به گزارش پایگاه خبری کلام قلم، منطق فازی، برای نخستین بار توسط پروفسور لطفی‌زاده با نام کامل پروفسور لطفیعلی عسگرزاده و در دنیا معروف به زاده، مطرح شد؛ به‌علت مخالفت‌های محققان با ریاضیات فازی که از اساس با ریاضیات کلاسیک متفاوت بود، منطق فازی، عملا کار اثبات و شکل‌گیری خود را از صنعت آغاز کرد، […]
به گزارش پایگاه خبری کلام قلم، منطق فازی، برای نخستین بار توسط پروفسور لطفی‌زاده با نام کامل پروفسور لطفیعلی عسگرزاده و در دنیا معروف به زاده، مطرح شد؛ به‌علت مخالفت‌های محققان با ریاضیات فازی که از اساس با ریاضیات کلاسیک متفاوت بود، منطق فازی، عملا کار اثبات و شکل‌گیری خود را از صنعت آغاز کرد، نه از دانشگاه؛ این‌گونه نبود که ابتدا تئوری‌های این منطق توسط عموم محققان پذیرفته شود و سپس کاربردهای خود را در صنعت نشان دهد؛ بلکه در این مورد، دقیقا برعکس بسیاری از علوم اتفاق افتاد؛ منطق فازی در واقع به‌دلیل کاربردهایی که در صنایع مختلف از آن دیده شد، مورد پذیرش واقع شد. دهه۱۹۷۰ رخدادی بزرگ صورت گرفت که آن، تولد کنترل‌کننده‌های فازی برای سیستم‌های واقعی بود؛ در سال ۱۹۷۳ پروفسور لطفی‌زاده، مقاله‌ای تحت‌عنوان ”طرح یک راه‌حل جدید برای تجزیه و تحلیل سیستم‌های پیچیده و فرآیندهای تصمیم‌گیری” منتشر نمود، که این مقاله، اساس کنترل فازی را پایه‌گذاری کرد؛ در سال ۱۹۷۵، ممدانی و آسیلیان، چارچوب اولیه‌ای را برای کنترل‌کننده‌های فازی مشخص کردند و کنترل‌کننده فازی را به یک موتور بخار اعمال نمودند؛ در سال۱۹۷۶ هومبلاد و اوسترگارد، اولین کنترل‌کننده فازی را برای یک فرآیند صنعتی کامل (کنترل فازی کوره سیمان) به‌کار بردند؛ در دهه ۱۹۸۰ نیز چندین کاربرد صنعتی مهم از منطق فازی در ژاپن رویت شد و محققان ژاپنی دریافتند که کنترل‌کننده‌های فازی به‌سهولت قابل طراحی بوده و از آن‌ها در زمینه‌های مختلفی می‌توان استفاده نمود؛ ژاپنی‌ها در دهه ۱۹۸۰ در سیستم‌هایی همچون کنترل تصفیه آب فوجی، برخی ربات‌ها همچون ربات پینگ‌پنگ‌باز، فرآیند پارک خودکار اتومبیل، قطار زیرزمینی سندایی، پاندول معکوس و … منطق فازی را به‌کار بردند و قابلیت پیاده‌سازی این منطق را به جهانیان اثبات نمودند؛ در دهه ۱۹۹۰ نیز ژاپنی‌ها در دستگاه ماشین لباس‌شویی اتوماتیک، جاروبرقی اتوماتیک و دوربین‌های فیلم‌برداری، منطق فازی را پیاده کردند و به توسعه سیستم‌های کنترل فازی کمک شایانی کردند که تلاش‌های آن‌ها کماکان نیز ادامه دارد؛ بنابراین برخی از اولین دستگاه‌های ساخته بر اساس منطق فازی، عبارتند از: ماشین لباس‌شویی، چرخ خیاطی، جاروبرقی، پلوپز برقی، مترو سندایی در ژاپن، انواعی از ربات‌ها، دوربین‌های فیلم‌برداری، کاربردها در صنایع اتومبیل‌سازی و ….
کنترل فازی، در واقع یک روش کنترلی بر اساس منطق فازی است؛ روش‌های کنترلی مختلف را می‌توان مبتنی‌بر منطق فازی پیادهکرد؛ در حقیقت اگر منطق فازی را به‌طور ساده ”محاسبه با کلمات و عبارات به‌جای اعداد” بنامیم، کنترل فازی را می‌توان ”کنترل با جملات به‌جای معادلات” نامید.
کنترل‌کننده‌های فازی، شامل یک سری قواعد هستند؛ مثلا برای یک کنترل‌کننده فازی می‌توان چنین قواعدی را متصور شد:
١. اگر خطا منفی بود و مشتق خطا منفی بود، آنگاه خروجی، خیلی منفی باشد.
٢. اگر خطا منفی بود و مشتق خطا صفر بود، آنگاه خروجی، کمی منفی باشد.
و قواعدی از این دست.
