智能控制技術(shù)課件4

第九講神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的學(xué)習(xí)機制1離線學(xué)習(xí)這種學(xué)習(xí)方法是通過對一批系統(tǒng)的樣本輸入輸出數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)建立一個系統(tǒng)的逆模型。然后用這個逆模型去進(jìn)行在線控制。一旦離線學(xué)習(xí)結(jié)束，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)就停止了。所以在變化環(huán)境下，無法適用。

在線學(xué)習(xí)在線學(xué)習(xí)的目的是尋找一個最優(yōu)控制量u使系統(tǒng)的輸入趨于期望輸出權(quán)陣的調(diào)節(jié)應(yīng)使yd－y的誤差減小最快。設(shè)非線性系統(tǒng)模型為 y＝f（u，t）選控制器為多層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。取最優(yōu)性能指標(biāo)函數(shù)為權(quán)陣的學(xué)習(xí)規(guī)則通過梯度尋優(yōu)發(fā)來求得，即如果系統(tǒng)模型已知，則可以求得，而則利用廣義的Delta規(guī)則來計算。對于已知Jacobian矩陣的系統(tǒng)，其求逆網(wǎng)絡(luò)控制器的學(xué)習(xí)已經(jīng)解決。反饋誤差學(xué)習(xí)反饋誤差學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)如下在這種結(jié)構(gòu)中，把反饋控制的輸出做為網(wǎng)絡(luò)控制器的訓(xùn)練信號。在這里神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器就相當(dāng)于前饋控制器。由于直接使用系統(tǒng)的誤差信號去更新控制網(wǎng)絡(luò)的權(quán)陣，忽略了非線性系統(tǒng)本身的動態(tài)性能，有可能導(dǎo)致學(xué)習(xí)算法產(chǎn)生發(fā)散現(xiàn)象。這種控制結(jié)構(gòu)只適用于非線性系統(tǒng)線性絕對占優(yōu)條件下的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。多網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)多網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)有兩種結(jié)構(gòu)，一種是前向建模多網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)，另一種是逆模型建模的多網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計--神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接逆模型控制自接逆控制的訓(xùn)練結(jié)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計--神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接逆模型控制考慮如下系統(tǒng) y(k+1)=f[y(k-1),….y(k-n+1),u(k),…..u(k-m)]如果系統(tǒng)可逆，則存在函數(shù)g，有 u(k)=g[y(k+1),….y(k-n+1),u(k-1),…u(k-m)]對上式，若用多層前向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，則網(wǎng)絡(luò)的輸出關(guān)系為 uN＝Ⅱ（X）uN為神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的輸輸出；Ⅱ為神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的輸輸入輸出出關(guān)系式式，用它來逼近近被控系系統(tǒng)的逆逆模型函函數(shù)g；X為神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)輸入入矢量，，X＝[y(k-1),…….y(k-n+1),u(k),…..u(k-m)]T直接逆模模型控制制的目的的是產(chǎn)生生一個期期望的控控制量，，使系統(tǒng)統(tǒng)在該控制下下，得到到期望的的輸出。。為此將將神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)輸入入矢量X中的y(k+1)用期望的的系統(tǒng)輸輸出值yd(k＋1）代替，，即就可以通通過神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Ⅱ產(chǎn)生期望望的控制制量u。訓(xùn)練方法法：被被控系系統(tǒng)的實實際輸入入輸出序序列是[y(k)u(k-1)][y(k-1)u(k-2)]……[y(k-n-P+1)u(k-n-P-1)]由此可以以構(gòu)成神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的輸入入矢量樣樣本（（5－44）～（5－46）取目標(biāo)函函數(shù)5－47直接逆模模型控制制的BP學(xué)習(xí)算法法1）隨機選選取初始始權(quán)系數(shù)數(shù)陣W0，選定步步長η、遺忘因因子λp最大誤差差Emax2）按式（（5－44）～（5－46）構(gòu)成神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)輸入矢矢量樣本本3）l←04）Wl+1←Wl0計算各神神經(jīng)元的的輸出5）按（5-47）計算誤誤差，如如果E(k,P)<Emax，則結(jié)束束，否則則繼續(xù)6）求反向向傳播誤誤差輸出層隱含層7）調(diào)整整權(quán)系數(shù)數(shù)陣8）l←l+1,轉(zhuǎn)到4）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)控制器器設(shè)計--神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)直接控控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)如下圖圖舉例說明明1）選目目標(biāo)函數(shù)數(shù)為2）選四層層前向傳傳播神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)如上上圖結(jié)構(gòu)構(gòu)。假設(shè)設(shè)輸出層層為線性性單元。其其余為Sigmoid激勵單元元。學(xué)習(xí)習(xí)規(guī)則為為輸出層隱含層3）取直直接網(wǎng)絡(luò)絡(luò)