Bulanık Denetleyicilerin Yapısı

Bulanık denetleyiciler, oluşturulması istenen BM sisteminin çalışan yani kullanıcıyı ulaşılması istenen sonuca götüren kısmıdır. Giriş parametrelerini yorumlayıp ortaya anlamlı ve uygulanabilir bir sonuç çıkarır.

Bu çalışmada bulanık denetleyici olarak “Öğrenme stilini belirleyen bulanık sistem” tasarımı örneği üzerinde durulmaktadır. Bu sistemin giriş ve çıkış değişkenleri şu şekilde belirlenmiştir:

Bulanık denetleyicinin giriş değişkenleri: Öğrenme stili testi görsel puanı (G), Öğrenme stili testi işitsel puanı (İ) ve Öğrenme stili testi dokunsal puanı (D).

Bulanık denetleyicinin çıkış değişkeni : Kişinin Öğrenme stili (ÖS).

Bir bulanık denetleyici, BM algoritmasını gerçekleştirmek ve durultulmuş sonucu bulmak için temel olarak dört ana unsuru kullanır. Şekil 16’da görüldüğü gibi bunlar; Bulandırıcı diye adlandırılan giriş birimi, Kural–tabanı, Çıkarım mekanizması ve Durultucu diye adlandırılan çıkış birimidir.

Kural Tabanı Çıkarım Mekanizması Bulandırıcı Durultucu Girişler Çıkışlar Bulanık Denetleyici

Şekil. 16: Bulanık Denetleyici Blok Diyagramı

Giriş Birimi veya Bulandırıcı; giriş değişkenlerinin değerlerini, çıkarım

mekanizmasında kolayca kullanılabilecek bilgilere dönüştürür. Bulandırıcı temel olarak giriş değişkenlerinin aldığı her değere, ilgili giriş değişkeni için tanımlanan tüm bulanık kümeler için bir üyelik derecesi hesaplar.

Kural Tabanı; genellikle kontrol edilecek sistem hakkında bilgi sahibi uzman

kişilerin dilsel ifadelerinden elde edilen bir grup IF-THEN kuralından oluşur. Kurallar, bazen matematiksel ilişkilerden de çıkartılabilir. Bu durum daha sonraki bölümlerde de tartışılacaktır. Kural tabanı, bir Bulanık Denetleyicinin kalbi olarak nitelendirilebilir. Çünkü diğer bütün birimler ve bileşenler bu kuralların makul ve verimli bir şekilde gerçekleştirilmesi için kullanılır. Aşağıdaki tablo, 25 kuraldan oluşan bir kural tabanını göstermektedir. Kural Tabanı: δe U NB NK SI PK PB NB NB NB NO NK SI NK NB NO NK SI PK e SI NO NK SI PK PO PK NK SI PK PO PB PB SI PK PO PB PB Örneğin kural tabanındaki bir kural aşağıdaki gibi yazılır: (12. Kural)

Eğer e=SI Ve δe=NK İse u = NK Eğer (Varsayım) İse (Sonuç)

Kuralların “Varsayım” kısmı denetleyicinin giriş değişkenleri ile “Sonuç” kısmı ise çıkış değişkeni ile ilgilidir. Yukarıda verilen örnekte, her varsayım AND operatörü ile bağlanmış iki terimden oluşmaktadır. Varsayım kısmı ikiden daha fazla terimden oluşabileceği gibi OR ve NOT operatörleri ile de bağlanabilirler. Kuralların sonuç kısmında ise, eğer sistemin çıkışı birden fazla ise, bu kısımda birden fazla terim içerebilir.