به مجموعه قواعد کنترل‌کننده‌های فازی، “پایگاه قواعد” گویند؛ قواعد به شکل آشنای ” اگر …، آنگاه …” می‌باشند. با مجموعه قواعدی نظیر موارد فوق، کامپیوتر قادر خواهد بود با در نظر گرفتن خطا و مشتق خطا، برنامه مربوطه را اجرا کرده و سیگنال کنترلی (خروجی کنترل‌کننده) را محاسبه کند؛ سیگنال کنترلی نیز به سیستم تحت کنترل اِعمال شده و خروجی سیستم اندازه‌گیری شده و توسط سنسورها گرفته شده و به‌عنوان دیتای جدید پس از بررسی و یا تفاضل از مقدار سیگنال مرجع، به کنترل‌گر داده می‌شود. این نوع کنترل را می‌توان اجرای عمل کنترل توسط یک اپراتور دانست؛ یک اپراتور با زیر نظر گرفتن رفتار سیستم (ورودی به اپراتور) و طبق تجربیات و دانسته‌های خود (پایگاه قواعد)، یک فرمان کنترلی (خروجی) می‌دهد یا پارامترهای یک کنترل‌کننده را تنظیم می‌نماید. برای طراحی با منطق فازی، روش‌هایی مانند مکان هندسی ریشه‌ها، طراحی بر اساس پاسخ فرکانسی، جابجایی قطب‌ها و … وجود ندارد.
طراحی کنترل‌کننده‌های فازی، در صنایع مختلف کاربرد زیادی دارد؛ کنترل فازی، برای حل مسائل دنیای واقعی، توسعه یافته است؛ منطق فازی، تنظیم فازی، مدلینگ فازی، متدهای کنترل فازی و … تماما شکل گرفته توسط انسان بوده و به‌طور موضوعی توسط احساس انسانی معرفی می‌شوند؛ اگر تعبیر فازی صحیح باشد و ریاضیاتِ تئوری فازی عمل کنند، آن‌وقت است که فرد می‌تواند قابلیت حل مشکلات دنیای واقعی را پس از کامل شدن عملکرد فازی در محیط فازی داشته باشد و سپس آن را به دنیای اصلی خود یعنی فضای غیر فازی برگرداند و این همان چیزی است که تحت عبارت “فازی کردن، فازی عمل کردن، غیر فازی کردن” مطرح می‌شود.
از مزایای کنترل فازی، این است که ساختار سیستم‌های منطق فازی، ساده و قابل درک است؛ همچنین منطق فازی امروزه در مقیاس تجاری و آزمایشگاهی، بسیار به‌کار گرفته می‌شود؛ از طرفی کنترل بهتر و موثرتر ماشین‌ها و صرفه‌جویی در هزینه‌ها را با استفاده از منطق فازی می‌توان امکان‌پذیر کرد؛ ممکن است به منطق فازی به‌دلیل نادقیق بودن نتایج حاصل، خرده گرفته شود، ولی به‌علت قابل قبول بودن نتایج حاصل شده، می‌توان آن را با اطمینان استفاده کرد، مخصوصا اگر با ورودی‌های نادقیقوعدم قطعیت‌ها مواجه باشیم؛ همچنین در زمینه کنترل می‌توان بر اساس منطق فازی، برنامه‌ریزی را به شکلی انجام داد که با از کار افتادن سنسورها، فرآیند تولید متوقف نشود؛ به این ترتیب در همین زمینه، افزایش کارایی سیستم‌ها با منطق فازی، امکان‌پذیر است؛ به‌طوری‌که با استفاده از حسگر‌های ارزان‌قیمت، فرآیند کنترل سیستم، به‌خوبی و با هزینه کم صورت می‌پذیرد؛ شاید هم بتوان بهترین دلیل استفاده از منطق فازی در سیستم‌ها را حل مسائل پیچیده با راه‌حل‌های موثرتر و ساده‌تر تلقی نمود.
در خصوص معایب سیستم‌های منطق فازی، از آنجایی که بر اساس قوانین از پیش‌تعیین شده، فرآیند تصمیم‌سازی بر مبنای منطق فازی صورت می‌گیرد، اگر این قوانین دچار نقص یا اشکال باشند، ممکن است نتایج اصلا قابل قبول نباشند؛ انتخاب تابع عضویت و قوانین پایه، از مشکل‌ترین بخش‌های ایجاد سیستم‌های فازی است؛ از طرفی پیاده‌سازی منطق فازی در سخت‌افزار‌های رایج، احتیاج به آزمایش‌های متعدد و زمان‌بر دارد؛ متاسفانه کارایی منطق فازی در بازشناسی الگو، نسبت به شبکه عصبی در یادگیری ماشین، کمتر است؛ به همین علت در علم داده (Data Science) به آن کمتر پرداخته می‌شود.
در کل، کاربردهای سیستم‌های فازی در صنعت، ثابت شده است و به‌هیچ‌وجه امکان انکار قابلیت‌های عملیاتی و کاربردی این روش کنترلی، وجود ندارد.
نویسنده: مهندس علیرضا محمودی‌فرد-پژوهشگر و مدرس دانشگاه‌ها
