Информационное моделирование в задачах

Секция 3 «ЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ».
Информационное моделирование в задачах автоматизированного
управления
к.т.н. проф. Меша К.И., аспиранты Лысак С.М., Онищук А.Н.
МГТУ «МАМИ»
Необходимым этапом решения задач управления является получение их
математических моделей, базирующееся, на теоретическом и экспериментальном анализе
свойств этих систем. Наиболее широкое применение получил экспериментальный анализ,
а именно, параметрические модели, требующие решения задач структурной и
параметрической идентификации и использующие ограниченное число параметров.
Несмотря на огромное количество работ, многообразие видов нелинейностей не позволяет
создать единую теорию идентификации нелинейных систем. Область применения таких
моделей ограничена. Кроме того, дополнительные трудности получения адекватного
математического описания обусловлено наличием в реальных сигналах помех.
В соответствие с изложенной целью в статье изложены задачи: анализ методов и
алгоритмов идентификации в условиях неопределенности, анализ методов и алгоритмов
нечёткой математики и её реализации в нейросетевом логическом базисе, исследование
возможности использования нечётких методов и алгоритмов идентификации и
прогнозирования в
условиях неопределенности, исследование возможности
использования нечёткой математики для решения задач управления объектами в условиях
неопределенности, применение информационного моделирования в диагностике
технических систем.
Для реализации изложенных задач, была выбрана сеть - состоящая из одного
персептрона с двумя входами. В процессе обучения сети на её входы подаются входные
данные и производится сопоставление значения, полученного на выходе, с целевым. На
основании результата сравнения (отклонения полученного значения от желаемого)
вычисляются величины изменения весов и смещения, уменьшающие это отклонение.
Перед созданием сети заготовлен набор обучающих и целевых данных.
Для наглядного примера составлена таблица, где P1 и Р2 - входы, а А - выход
(таблица 1). На выходе 0 обозначает не совпадение эталонного и принятого образцов, а 1 –
совпадение.
Таблица 1 - Таблица множеств Р1 и Р2 и желаемого результата А
Р1
0
0
1
1
Р2
0
1
0
1
А
1
0
0
1
Чтобы задать матрицу, состоящую из четырёх векторов-строк, как входную,
воспользовались кнопкой New Data. В появившемся окне произвели изменения,
показанные на рисунок 1 , и нажать клавишу "Создать" (Create).
После этого в окне управления появится вектор data1 в разделе Inputs. Вектор целей
задаётся схожим образом.
Материалы международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и
тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию
МГТУ «МАМИ».
102
Секция 3 «ЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ».
Рисунок 1 – Задание входных векторов
С помощью клавиши "Вид" (View) можно посмотреть архитектуру создаваемой сети
(рисунок 2). Так, мы имеем возможность удостовериться, все ли действия были
произведены верно. На рисунке 2, изображена персептронная сеть с выходным блоком,
реализующим передаточную функцию с жёстким ограничением. Количество нейронов в
слое равно одному, что символически отображается размерностью вектора-столбца на
выходе слоя и указывается числом непосредственно под блоком передаточной функции.
Рассматриваемая сеть имеет два входа, так как размерность входного вектора-столбца
равна двум.
Рисунок 2 – Предварительный просмотр создаваемой сети
После сравнения двух эталонного и полученного образцов, получен результат,
который можем использовать для поиска и устранения причины неисправности или
дефекта сети.
Записаны исходные данные. Для этого выявлены из них множество причин,
множество проявлений и множество методов по устранению причин.
Множество проявления X:
x1 – отсутствие связи;
x2 – снижение громкости;
x3 – возникновение эффекта эхо;
x4 – временное прерывание речевого сигнала;
Материалы международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и
тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию
МГТУ «МАМИ».
103
Секция 3 «ЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ».
x5 – трески, щелчки;
x6 – ухудшение разборчивости речи;
x7 – эффекты / помехи.
Множество причин Z:
z1 – ошибка декодирования;
z2 – задержка речевых пакетов;
z3 – вариация задержки (джиттер);
z4 – потеря речевых пакетов.
Множество методов по устранению причин Y:
y1 – использование высокопроизводительных голосовых коммутаторов;
y2 – приоритезация голосового трафика над трафиком данных;
y3 – изменение угла наклона антенны;
y4 – замена антенны на направленную;
y5 – постройка новой базовой станции.
Далее установлены функции принадлежности нечетких связей между причиной и
проявлением и между методом по устранению причин и причиной. Для этого были
использованы экспериментальные данные и знания экспертов.
На основании значений функций принадлежности нечётких связей между
причинной и её проявлением составим матрицу (Мр), причиной и методом её устранения
составим матрицу (Мs) .
M
p =
1
1
0 ,8
0 ,3
0 ,7
0 ,6
0
0 ,5
0 ,8
0 ,8
1
0 ,7
0 ,9
0 ,6
0 ,3
0 ,7
1
0 ,8
0 ,7
0 ,6
0 ,9
0 ,7
0 ,8
0 ,6
0 ,8
1
0 ,9
0 ,9
1
0,2
0 ,1
0
0 ,1
1
0 ,8
0,7
1
0 ,6
M s = 0 ,3 0 , 7
0,2
0 ,1
0,4
1
0
0 ,9
0 ,6
0 ,9
Итак, введено проявление X1, дальше нам нужно выявить его причину. Для этого из
матрицы Mр и Мs выбираются максимальные функции принадлежности и определяются
подходит ли этот метод к устранению причины проявления какого-либо недостатка.. Если
метод не подходит и проявление имеет место быть, то нам нужно вторую по
максимальности функцию принадлежности и т.д. до тех пор, пока проявление не исчезнет,
т.е. метод подойдёт.
С помощью трех множеств: множество причин, множество проявлений и множество
методов по устранению причин, а также теории нечетких множеств составлен
оптимальный алгоритм поиска и устранения причины возникновения дефекта при
передаче информации.
Литература
1. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATHLAB: учебный курс. — СПб:
Питер, 2000. — 432 с.
2. Круглов В. В., Борисов Н. Н. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. —
М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 382 с.
3. ITU-T Recommendation P.862, PESQ an Objective Method for End-to-End Speech
Quality Assessment of Narrowband Telephone Networks and Speech Codecs, February
2001.
Материалы международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и
тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию
МГТУ «МАМИ».
104