21694

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ В параллельной архитектуре нейронного управления нейронная сеть используется наравне с обычным ПИДрегулятором. Настройка выполняется таким образом чтобы выходной сигнал объекта управления как можно точнее соответствовал заданному опорному сигналу . Из этих примеров следует что даже если удастся разработать хорошую общую стратегию управления может возникнуть необходимость в её настройке с целью получения лучших практических результатов.

Русский

2013-08-03

538.5 KB

5 чел.

етоды искусственного интеллекта

Лекция № 10

МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

ЛЕКЦИЯ № 11

На последних лекциях мы изучали последовательную схему нейронного управления, сегодня мы разберёмся с параллельной схемой.

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ

В параллельной архитектуре нейронного управления нейронная сеть используется наравне с обычным ПИД-регулятором.

Рисунок. Параллельная схема нейроконтроллера

Нейроконтроллер параллельного типа используется для настройки управляющего входного сигнала , который является суммой выходов нейросети и обычного контроллера. Настройка выполняется таким образом, чтобы выходной сигнал объекта управления  как можно точнее соответствовал заданному опорному сигналу . Задача нейроконтроллера параллельного типа заключается в том, чтобы подкорректировать управляющее воздействие , если оно не обеспечивает хорошего результата.

Например, хороший повар в ресторане может приготовить отличный обед, однако на каждом столе должны стоять соль и специи, чтобы каждый мог добавить их по вкусу.

Другой пример: инженеры разработали отличный контроллер, однако в реальных условиях может потребоваться настройка уровня входного управляющего сигнала, например, в соответствии с конкретным видом продукции.

Из этих примеров следует, что даже если удастся разработать хорошую общую стратегию управления, может возникнуть необходимость в её настройке с целью получения лучших практических результатов.


Алгоритмы обучения для параллельной схемы управления

Общая конфигурация управления показана на следующем рисунке.

Рисунок. Нейроконтроллер параллельного типа с эмулятором

На этой схеме блок NN1 представляет собой нейронную сеть для эмулятора объекта управления, создающего оценку  выходной координаты  объекта управления. Управляющий сигнал , представляющий собой выходной сигнал нейронной сети NN2, используется для коррекции управляющего сигнала , создаваемого обычным контроллером. Коррекция выполняется таким образом, чтобы обеспечить минимизацию рассогласования между опорным сигналом и выходом объекта управления.

Обозначим через  ошибку рассогласования между опорным сигналом  и фактическим выходом . Необходимо обучить сеть NN2 таким образом, чтобы она могла минимизировать среднеквадратическую ошибку. Обозначим её через  и определим в виде:

.

На нашем рисунке  обозначает выход блока NN2. Предположим, что используется трёхслойная нейронная сеть, на вход которой поступает сигнал , а на выходе появляется сигнал . Кроме того, предположим, что объект управления имеет единичную временную задержку. Таким образом, получим:

Чтобы получить алгоритм обучения, применим метод наискорейшего спуска для минимизации ошибки . Получим:

где  и  — скорость обучения и мгновенный член соответственно. Через  обозначен вес связи между -м нейроном скрытого слоя и нейроном входного слоя, а через  — вес связи между нейроном выходного слоя и -м нейроном скрытого слоя.

Обозначив

,

где

,

получим

.

Используя сигмоидную функцию, отношение вход-выход для нейрона запишем в следующей форме:

А из отношения вход-выход для объекта управления получим:

{почему-то здесь те же уравнения, что чуть выше мы уже получали. Наверное, трудности перевода… 8-)}

Таким образом, получим:

Здесь использовалось равенство

.

Если в качестве функции активации на выходном слое использовать отображение тождества, т.е. , то получим

,

где  обозначает то же самое, что , но при использовании отображения тождества в качестве функции активации нейронов.

Таким образом, имеем:

или

.

Для -го элемента скрытого слоя имеем:

Определяя  как

,

получим

Используя цепное правило, получим:

.

