سیستم های فازی امروزه در طیف وسیعی از علوم و فنون کاربرد پیدا کرده اند، از کنترل پردازش سیگنال، ارتباطات ساخت مدارهای مجتمع و سیستم های خبره گرفته تا بازرگانی، پزشکی، دانش اجتماعی و … با این حال به عنوان یکی از مهمترین کاربردهای آن حل مسائل و مشکلات کنترل را می توان بیان کرد. بنابراین، خود را بر روی تعدادی از مسائل کنترل که سیستم های فازی نقش عمده ای را در آن بازی می کنند، متمرکز می نماییم. سیستم های فازی را همانطور که در شکلهای (3-6) و (3-7) نشان داده شده، می توان به عنوان کنترل کننده حلقه باز و یا کنترل کننده حلقه بسته مورد استفاده قرار داد.
| Fuzzy System |
| Process |
شکل 3-6) سیستم فازی به عنوان کنترل کننده حلقه باز
| Fuzzy System |
| Process |
شکل 3-7) سیستم فازی به عنوان کنترل کننده حلقه بسته
هنگامی که به عنوان کنترل کننده حلقه باز استفاده می شود، سیستم فازی معمولاً بعضی پارامترهای کنترل را معین کرده و آنگاه سیستم مطابق با این پارامترهای کنترل کار می کند. بسیاری از کاربردهای سیستم فازی در الکترونیک به این دسته تعلق دارند. هنگامی که سیستم فازی به عنوان یک کنترل کننده حلقه بسته استفاده می شود، در این حالت خروجی های فرایند را اندازه گیری کرده و بطور همزمان عملیات کنترل را انجام می دهد. کاربردهای سیستم فازی در فرایندهای صنعتی به این دسته تعلق دارند. نحوه کاربرد سیستم های فازی را در تعدادی تولیدات مصرفی و سیستم های صنعتی در زیر بخش های زیر تشريح میشوند.
3-3-1) ماشین شست و شوی فازی
ماشین های شستشوی فازی اولین محصول مصرفی بودند که از سیستم های فازی استفاده کردند. این ماشین ها اولین بار توسط شرکت مانسوشیتا در ژاپن در سال 1990 عرضه شدند. آنها از سیستم فازی برای تنظیم اتوماتیک تعداد دورهای مناسب مطابق با نوع و میزان کثیفی و حجم لباس استفاده می کردند. بهطور دقیق تر سیستم فازی مورد استفاده، یک سیستم سه ورودی یک خروجی است که سه ورودی آن، نوع کثیفی و مقدار اندازه گیری شده کثیفی و حجم لباس بوده و خروجی آن تعداد دورهای مناسب شستشو می باشد. بهعنوان ورودی سنسورهایی در این سیستم تعبیه شده است، این سنسورها که از نوع نوری می باشند، میزان نوری را که از طرف مقابل ساطع شده و از آب عبور کرده، اندازه گیری می نمایند. سنسور نوری همچنین می تواند معین کند که نوع کثیفی چیست، لباس گل آلود است یا چرب؟ گل در آب سریعتر حل می شود، بنابراین نور دریافتی بسرعت کاهش پیدا کند، در آن صورت لباس گل آلود است، در حالی که اگر لباس روغنی باشد، کندتر در آب حل شده و کاهش نور دریافتی کندتر خواهد بود. ماشین همچنین دارای یک سنسور بار می باشد که حجم لباس ها را ثبت می کند واضح است که تعداد لباس های بیشتر، زمان بیشتری برای شست و شو لازم دارد، موارد فوق را می توان در تعدادی قاعده اگر ـ آنگاه فازی برای ساخت یک سیستم فازی خلاصه کرد.
3-3-2)سیستم های فازی در اتومبیل
اتومبیل مجموعه ای از سیستم های مختلف می باشد. بخشهایی نظیر موتور، انتقال نیرو، ترمز، هدایت و … سیستم های فازی را به اغلب این بخشها می توان اعمال نمود. به عنوان مثال شرکت نیسان سیستم انتقال نیروی اتوماتیکی به ثبت رسانده که 12 تا 17 درصد در مصرف سوخت صرفه جویی می کند. اساس عملکرد آن بدین صورت است که، عمل تعویض دنده یا انتقال نیرو هر زمان که اتومبیل از یک سرعت مشخصی عبور کرد، باید انجام شود. بنابراین عمل تعویض دنده بطور مداوم در حین رانندگی صورت نمی گیرد و ضمن اینکه هر تعویض دنده خود باعث مصرف سوخت می شود. با این حال راننده ها نه تنها بهطور مداوم عمل تعویض دنده را انجام می دهند، بلکه در اینکار به سرعت اتومبیل نیز توجهی نمی کنند. بهعنوان مثال حتی در هنگام عبور از یک سربالایی ممکن است عمل تعویض دنده را به تاخیر بیندازند. سیستم فازی انتقال اتوماتیک نیسان این هیوریستیک ها را در مجموعه ای از قواعد اگر ـ آنگاه فازی خلاصه کرده و آنرا برای ساخت یک سیستم هدایت تغییر چرخ دنده ها مورد استفاده قرار داده است.
