INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS NEURODIFUSOS

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INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS NEURODIFUSOS

UNIDAD 1UNIDAD 1

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1.21.2 Introducción Introducción AA La La Lógica Difusa (L Lógica Difusa (LDD))

1.2.1 Áreas de aplicación de la Lógica difusa.

1.2.2 Problemas resueltos con sistemas difuso.

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El termino de “lógica difusa” a sido utilizado de dos diferentes formas:

1.- La lógica difusa se refiere a un sistema lógico que generaliza la lógica clásica de dos-valores para realizar razonamientos bajo incertidumbre.

2.- La lógica difusa se refiere a todas las teorías y tecnologías que emplean conjuntos difusos, los cuales son clases con fronteras no nítida.

¿Qué Es La Lógica Difusa?¿Qué Es La Lógica Difusa?

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La segunda forma de lógica difusa incluye a la primera al considerarla como una rama.

Otras áreas incluyen: control difuso, reconocimiento de patrones difusos, aritmética difusa, programación matemática difusa, teoría de la probabilidad difusa, análisis de decisión difusa, teoría de redes neuronales difusas, y topología difusa, etc.

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¿Qué Es La Lógica Difusa?¿Qué Es La Lógica Difusa?

Es una manera conveniente de proyectar un espacio de entrada a un espacio de salida.

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La Historia De La L. D.La Historia De La L. D.

1930 J. Lukasiewicz.- Inicia el concepto de una lógica multivaluada.

1937 Max Black (filósofo). - Aplicó una lógica continua.

1965 Lotfi A. Zadeh.- Publicó el 1°artículo sobre Conjuntos Difusos:

L. A. Zadeh, “Fuzzy Sets”, Inform. Contr., Vol. 8, pp338-353, 1965.

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1974 E. H. Mamdani.- Inicia los

trabajos de investigación sobre Control Difuso. Motivado por 2 artículos de Zadeh sobre la teoría de algoritmos difusos y análisis lingüístico, aplica por primera vez la Lógica Difusa en el control de una:

Maquina de vapor.

* *.

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La teoría de los conjuntos difusos sienta las bases para el desarrollo de una nueva lógica matemática, la cual se puede implantar en modos estructurados, como los algoritmos difusos.

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Algoritmo DifusoAlgoritmo Difuso

La existencia en nuestra memoria de tales reglas y conjuntos, así como su ejecución, no es otra cosa que un algoritmo difuso.

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¿Cuándo Nace la L. D.?¿Cuándo Nace la L. D.?Nace cuándo dejamos de pensar que todo los fenómenos que observamos en el mundo cotidiano se pueden calificar dentro de conjuntos con fronteras bien establecidas, cuándo la valoración de una verdad admite ser graduada.

“En la lógica difusa todo es motivo de grado”.

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La L. D. Como HerramientaLa L. D. Como Herramienta

La Lógica Difusa es una herramienta que nos permite estructurar, de una mejor manera, todo aquello que está separado por fronteras mal definidas, como el pensamiento, el lenguaje y la percepción.

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La lógica difusa permite modelar el comportamiento de fenómenos que son difíciles de predecir con modelos matemáticos, esto mediante un lenguaje natural y claro. Lo anterior involucra el procesamiento natural del cerebro humano mediante reglas del modo:

“Si esto sucede, entonces hago esto”.

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La ciencia tradicional busca representar al mundo mediante modelos matemáticos, la naturaleza del cerebro humano procesa las reglas que atañen a una situación en particular en forma global y difusa,

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. . .. . .

Y solamente así se explica la velocidad con que deducimos una respuesta aproximada a una situación cuyo modelo matemático desconocemos y que sí podemos superar, como caminar o cachar en el aire una pelota de béisbol.

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¿Qué Es La Lógica Difusa?¿Qué Es La Lógica Difusa?La lógica difusa es la ciencia de los

principios del razonamiento aproximado, y lo central en esta lógica es que a diferencia de los sistemas lógicos clásicos, ayuda a modelar los modos imprecisos de razonamiento que juegan un papel esencial en la habilidad humana para tomar decisiones en un ambiente de incertidumbre e imprecisión.

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El concepto fundamental dentro de la lógica difusa es:

El Conjunto Difuso.

Dentro de la Lógica Difusa un conjunto es una clase de objeto con un continuo de grados de membresía, tal que un conjunto es caracterizado por una función de membresía, la cual asigna a cada objeto un intervalo de grado de membresía entre cero y uno.

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Las funciones de membresía deben definirse a partir de la experiencia o la intuición o simplemente utilizando el sentido común.

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Tipos De Funciones De Tipos De Funciones De MembresíaMembresía

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Resumen De Funciones De Resumen De Funciones De MembresíaMembresía

Los conjuntos difusos describen conceptos vagos (corredor rápido, tiempo caliente, días de la semana).