Таким образом, обучающее правило для узлов скрытого слоя запишем в виде:

Следовательно, правило нейронного управления для параллельной схемы можно задать в виде следующих шагов.

Шаг 1. Установить начальные значения , , , ,  и . Установить  и перейти к шагу 2.

Шаг 2. Подать опорный (желаемый входной) сигнал  на вход нейронной сети. Вычислить  или  по формуле:

или

,

где

.

Шаг 3. Изменить веса связей:

или

.

Шаг 4. Вычислить  или  по формуле:

или

.

Шаг 5. Изменить веса связей на следующую величину:

или

.

Шаг 6.  и перейти к шагу 2.

Следует отметить, что в случае нейроконтроллера последовательного типа обучающее правило использует . Это значение можно вычислить приближённо, используя численную разность или применяя сеть-эмулятор.

СХЕМА НЕЙРОННОГО УПРАВЛЕНИЯ С САМОНАСТРОЙКОЙ

Схема нейронного управления с самонастройкой показана на рисунке:

Рисунок. Схема нейронного управления с самонастройкой

Здесь нейронная сеть используется для настройки параметров обычного контроллера подобно настройке, выполняемой человеком-оператором.

Человек-оператор накапливает определённый опыт и знания о системе управления. Однако, в отличие от компьютера, человек-оператор не может помнить все данные о прошлом системы для всех видов рабочих состояний. Компьютер может легко хранить такую информацию и мгновенно отыскивать её. Таким образом, если удастся включить знания и опыт оператора в нейронную сеть и обучить её на основе данных о прошлом системы, то обученную таким образом сеть можно будет использовать как средство оперативной настройки параметров контроллера.

Такой подход может непосредственно применяться для многих традиционных технологий управления, включающих методы адаптивного управления. Многие методы адаптивного управления включают ряд параметров или задаваемых пользователем полиномиальных коэффициентов, которые требуется выбирать или настраивать предварительно. Обычно они выбираются методом проб или ошибок. Встроим в схему управления нейронную сеть, можно затем использовать эту сеть для оперативной настройки указанных параметров. Таким образом, стратегия нейронного управления с самонастройкой может применяться во многих традиционных технологиях управления.

Далее мы вспомним немного о ПИД-регуляторах.

ПИД-регуляторы

ПИД-регуляторы имеют давнюю историю в управлении промышленными объектами, они зарекомендовали себя как надёжные, простые и устойчивые средства для многих реальных приложений. В частности, в Японии доля ПИД-регуляторов составляет 84 % среди всех средств управления, применяемых на практике. Это, правда, старые данные, по состоянию на 1993 год.

Широкое распространение ПИД-регуляторов подтверждает, что они пригодны для многих практических задач благодаря простоте своей структуры и принципов работы.

Схема ПИД-управления приведена на рисунке:

Рисунок. Общая схема ПИД-регулятора

На этой схеме обозначены:

коэффициент пропорциональности,

— постоянная интегрирования,

— постоянная дифференцирования.

Эти параметры настраиваются в соответствии с желаемым выходным сигналом.

Управляющий входной сигнал ПИД-регулятора  задаётся выражением:

.

Переводя это на русский язык, пропорциональное действие связано с текущей ошибкой, интегрирующее — с предысторией ошибки, а дифференцирующее — с будущим поведением ошибки. С точки зрения оценивания, пропорциональное, интегрирующее и дифференцирующее действия соответствуют фильтрации, сглаживанию и прогнозированию соответственно.

Мы рассмотрели параллельную схему нейронного управления и схему нейронного управления с самонастройкой.

