4.3. Интеллектуальные системы управления на основе нейронных сетей
Интеллектуальные системы управления, построенные на основе нейронных сетей, – один из ярких примеров бионического подхода, когда принципы функционирования управления живыми организмами эффективно использованы для создания нового поколения систем управления техническими системами.
Нервная система живых организмов состоит из большого числа (от 1010 до 1012) нейронов, типичная структура которого приведена на рис. 4.4, а. Поток электрических сигналов входит в нейрон через его окончания (синапсы), которых в одном ответвлении (дендрите) может быть до 1000. Через дендриты информация поступает в тело клетки, где происходит ее логическая обработка и оценка. Результат этой оценки в виде нервных импульсов (потоков химически активных заряженных веществ – ионов) передается в корни нейронных структур следующего уровня.
Математическая модель единичного нейрона (рис. 4.4, б) легко реализуется в мощных компьютерах. Входные сигналы поступают в сумматор, где определяется их взвешенная сумма (с учетом весовых коэффициентов k1…kn). Модели отдельных нейронов объединяются в сети, которые могут состоять из многих слоев и иметь различные структуры. Так на рис. 4.4, в показан пример трехслойной нейронной сети с последовательным соединением слоев.
Рис. 4.4. Биологический нейрон (а), его математическая модель (б)
и структура трехслойной нейронной сети (в)
Нейронные сети обучаются разработчиком системы на конкретных примерах. При обучении разработчик вводит информацию о входных и соответствующих (желаемых) выходных сигналах. Специальная программа настройки сети автоматически подбирает весовые коэффициенты для всех нейронов таким образом, чтобы добиться желаемого соответствия. Обучение повторяется на всех известных примерах и аккумулирует весь имеющийся предварительный опыт. Настроенная таким образом нейронная сеть готова к решению новых задач для других, неизвестных до этого, комбинаций входных сигналов.
Главной особенностью метода нейронных сетей является отсутствие предварительно определенного четкого алгоритма решения встающих перед интеллектуальной системой управления задач.
Контрольные вопросы
1. Что вкладывается в понятие иерархическая система управления? Какие уровни управления выделяют в современных мехатронных системах?
2. Дайте определение уровням управления мехатронными системами.
3. Что понимают под термином “интеллектуальность” уровня (системы) управления?
4. Какие структуры систем управления исполнительного уровня Вы знаете?
5. Объясните принцип построения системы автоматического регулирования с параллельными обратными связями. Перечислите их достоинства и недостатки.
6. Нарисуйте структурную схему системы автоматического регулирования с подчиненным регулированием координат. Поясните принцип ее работы.
7. В чем заключается бионический подход к вопросу реализации интеллектуальных систем управления на основе нейронных сетей.
Библиографический список
1. Подураев Ю.В. Основы мехатроники: Учебное пособие. – М.: МГТУ “СТАНКИН”, 2000. – 80 с.
2. Готлиб Б.М. Введение в мехатронику: Учебное пособие в 2-х томах. Т.1. Концептуальные основы мехатроники. – Екатеринбург: УрГУПС, 2008. – 521 с.
3. Готлиб Б.М. Введение в мехатронику: Учебное пособие в 2-х томах. Т.2. Проектирование и применение мехатронных модулей и систем. – Екатеринбург: УрГУПС, 2008. – 302 с.
4. Егоров О.Д., Подураев Ю.В. Мехатронные модули. Расчет и конструирование: Учебное пособие. – М.: МГТУ “СТАНКИН”, 2004. – 360 с.
5. Вольдек А.И. Электрические машины: Учебник для студентов ВУЗов. – 3-е изд., перераб. – Л.: Энергия, 1978. – 832 с.
5. Преображенский В.И. Полупроводниковые выпрямители. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 136 с.
6. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 296 с.
7. Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями: Учебное пособие. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. – 94 с.
8. Гидропривод. Основы и компоненты: Пер. с нем. / Р. Фрейтаг, Х. Экснер, Х Гайс, и др. – Бош Рексрот, 2003. – 323 с.
9. Детали машин: Учебник для вузов / Л.А. Андриенко, Б.А. Байков, И.К. Ганулич и др.; под ред. О.А. Ряховского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 544 с.
Св. темплан 2009, поз. 149
ISBN 978-5-9967-0079-0
Заявки на книгу присылать по адресу:
455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38,
ГОУ ВПО “МГТУ им. Г.И. Носова”,
каф АЭП и М.
Тел./факс: (3519) 22-45-87
E-mail: RadionovAA@rambler.ru
Алексей Владимирович Белый
Сергей Александрович Линьков
Олег Сергеевич Малахов
Андрей Александрович Радионов