Un conjunto difuso admite la posibilidad de pertenencia parcial en él (viernes es más o menos un día del fin de semana).

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El grado de pertenencia de un objeto a

un conjunto difuso es denotado por un valor de pertenencia entre 0 y 1.

Una función de pertenencia asociada con un conjunto difuso proyecta un valor de entrada a su valor de pertenencia apropiado.

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¿Qué son los sistemas difusos?¿Qué son los sistemas difusos?

Los sistemas difusos son sistemas basados en conocimiento ó basados en reglas.

El corazón de un sistema difuso es una base de conocimiento que consiste de una base de reglas difusas IF-THEN.

Una regla difusa IF-THEN es una declaración IF-THEN en la cual algunas palabras son caracterizadas por funciones de membresía continua.

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¿Cómo construir un sistema ¿Cómo construir un sistema difuso?difuso?

1.- Se obtiene una colección de reglas difusas IF-THEN de la experiencia de un experto ó basado en el conocimiento que se tiene del problema a resolver.

2.- Se combinan dichas reglas en un solo sistema. Los diferentes sistemas difusos utilizan principios distintos para realizar dicha combinación de reglas.

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¿Cuáles son los sistemas difusos ¿Cuáles son los sistemas difusos utilizados comúnmente?utilizados comúnmente?

1.- Sistema difuso puro.

2.- Sistemas difusos Takagi-Sugeno-Kang (TSK).

3.- Sistemas difusos con fusificador y defusificador.

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1.2.1 Áreas De Aplicación De La Lógica Difusa

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Utilización de la L. D.Utilización de la L. D.

La Lógica Difusa se utiliza cuando un proceso provee fuentes de información que solamente son interpretadas cualitativamente o inciertamente.

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La lógica difusa encuentra su aplicación en aquellas áreas en las cuales el juicio y la evaluación humana juegan un papel muy importante.

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Algunas De Las Áreas De Algunas De Las Áreas De Aplicación En La Actualidad Son:Aplicación En La Actualidad Son: Electrodomésticos, Transporte, Control, Economía, Medicina, Política,

Industria, Informática, Ingeniería, Biología, Microelectrónica

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TABLA DE APLICACIONESTABLA DE APLICACIONES

Electrónica de Consumo

- Autoenfoque y Exposición Automática

en Cámaras de Vídeo

- Sintonía Automática en T.V.

Industria Automotriz- Control Antiderrapante

- Transmisión Automática

- Control de Inyección Electrónica

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TABLA DE APLICACIONESTABLA DE APLICACIONES

Reconocimiento de Patrones

- Reconocimiento de Voz

- Visión Computarizada

- Reconocimiento Óptico de Caracteres

Aplicaciones en el Hogar

- Lavadoras Automáticas

- Aire Acondicionado

- Hornos de Microondas

- Refrigeradores

- Limpiadores de alfombras

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TABLA DE APLICACIONESTABLA DE APLICACIONESAplicaciones Industriales

- Navegación Automática de Robots

- Operación de Plantas de Cemento

- Control de Hornos de Vidrio

- Control de Reactores Nucleares

Ingeniería Civil

- Predicción Sísmica

- Control de Calidad de Agua

- Control del Movimiento Estructural

- Evaluación de la seguridad estructural.

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TABLA DE APLICACIONESTABLA DE APLICACIONESNegocios

- Asignación de Crédito en Tarjetas

- Análisis Financiero

- Acciones y Seguros

- Programación de existencias en almacén

- Toma de Decisiones

Medicina

- Diagnóstico Médico

- Control de Presión Sanguínea

-Diagnóstico de Rayos X

- Herramientas de Endoscopio

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¿Por Qué Usar Lógica ¿Por Qué Usar Lógica Difusa?Difusa?

La LD es conceptualmente fácil de entender.

La LD es flexible.La LD puede ser construida de la

experiencia de los expertos.Su estructura está basada en lenguaje

natural.

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¿Cuándo No Usar La Lógica ¿Cuándo No Usar La Lógica Difusa?Difusa?

Si la Lógica Difusa NO ES una forma conveniente de proyectar un espacio de entrada a un espacio de salida en un determinado sistema ES MEJOR NO USARLA.

La lógica difusa NO es la codificación del sentido común ES MEJOR NO USARLA.

