RU2504002C1 - Modified fuzzy rule intelligent controller - Google Patents

Modified fuzzy rule intelligent controller Download PDF

Info

Publication number
RU2504002C1
RU2504002C1 RU2012146338/08A RU2012146338A RU2504002C1 RU 2504002 C1 RU2504002 C1 RU 2504002C1 RU 2012146338/08 A RU2012146338/08 A RU 2012146338/08A RU 2012146338 A RU2012146338 A RU 2012146338A RU 2504002 C1 RU2504002 C1 RU 2504002C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
neural network
control
output
input
Prior art date
Application number
RU2012146338/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Александрович Шумков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ")
Priority to RU2012146338/08A priority Critical patent/RU2504002C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2504002C1 publication Critical patent/RU2504002C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: device has a control object, an efficiency coefficient unit, a control neural network self-training rule unit, a system operation history unit, a control neural network, a fuzzification unit, a fuzzy output unit and a defuzzification unit.
EFFECT: improved adaptive properties of the control system.
5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к интеллектуальным контроллерам, использующим принцип обучения с подкреплением, нечеткую логику, и может использоваться для управления сложными системами в недетерминированной среде.The invention relates to intelligent controllers using the principle of reinforcement learning, fuzzy logic, and can be used to control complex systems in a non-deterministic environment.

Известен интеллектуальный контроллер на основе сетей адаптивных критиков, например патент США 5448681, МПК G06F 15/18. Данное устройство состоит из объекта управления, сети критика и управляющей нейронной сети. Выход объекта управления связан с первым входом сети критики и первым входом управляющей нейронной сети, выход управляющей нейронной сети связан с входом объекта управления и вторым входом сети критики, выход сети критики связан со вторым входом управляющей нейронной сети.Known intelligent controller based on networks of adaptive critics, for example, US patent 5448681, IPC G06F 15/18. This device consists of a control object, a critic network and a control neural network. The output of the control object is connected to the first input of the criticism network and the first input of the control neural network, the output of the control neural network is connected to the input of the control object and the second input of the criticism network, the output of the criticism network is connected to the second input of the control neural network.

Принцип работы устройства по патенту США 5448681, МПК G06F 15/18 следующий: объект управления выдает сигнал о своем состоянии, сеть критики вычисляет подкрепление для текущей временной итерации и состояния объекта, управляющая нейронная сеть вычисляет управляющее воздействие с учетом подкрепления.The principle of operation of the device according to US patent 5448681, IPC G06F 15/18 is as follows: the control object gives a signal about its state, the critique network calculates the reinforcement for the current time iteration and the state of the object, the control neural network calculates the control action taking into account the reinforcement.

Общий недостаток устройств на основе сетей адаптивных критиков состоит в том, что этот алгоритм не является обобщенным и достаточным для построения универсальной адаптивной системы управления объектом, действующим в недетерминированной среде, чтобы убедиться в этом, достаточно взглянуть на количество методов реализации и структур (DHP, HDP, ВАС, GDHP, FACL, GlFACL и другие). К недостаткам можно отнести, так как система должна управляться в режиме реального времени, большее количество вычислений. Также к недостаткам можно отнести то, что система управления, построенная на базе адаптивного критика, не может радикально менять свое поведение и вырабатывать новые реакции при абсолютно новых, неизвестных данных о состоянии окружающей среды и объекта управления (D.Prokhorov, D.Wanch. Adaptive critic designs. IEEE transactions on Neural Networks, September 1997, pp.997-1007).A common drawback of devices based on networks of adaptive critics is that this algorithm is not generalized and sufficient for constructing a universal adaptive control system for an object operating in a non-deterministic environment, to verify this, just look at the number of implementation methods and structures (DHP, HDP , BAC, GDHP, FACL, GlFACL and others). The disadvantages include, since the system must be controlled in real time, a large number of calculations. The disadvantages include the fact that the control system, built on the basis of adaptive criticism, cannot radically change its behavior and generate new reactions with completely new, unknown data on the state of the environment and the control object (D.Prokhorov, D.Wanch. Adaptive critic designs. IEEE transactions on Neural Networks, September 1997, pp. 997-1007).

