Grundlage, Funktionsweise und Vor- und Nachteile des Fuzzy-Controllers (PDF)

Studienarbeit aus dem Jahr 2017 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Wirtschaftsingenieurwesen, Note: 1,7, AKAD University, ehem. AKAD Fachhochschule Stuttgart, Sprache: Deutsch, Abstract: Eine Aussage ist wahr oder falsch. Diese binäre Logik, diese Präzision der Mathematik wird seit der Antike mit Aristoteles als Urvater gelebt. Jedoch erkannten bereits damals Philosophen wie Platon, dass es zwischen wahr und unwahr einen weiteren Bereich geben muss. Wie sich Jahre später zeigte, sollte Platon mit dieser Aussage Recht behalten. Denn viele Sachverhalte lassen sich nicht eindeutig beschreiben. Die Sprache bietet die Möglichkeit Begriffe, sogenannte linguistische Ausdrücke, wie "wenig", "viel", "warm", "kalt" und viele mehr zur Beschreibung einer Grösse zu nutzen. Unscharfe (englisch: fuzzy) Formulierungen sind, obwohl sie oberflächlich betrachtet leicht verständlich wirken, aus technischer Sicht schwer in scharfe Stellgrössen abzubilden. Folglich stossen technische Systeme an ihre Grenzen.

Die Lösung dieser Problematik ist Aufgabe der Fuzzy-Logik. Mit ihr einhergehend wurde die unscharfe Mengenlehre, die Fuzzy-Set-Theorie, 1965 von Lotfi A. Zadeh begründet. Linguistische Ausdrücke in der Technik anwenden und beispielsweise in der Steuerungs- und Regelungstechnik einsetzen zu können, wurde zum Ziel der Technik. Stellt man sich ein Regelsystem vor, welches die Badetemperatur so einstellen soll, dass das Wasser angenehm warm ist, stellt sich die Frage wie dies mithilfe der Fuzzy-Logik umgesetzt werden kann. Die Antwort auf diese Frage bietet das Fuzzy-Controller-System, welches auf linguistischen Ausdrücken und einer Regelbasis basiert. Es setzt sich, aufgrund seiner relativen Einfachheit in Verbindung mit einer hohen Flexibilität des Einsatzgebietes, schnell durch und soll im Rahmen dieser Arbeit vorgestellt werden. Ziel ist es zunächst die Grundlagen von Fuzzy-Controllern zu beschreiben und Fuzzy-Controller anhand eines praktischen Beispiels näher zu betrachten. Zudem gilt es die Vor- und Nachteile von Fuzzy-Controller-Systemen gegenüber klassischen Regelungen darzustellen. Hierfür werden im folgenden Kapitel die Grundlagen des Fuzzy-Controllers, die Fuzzifizierung, das Inferenzverfahren sowie die Defuzzifizierung erklärt. Das dritte Kapitel beschreibt die Funktionsweise des Fuzzy-Controllers anhand des praktischen Beispiels und veranschaulicht die zuvor erklärten Begriffe. Im vierten Kapitel werden die Vor- und Nachteile von Fuzzy-Controllern gegenüber regelbasierten Systemen ohne Fuzzy-Logik näher beleuchtet. Abschluss des Assignments bietet die Zusammenfassung und eine kritische Reflexion.