PAGE  6

Томский политехнический университет,

Дмитрий Афонин, апрель 2006 г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40175. ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ 269 KB
  Классификация: 1 устройства согласования уровня напряжения служат для преобразования постоянного или переменного напряжения одного уровня в напряжение другого уровня. 2 устройства согласования стабильности напряжения: сглаживающие фильтры служат для стабилизации мгновенного значения пульсирующего напряжения тока и стабилизаторы служат для стабилизации среднего значения выходного тока напряжения или мощности. 3 устройства согласования частоты: выпрямители преобразователи напряжения переменного тока в напряжение содержащее...
40176. Портфельное инвестирование 24.5 KB
  Если у вас куплены акции двух и более разных компаний из разных отраслей то такое инвестирование можно назвать портфельным. Чтобы достичь успеха в портфельном инвестировании необходимо грамотно подбирать бумаги компаний. Если инвестор нацелен на получение максимальной прибыли то и риски будут весьма велики в такой портфель войдет большинство примерно 8090 процентов акции молодых динамично развивающихся компаний с большими перспективами роста. Когда вы нацелены на хорошую прибыль но не готовы принять на себя большие риски тогда...
40177. Финансовые риски, связанные с вложениями определение, классификация 32 KB
  Финансовые риски связанные с вложениями определение классификация. Финансовые риски связаны с вероятностью потерь финансовых ресурсов т. Под финансовыми рисками понимается вероятность возникновения непредвиденных финансовых потерь снижения прибыли доходов потери капитала и т. Финансовые риски подразделяются на три вида: 1.
40178. Дивидендная политика корпорации 22.5 KB
  Дивидендная политика корпорации Дивидендная политика политика акционерного общества в области распределения прибыли компании то есть распределения дивидендов между держателями акций. Дивидендная политика формируется советом директоров. Термин дивидендная политика в принципе связан с распределением прибыли в акционерных обществах. В связи с этим в финансовом менеджменте используется более широкая трактовка термина дивидендная политика под которой понимают механизм формирования доли прибыли выплачиваемой собственнику в соответствии с...
40179. Анализ и планирование в системе управления финансами предприятия 33 KB
  Анализ и планирование в системе управления финансами предприятия. это вопервых определение будущего предприятия и его структурных подразделений вовторых проектирование желаемых результатов деятельности предприятия и втретьих выбор методов и средств ресурсов и определение последовательности действий в достижении желаемых результатов. Последовательность планирования обычно такова: определение целей; моделирование будущего состояния предприятия; определение способов его достижения; декомпозиция заданных желаемых результатов...
40180. Сущность и назначение финансового анализа в организации. Оценка финансового состояния 26 KB
  Сущность и назначение финансового анализа в организации. Оценка финансового состояния Неотъемлемой частью финансовой работы на предприятии являются финансовый анализ и оценка финансового состояния предприятия. Основной целью финансового анализа является установление и определение финансового положения предприятия. Задачами анализа выступают: выявление произошедших за период изменений значений финансовых показателей; определение наиболее вероятных тенденций изменения финансового состояния предприятий; определение факторов влияющих на...
40181. Финансовое планирование на предприятии 35.5 KB
  Финансовое планирование на предприятии Финансовое планирование выбор целей по реальности их достижения с имеющимися финансовыми ресурсами в зависимости от внешних условий и согласование будущих финансовых потоков выражается в составлении и контроле за выполнением планов формирования доходов и расходов учитывающих текущее финансовое состояние выраженные в денежном эквиваленте цели и средства их достижения. В рыночной экономике финансовое планирование собственной деятельности может осуществляться отдельным индивидом семьёй организацией...
40182. Принципы и методы финансового планирования 24 KB
  Принципы и методы финансового планирования Методы: Автоматический. Принципы: Процесс планирования должен осуществляться при использовании таких принципов как: гибкостьпостоянная адаптация к изменениям среды функционирования предприятия для чего необходима корректировка плана при различных изменениях внешней и внутренней среды непрерывность коммуникативность участие адекватность комплексность многовариантность итеративностьнеоднократная увязка уже составленных разделов планаитерации что обусловливает творческий...
40183. Бюджетирование сущность, классификация бюджетов 35 KB
  Бюджетирование сущность классификация бюджетов. Бюджетирование как одна из составляющих систем управления финансами интенсивно применяется во многих российских предприятиях. Смысл любой системы бюджетирования управление бюджетными данными бюджетами. Бюджет это в первую очередь план план чегото.