Наиболее близким техническим решением является «интеллектуальный контроллер с нейронной сетью и правилами самомодификации» по патенту РФ №2266558, МПК G06F 9/00. Контроллер по данному патенту состоит из объекта управления, обучающей нейронной сети, управляющей нейронной сети, блока коэффициента эффективности, блока правил самообучения управляющей нейронной сети, блока истории работы системы. Выходы состояния и действия объекта управления связаны с первым и вторым входами управляющей нейронной сети, выход управляющей нейронной сети связан с входом объекта управления. Выходы действия и состояния объекта управления также связаны с первым и вторым входами блока коэффициента эффективности. Блок коэффициента эффективности связан с первым входом обучающей нейронной сети, второй вход обучающей нейронной сети связан с первым выходом блока истории работы системы, который также связан со вторым входом блока правил самообучения управляющей нейронной сети. Блок истории работы системы по первому и второму входам соединен с объектом управления, а по третьему входу с блоком правил самообучения управляющей нейронной сети. Второй выход блока истории работы системы связан с выходом управляющей нейронной сети, третий и четвертый выходы связаны с первым и вторым входами управляющей нейронной сети. Выход обучающей нейронной сети связан с первым входом блока правил самообучения управляющей нейронной сети. На более детальных схемах также присутствуют блоки: блок функции коэффициента эффективности, стек коэффициента эффективности, стек параметра адаптации и стек работы объекта управления, а также связи между ними и вышеописанными блоками. В качестве управляющей и обучающей нейронных сетей используется многослойный персептрон. В качестве метода обучения обучающей и управляющей нейронных сетей авторами рекомендуется метод обратного распространения ошибки.The closest technical solution is an “intelligent controller with a neural network and self-modification rules” according to RF patent No. 2266558, IPC G06F 9/00. The controller according to this patent consists of a control object, a training neural network, a control neural network, a block of efficiency coefficient, a block of self-learning rules for a control neural network, and a block of the history of the system. The outputs of the state and actions of the control object are connected with the first and second inputs of the control neural network, the output of the control neural network is connected with the input of the control object. The outputs of the action and state of the control object are also associated with the first and second inputs of the block efficiency coefficient. The block of the efficiency coefficient is connected with the first input of the training neural network, the second input of the training neural network is connected with the first output of the system history block, which is also connected with the second input of the self-learning rule block of the control neural network. The history block of the system at the first and second inputs is connected to the control object, and at the third input with a block of self-learning rules for the control neural network. The second output of the system history block is connected to the output of the control neural network, the third and fourth outputs are connected to the first and second inputs of the control neural network. The output of the training neural network is connected with the first input of the self-learning rules block of the control neural network. In more detailed diagrams, there are also blocks: a block of the function of the coefficient of efficiency, a stack of the coefficient of efficiency, a stack of the adaptation parameter and a stack of the control object, as well as the relationship between them and the above blocks. A multilayer perceptron is used as a control and training neural network. As a teaching method for training and managing neural networks, the authors recommend the method of back propagation of error.

Принцип работы устройства по патенту РФ №2266558, МПК G06F 9/00 следующий: объект управления выдает сигналы состояния и действия для управляющей нейронной сети, блока коэффициента эффективности и блока истории работы системы. Блок коэффициента эффективности вычисляет коэффициент эффективности на текущем цикле управления и динамику изменения коэффициента эффективности по сравнению с предыдущими циклами. Управляющая нейронная сеть, если коэффициент эффективности больше и равен заданного коэффициента эффективности, вычисляет управляющее воздействие согласно текущим правилам управления. Обучающая нейронная сеть получает данные об изменении коэффициента эффективности и применяет правила обучения обучающей нейронной сети в случае, если коэффициент эффективности меньше заданного. На выходе получаются новые значения параметров адаптации. Блок правил самообучения управляющей нейронной сети на основании изменения параметров адаптации, если коэффициент эффективности меньше заданного, изменяет правила самообучения управляющей нейронной сети. Управляющая нейронная сеть, если коэффициент эффективности меньше заданного, дообучается по измененным правилам. После дообучения управляющая нейронная сеть вырабатывает сигнал управления. Необходимые параметры работы заносятся в стеки.The principle of operation of the device according to the patent of the Russian Federation No. 2266558, IPC G06F 9/00 is as follows: the control object generates status and action signals for the control neural network, the efficiency coefficient block and the system history block. The efficiency factor block calculates the efficiency coefficient for the current control cycle and the dynamics of the efficiency coefficient change compared to previous cycles. The control neural network, if the efficiency coefficient is greater than and equal to the specified efficiency coefficient, calculates the control action according to the current control rules. The training neural network receives data on changes in the efficiency coefficient and applies the training rules for the training neural network in case the efficiency coefficient is less than the specified one. At the output, new values of adaptation parameters are obtained. The self-learning rules block of the controlling neural network based on changes in adaptation parameters, if the efficiency coefficient is less than the specified one, changes the self-learning rules of the controlling neural network. The controlling neural network, if the efficiency coefficient is less than the specified one, is retrained according to the changed rules. After further training, the control neural network generates a control signal. The necessary work parameters are entered into the stacks.

Недостатками данного контроллера являются недостаточные адаптационные свойства, невозможность изменения правил самообучения обучающей нейронной сети, ограниченное изменение правил самообучения управляющей нейронной сети.The disadvantages of this controller are insufficient adaptive properties, the impossibility of changing the rules of self-learning of a training neural network, a limited change in the rules of self-learning of a controlling neural network.

Задача - разработка модифицированного интеллектуального контроллера с нечеткими правилами.The task is to develop a modified intelligent controller with fuzzy rules.

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение адаптационных свойств системы управления на базе интеллектуального контроллера.The technical result of the proposed device is to increase the adaptive properties of the control system based on an intelligent controller.