شرکت نیسان همچنین یک سیستم ترمز ضد قفل را ابداع کرده است. مسئله اصلی در اینجا اعمال حداکثر نیرو به ترمز بدون آنکه باعث قفل شدن آن بشود، می باشد.
در آوریل 1992، میتسوبیشی یک سیستم فازی را معرفی کرد که عملیات انتقال، تعلیق، هدایت تهویه و … را در اتومبیل بطور اتوماتیک کنترل می کرد. به عنوان مثال سیستم انتقال فازی، عمل تعویض به دنده های پایین را در سر بالایی ها و سرازیری ها انجام داده و همچنین از تعویض های دنده نابجا جلوگیری می کرد. سیستم تعلیق شامل سنسورهایی در جلوی اتومبیل است که ارتعاشات را ثبت کرده و سیستم تعلیق را برای جلوگیری از تکان های شدید، تنظیم می کند و بالاخره سیستم تهویه شرایط نور خورشید ، درجه حرارت و رطوبت هوا را در نظر گرفته و هوای داخل اتومبیل را بهبود می بخشد.
3-4)تارخچه مختصری از تئوری و کار بردهای فازی
دهه 1960 آغاز تئوری فازی بود.تئوری فازی به وسیله پروفسور لطفی زاده در سال 1965 در مقاله ای بنام «مجموعه های فازی» معرفی گردید . قبل از کار بر روی تئوری فازی، لطفی زاده یک شخص برجسته در تئوری کنترل بود. او مفهوم «حالت» که اساس تئوری کنترل مدرن را شکل می دهد، توسعه داد. در اوائل دهه 60 او فکر کرد که تئوری کنترل کلاسیک بیش از حد بر روی دقت تاکید داشته و از این رو با سیستم های پیچیده نمی تواند کار کند. در سال 1962 چیزی را بدین مضمون برای سیستم های بیولوژیک نوشت: «ما اساساً به نوع جدیدی ریاضیات نیازمندیم ریاضیات مقادیر مبهم یا فازی که توسط توزیع های احتمالات قابل توصیف نیستند. پس از آن وی ایده اش را در مقاله «مجموعه های فازی» تجسم بخشید. با پیدایش تئوری فازی ، بحث و جدل ها پیرامون آن نیز آغاز گردید. بعضی ها آنرا تایید کرده و کار روی این زمینه جدید را شروع کردند و برخی دیگر نیز این ایراد را وارد می کردند که این ایده بر خلاف اصول علمی موجود می باشد. به دلیل اینکه کاربردهای عملی تئوری فازی در ابتدای پیدایش آن مشخص نبود، تفهیم آن از جهت فلسفی کار مشکلی بود و تقریباً هیچیک از مراکز تحقیقاتی، تئوری فازی را به عنوان یک زمینه تحقیق جدی نگرفتند.
با وجودی که تئوری فازی جایگاه واقعی خود را پیدا نکرد، با این حال هنوز محققینی بودند که در گوشه و کنار دنیا، خود را وقف این زمینه جدید نمودند و در اواخر دهه 1960 روش های جدید فازی نظیر الگوریتم های فازی تصمیم گیری های فازی و … مطرح گردید.
دهه 1970 رشد تئوری فازی و کاربردهای عملی به وقوع پیوست. اگر بگوییم پذیرفته شدن تئوری فازی به عنوان یک زمینه مستقل بواسطه کارهای برجسته پروفسور لطفی زاده بوده، سخن به گزاف نگفته ایم. بسیاری از مفاهیم بنیادی تئوری فازی به وسیله لطفی زاده در اواخر دهه 60 و اوائل دهه 70 مطرح گردید پس از معرفی مجموعه ای فازی در سال 1965، او مفاهیم الگوریتم های فازی در سال 1968، تصمیم گیری فازی در سال 1970 و ترتیب فازی را در سال 1971 مطرح نمود. در سال 1973 او مقاله دیگری را به نام «طرح یک راه حل جدید برای تجزیه تحلیل سیستم های پیچیده و فرایندهای تصمیم گیری»منتشر کرد. این مقاله اساس کنترل فازی را بنا کرد. او در این مقاله مفهوم متغیرهای زبانی و استفاده از قواعد اگر ـ آنگاه را برای فرموله کردن دانش بشری معرفی نمود.
دهه 1980 ، دهه کاربردهای بزرگ بود. در اوائل دهه 1980 این زمینه از نقطه نظر تئوریک پیشرفت کندی داشت. در این مدت راه حل ها و مفاهیم جدید اندکی معرفی گردید، چرا که هنوز افراد کمی داشتند روی آن کار می کردند. در واقع کاربردهای کنترل فازی بود که هنوز تئوری فازی را سرپا نگاه داشه بود.
مهندسان ژاپنی (با حساسیتی که نسبت به فن اوری های جدید دارند) به سرعت دریافتند که کنترل کننده های فازی به سهولت قابل طراحی بوده و در مورد بسیاری مسائل می توان از آنها استفاده کرد. بدلیل اینکه کنترل فازی به یک مدل ریاضی نیاز ندارد، آنرا می توان در مورد خیلی از سیستم هایی که به وسیله تئوری کنترل متعارف قابل پیاده سازی نیستند، بکار برد. در سال 1980 سوگنو شروع به ساخت اولین کاربرد ژاپنی فازی نمود کنترل سیستم تصفیه آب فوجی، در سال 1983 او مشغول کار بر روی یک ربات فازی شدو ماشینی که از راه دور کنترل شده و خودش به تنهایی عمل پارک را انجام می داد. در این سالها یاشونوبو و میاموتو از شرکت هیتاچی کار روی سیستم کنترل قطار زیرزمینی سندایی را آغاز کردند. بالاخره در سال 1987 پروژه به ثمر نشست و یکی از پیشرفته ترین سیستم های قطار زیرزمینی را در جهان بوجود آورد. در جولای 1987 ، دومین کنفرانس سیستم های فازی در توکیو برگذار گردید. این کنفرانس درست سه روز پس از افتتاح قطار زیرزمینی سندایی آغاز بکار کرد. در این کنفرانس هیروتا یک ربات فازی را به نمایش گذارد که پینگ پنگ بازی می‌کرد، یاماکاوا نیز سیستم فازی‌ای را نشان داد که یک پاندول معکوس را در حالت تعادل قرار می‌داد. قبل از این رویدادها، تئوری فازی چندان در ژاپن شناخته شده نبود ولی پس از آن موجی از توجه مهندسان، دولتمردان و تجار را فراگرفت به نحوی که در اوائل دهه 90 تعداد زیادی از لوازم و وسائلی که بر اساس تئوری فازی کار می کردند، در فروشگاهها به چشم می خورد.
دهه های 1990 و … چالش ها کماکان باقی است. موفقیت سیستم های فازی در ژاپن، تعجب محققان را در آمریکا و اروپا برانگیخت. عده ای هنوز به آن خرده می گرفتند ولی عده ای دیگر از عقیده خود دست برداشته و بعنوان موضوع جدی در دستور کار خود قرار دادند در فوریه 1992 اولین کنفرانس بین المللی IEEE در زمینه سیستمهای فازی در سان دیگو برگزار گردید. این یک اقدام سمبلیک در مورد پذیرفتن سیسم های فازی به وسیله بزرگترین سازمان مهندسی یعنی IEEE بود در سال 1993 بخش سیستم های فازی IEEE گشایش یافت. از نقطه نظر تئوری سیستم های فازی و کنترل در اواخر دهه 80 و اوائل دهه 90 رشد چشمگیری پیدا کرد و پیشرفتهایی در زمینه برخی مشکلات اساس سیستم های فازی صورت گرفت. بعنوان مثال تکنیک های شبکه عصبی برای تعیین و تنظیم توابع تعلق استفاده شدند. با وجودیکه تصویر سیستم های فازی شفاف تر شده، با این حال کارهای زیادی هنوز باید انجام شود. و بسیاری از راه حل ها و روش ها در ابتدای راه قرار دارد ما اعتقاد داریم که تنها سرمایه گذاری مراکز تحقیقاتی معتبر بر روی افراد مستعد و خلاق می تواند باعث پیشرفتهای عمده در زمینه تئوری فازی شود.