Giao trinh bai tap chuong 15

Môn h c

NH P MÔN I U KHI N THÔNG MINH
Gi ng viên: PGS. TS. Hu nh Thái Hoàng
B môn i u Khi n T
ng
Khoa i n – i n T
i h c Bách Khoa TP.HCM
Email:
Homepage: />
19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

1


Ch

ng 5

NG
G D NG
G M NG
G TH N KINH

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

2

N i dung




Nh n d ng h th ng phi
hi ttuy n
H c lu t đi u khi n
Nh n d ng m u:
 Nh n d ng ti ng nói, âm thanh,…
g hình nh: b ng
g s xe,, m t ng
g
 Nh n d ng
nhìn, d u vân tay,…

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

i,, h

ng
g

3

NH N D NG H PHI TUY N

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

4


Thôn
ng tin biết trước về h
hệ thống: các qui
luật vật lý, cá
ác phát bie
ểu ngôn ngữ, …

ng d ng nh n d ng h th ng
Thí nghiệm thu
thập dữ liệu
Xư ly
Xử
lý sơ
bộ dữ liệu
Chọn cấu trúc
mô hình
Chọn tiêu chuẩn
ước lương
ươc
lượng
Ước lượng thông số

Không tốt  xét lạïi
thông tin biết trước
19 August 2014

Đánh giá
mô hình

Không tốt  lặp lại

Tốt  chấp nhận mô hình

© H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM

5


Mô hình hóa h phi tuy n dùng m ng th n kinh


it

ng phi tuy n:

y (k )  f 0 [u(k  1),  , u(k  m), y (k  1),  , y (k  n )]  v (k )


Mô hình:

yˆ (k , W )  f NN [u(k  1), , u(k  m), y (k  1), , y (k  n )]

u(k)

z1

u(k1)

u(km)

v11
v21

zm
z1
zn

19 August 2014

z1

v22


y(kn)
vl2
vlr

w1

vr1
v21

y(k1)

Maïng thaàn kinh

z2

wq

(k)

v2m

vl1 

wl
zl

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

6


Hu n luy n m ng th n kinh nh n d ng h th ng
 (k)
u(k)

it

y(k)

ng
+



 (k,W)

M ng NN
(k,W)



Ch tiêu bình ph

ng t i thi u hu n luy n m ng NN:

1 N 2
1 N
E (W )    ( k , W )   [ y ( k )  yˆ ( k , W )]2
2 k  k0
2 k  k0
19 August 2014

© H. T. Hoàng - HCMUT

7


Thí d nh n d ng h b n đ n dùng m ng th n kinh



Mô hình toán h c h b n n



c ((s d ng
g đ mô p
ph ng):
g)

1
Ku(t )  C D a 2 gy (t )
y (t ) 
A( y )
Amax  Amin
y  Amin
A( y ) 
y max




Yêu c u: Nh n d ng h b n đ n dùng mô hình m ng NN. Gi
s chu k l y m u là T
T=0.1s,
0.1s, nhi u đo m c ch t l ng có b giá
tr trung bình là  = 0 và ph ng sai là  = 0.1.
19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

8


Thông s h b n đ n
 u(t) đi n áp
 y(t): đ cao
 A(y):
(y) tti t d
di

đi u khi n máy b m (V)
m c ch t l ng trong b n (cm)
n ngang
ga g b n cch a (c
(cm2) (p
(ph tthu
u c đ cao)
 ymax: đ cao c c đ i c a b n ch a
 Amax, Amin: ti t di n ngang c c đ i và c c ti u
 k : h s t l v i công su t máy b m
 a: ti t di n van x (cm2)
 g: gia t c tr ng tr
ng (981cm/sec2)
 CD: h s x (tùy lo i ch t l ng)
Giá tr c th : ymax = 50cm,, Amax = 200 cm2, Amin = 100 cm2,
a = 1 cm2, k = 300 cm3/sec, CD=0.6.

