Este código sirve para controlar una salida dada una entrada mediante un controlador basado en lógica difusa en Arduino.
Arduino es una plataforma de creación de proyectos de código abierto. Se escogió esta plataforma porque es sencilla de entender y utilizar para proyectos de universidad como el presente.
La lógica difusa se basa en una forma de ver una señal como analógica, en donde una característica medible puede variar en valores de entre 0 y 1 (Un límite inferior y un límite superior) dependiendo de la señal, el sensor y las funciones de membresia etablecidas por un experto en el área. Tanto las señales de entrada como las de salida pueden estar fusificadas. pero puede existir la posibilidad que solo la entrada sea fusificada y la salida sea discreta (dos valores solamente True ó False).
Como ejemplo podemos poner a la temperatura de un CPU de un ordenador como entrada y la señal (PWM) de un ventilador regulable como salida. Para la señal de entrada podemos decir que se dividirá de la siguiente manera:
Frío -> de 0 a 25 Grados C
Tibio -> de 20 a 35 Grados C
Caliente -> de 30 a 50 Grados C
Como podemos apreciar, la señal de entrada no se basa en dos datos específicos para garantizar el Verdadero y el Falso, si no que existe la presencia de un sensor que necesita medir en tiempo real para saber cómo está de caliente el CPU.
Dependiendo de la señal de entrada, se generan reglas para controlar algo, en este caso, las salidas será una señal PWM en porcentaje de Pulso para el ventilador regulable, como se muestra a continuación.
Baja Velocidad -> de 10 a 50 %
Velocidad Media -> de 25 a 75 %
Alta Velocidad -> de 50 a 100 $
Al igual que con las entradas, podemos ver que la señal de salida se divide en 3 etapas, que estas, a su vez, se dividen en sus respectivos límites.
Reglas
A forma de enunciado podemos decir que
Cuando el CPU se encuentre FRIO, el ventilador tendrá BAJA VELOCIDAD
Cuando el CPU se encuentre TIBIO, el ventilador tendrá VELOCIDAD MEDIA
Cuando el CPU se encuentre CALIENTE, el ventilador tendrá ALTA VELOCIDAD
El controlador del código de este repo se divide en 2 partes
Entrada: Temperatura (Grados Centigrados) -> Baja (0 a 50), Media (25 a 75), Alta (50 a 100) Salida: Energía (Ventilador) -> Baja (0 a 50), Media (25 a 75), Alta (50 a 100)
Al final, la relación que existe entre la entrada y la salida está dada en función del error 1
Comenzamos por declarar los sensores de entrada. Como es un programa que interactua con el ambiente físico, es necesario declarar las entradas dados los puertos del Arduino en físico.
Declaramos los valores de entrada
- Límites
- Fórmula
Declaramos los valores de salida igual que en la entrada.
- Límites
- Fórmula
Declaramos propiedades del controlador
Inicializamos el void setup() propio de Arduino, colocamos los valores de entrada y hacemos un for para declarar y asignar las variables de salida y las reglas del controlador.
Creamos una función llamada SALIDA que solo se leerá una vez, sirve para fusificar la salida.
Iniciamos el void loop(), es aquí en donde leemos la señal de entrada y se irá evaluando en las funciones de membresía de entrada. Igualmente se manda a imprimir los valores que corresponde (dada la evaluación en tiempo real) de cada una de las funciones de membrsia. También se manda a llamar a dos funciones llamadas REGLAS y DEFUZZ
La función REGLAS evalua x100 el resultado de la evaluación de las funciones de membresía en ese momento y al final obtiene un solo dato que será el responsable de nuestra salida
Al final la función llamada DEFUZZ acondiciona mediante una división el valor que necesita la salida real física, con aquella que podemos medir e interactuar. Del mismo modo, imprime los valores obtenidos en la función REGLAS.
Lsa funciones de membresía que fueron utilizadas en el código tienen una forma en campana de Gauss.
Para ver un video de solo el comportamiento de un controlador difuso puede acceder al siguiente link
Footnotes
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Error = Valor deseado - Valor actual ✌️ ↩