Modeling And Control Of Systems Using Granular Type-2 Fuzzy Structures

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2013Bu çalışmada, modelleme ve kontrol uygulamaları için tip-2 bulanık sistemlerin başarımını arttırmak amacıyla üç yeni yöntem önerilmiştir. İlk olarak tip-2 bulanık sistemlerin tasarımında belirsizlikleri daha iyi modelleyebilmek ve tip-2 bulanık kümeleri daha iyi tanımlayabilmek için granüler bir yaklaşımla yeni bir tip-2 üyelik fonksiyonu önerilmiştir. Bu üyelik fonksiyonlarının belirsizlik taban alanı dikdörtgen tip-2 bulanık granüller kullanılarak oluşturulmuştur ve ortaya çıkan bu yeni üyelik fonksiyonu Granüler Tip-2 Üyelik Fonksiyonu olarak adlandırılmıştır. Bu yeni yaklaşım tip-2 bulanık sistemlerin tasarımında fazladan serbestlik ve esneklik sağlamaktadır. İkinci olarak ise parçalı doğrusal aralık tip-2 bulanık kümeleri için yine granüler yaklaşımdan yararlanan kapalı yapıda yeni bir ağırlık merkezi tip indirgeme yöntemi önerilmiştir ve bu yöntem Granüler Tip İndirgeme Yöntemi olarak adlandırılmıştır. Önerilen yöntem tip indirgeme işlemlerindeki ayrıklaştırma ve iterasyon ihtiyacını ortadan kaldırmaktadır ve böylece tip indirgeme işleminin hesaplama kesinliği ve hesaplama süresi iyileştirilmektedir. Son olarak ise aralık tip-2 bulanık mantık kontrolörler için PD Tipi Ağırlıklandırmalı Dinamik Durulama Yöntemi adı verilen dinamik yapıda yeni bir durulama yöntemi önerilmiştir. Bu yöntemde durulama işlemi sistem hata ve hatanın türevi değişkenleri kullanılarak gerçekleştirildiğinden daha uygun keskin çıkış değerleri belirlenebilmektedir. Önerilen yöntemlerin etkinliği ve diğer mevcut yöntemlere olan üstünlükleri benzetim çalışmaları ve gerçek zamanlı kontrol uygulamaları ile gösterilmiştir.In this study, three new methods are proposed for modeling and control applications in order to improve the performance of type-2 fuzzy logic systems. Firstly, a new type-2 membership function is proposed that utilizes granular approach in order to model uncertainties and define type-2 fuzzy sets more properly in the design phase of type-2 fuzzy systems. The footprint of uncertainty of these membership functions is formed by rectangular type-2 fuzzy granules and the resulting membership function is named as Granular Type-2 Membership Function. This new approach provides additional degrees of freedom and flexibility in the design phase of type-2 fuzzy logic systems. Secondly, a new closed form centroid type reduction method is proposed for piecewise linear interval type-2 fuzzy sets by using granular approach and this new method is named as Granular Type Reduction Method. The proposed method eliminates the need of using discretization and iteration in the calculations for the type reduction and; thus, the accuracy and the computational time of type reduction process is improved. Finally, a new defuzzification method named as PD Type Weighted Dynamic Defuzzification Method that has a dynamic structure is proposed for interval type-2 fuzzy logic controllers. In this method, since the defuzzification process is performed by using system error and change of error variables, more suitable crisp output values can be determined. The effectiveness and the superiorities of the proposed methods to other existing methods are demonstrated by performing simulations and real-time control applications.DoktoraPh