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22 SIMPÓSIO BRASILEIRO DE AUTOMAÇÃO INTELIGENTE CEFET-PR, 13 a 15 de Setembro de 1995 Curitiba Paraná

Um Seguidor Baseado em um Controlador Difuso Dedicado

David Daniel e Silva Hermann A. H. Lücke-Dr. Ing. - Orientador (in memorian)

Curso de Pós-Graduação em Ciências da Computação Universidade Federal de Santa Catarina

Campus Universitário - Trindade - Cep. 88040 - 900 david@inf.ufsc.br

Czeslau L. Barczak - Dr. Eng. Mec. - Orientador

Curso de Pós-Graduação em Ciências da Computação Universidade Federal de Santa Catarina

Campus Universitário - Trindade - Cep. 88040 - 900 EMCl CLB@IBM.UFSC.BR

Resumo Inúmeras técnicas e ferramentas originadas do desenvolvimento da inteligência artificial estão sendo utilizadas em controle inteligente, nas mais variadas aplicações. Em particular, as técnicas baseadas na lógica difusa ("fuzzy lógic") estão contribuindo para o desenvolvimento de muitos projetos. Mais recentemente, surgiram no mercado processadores como o FCl 10 da Empresa Togai Infralogic [Tog-91a].

Este trabalho descreve o controle de um seguidor eletro-mecânico com a utilização de uma placa, "mc­FUZZYLAB", projetada e confeccionada na Alemanha [Kle-91] que faz uso do processador FCl 10. A placa está acoplada a um equipamento anfitrião, PC, e o processador "fuzzy" FC 1 10 controlará uma máquina que manterá um dispositivo em uma distância constante ao contornar objetos. O controle é feito em duas dimensões, ou seja, no plano.

1. INTRODUÇÃO O documento que ora apresenta-se, busca mostrar um trabalho de pesquisa elaborado usando-se uma placa com o processador FCII0 da Togai Infralogic adquirida na Alemanha [Lücke-95].

Na primeira parte são mostrados aspectos básicos da lógica difusa, voltados para a área de controle.

Segue-se a descrição do processador "fuzzy" FC 1 10 da Togai e suas características.

Descreve-se, também, a constituição do sistema difuso para o controle do seguidor, e da parte física do sistema que envolve um sensor, a máquina de controle e a placa "fuzzy".

2. A LÓGICA DIFUSA OS sistemas de controle desenvolvidos até hoje, tentam resolver problemas com eficiência, ajudando o homem a obter resultados importantes em vários campos de atuação.

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A descrição da montagem do seguidor difuso é a seguinte: primeiramente, foi acoplado a uma máquina que se move tanto na direção do eixo X quanto na direção do eixo y, um sensor (resistor linear variável) com uma barra, sensível às variações do traçado no movimento e uma mola acoplada a esta barra. A barra se move quando ocorre variação na fonna ou altura do objeto em relação ao eixo Y e este movimento é sentido pelo resistor que transmite a infonnação à placa "fuzzy" através de um divisor de tensão. A placa "fuzzy" coleta os dados por meio de um conversor AID e define após o processamento difuso, o afastamento ou a aproximação do bloco que

y

2S

está conectado ao braço do seguidor. A mola, auxiliará para que o braço fique na posição normal.

A interface coletora de dados, é justamente o conversor A/D utilizado, que está na placa "fuzzy".

Um arquivo FPL - "Fuzzy Programming Language"­comporta as regras e fonna a base de conhecimento para o sistema difuso.

Uma interface feita em linguagem C, faz a comunicação entre o programa de controle e o programa em FPL . Desta forma, se constitui o sistema difuso que controla o seguidor . A figura 1, abaixo, representa a montagem feita em laboratório.

I mola I

~ I sensor(potenci6metro)

mc-fuzzylab I

< interface> j r-----;----;----:--~ /

roda de seguimento I --objeto fixo inclinado

x

z

Figura 1 - Representação da montagem do seguidor difuso.

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5. O SISTEMA SEGUIDOR

DIFUSO DO

A figura 2, a seguir, mostra o sistema difuso com a utilização do processador FC 11 0, apresentando a

Processador Anfitrião ou Interface de 1/0

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.~

arquitetura básica do sistema, contudo, há outras arquiteturas que devido ao tipo de aplicação, diferenciam-se da arquitetura apresentada, mas o modelo básico é visível mesmo nas aplicações mais complexas.

mc-fuzzylab

Endereço .., Base de Conhecimento

(ROM, RAM ou EPROM} < Dados I

Via de Comunicação Aplicação

Sensores/ Atuadores

Figura 2 - Arquitetura do sistema de controle do seguidor difuso utilizando processador FeIIO.

o sistema está sendo desenvolvido com um bloco que se move em sentido bidirecional, cujo acionamento é realizado através de motores elétricos de passo. Esses motores atuam diretamente nos eixos x-y. Desta forma, ao mesmo tempo que o objeto é contornado, é feito o recuo ou a aproximação do braço que irá seguIr a peça (objeto), conforme indicado, anteriormente, na figura 1.

