شناسايي سيستم‌هاي غيرخطي با استفاده از شبكه موجك المان فازي مبتني بر الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات بهبوديافته

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

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.

237828

كنترل

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان