基于动态模糊神经网络的非线性系统建模与控制.ppt

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基于动态模糊神经网络的非线性系统建模与控制

基于动态模糊神经网络的非线性系统建模与控制 张萍 2011.9.30 面向被控对象的工程师设计流程: 1、建立被控对象数学模型。 2、设计控制器。 3、仿真分析。 4、控制器实物话并在实验环境中对其特性进行评估。 随着智能信息处理、控制理论和实践的 发展,一些复杂的工业控制过程成为人们关 注的研究领域。 这类非线性系统具有多变量耦合、纯滞后、 时变等非线性特征,这使得精确的机理建 模非常困难。 建立过程数学模型方法: 1、机理建模:双层玻璃功效问题 2、实验统计:利用信息建立过程的数学模型。 系统辨识方法: 1、经典的系统辨识 2、现代的系统辨识 模糊控制优势与问题 优势: 模糊系统通过推论似的语言形式来逼近人的 推理能力,应用于从建模到控制的诸多领域。特 别是对于大时滞、时变多输入单输出系统效果显 著。 问题: 1、 建立正确的模糊规则和隶属函数非常困难。 2、维数灾难问题。 3、模糊规则库一旦建立,很难进行更改,即很难实现规则的自学习和自适应。 神经网络优势与问题 优势: 可以逼近非线性映射,具有自组织、自适应、自学习功能和泛化能力。 问题: 1、网络权值初值随机选取。 2、无法利用专家经验等语言信息。 3、学习时间长;容易陷入局部极小。 4、神经网络模型是一个“黑箱”模型,网络参数缺乏明确的物理意义。 模糊神经网络 1、模糊系统和神经网络的功能等效。 2、特性互补:模糊逻辑系统中参数选择需要领域专家知识。而神经网络具有学习能力。 3、两类方法日趋融合。 现有的模糊神经网络中,神经网络的作用都是 对模糊系统参数的学习和优化。不能对模糊规则数 进行辨识,不能解决模糊规则数如何确定,哪一条 规则最重要等问题。 从神经网络角度而言,评价一个神经网络好坏 的核心指标是它的泛化能力。 从工程角度而言,大多数现有的模糊神经网络 的学习方式都是BP算法,这种算法速度较慢,并且 容易陷入局部极小值点。 国外研究现状 1993年:输出层中引入反馈。 1999年:RBF-DFNN。 2000年:EBF-DFNN。 2002年:将神经网络层间引入反馈量。 2006年:变结构型动态模糊神经网络。 2007年:应用于过程控制技术之中。 2010年:研究方向逐渐转向该网络与其它算法的结合 国内研究现状 1995年:以真值流描述知识流。 1999年:具有模糊分割(DNNFP)。 2005年:在归一化层与输出层之间加入递归层(DFNN)。 2008年:包括聚类、离线训练、在线辨识模糊神经网络模型。 2009年:工程应用。 2010年:与其他算法的互补性研究。 动态模糊神经网络 “动态”是指 (1)神经元具有动态特性 (2)输入输出带反馈,也就是常说的反馈神经网络。 (3)神经网络层间带反馈。 (4) 神经网络结构非预先确定 动态模糊神经网络结构 数据预处理 1、数据归一化处理 不同量纲的物理量在一个平台上进行分析。 2、Euclidean空间中构造多维向量学习空间。 对扰动信息进行前期处理。 需辨识的数据共三类 1、高斯型隶属函数中心位置; 2、高斯型隶属函数宽度; 3、规则连接权值。 其中输入n维,该时刻共L个隶属函数,nL条规则 高斯函数特点型隶属函数中心位置; 高斯型隶属函数宽度; 高斯函数的形式为 其中 a、b 与 c 为实数常数 ,且a 0. 在统计学与机率论中,高斯函数是常态分布的密度 函数,根据中心极限定理它是复杂总和的有限机率 分布。 算法 1、规则产生原则 误差: 数若规则数太少,系统不能完全包含输入-输出状态空间。反之,若规则数太多,又会增加系统复杂性,同时极大地增加计算负担并导致网络泛化能力变差。因此,输出误差是确定新规则是否应该加入的重要因素。 对于第k组观测数据 ,其中, 是期望的输出, 计算DFNN现有结构的全部输出。 令 若 增加一条规则 C 是与被控系统相关的收敛系数, 可容纳边界 由于输入变量的隶属函数采用高斯函数,若新样本位于某个已存在的高斯函数可容纳边界内,则该样本可由已存在的高斯函数所表示。 计算 其中Kd是可容纳边界的有效半径。 步骤1 由当前工作点 ,计算 与 的距离与其夹角余弦,若夹角大于则舍弃这个信息向量,否则,按规则函数

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