Çıkarım Mekanizması; bulandırıcının çıkışlarını (üyelik derecelerini) ve kural

tabanını kullanarak bir bulanık küme oluşturur. Bu bulanık küme, durultucu (defuzzifier) tarafından denetleyicinin çıkışını hesaplamak için kullanılacaktır. Çıkarım mekanizmalarında genellikle iki ana yaklaşım kullanılır. Bunlardan ilki “birleşim tabanlı çıkarım” ikincisi ise “bireysel kural tabanlı çıkarım”dır. Bileşim tabanlı çıkarım yönteminde, öncelikle bütün kurallar birleştirilerek tek bir bulanık ilişki elde edilir. Çıkarım bu birleştirilerek oluşturulan tek bulanık ilişki ve bulandırıcıdan gelen sonuçlar kullanılarak gerçekleştirilir. Netice olarak kontrol çıkışını ifade eden bir bulanık küme elde edilir. Bireysel kural tabanlı çıkarım yönteminde ise, her kural bireysel bir bulanık çıkış kümesi belirler ve çıkarım mekanizmasının çıkışı bireysel bulanık çıkış kümelerinin toparlanarak bir araya getirilmesi neticesinde elde edilir. Hesaplama süresi açısından Bireysel Tabanlı Çıkarım Mekanizması daha avantajlı olduğundan kontrol sistemlerinde genellikle bu yöntem kullanılır.

Çıkarım mekanizmasında, üç ana işlem türü mevcuttur: İlki kuralların varsayım kısmındaki terimler arasındaki işlemlerdir. Terimler genellikle AND, OR veya NOT işlemleriyle bağlanmışlardır. Fakat kontrol uygulamalarında genellikle sadece AND işlemi kullanılır. Temel olarak, bu operatörler giriş değerlerinin üyelik dereceleri arasındaki işlemi gerçekleştirir ve sonuç olarak her kural için bir ‘kuralın kesinlik derecesi’ elde edilir. İkinci işlem ise kuralın kesinlik derecesi ile ilgili kuralın bulanık çıkış kümesi arasındaki ima işlemidir. ima işleminden sonra kural tabanındaki her kural bir ima edilen bulanık çıkış kümesi oluşturur. Üçüncü tür işlem ise, ima edilen bulanık çıkış kümelerini toparlama işlemidir. Toparlama işlemi neticesinde sonuç bulanık çıkış kümesi elde edilir. Bazı durultucu yöntemleri direk olarak ima edilen bulanık çıkış kümelerini kullanır. Dolayısıyla bu tip durultucular için Toparlama işlemi gerekmez. AND, OR, İMA ve toparlama işlemleri için en sık kullanılan operatörler aşağıdaki gibidir:

AND : min veya cebirsel çarpma OR : maks veya olasılık veya'sı İMA : min veya cebirsel çarpma TOPARLAMA : maks veya cebirsel toplam

Çıkış Birimi veya Durultucu; Durultucu birimi, çıkarım mekanizmasının

oluşturduğu sonuç çıkış bulanık kümesini kullanarak denetleyicinin çıkışını sayısal olarak hesaplar. En popüler durultma metodu "Ağırlık Merkezi" yöntemidir. Bu yöntemde μout(u) bulanık kümesinin ağırlık merkezi aşağıda verilen formülle hesaplanır:

∫

∫

Fakat μout(u) fonksiyonunun integralini hesaplamak bazen güç ve zaman alıcı olabilmektedir. Sonuç bulanık çıkış kümesi ima edilen bulanık çıkış kümelerinin birleşimi neticesinden elde edildiğinden, ağırlık merkezi hesaplanmasının yaklaşık değeri, ima edilen bulanık çıkış kümelerinin merkezlerinin ağırlıklı ortalaması hesaplanarak bulunabilir. Örneğin, un n'inci ima edilen bulanık kümenin merkezi ve wn'de bu kümenin yüksekliği olsun. Buna göre denetleyicinin çıkışının sayısal değeri

∑

∑

Bu yönteme "Merkezlerin Ağırlıklı Ortalaması" metodu denir. Çıkış hesaplaması oldukça kolay olduğundan bulanık denetim uygulamalarında en çok kullanılan yöntemlerden biridir. Bu yöntemde, TOPARLAMA işlemine ihtiyaç yoktur. Çünkü çıkışın sayısal değeri direk olarak ima edilen bulanık çıkış kümeleri kullanılarak hesaplanmaktadır. Dikkat edilecek olursa wn aslında ilgili kuralın kesinlik derecesidir.