模糊傳感器是在經(jīng)典傳感器數(shù)值測(cè)量的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)模糊推理與知識(shí)集成，以自然語(yǔ)言符號(hào)描述的形式輸出測(cè)量結(jié)果的智能傳感器。
模糊傳感器的結(jié)構(gòu)
模糊傳感器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖如圖3所示?？梢?jiàn)，模糊傳感器主要由傳統(tǒng)的數(shù)值測(cè)量單元和數(shù)值－符號(hào)轉(zhuǎn)換單元組成。其核心部分就是數(shù)值－符號(hào)轉(zhuǎn)換單元。但在數(shù)值－符號(hào)轉(zhuǎn)換單元中進(jìn)行的數(shù)值模糊化轉(zhuǎn)換為符號(hào)的工作必須在專家的指導(dǎo)下進(jìn)行。
圖3 模糊傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
模糊傳感器的實(shí)現(xiàn)方法
綜上所述，要實(shí)現(xiàn)模糊傳感器就在于尋找測(cè)量數(shù)值與模糊語(yǔ)言之間的變換方法，即數(shù)值的模糊化，來(lái)生成相應(yīng)的語(yǔ)言概念。所謂語(yǔ)言概念生成就是要定義一個(gè)模糊語(yǔ)言映射作為數(shù)值域到語(yǔ)言域的模糊關(guān)系，從而將數(shù)值域中的數(shù)值量映射到符號(hào)域上，以實(shí)現(xiàn)模糊傳感器的功能。這里的語(yǔ)言值用模糊集合來(lái)表示，模糊集合則由論域和隸屬函數(shù)構(gòu)成。因此模糊語(yǔ)言映射就是要求取相應(yīng)語(yǔ)言概念所對(duì)應(yīng)數(shù)值域上的模糊隸屬函數(shù)。如何進(jìn)行概念生成是實(shí)現(xiàn)模糊傳感器的關(guān)鍵。有很多方法可以實(shí)現(xiàn)模糊傳感器的功能。
國(guó)外很多學(xué)者對(duì)模糊傳感器的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行過(guò)討論，這里簡(jiǎn)要介紹幾種：
Foulloy算法簡(jiǎn)介：模糊傳感器設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是模糊變換算法的設(shè)計(jì)，即參考集的選擇與模糊量化。其過(guò)程是首先根據(jù)專家或熟練工人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)獲取相應(yīng)測(cè)量領(lǐng)域的一級(jí)數(shù)值/語(yǔ)言變換策略，然后應(yīng)用模糊推理方法求取相應(yīng)隸屬函數(shù)。Foulloy提出了基于語(yǔ)義關(guān)系的概念生成方法，首先，由論域的意義來(lái)定義一個(gè)通用的概念，稱屬概念，使之對(duì)應(yīng)數(shù)值域中論域上的主要區(qū)間，然后在此基礎(chǔ)上定義新概念，以產(chǎn)生其它語(yǔ)義值及其意義，新概念通過(guò)語(yǔ)言修正器內(nèi)部自動(dòng)生成。Foulloy還提出了基于已知點(diǎn)集通過(guò)內(nèi)插方法實(shí)現(xiàn)的模糊狀態(tài)傳感器，每一學(xué)習(xí)點(diǎn)通過(guò)Delaunay三角法在測(cè)量空間的笛卡爾積上構(gòu)造模糊分割，三角法用于建立與過(guò)程狀態(tài)相關(guān)的符號(hào)的模糊意義。
Benoit E等人討論了使用符號(hào)信息時(shí)，符號(hào)語(yǔ)義與被測(cè)量信息在特定任務(wù)環(huán)境下的關(guān)系，認(rèn)為模糊傳感器必須根據(jù)測(cè)量關(guān)系來(lái)構(gòu)造，并且應(yīng)該可以重組以適應(yīng)不同的測(cè)量關(guān)系。并提出了將基礎(chǔ)概念作為先驗(yàn)信息提供給傳感器，其余概念由運(yùn)算自動(dòng)生成的設(shè)計(jì)思想。這種方法保留了概念之間的相對(duì)語(yǔ)義，但不能保證與測(cè)量關(guān)系符號(hào)說(shuō)明的一致性，因此必須考慮環(huán)境對(duì)測(cè)量關(guān)系的修正問(wèn)題，他提出了基于定性學(xué)習(xí)以及通過(guò)復(fù)合調(diào)節(jié)說(shuō)明的函數(shù)方法來(lái)進(jìn)行修正。他提出了基于Delaunay多維空間的三角測(cè)量的線性插值來(lái)構(gòu)造模糊分割的新方法，用以建立采用多元件測(cè)量的模糊傳感器。
Stipanicer D等人認(rèn)為模糊傳感器是一種智能測(cè)量設(shè)備，由簡(jiǎn)單選擇的傳感器和推理器組成，將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為適于人類感知和理解的信號(hào)。由于知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)了豐富的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，它可以通過(guò)簡(jiǎn)單、廉價(jià)的傳感器測(cè)量相當(dāng)復(fù)雜的現(xiàn)象。
模糊傳感器的應(yīng)用
模糊傳感器已被廣泛應(yīng)用，而且已進(jìn)入平常百姓家，如模糊控制洗衣機(jī)中布量檢測(cè)、水位檢測(cè)、水的渾濁度檢測(cè)，電飯煲中的水、飯量檢測(cè)，模糊手機(jī)充電器等。另外，模糊距離傳感器、模糊溫度傳感器、模糊色彩傳感器等也是國(guó)外專家們研制的成果。隨著科技的發(fā)展，科學(xué)分支的相互融合，模糊傳感器也應(yīng)用到了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識(shí)別等體系中。
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