توصيفگر ها :
شبكههاي موجك فازي نوع دو , ماشين يادگيري حداكثر برخط متوالي , سيستمهاي غيرخطي , سيستم چهارتانك
چكيده فارسي :
در سالهاي اخير الگوريتمهاي مختلف يادگيري مورد بررسي قرار داده شده است كه اين الگوريتمها مبتني بر
روشهاي محاسبات نرم
مانند ساختارهاي شبكههاي عصبي،
شبكههاي موجك،
مدلهاي فازي،
و همچنين شبكههاي نروفازي هستند.
روشهاي محاسبات نرم با دقت تجزيه و تحليل بسيار خوب براي حل مشكلات عدم قطعيت و تقريب توابع پيچيدهي غيرخطي استفاده ميشوند.
رايجترين كاربردهاي تكنيكهاي محاسبات نرم در حوزههاي شناسايي سيستمهاي غيرخطي، تقريب توابع پيچيده غيرخطي، پيشبييني سريهاي زماني، كنترل، هوش مصنوعي و رباتيك ميباشد.
شبكههاي موجك فازي تركيبي از سيستمهاي فازي با شبكههاي موجك ميباشد كه در كاربردهاي مختلفي مورد استفاده قرار گرفتهاند، كه از آن جمله ميتوان به طراحي كنترل كننده براي سيستمهاي غيرخطي و تشخيص عيب اشاره كرد.
اين سيستمها سرعت همگرايي بالا و دقت قابل قبولي در تقريب توابع دارند.
در شبكههاي موجك فازي، تعيين پارامترهاي تأثيرگذار و همچنين آموزش و يادگيري شبكه از مهمترين موضوعات هستند.
تا به امروز براي آموزش اين شبكهها الگوريتمهاي مختلفي مورد بررسي قرار گرفته شدهاند، كه اكثر اين الگوريتمها مبتني بر روشهاي تكرار پذير و همچنين داراي پيچيدگي محاسباتي، هدر رفتن زمان، يادگيري و آموزش به صورت دستهاي در تعيين تقريب بودهاند.
تركيب ويژگيهاي زمان-فركانس موجكها و توانايي يادگيري شبكههاي عصبي و همچنين ويژگيهاي استدلال تقريبي سيستمهاي استنتاج فازي نوع دو و مزاياي روش ماشين يادگيري حداكثر برخط متوالي (ازجمله يادگيري تك مرحلهاي برخط متوالي و قدرت تعميمپذيري خوب با حداكثر سرعت يادگيري) ميتواند راه حلي مناسب براي شناسايي سيستمهاي غيرخطي داراي عدم قطعيت ارائه دهد.
از اينرو در اين تحقيق يك ساختار جديد به نام موجك فازي نوع دو مبتني بر روش ماشين يادگيري حداكثر برخط متوالي پيشنهاد شده است.
اهداف اصلي ارائه اين الگوريتم،
كاهش حجم و زمان محاسبات،
كاهش خطاي تقريب،
بررسي عدم قطعيت سيستمهاي غيرخطي،
كاهش اثر اغتشاش و اختلال در دادههاي ورودي،
ارائه الگوريتم به صورت برخط و
استفاده از آن عنوان رؤيتگر در سيستمهاي غيرخطي، ميباشد.
در ساختار پيشنهادي هرقانون فازي در ارتباط با يك شبكه عصبي موجك ميباشد كه اين شبكه از نسخههاي بسط و شيفت داده شده يك موجك مادر تشكيل شده است.
در اين مدل براي دستيابي به تعادل بين پيچيدگي شبكه و دقت عملكرد درقسمت مؤخر هر قانون فازي تنها يك ضريب براي مجموع تبديل موجك هر يك از وروديها در نظر گرفته شده است.
در اين تحقيق ابتدا معادل بودن يك مدل موجك فازي نوع دو و يك شبكه تك لايه پيشرو پنهان اثبات ميشود. سپس الگوريتم ماشين يادگيري حداكثر برخط متوالي مستقيما بر روي مدل اعمال ميشود، بهطوري كه تمامي پارامترهاي توابع عضويت فازي نوع دو و همچنين ضرايب موجك به صورت تصادفي انتخاب ميشوند و تنها وزنهاي خروجي شبكه با استفاده از يك روش يادگيري تك مرحلهاي به صورت تحليلي بهدست ميآيند.