Технический результат достигается тем, что в интеллектуальном контроллере с нечеткими правилами, содержащем объект управления, блок коэффициента эффективности, блок правил самообучения управляющей нейросети, блок истории работы системы, управляющую нейросеть, выход которой связан с входом объекта управления, первый и второй выходы объекта управления связаны соответственно с первым и вторым входами блока коэффициента эффективности, первым и вторым входами блока истории работы системы, первым и вторым входами управляющей нейросети, первый выход блока истории работы системы связан со вторым входом блока правил самообучения управляющей нейросети, третий и четвертый выходы связаны со вторым и первым входами управляющей нейросети, выход блока правил самообучения управляющей нейросети связан с четвертым входом блока истории работы системы, введены блок фаззификации, блок нечеткого вывода, блок дефаззификации, причем выход блока коэффициента эффективности связан с первым входом блока фаззификации, первый выход блока истории работы системы также связан со вторым входом блока фаззификации, выход блока фаззификации связан с входом блока нечеткого вывода, выход блока нечеткого вывода связан с входом блока дефаззификации, выход блока дефаззификации связан с первым входом блока правил самообучения управляющей нейросети и третьим входом блока истории работы системы, второй выход блока истории работы системы связан с третьим входом блока правил самообучения управляющей нейросети, пятый выход блока истории работы системы связан с третьим входом управляющей нейросети, а выход управляющей нейросети также связан с пятым входом блока истории работы системы.The technical result is achieved by the fact that in an intelligent controller with fuzzy rules containing a control object, an efficiency coefficient block, a self-learning rule block for a control neural network, a system operation history block, a control neural network whose output is connected to the control object input, the first and second outputs of the control object are connected respectively, with the first and second inputs of the efficiency coefficient block, the first and second inputs of the system operation history block, the first and second inputs of the control neural network, ne The first output of the system operation history block is connected to the second input of the control neural network self-learning rules block, the third and fourth outputs are connected to the second and first control neural network self-learning rules block, the output of the control neural network self-learning rules block is connected to the fourth input of the system operation history block, fuzzification block, fuzzy block are introduced output, defazzification unit, and the output of the efficiency coefficient block is connected to the first input of the fuzzification block, the first output of the system history block is also connected to the second input fuzzification unit, the output of the fuzzification unit is connected to the input of the fuzzy output unit, the output of the fuzzy output unit is connected to the input of the defuzzification unit, the output of the defuzzification unit is connected to the first input of the self-learning rules block of the control neural network and the third input of the system history block, the second output of the system operation history block is connected with the third input of the self-learning rules block of the control neural network, the fifth output of the system history block is connected to the third input of the control neural network, and the output of the control neural network is also connected associated with the fifth block input history of the system.

Задача повышения адаптационных свойств достигается за счет введения блоков фаззификации, блока нечеткого вывода и блока дефаззификации, которые реализуют нечеткий вывод адаптационного параметра. За счет данных блоков повышаются адаптационные свойства интеллектуального контроллера.The task of improving the adaptive properties is achieved by introducing fuzzification blocks, a fuzzy inference block and a defuzzification block, which realize the fuzzy derivation of the adaptation parameter. Due to these blocks, the adaptive properties of the intelligent controller are enhanced.

Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, позволяет достигнуть желаемый результат.Thus, the set of essential features set forth in the claims, allows to achieve the desired result.

На фиг.1 изображена общая схема интеллектуального контроллера с нечеткими правилами, на фиг.2 показана схема блока коэффициента эффективности, на фиг.3 показана схема взаимодействия блока правил самообучения управляющей нейросети и блока истории работы системы, на фиг.4 показана схема нечеткого вывода коэффициента степени уверенности, на фиг.5 показана управляющая нейронная сеть в разрезе нейронов.Figure 1 shows a general diagram of an intelligent controller with fuzzy rules, figure 2 shows a block diagram of a coefficient of efficiency, figure 3 shows a diagram of an interaction of a block of self-learning rules of a controlling neural network and a block of a history of system operation, figure 4 shows a diagram of a fuzzy derivation of a coefficient degree of confidence, figure 5 shows the control neural network in the context of neurons.

Система состоит из нескольких структурных компонент: объекта управления 1, блока коэффициента эффективности 2, блока фаззификации 3, блока нечеткого вывода 4, блока дефаззификации 5, блока правил самообучения управляющей нейросети 6, блока истории работы системы 7, управляющей нейросети 8.The system consists of several structural components: a control object 1, an efficiency coefficient block 2, a fuzzification block 3, a fuzzy inference block 4, a defuzzification block 5, a self-learning rule block for a control neural network 6, a history block for a system 7, a control neural network 8.

Блок коэффициента эффективности состоит из блока формулы коэффициента эффективности 9 и стека коэффициента эффективности 10.The block of the efficiency coefficient consists of the block of the formula of the coefficient of efficiency 9 and the stack of the coefficient of efficiency 10.

Блок истории работы системы состоит из стека параметров адаптации 11 и стека работы объекта управления 12.The system operation history block consists of a stack of adaptation parameters 11 and a work stack of the control object 12.

Также в системе присутствуют следующие связи: от объекта управления идут сигналы состояния 13 и действия 14, соответственно на блок формулы коэффициента эффективности 13.1 и 14.1, на стек работы объекта управления 13.2 и 14.2 и на управляющую нейросеть 13.3 и 14.3.The following connections are also present in the system: state signals 13 and actions 14 are sent from the control object, respectively to the block of the efficiency coefficient formula 13.1 and 14.1, to the work stack of the control object 13.2 and 14.2 and to the control neural network 13.3 and 14.3.