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

9


S đ mô ph ng thí nghi m thu th p d li u




Kh i SingleTank_Input: tín hi u có biên đ và t n s ng u
nhiên. Biên đ n m trong kho ng [0, 1]
Kh i Gain nh m t o tín hi u u có biên đ n m trong mi n
0  u  12V

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

10


Thí nghi m thu th p d li u
Single tank input - output data

Single tank input - output data
12

8

8

4

4

0

0

50

50

40

40

30

30

h(t)
y(t)

h(t)
y(t)

u(t))

u(t))

12

20

10

10
0

20
0

0

200

400
600
Sample

800

D li u hu n luy n m ng
19 August 2014

1000

0

200

400
600
Sample

800

1000

D li u đánh giá

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

11


C u trúc m ng th n kinh nh n d ng h b n đ n


2 ngõ vào: y(k-1), u(k-1)



1 ngõ ra: y(k)



S t bào th n kinh



Hàm kích ho t

l p n: Sigmoid
g



Hàm kích ho t

l p ra: tuy n tính

19 August 2014

l p n: 5

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

12


K t qu đánh giá mô hình
60
40
20
System

Model
0

0

200

400

600

800

1000

Phân tích th ng d : So sánh ngõ ra c a m ng th n kinh v i
d li u đã dùng đ hu n luy n m ng.
 Sai s gi a mô hình m ng th nh kinh và tín hi u ra c a h
b n đ n khô
không đáng
đá k


19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

13

K t qu đánh giá mô hình
60
40
20
0
-20

System
Model
0

200

400

600

800

1000

ánh giá chéo (Cross Validation): So sánh ngõ ra c a m ng
th n kinh v i d li u không dùng đ hu n luy n m ng.
 Sai s gi a mô hình m ng th nh kinh và tín hi u ra c a h
b n đ n khô
không đáng
đá k



19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

14


Các


ng d ng c a mô hình phi tuy n

Mô hình phi tuy n đ c ng d ng trong
 i u khi n: đi u khi n d báo, đi u khi n thích nghi,
đi u khi n dùng
g mô hình ng
g c
 D báo
 Chu n đoán s c

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

15


H C LU T I U KHI N

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

16


i u khi n dùng m ng th n kinh
uc(k)
r(k)
( )

i t ng
g
đi u khi n

y(k))
y(

unn(k)

M ng th n kinh có th đ c s d ng đ h c kinh nghi m
chuyên gia trong vi c đi u khi n các đ i t ng ph c t p ho c
sao chép m t b đi u khi n v t lý có s n.
 Tiêu chu n hu n luy n m ng:


N

J ( w)   [uc ( k )  unn ( k )]2  min
k 1

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

17


i u khi n dùng m ng th n kinh
Mô hình
chu n

r(k)




ym(k)

i t ng
đi u khi n

Có th hu n luy n m ng th n kinh sao cho đáp
th ng bám theo đáp ng c a mô hình chu n.
Tiê chu
Tiêu
h n hu
h n luy
l
n m ng:

y(k)

ng c a h

N

J ( w)   [ y m ( k )  y ( k )]2  min
k 1

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

18


Thí d hu n luy n m ng NN h c b đi u khi n PD m



Phương trình vi phân mô tả đối tượng:

1 1
 1  3
 k  
  (t )   (t )  
  3 (t )   (t )
(t )    (t )  
 1  2 

  1 2 
  1 2 
Trong đó:
Tín hiệäu vào ((t)) ((radian)) là g
góc của bánh lái.
Tín hiệu ra (t) (radian) là góc (hướng) chuyển động của
tàu
19 August 2014
© H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM
19










Thí d hu n luy n m ng NN h c b đi u khi n PD m (tt)


S đ thu th p d li u đ hu n luy n m ng th n kinh

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

20

Thí d hu n luy n m ng NN h c b đi u khi n PD m (tt)


D li u đ hu n luy n m ng th n kinh

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

21


Thí d hu n luy n m ng NN h c b đi u khi n PD m (tt)

e(t)
u(t)
d ()
de(t)

trúc m ng th n kinh h c b đi u khi n PD
ng có 2 ngõ vào, 1 ngõ ra.
p n g m 5 t bào th n kinh có hàm kích ho t d ng
sigmoid (tùy bài toán c th , l p n có th c n nhi u h n 5
t bào th n kinh)
 L p ra g m 1 t bào th n kinh có hàm kích ho t tuy n tính

C u
M

L

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

22


Thí d hu n luy n m ng NN h c b đi u khi n PD m (tt)


B đi u khi n m ng th n kinh sau khi hu n luy n

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

23


Thí d hu n luy n m ng NN h c b đi u khi n PD m (tt)
K t qu
luy n

đi u khi n lái tàu dùng m ng th n kinh đã hu n

phi(t)

45

0
-45
0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

50
delta
a(t)



0
-50

19 August 2014

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

24


Thí d hu n luy n m ng NN h c b đi u khi n PD m (tt)
So sánh v i k t qu

phi(t)

45
0
-45

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

50
de lta(t)



0
-50

i u khi n m

19 August 2014

K dùng m ng th n kinh

© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM

25