همچنين همگرايي اين الگوريتم به روش حداقل مربعات در ادامه اثبات شده است و سپس اثبات خودبهينگي الگوريتم شرح داده شده است.
براي ارزيابي، ساختار ارائه شده براي تقريب توابع، شناسايي سيستمهاي غيرخطي و شناسايي سيستم غيرخطي نارندا به كار گرفته شده است و با روشهاي قبلي مقايسه ميشود. همچنين در مرحله بعد ساختار پيشنهاد شده به منظور طراحي رؤيتگر براي سيستمهاي غيرخطي پيشنهاد شده است. در قسمت شبيه سازي مثالي از يك سيستم چهار تانك ارائه شده است. سيستم چهار تانك يك سيستم غيرخطي ميباشد كه داراي دو شير ورودي و چهار مخزن است كه خروجي دو شير ورودي وارد تانكهاي يك و دو ميشود و تانك سه و چهار از تانكهاي يك و دو دستور ميگيرند. چهار سنسور ارتفاع براي هر تانك در نظر گرفته شده است كه در اين تحقيق سنسورها داراي نويز و همچنين شيرهاي ورودي داراي عدم قطعيت ميباشند. از اينرو نقش رؤيتگر براي برطرف كردن اغتشاش داخلي و خارجي بسيار موثر است. در قسمت شبيه سازي، رؤيتگر طراحي شده براساس الگوريتم پيشنهادي با يك رؤيتگر معروف به نام حالت افزوده
مقايسه ميشود.
نتايج شبيهسازي كارايي موثر روش پيشنهادي را ارائه ميدهد.
چكيده انگليسي :
Fuzzy wavelet networks are a combination of fuzzy systems with wavelet networks used in applications, including controller design for nonlinear systems and fault detection.
These systems have high convergence speeds and acceptable accuracy in approximating functions.
In fuzzy wavelet networks, determining the effective parameters and also network training and learning are the most important issues.
To date, various algorithms for training these networks have been studied, most of which are based on iterative methods and also have computational complexity, waste of time, learning, and training in batches.
Incorporating the time-frequency localization properties of wavelets and the learning abilities of neural network approximate reasoning characteristics of fuzzy inference system approximate reasoning characteristics of fuzzy inference system and the advantages of Online Sequential Extreme Learning Machine (one-pass learning and good generalization performance at extremely fast learning speed)it can provide a suitable solution for identifying nonlinear systems with uncertainty.
Therefore, in this research, a new structure called fuzzy wavelet type 2 based on the online Sequential learning Extreme Learning Machine method has been proposed.
The main objectives of this algorithm are:
Reduce the volume and time of calculations,
Reduction of approximation error,
Check the uncertainty of nonlinear systems,
Reduce the effect of disturbance and disruption of input data,
Presenting the algorithm online and using it as an observer in nonlinear systems.
In the proposed structure, each fuzzy law is related to a wavelet neural network, which consists of expanded and shifted versions of a mother wavelet.
In this model, to achieve the balance between network complexity and performance accuracy in the latter part of each fuzzy rule, only one coefficient is considered for the total wavelet transform of each of the inputs.
In this research, first, the equivalence of a type two fuzzy wavelet model and a leading latent single-layer network is proved. The maximum online learning machine algorithm is then applied directly to the model, so that all parameters of type 2 fuzzy membership functions as well as wavelet coefficients are randomly selected and only the network output weights are obtained analytically using a one-step learning method.
Also, the convergence of this algorithm is proved by the least-squares method, and then the self-optimization proof of the algorithm is described. For evaluation, the proposed structure is used to approximate the functions, identify the nonlinear systems, and identify the Narendra nonlinear system and compare it with the previous methods. Also in the next step, the proposed structure is proposed to design the observer for nonlinear systems. In the simulation section, an example of a four-tank system is presented. The four-tank system is a non-linear system that has two inlet valves and four tanks in which the output of the two inlet valves enters tanks one and two, and tanks three and four are commanded by tanks one and two. Four height sensors have been considered for each tank. In this study, the sensors have noise and also the inlet valves have uncertainty. Hence, the role of the observer is very effective in resolving internal and external turmoil. In the simulation section, the observer designed based on the proposed algorithm is compared with a well-known observer called Extended State observer. The simulation results of the effective performance of the proposed method.