شماره مدرك
21213
شماره راهنما
18174
پديد آورنده
محمدزاده، زهرا
عنوان
شناسايي سيستمهاي غيرخطي با استفاده از شبكه موجك المان فازي مبتني بر الگوريتم بهينهسازي ازدحام ذرات بهبوديافته
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
كنترل
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
ده، 82ص. :مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
شناسايي سيستم غيرخطي , مدل FEWN , الگوريتم PSO كلاسيك , الگوريتم PSO بهبوديافته , سيستم تويينروتور
تاريخ ورود اطلاعات
1405/06/02
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/06/04
كد ايرانداك
23242237
چكيده فارسي
شناسايي سيستمهاي غيرخطي از موضوعات مهم در مهندسي است، زيرا در اختيار داشتن يك مدل مناسب از رفتار اين سيستمها براي تحليل، پيشبيني، طراحي كنترلكننده، تشخيص عيب و بهينهسازي عملكرد ضروري است. از آنجا كه بسياري از سيستمهاي واقعي داراي رفتارهاي غيرخطي، وابستگيهاي زماني پيچيده و كوپلينگ ميان متغيرها هستند، استفاده از يك ساختار هوشمند كه بتواند اين پيچيدگيها را مدلسازي كند، اهميت دارد. در اين پژوهش، براي شناسايي سيستمهاي غيرخطي از ساختاري هوشمند با عنوان شبكه موجك المان فازي (FEWN) استفاده شده است. اين ساختار با تركيب قابليتهاي سيستمهاي فازي، شبكههاي عصبي المان و توابع موجك، امكان مدلسازي رفتارهاي پيچيده غيرخطي را فراهم ميكند. براي تنظيم پارامترهاي مدل FEWN، الگوريتم بهينهسازي ازدحام ذرات (PSO) در دو نسخه كلاسيك و بهبوديافته بهكار گرفته شده است. در نسخه بهبوديافته، از وزن اينرسي پويا، مقداردهي اوليه مبتني بر LHS، جستوجوي محلي در اطراف بهترين پاسخ سراسري و مكانيزم بازآغازي جزئي ذرات استفاده شده است تا ضمن حفظ تنوع جمعيت، از همگرايي زودهنگام جلوگيري و دقت تنظيم پارامترهاي مدل بهبود يابد. براي ارزيابي كارايي مدل FEWN، عملكرد آن در كاربردهاي مختلفي شامل تقريب تابع غيرخطي، پيشبيني سري زمانيMackey-Glass ، شناسايي دادههاي واقعي Box-Jenkins gas furnace و شناسايي يك سيستم ديناميكي غيرخطي بررسي شده است. نتايج بهدستآمده نشان ميدهد كه مدل FEWN توانايي مناسبي در تقريب، پيشبيني و شناسايي سيستمهاي غيرخطي دارد و در اغلب موارد، استفاده از نسخه بهبوديافته الگوريتم PSO موجب كاهش خطاي مدل و بهبود پايداري همگرايي شده است. در ادامه، قابليت مدل FEWN در شناسايي سيستم تويينروتور بهعنوان يك سيستم غيرخطي و چندمتغيره مورد بررسي قرار گرفته است. بهدليل عدم دسترسي به سختافزار واقعي، دادههاي ورودي-خروجي با استفاده از مدل غيرخطي سيستم در محيط Simulink و با اعمال سيگنال تحريك PRBS توليد شدهاند. سپس براي هر يك از خروجيهاي سيستم شامل زاويه پيچ و زاويه ياو، يك مدل FEWN بهصورت چندورودي-تكخروجي آموزش داده شده است. نتايج شبيهسازي نشان ميدهد كه مدل FEWN قادر است رفتار ديناميكي هر دو محور را با دقت قابلقبولي شناسايي كند. همچنين، استفاده از نسخه بهبوديافته الگوريتم PSO منجر به كاهش خطا و بهبود عملكرد شناسايي شده است. در مجموع، تركيب مدل FEWN با الگوريتم PSO بهبوديافته ميتواند روشي مؤثر و كارآمد براي شناسايي سيستمهاي غيرخطي، بهويژه سيستم تويينروتور، فراهم كند.
چكيده انگليسي
Identification of nonlinear systems is a fundamental topic in engineering, as having an accurate model of system behavior is essential for analysis, prediction, controller design, fault diagnosis, and performance optimization. Since many real-world systems exhibit nonlinear dynamics, complex temporal dependencies, and strong coupling among variables, employing an intelligent structure capable of modeling such complexities is of great importance. In this research, a smart modeling framework called the Fuzzy Element Wavelet Network (FEWN) is utilized for nonlinear system identification. By combining the strengths of fuzzy systems, element-based neural networks, and wavelet functions, the FEWN structure provides a flexible and powerful tool for representing highly nonlinear behaviors. To optimize the parameters of the FEWN model, the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm is employed in both its classical and improved forms. In the enhanced version, dynamic inertia weighting, Latin Hypercube Sampling (LHS)–based initialization, local search around the global best solution, and a partial particle reinitialization mechanism are incorporated. These strategies help maintain population diversity, prevent premature convergence, and improve the accuracy of parameter tuning. To evaluate the performance of the FEWN model, several benchmark applications are considered, including nonlinear function approximation, prediction of the Mackey–Glass time series, identification of real Box-Jenkins gas furnace data, and modeling of a nonlinear dynamic system. The results demonstrate that the FEWN model provides accurate approximation, prediction, and identification capabilities, and in most cases, the improved PSO algorithm significantly reduces modeling error and enhances convergence stability. Furthermore, the capability of the FEWN model in identifying the Twin-Rotor Multi-Input Multi-Output nonlinear system is investigated. Due to the unavailability of real hardware, input–output data are generated using the nonlinear model of the system in Simulink, excited by a PRBS signal. Subsequently, for each system output—namely the pitch angle and yaw angle—a multi-input single-output FEWN model is trained separately. Simulation results indicate that the FEWN model approach successfully identifies the dynamic behavior of both axes with acceptable accuracy. Additionally, the improved PSO algorithm leads to further error reduction and enhanced identification performance. Overall, integrating the FEWN model with the improved PSO algorithm provides an effective and efficient methodology for nonlinear system identification, particularly for complex systems such as the twin-rotor setup.
استاد راهنما
فريد شيخ الاسلام
استاد مشاور
مريم ذكري
استاد داور
ايمان ايزدي نجف آبادي , حامد جلالي بيدگلي