6. PROCESSO DE INFERÊNCIA PARA O SEGUIDOR DIFUSO Na execução da estratégia de controle, representada pelo conjunto de regras, o primeiro passo é a classificação das variáveis de entrada com relação as

respectivas variáveis linguísticas. Feita a classificação ( correspondente ao módulo de "fuzzyficação"), o procedimento de inferência (lógica de decisão) avalia as regras da seguinte forma: para cada regra, o grau de ativação da ação de controle é calculada de acordo com o resultado da combinação de antecedentes, que constitue a parte "IF". Se a regra de . inferência é MÍN -MÁx, o resultado da inferência, para uma regra, é obtido pelo mínimo entre o grau de combinação dos antecedentes e consequêntes [Gom-92].

Desta forma, mostra-se na figura 3 o processo de inferência para três regras do controlador do seguidor difuso.

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/ ~.9 ......................... 1 ............ ?lz~9. ........... ~~.~~ .... ~ .. .. '-0.40

'------~--..;....-~--... . :. ---... 10mm

DISTÂNCIA BAIXA 10%)

VARIAÇÃO BAIXA_POS BRAÇO DO SEGUIDOR

APROXIMADO DO OBJETO

0.338.·· ......... ... .. ; ................. / ....... · .. ·.?fin. .... ; ....... I\fÍ~~f:).~ .... '- 0.33

iOmm t{)0/o

DISTÂNCIA ZERO

08mm'· 10%

DISTÂNCIA BAIXA V ARIAÇÃOBAIXA_NEG

BRAÇO DO SEGUIDOR MANTIDO NA POSIÇÃO

BRAÇO DO SEGUIDOR AFASTADO DO OBJETO

Figura 3 - Apresentação de três regras para controle do seguidor e o processo de inferência.

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Terminada a inferência, a ação final é calculada a partir da união das contribuições proporcionadas por cada regra ativada.

O último passo consiste na determinação do sinal de controle a ser enviado ao processo, que neste caso seria um sinal (valor resultante) que ordenará a diminuição, o aumento ou a manutenção da distância

do braço do seguidor ao objeto. O valor resultante, . será calculado . através da "defuzzification", utilizando-se um método que aplica-se usualmente, o método do centrÓide.

A figura 4, a seguir, mostra a estrutura real montada em laboratório.

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Figura 4 - Montagem física do seguidor difuso.

7. CONCLUSÃO O seguidor difuso implementado, é uma demonstração da simplicidade de solução que pode-se ter em problemas mais complexos. Entre muitas aplicações possíveis desta instalação pode-se citar pintura de objetos, fresamento de placas~ em cirurgias de precisão monitoradas~ etc.

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Embora o sistema montado seja muito simples, constitui a base para a solução de problemas mais elaborados. Será desejável, em certos casos, que o controle seja feito em três dimensões~ podendo-se analisar um objeto (tridimensional) e como ele está disposto no espaço.

...

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8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁ­FICAS

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Brubarker, David L., Ph.D., President the Huntington Group., (1990). Fuzzy logic works with degrees of truth. Computer Design, March, 1, 1991, pp 98-102.

Gomide, F., Gudwin, R., Netto, M. L. . Andrade, (1992). Controle de Processos por Lógica Fuzzy, Unicamp - FEE - DCA, Campinas - SP.

Han, Jia-Yuan and McMurray, Vicent, (1993). Transactions On Systems, Man, and Cybemetics. IEEE, vol. 23, nQ 01, pp 277-285.

Kaufrnann, A., (1975). Introduction to the Theory of fuzzy subsets, Vol. 1, Academic Press, New York.

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Klein, Rolf Dieter., Schinner, Alexander Dipl. Ing., (1991). mc-Fuzzylab rI. 1. Munich Germany.

PaIm, R., Hellendoom, H., Reinfrank, M., (1993). F~zzy-Control .. rur Echtzeitanwendugen: EmfUhrung und Ubersicht. pp. 107-129.

Togai Infralogic, Inc. Artificial Intelligence On A Chip, (1991). Document ID: TIL-READ-OIE. Last Revised: Tuesday, September 10, 1991. Revision 1.2.

Togai, Maski Ph.D, chairman and CEO, Togai Infralogic (1990). An Example of fuzzy logic control. Computer Design, March, 1, 1991, pp 93-97.

Viot, Grg., (1993). Fuzzy Logic in C. Dr. Dobb's Joumal, February, pp 40-49.

Lücke, H. A. H, (1995). Comunicação pessoal -UFSC. Florianópolis,SC.