Инструменты синтеза нейросетевых регуляторов matlab

of 23 /23
1 Dr. Bob Davidov MATLAB. Neural network tools Технологии Моделирования Инструменты синтеза нейросетевых регуляторов MATLAB Цель работы: Ознакомиться с набором средств проектирования нейронных сетей в MATLAB для задач аппроксимации и управления. Задача работы: Построить модель Simulink с нейросетевым регулятором для управления нелинейным объектом типа гистерезис. Приборы и принадлежности: Персональный компьютер, интегрированная среда MATLAB R2015a с пакетом Simulink. ВВЕДЕНИЕ Нейронные Сети (Neural Network) НС (NN) используются для решения задач управления, идентификации, прогнозирования, аппроксимации функций, классификации. В этой работе рассматривается построение нейронных систем средствами Simulink для управления нелинейным объектом типа гистерезис. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Успех все более широкого применения нейронных сетей определяется следующими причинами: Расчет систем управления по нелинейным моделям значительно сложнее, чем по линейным. Это объясняется большим разнообразием движений, описываемых нелинейными уравнениями. Нейронные сети, нелинейные по своей природе, являются хорошим инструментом для решения задач с нелинейностями. Во многих случаях нейронные сети помогают уменьшить объем вычислительных ресурсов, который требуется для моделирования нелинейных систем с большим количеством переменных. Особенность применения НС связана с тем, что используется механизм обучения, который настраивает параметры сети без участия пользователя. От пользователя требуется только набор эвристических знаний, намного меньше, чем при использовании традиционных методов. Раздел библиотеки MATLAB Simulink > Neural Network Toolbox имеет примеры создания и обучения НС, подраздел > Control Systems содержит средства реализации следующихе нейросетевых регуляторов ,

Upload: others

Post on 13-Jul-2022

14 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Microsoft Word - 04.09_MATLAB. Neural network tools_Ed1d.doc : MATLAB
.
: Simulink
.
R2015a Simulink.
Simulink .

• , . , . , , .
• , .
• , , . , , .
,
[Error! Reference
source not found.]:
• (NN Predictive Controller) , .
• , (Nonlinear Autoregressive - Moving Average — NA R-MA-L2) . , .
• (NN Reference Controller) . , , .
Simulink MATLAB (, nntool) , , newff, train, sim. MATLAB (Elman), (Hopfield), (Perceptron), (Probabilistic), (Self organizing map) .

• ; • ; • ; • ; • . ( ).

P T.
, -1 +1, .

. • ; • .
; • ;
3
• , , trainlm ( ). .
: >> net=newff(minmax(P),[21,15,3],{'logsig' 'logsig' 'purelin'},'trainlm');
net mat .

; • .
.
P T: % : >> net.performFcn='sse'; % >> net.trainParam.goal=0.01; % () >> net.trainParam.epochs=1000; %
>> [net,tr]=train(net,P,T); % net >> nntraintool %
‘Neural Network Training (nntraintool)’ Performance, ‘Training State’ Regression.

, , .
>> Y_test = sim(net, P_test); % net P_test >> [m,b,r] = postreg(Y_test, T); %

MATLAB P_in
>> Y=sim(net, P); % net P_in
4
net Simulink
>> gensim(net);
nftool
1. >> nftool
2. Next ‘Select Data’ . ‘Neural Network Start’ ‘Fitting app’ >> nnstart ‘Fitting app.
3. Input Targets Workspace mat .
4. Next ‘Select Data’ ‘Validation and Test Data’ - ( ) (Input Target) (Training) (Validation) (Testing). 70%, 15%, 15% .
5. Next ‘Validation and Test Data’ ‘Network Architecture’ - , ( ). Input Target .
6. Next Train Network Train.
7. ‘Neural Network Training’, . Performance ( ), Training State ( ), Error Histogram ( ), Regression ( , ), Fit ( ).
8. ‘Evaluate Network’ , .
9. ‘Deploy Solution’ m- – MATLAB myNeuralNetworkFunction Simulink: Function Fitting Neural Network.
10. ‘Save Results’ nftool.
5

( ) ( 1) . ( ) yo y . y y u ( ) u.

u’
y

e’
1. Simulink .


1

2. ( Plant Identification) .
6

,


,







25%




3. Simulink .
Simulink .
>> predcstr

Simulink. . NARMA. , , , .
Simulink > Neural Network Toolbox > Control Systems :
( ) .
7
>> narmamaglev
, . () . .
4. y y. (, ). : . () . . , y ( ) y .




4. Simulink.
, Performance , ( Train controller), (Generate Data) (Import Data).
Simulink .
>> mrefrobotarm
8
0


, , , [3]
))(2arctan()()()( txtutxt ++−= (1)
Simulink 6.
6. Simulink (1). .
6 7. Gain, Gain1 ‘Transfer Fcn’ , , 8. , , .
9
8. 7.
10
9. Simulink - . ( ) ( ) .
MATLAB , , (nonlinear inductor) Simulink ( 10) power_hysteresis ( 11) MATLAB.
11
F lu

, , , .
, , ( 17) . ( 12) . ( 13).
12
12. : 0,3 (), 1 2 ().
13. , 2 () 5 (). .

1. Simulink 7.
2.
0.05 . 8.
13
2. .
1. Simulink, Hysteresis
7.
14. Hysteresis.
‘PID Controller’ ( 14) Tune.. – . c , . , , , . 15.
15. ( 14) 0.05; 0,55; 0,1
(Filter coefficient) N=10. = 0,05 .
: ode1 (Euler).
3. .
1. Simulink ,
( 16).
16. -
.
4. .
1. ( 17).
( Hysteresis) , 7.
17. Simulink .
2. ( 7.)
.
3. ( 16)
.
4. ‘Model Reference Controller’
( 17). (. ) ‘Plant
Identification’ ‘Model
Reference Control’. 3.
16
(. 3)
(. 2) , .
5. ‘Plant Identification’.
– ‘Generate Training Data’.
. .
6. ‘Plant Input’ ‘Plant Output’ ,
‘Accept Data’ .
Workspace mat ,
‘Export Data’.
7. ‘Train Network’ ‘Plant Identification’
.
8. Performance, ‘Training State’
Regression, ‘Newral Network
Training’:
17
10. ‘Model Reference Control’.
– ‘Generate Training
Data’. .
11. ‘Reference Model Output’
‘Reference Model Input’ , ‘Accept Data’
.
Workspace mat , ‘Export Data’.
12. ‘Train Controller’ .
13. Performance, ‘Training State’,
‘Error Histogram’ Regression, .
18
Target
O u
tp u
.
Apply OK ‘Model Reference Control’.
15. ( 17)

-0,8 +0,8 10 .
.
. ‘Model reference controller’ Simulink , , .
.
19
18.
. ,
7%.
16. ( 18)
( 16)
( 8).
5.
. .
N4.
1. Simulink ( 7), .
20
3. ( ‘Generate Training Data‘).
4. ( ‘Train Network’). .
5. .
6. ( 18)
( 8).
21
. N4.
7. Simulink ( 7), .
8. ‘NN Predictive Controller’:
22
9. ( ‘Generate Training Data‘).
10. ( ‘Train Network’). .
11. .
23
12.

, ( 18)
( 8).

1. ?
2. MATLAB?
3. ?