От блока формулы коэффициента эффективности идет сигнал 15 соответственно 15.1 на блок фаззификации и 15.2 на стек коэффициента эффективности, от блока фаззификации идет сигнал 16 на блок нечеткого вывода, от блока нечеткого вывода идет сигнал 17 на блок дефаззификации. От блока фаззификации идет сигнал 18, соответственно на стек параметров адаптации 18.1 и блок правил самообучения управляющей нейросети 18.2. От стека параметров адаптации идет сигнал 19 соответственно на блок правил самообучения управляющей нейросети 19.1 и блок фаззификации 19.2. От стека работы управляющей нейросети идут сигналы 20.1 и 20.2 на блок правил самообучения управляющей нейросети, а от стека работы управляющей нейросети идет сигнал 21 соответственно - 21.1 на стек параметров адаптации и 21.2 на стек работы объекта управления. От выхода управляющей нейросети идет сигнал 22 на стек работы объекта управления. От блока истории работы системы идут сигналы - 23 на управляющую нейросеть, 24 и 25 на входы управляющей нейросети. От управляющей нейросети идет сигнал управления 26 на объект управления.From the block of the formula for the coefficient of efficiency, there is a signal 15, respectively, 15.1 to the block of fuzzification and 15.2 to the stack of the coefficient of efficiency, from the block of fuzzification, signal 16 to the block of fuzzy output, from the block of fuzzy output, signal 17 to the block of defuzzification. Signal 18 comes from the fuzzification block, respectively, onto the stack of adaptation parameters 18.1 and the block of self-learning rules of the controlling neural network 18.2. From the stack of adaptation parameters there is a signal 19, respectively, to the self-learning rules block of the control neural network 19.1 and the fuzzification block 19.2. Signals 20.1 and 20.2 go to the self-learning rules block of the control neural network from the control neural network work stack, and signal 21 goes from the control neural network work stack - 21.1 to the adaptation parameter stack and 21.2 to the control object work stack. From the output of the control neural network there is a signal 22 to the stack of work of the control object. From the history block of the system, signals are sent - 23 to the control neural network, 24 and 25 to the inputs of the control neural network. From the control neural network there is a control signal 26 to the control object.

Блок фаззификации состоит из узлов входных термов 27, количество которых равно количеству учитываемых итераций по коэффициенту эффективности и адаптационным параметрам. Блок нечеткого вывода состоит из Т-узлов 28, N-узлов 29 и узлов нормализации силы правил 30. Т-узлы связаны с N-узлами сигналами 31, а с узлами нормализации силы правил сигналами 32. N-узлы связаны с узлами нормализации силы правил сигналами 33.The fuzzification unit consists of nodes of input terms 27, the number of which is equal to the number of iterations taken into account in terms of efficiency coefficient and adaptation parameters. The fuzzy inference block consists of T-nodes 28, N-nodes 29 and rule force normalization nodes 30. T-nodes are connected to N-nodes by signals 31, and rule normalization nodes by signals 32. N-nodes are connected to rule force normalization nodes signals 33.

Управляющая нейросеть состоит из слоя входных нейронов 34, скрытых слоев нейронов 35, выходного слоя нейронов 36. Входной слой нейронов соединен с первым скрытым слоем связями 37.1, скрытые слои соединены между собой связями 37.2…37.F+1, а последний скрытый слой соединен с выходным слоем нейронов связями 37.F+2.The control neural network consists of a layer of input neurons 34, hidden layers of neurons 35, an output layer of neurons 36. The input layer of neurons is connected to the first hidden layer by links 37.1, the hidden layers are connected by links 37.2 ... 37.F + 1, and the last hidden layer is connected to output layer of neurons with 37.F + 2 bonds.

Количество нейронов во входном слое 34 управляющей нейронной сети 8 равно R+N, где R - размерность вектора состояния, а N - размерность вектора действия объекта управления. Нейроны на фиг.5 помечены как 34.1-34.R - входы по вектору состояния, 34.R+1-34.R+N - входы по вектору действия. У управляющей нейросети может быть F скрытых слоев, количество которых задается разработчиком (рекомендованное значение F=2), соответственно скрытые слои обозначены как 35.1-35.F, а количество нейронов в скрытых слоях обозначено 35.1.1-35.1.K в первом скрытом слое и 35.F.1-35.F.L - в последнем скрытом слое. Количество нейронов в выходном слое 36 равно размерности вектора управления объекта управления и они обозначены 36.1-36.М. Числа R, N, F, K, L, M, Z подбираются из условия решаемой задачи интеллектуальным контроллером.The number of neurons in the input layer 34 of the control neural network 8 is equal to R + N, where R is the dimension of the state vector, and N is the dimension of the action vector of the control object. The neurons in Fig. 5 are marked as 34.1-34.R - inputs by the state vector, 34.R + 1-34.R + N - inputs by the action vector. The control neural network can have F hidden layers, the number of which is set by the developer (recommended value F = 2), respectively, hidden layers are indicated as 35.1-35.F, and the number of neurons in hidden layers is indicated by 35.1.1-35.1.K in the first hidden layer and 35.F.1-35.FL - in the last hidden layer. The number of neurons in the output layer 36 is equal to the dimension of the control vector of the control object and they are designated 36.1-36.M. The numbers R, N, F, K, L, M, Z are selected from the conditions of the problem being solved by an intelligent controller.

Блок формулы коэффициента эффективности 9 предназначен для расчета коэффициента эффективности системы. Коэффициент эффективности - это безразмерная величина, которая показывает насколько хорошо или плохо работает система в целом или по определенному параметру. Формула вычисления коэффициента эффективности задается разработчиком.The block of the formula for the coefficient of efficiency 9 is designed to calculate the coefficient of efficiency of the system. The efficiency coefficient is a dimensionless quantity that shows how well or poorly the system works as a whole or by a certain parameter. The formula for calculating the efficiency coefficient is set by the developer.

Стек коэффициента эффективности 10 предназначен для хранения значений коэффициента эффективности на предыдущих итерациях управления.The efficiency coefficient stack 10 is designed to store the efficiency coefficient values at previous control iterations.

Блок фаззификации 3 предназначен для вычисления степеней функций принадлежности.Block fuzzification 3 is designed to calculate the degrees of membership functions.

Блок нечеткого вывода 4 предназначен для вычисления сил правил нечеткого вывода.Block fuzzy inference 4 is designed to calculate the strength of the rules of fuzzy inference.

Блок дефаззификации 5 предназначен для расчета четкого значения коэффициента степени уверенности.Defazzification block 5 is designed to calculate a clear value of the coefficient of confidence.

Блок правил самообучения управляющей нейросети 6 предназначен для хранения и корректировки наборов правил для обучения управляющей нейросети 8 для различных вариантов поведения объекта управления. Суть формул самообучения управляющей нейронной сети - в зависимости от значения коэффициента эффективности, параметров адаптации, состояния и действий объекта управления или динамики их изменения, подготовить обучающую выборку для управляющей нейронной сети и дообучить управляющую нейросеть.The self-learning rules block of the control neural network 6 is designed to store and adjust sets of rules for training the control neural network 8 for various behaviors of the control object. The essence of the self-learning formulas of the controlling neural network - depending on the value of the efficiency coefficient, adaptation parameters, state and actions of the control object or the dynamics of their change, prepare a training sample for the control neural network and retrain the control neural network.

Блок истории работы системы 7 предназначен для хранения информации о работе объекта управления, управляющей нейронной сети и параметров адаптации. Блок истории работы системы разбит на две составляющие - стек параметров адаптации и стек работы объекта управления.The history block of the system 7 is designed to store information about the operation of the control object, the control neural network and adaptation parameters. The history block of the system is divided into two components - the stack of adaptation parameters and the stack of the control object.

Управляющая нейронная сеть 8 предназначена для формирования управляющего сигнала для объекта управления. Данная сеть реализована на базе многослойного персептрона. Для обучения управляющей нейронной сети используется метод обратного распространения ошибки.The control neural network 8 is designed to generate a control signal for the control object. This network is implemented on the basis of a multilayer perceptron. To train the control neural network, the back propagation method of error is used.

Стек параметров адаптации 11 предназначен для хранения параметров адаптации на предыдущих итерациях управления. Параметры адаптации - это такие параметры системы, меняя которые можно добиться изменения поведения работы системы.The adaptation parameter stack 11 is intended to store adaptation parameters at previous control iterations. Adaptation parameters are such system parameters, changing which you can achieve a change in the behavior of the system.

Стек работы объекта управления 12 предназначен для хранения истории работы объекта управления 1 (по сигналам 13.2 и 14.2).The work stack of the control object 12 is designed to store the history of the operation of the control object 1 (by signals 13.2 and 14.2).

Заявленное устройство работает следующим образом. Объект управления 1 формирует сигналы состояния 13 и действия 14. По данным сигналам блок формулы коэффициента эффективности 9 рассчитывает по заданной формуле получившееся значение коэффициента эффективности на текущей итерации управления. Получившееся значение коэффициента эффективности по сигналу 15.1 идет на блок фаззификации 3 и заносится в стек коэффициента эффективности по сигналу 15.2. Блок фаззификации 3 получает значение текущего коэффициента эффективности, а также синхронно от стека коэффициента эффективности 10 предыдущие значения коэффициента эффективности по сигналу 15.3 и значения адаптационных параметров на предыдущих итерациях по сигналу 19.2 от стека параметров адаптации 11. Глубина погружения по коэффициенту эффективности и параметрам адаптации, то есть за сколько предыдущих итераций управления учитывать данные сигналы, задаются разработчиком. Глубина погружения по коэффициенту эффективности и параметрам адаптации могут быть не равна друг другу. Принцип работы связки фаззификатор - блок нечеткого вывода - дефаззификатор следующий (см. также Ярушкина Н.Г. «Основы теории нечетких и гибридных систем». М.: Финансы и статистика, 2004 г.). На узлы входных термов 27 подаются четкие значения коэффициента эффективности за последнюю и предыдущие итерации управления и АП за предыдущие итерации управления. На выходе узлов 27 степени, с которыми заданные входы удовлетворяют функциям принадлежности, ассоциированным с этими узлами. Каждый Т-узел 28 вычисляет силу правила. The claimed device operates as follows. The control object 1 generates state signals 13 and actions 14. Based on these signals, the block of the formula for the coefficient of efficiency 9 calculates, using the given formula, the resulting value of the coefficient of efficiency at the current control iteration. The resulting value of the efficiency coefficient by signal 15.1 goes to the fuzzification unit 3 and is pushed onto the stack of the efficiency coefficient by signal 15.2. Fuzzification unit 3 receives the value of the current efficiency coefficient, and also synchronously from the stack of efficiency coefficient 10, the previous values of the efficiency coefficient by signal 15.3 and the values of adaptation parameters at previous iterations by signal 19.2 from the stack of adaptation parameters 11. The depth of immersion by the efficiency coefficient and adaptation parameters, then There are how many previous control iterations to take into account these signals, are set by the developer. According to the efficiency coefficient and adaptation parameters, the immersion depth may not be equal to each other. The principle of operation of the linkage fuzzifier - fuzzy inference unit - defuzzifier is as follows (see also Yarushkina NG, "Fundamentals of the theory of fuzzy and hybrid systems." M: Finance and Statistics, 2004). The nodes of the input terms 27 are given clear values of the efficiency coefficient for the last and previous control iterations and AP for the previous control iterations. At the output of nodes of degree 27, with which the given inputs satisfy the membership functions associated with these nodes. Each T-node 28 calculates the strength of the rule.

Выход верхнего Т-узла 31.1 равен:The output of the upper T-node 31.1 is equal to:

α1=КЭ(t)_снизился ∧ КЭ(t-1)_снизился ∧ АП (t-1)_снизилсяα 1 = FE (t) _ decreased ∧ FE (t-1) _ decreased ∧ AP (t-1) _ decreased

Выход нижнего Т-узла равен:The output of the lower T-node is equal to:

αz=КЭ(t)-_увеличился ∧ КЭ(t-1)_увеличился ∧ АП(t-1)_увеличилсяα z = FE (t) -_ increased ∧ FE (t-1) _increased П AP (t-1) _increased

Для остальных аналогично (см. Таблицу 1 ниже). N-узлы 29 нормализуют силу правил с выходов Т-узлов 28. Выход каждого N-узла равен

Figure 00000001
Выходы узлов нормализации силы правил 30 равны произведению нормализованной силы правил и индивидуального выхода соответствующего правила. Например, для первого узла нормализации силы правил выход равен b1/АП(t)_увеличился (α1), а для последнего b2/АП(t)_увеличился (αz). Блок дефаззификации 5 вычисляет общее значение параметра адаптации 18 по формуле:For the rest it is similar (see Table 1 below). N-nodes 29 normalize the strength of the rules from the outputs of T-nodes 28. The output of each N-node is
Figure 00000001
The outputs of the nodes for normalizing the strength of the rules 30 are equal to the product of the normalized force of the rules and the individual output of the corresponding rule. For example, for the first node to normalize the strength of the rules, the output is b 1 / AP (t) _increased (α 1 ), and for the last b 2 / AP (t) _increased (α z ). Block defazzification 5 calculates the total value of the adaptation parameter 18 according to the formula:

y0=b1·Y1+…+bZ·YZ y 0 = b 1 · Y 1 + ... + b Z · Y Z

Далее сигналы параметра адаптации 18 идут в стек параметров адаптации по сигналу 18.1 и блок правил самообучения управляющей нейросети 6 по сигналу 18.2. В случае, если значение сигнала 18 лежит в пределах «не изменять», процесс переобучения управляющей нейросети 8 не запускается, в случаях «увеличился» и «уменьшился» запускается процесс переобучения управляющей нейросети 8. Переобучение управляющей нейросети 8 происходит следующим образом. Блок правил самообучения управляющей нейросети 6 по сигналу 21.2 инициирует работу стека работы объекта управления 12 для переобучения управляющей нейросети 8. При этом стек работы управляющей нейросети 12 активизирует выходы 24 и 25, которые идут на входы управляющей нейросети 8. При активации 24 и 25 происходит размыкание входов 13.3 и 14.3 и выхода 26 управляющей нейросети от объекта управления 1. По сигналам 24 и 25 на управляющую нейросеть 8 начинают поступать входные комбинации примеров, а по сигналу 22 в стек работы объекта управления 12 начинает поступать выход управляющей нейросети 8, который сравнивается с тем, что должно было получиться при подаче определенной комбинации входов 24 и 25. Процесс обучения происходит по алгоритму обратного распространения ошибки для многослойного персептрона (см. Rumelhart D.E., Hinton G.E., Williams R.J., "Learning representations by back-propagating errors," Nature, vol.323, pp.533-536, 1986). Изменения весов 37 управляющей нейросети 8 идет по сигналам 23. После того как ошибка управляющей нейросети стала меньше или равна заданной, процесс переобучения останавливается, выходы 24 и 25 стека работы объекта управления деактивируются и устройство начинает работать в режиме отработки сигналов объекта управления 1 и подачи сигналов управления 26 на него.Further, the signals of the adaptation parameter 18 go to the stack of adaptation parameters by signal 18.1 and the self-learning rules block of the control neural network 6 by signal 18.2. If the value of signal 18 lies within the “do not change” limits, the process of retraining the control neural network 8 does not start, in cases of “increased” and “decreased” the process of retraining the control neural network 8. The retraining of the control neural network 8 is as follows. The self-learning rules block of the control neural network 6, by signal 21.2, initiates the operation stack of the control object 12 to retrain the control neural network 8. At the same time, the work stack of the control neural network 12 activates outputs 24 and 25, which go to the inputs of the control neural network 8. When 24 and 25 are activated, the circuit breaks inputs 13.3 and 14.3 and output 26 of the control neural network from the control object 1. By signals 24 and 25, input combinations of examples begin to arrive on the control neural network 8, and by signal 22, a post starts to work on the control object 12 the output of the control neural network 8, which is compared with what should have happened when a certain combination of inputs 24 and 25 was applied. The learning process is based on the back propagation algorithm for the multilayer perceptron (see Rumelhart DE, Hinton GE, Williams RJ, "Learning representations by back-propagating errors, "Nature, vol. 323, pp. 533-536, 1986). Changes in the weights 37 of the control neural network 8 follow the signals 23. After the error of the control neural network has become less than or equal to the set one, the retraining process stops, outputs 24 and 25 of the operation stack of the control object are deactivated and the device starts working in the signal processing mode of control object 1 and signals control 26 on it.

