzzy inference tracked well the change of subject's arousal level. When IRI(Inter-SIR interval) was under the 60sec, maximum output of three step warning method was medium sound, but that of fuzzy logic system was changed from medium to big. Furthermore, the output of the fuzzy inference was highly correlated with $N_{z}$(r=0.99). Therefore, the fuzzy inference method for evaluation and the control of arousal will be more effective at real driving sityation than three step warning method.ning method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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