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1.2.1 Problemas resueltos con sistemas difuso

UNIDAD 1UNIDAD 1

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Diagrama a Bloques de un Diagrama a Bloques de un Sistema DifusoSistema Difuso

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Fusificación DefusificaciónOperaciones

Lógicas

ControladorLógicoDifuso

Usuario

Circuito Integrado CMOS Difuso

Proceso Externo

sensor

sensor

sensor

sensor

Ajustador

Ajustador

I n t e r f a z

Entradas

Salidas

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Configuración Básica de Sistemas Configuración Básica de Sistemas Difusos Difusos

Base de Reglas Difusas

Motor de Inferencia Difusa

Conjuntos Difusos en U

Conjuntos Difusos en V

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Base de Reglas Difusas

Promedio de Importancia o Peso

x en U y en V

Configuración Básica de un Sistema Configuración Básica de un Sistema Difuso: Takagi-Sugeno-Kang (TSK)Difuso: Takagi-Sugeno-Kang (TSK)

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Configuración Básica de Sistemas Configuración Básica de Sistemas Difusos con Fusificador y DefusificadorDifusos con Fusificador y Defusificador

Base de Reglas Difusas

Máquina de Inferencia Difusa

Conjuntos difusos en U

Conjuntos Difusos en V

Fusificador Defusificador

x en U y en V

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1.- Inteligencia Artificial Aplicada al Control de un Semáforo

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Componentes de un C L D

FUSIFICACIÓN

La fusificación de una entrada es el proceso por el cual se calcula su grado de pertenencia a uno o varios de los conjuntos difusos en que se divide el rango de valores posibles para dicha entrada.

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Conjuntos Difusos de Entrada Conjuntos Difusos de Entrada para la Densidad 1para la Densidad 1

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EVALUACIÓN DE LAS REGLAS DE CONTROL

En esta etapa se debe establecer una serie de reglas de la forma SI - ENTONCES para indicar la acción a realizar en función del conjunto al que pertenece la entrada al sistema.

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Reglas para la Inferencia Difusa

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DEFUSIFICACIÓN

La defusificación de las salidas consiste en obtener un valor numérico para cada una de las salidas del sistema a partir de los conjuntos difusos a los que pertenecen.

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Conjuntos Difusos de Salida para Conjuntos Difusos de Salida para la Luz Verdela Luz Verde

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ConclusiónConclusión

Requiere de un Conjunto de Reglas que son dictadas comúnmente por el hombre, basadas en la experiencia del operador experto de una planta o proceso que se desee controlar, o a través del sentido común del programador, se requiere también del establecimiento de conjuntos difusos sobre los universos o variable.

Sistema DifusoSistema Difuso

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2.- Sistema Autónomo Móvil De 2.- Sistema Autónomo Móvil De Adquisición De ImágenesAdquisición De Imágenes

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3.- ROBINN.- Robot Inteligente de 3.- ROBINN.- Robot Inteligente de NavegaciónNavegación

DIAGRAMA A BLOQUES

TarjetaDigitalizadora

De vídeo

PCMOVIL

Control electrónicoDel móvil

Acondicionamientode la señal

ProcesamientoO

Red Neuronal.

Tratamiento yAcondicionamiento

De la imagen.

Tarjeta Digitalizadora

De vídeo.Visión

TransmisorDe

vídeo.

ReceptorDe

vídeo.

ReceptorDe

Ordenes.

TransmisorDe

Ordenes

ControlDifuso

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Sistema de control de giros del Sistema de control de giros del móvilmóvil

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Sistema de control de velocidadSistema de control de velocidad

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4.- Silla De Ruedas Con Control Digital 4.- Silla De Ruedas Con Control Digital Basado En Lógica DifusaBasado En Lógica Difusa

ETAPA

DEPOTENCIA

MOTOR

USUARIO

CLD

CONTROLMANUAL

INTERFAZ

SALIDAMOTOR

SENSORES

ETAPA DE ACONDICIO-NAMIENTO

SISTEMA MINIMO

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Diagrama a bloques del funcionamiento de la Diagrama a bloques del funcionamiento de la programadora General de Trafico (PGT)programadora General de Trafico (PGT)

5.- Sistema De Regulación Automática De Trenes Para El Stc Del DF

(Sirat-stc-df)

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Sistema de Control Lógico Difuso para Regulación Automática

Regulación Automática (CLD)

Regulación de Horarios

Regulación de Intervalos

ProcesoEntradas Salidas

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CLD Regulación de HorariosCLD Regulación de Horarios

Marcha Tipo Práctica = MTP

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Variables de entradaVariables de entrada

Tipo de Tren Ubicación

Señal de Espaciamiento Retardo

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Variables de SalidaVariables de Salida

Marcha de Tren Mando de DBO

(Despacho Bajo Orden)

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Reglas para el CLD Regulación de HorariosReglas para el CLD Regulación de Horarios

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Otros Problemas ResueltosOtros Problemas Resueltos

TT0158

Lógica difusa aplicada a un juego por computadora.

TT0129

Ping-Pong: Interceptor de objetos en 2D usando visión por computadora.

TT0161 J.I.B.A. 3D

(Juego inteligente de batalla aérea tridimensional basada en técnicas de aprendizaje).

TT0016

Desarrollo de un sistema de reconocimiento de voz basado en lógica difusa.

TT0015

Reconocimiento óptico de caracteres basado en lógica difusa.

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UNIDAD 1UNIDAD 1

1.3 Panorama General De Los Sistemas Inteligentes