Вычисление сигналов управляющей нейросетью происходит стандартным образом.Calculation of signals by the controlling neural network occurs in a standard way.

Эффект от применения данного контроллера заключается в том, что предлагаемое устройство за счет использования блоков нечеткой логики - блока фаззификации, блока нечеткого вывода и блока дефаззификации адаптивно подстраивается под изменения состояния внешней среды и объекта управления. При этом при выработке значения адаптационного параметра используется нечеткая логика, позволяющая не жестко, а мягко подстраивать адаптационный параметр и соответственно правила самообучения управляющей нейросети. The effect of the use of this controller is that the proposed device through adaptive fuzzy logic blocks - fuzzification unit, fuzzy output unit and defuzzification unit adaptively adapts to changes in the state of the environment and the control object. At the same time, when developing the value of the adaptation parameter, fuzzy logic is used, which allows one not to rigidly, but gently adjust the adaptation parameter and, accordingly, the self-learning rules of the controlling neural network.

Таблица Table Входы и выходы обучающей нейронной сетиThe inputs and outputs of the training neural network Вход 15.1 КЭ(t)Input 15.1 KE (t) Вход 19.2 АП(t-1)Input 19.2 AP (t-1) Вход 15.3 КЭ(t-1)Input 15.3 KE (t-1) Выход 18 АП(t)18 amp output (t) -1-one -1-one -1-one 1one -1-one -1-one 00 1one -1-one -1-one 1one -1-one -1-one 00 -1-one 1one -1-one 00 00 1one -1-one 00 1one -1-one -1-one 1one -1-one 1one -1-one 1one 00 1one -1-one 1one 1one -1-one -1-one -1-one -1-one 1one 00 -1-one 00 00 00 -1-one 1one -1-one 00 00 -1-one 1one 00 00 00 1one 00 00 1one -1-one 00 1one -1-one 00 00 1one 00 00 00 1one 1one 00 1one 1one -1-one -1-one 1one 1one 00 00 1one 1one 1one 1one 1one 00 -1-one -1-one 1one 00 00 00 1one 00 1one 1one 1one 1one -1-one -1-one 1one 1one 00 00 1one 1one 1one 1one

Claims (1)

Модифицированный интеллектуальный контроллер с нечеткими правилами, содержащий объект управления, блок коэффициента эффективности, блок правил самообучения управляющей нейросети, блок истории работы системы, управляющую нейросеть, выход которой связан с входом объекта управления, первый и второй выходы объекта управления связаны соответственно с первым и вторым входами блока коэффициента эффективности, первым и вторым входами блока истории работы системы, первым и вторым входами управляющей нейросети, первый выход блока истории работы системы связан со вторым входом блока правил самообучения управляющей нейросети, третий и четвертый выходы связаны со вторым и первым входами управляющей нейросети, выход блока правил самообучения управляющей нейросети связан с четвертым входом блока истории работы системы, отличающийся тем, что в него введены блок фаззификации, блок нечеткого вывода, блок дефаззификации, причем выход блока коэффициента эффективности связан с первым входом блока фаззификации, первый выход блока истории работы системы также связан со вторым входом блока фаззификации, выход блока фаззификации связан с входом блока нечеткого вывода, выход блока нечеткого вывода связан с входом блока дефаззификации, выход блока дефаззификации связан с первым входом блока правил самообучения управляющей нейросети и третьим входом блока истории работы системы, второй выход блока истории работы системы связан с третьим входом блока правил самообучения управляющей нейросети, пятый выход блока истории работы системы связан с третьим входом управляющей нейросети, а выход управляющей нейросети также связан с пятым входом блока истории работы системы. A modified intelligent controller with fuzzy rules, containing a control object, a block of coefficient of efficiency, a block of self-learning rules of a control neural network, a block of the history of the system, a control neural network, the output of which is connected to the input of the control object, the first and second outputs of the control object are connected with the first and second inputs, respectively efficiency coefficient block, the first and second inputs of the system operation history block, the first and second inputs of the control neural network, the first output of the work history block The system is connected to the second input of the control neural network self-learning rules block, the third and fourth outputs are connected to the second and first control neural network inputs, the output of the control neural network self-learning rules block is connected to the fourth input of the system history block, characterized in that a fuzzification block is inserted into it, a fuzzy output unit, a defuzzification unit, wherein the output of the efficiency coefficient unit is connected to the first input of the fuzzification unit, the first output of the system history unit is also connected to the second input fuzzification unit, the output of the fuzzification unit is connected to the input of the fuzzy output unit, the output of the fuzzy output unit is connected to the input of the defuzzification unit, the output of the defuzzification unit is connected to the first input of the self-learning rules block of the control neural network and the third input of the system history block, the second output of the system operation history block is connected with the third input of the self-learning rules block of the control neural network, the fifth output of the system history block is connected to the third input of the control neural network, and the output of the control neural network is also connected associated with the fifth block input history of the system.
RU2012146338/08A 2012-10-30 2012-10-30 Modified fuzzy rule intelligent controller RU2504002C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012146338/08A RU2504002C1 (en) 2012-10-30 2012-10-30 Modified fuzzy rule intelligent controller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012146338/08A RU2504002C1 (en) 2012-10-30 2012-10-30 Modified fuzzy rule intelligent controller

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2504002C1 true RU2504002C1 (en) 2014-01-10

Family

ID=49884798

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012146338/08A RU2504002C1 (en) 2012-10-30 2012-10-30 Modified fuzzy rule intelligent controller

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2504002C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994022074A1 (en) * 1993-03-24 1994-09-29 National Semiconductor Corporation Fuzzy logic design generator using a neural network to generate fuzzy logic rules and membership functions for use in intelligent systems
DE4408264A1 (en) * 1992-09-30 1995-07-27 Zetec Gmbh Zentrum Fuer Fuzzyi Fuzzy logic controller with neural network
US5448681A (en) * 1992-03-27 1995-09-05 National Semiconductor Corporation Intelligent controller with neural network and reinforcement learning
RU2266558C2 (en) * 2003-12-31 2005-12-20 Кубанский государственный технологический университет Intellectual controller with neuron network and self-modification rules
CN102122132A (en) * 2010-01-11 2011-07-13 北京航空航天大学 Intelligent control system for environmental simulation system based on a fuzzy neural network
RU109890U1 (en) * 2011-06-17 2011-10-27 Алексей Евгеньевич Васильев MICROCONTROLLER WITH HARDWARE FUZZY VARIABLE COMPUTER OF VARIABLE STRUCTURE
RU2447494C1 (en) * 2011-01-11 2012-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") Intelligent controller with self-modification rules of educational and control neural networks
RU2458390C1 (en) * 2011-04-05 2012-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") Modified intelligent controller

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5448681A (en) * 1992-03-27 1995-09-05 National Semiconductor Corporation Intelligent controller with neural network and reinforcement learning
DE4408264A1 (en) * 1992-09-30 1995-07-27 Zetec Gmbh Zentrum Fuer Fuzzyi Fuzzy logic controller with neural network
WO1994022074A1 (en) * 1993-03-24 1994-09-29 National Semiconductor Corporation Fuzzy logic design generator using a neural network to generate fuzzy logic rules and membership functions for use in intelligent systems
RU2266558C2 (en) * 2003-12-31 2005-12-20 Кубанский государственный технологический университет Intellectual controller with neuron network and self-modification rules
CN102122132A (en) * 2010-01-11 2011-07-13 北京航空航天大学 Intelligent control system for environmental simulation system based on a fuzzy neural network
RU2447494C1 (en) * 2011-01-11 2012-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") Intelligent controller with self-modification rules of educational and control neural networks
RU2458390C1 (en) * 2011-04-05 2012-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") Modified intelligent controller
RU109890U1 (en) * 2011-06-17 2011-10-27 Алексей Евгеньевич Васильев MICROCONTROLLER WITH HARDWARE FUZZY VARIABLE COMPUTER OF VARIABLE STRUCTURE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Noriega Multilayer perceptron tutorial
Kapanova et al. A genetic approach to automatic neural network architecture optimization
US20090299929A1 (en) Methods of improved learning in simultaneous recurrent neural networks
US20150269485A1 (en) Cold neuron spike timing back-propagation
KR20160136381A (en) Differential encoding in neural networks
El-Nagar Nonlinear dynamic systems identification using recurrent interval type-2 TSK fuzzy neural network–A novel structure
KR20160138002A (en) Training, recognition, and generation in a spiking deep belief network (dbn)
Wang et al. Finite/fixed-time synchronization of delayed memristive reaction-diffusion neural networks
Han et al. Hierarchical extreme learning machine for feedforward neural network
Anochi et al. Self-configuring two types of neural networks by mpca
TULKUNOVNA Structure of fuzzy control module with neural network
Lasfer et al. Neural network design parameters for forecasting financial time series
RU2504002C1 (en) Modified fuzzy rule intelligent controller
RU2447494C1 (en) Intelligent controller with self-modification rules of educational and control neural networks
RU2266558C2 (en) Intellectual controller with neuron network and self-modification rules
Stutz Introduction to neural networks
RU2774625C1 (en) Modified intelligent controller with fuzzy rules and neural network training unit
Benaddy et al. Evolutionary prediction for cumulative failure modeling: A comparative study
Parida et al. Artificial neural network based numerical solution of ordinary differential equations
Thorat et al. Artificial Neural Network: A brief study
CN111582470A (en) Self-adaptive unsupervised learning image identification method and system based on STDP
Todorov et al. Intuitionistic fuzzy radial basis functions network for modeling of nonlinear dynamics
RU2523218C1 (en) Modified intelligent controller with adaptive critic
Miguez et al. An evaluation of the bihyperbolic function in the optimization of the backpropagation algorithm
Suh et al. The context-aware learning model: Reward-based and experience-based logistic regression backpropagation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141031