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Type: Tese de Doutorado
Title: Treinamento de redes neurais artificiais baseado em sistemas de estrutura variável com taxa de aprendizado adaptativa
Authors: Ademir Nied
First Advisor: Benjamim Rodrigues Menezes
First Co-advisor: Gustavo Guimaraes Parma
Abstract: Neste trabalho são propostos novos algoritmos de treinamento de redes neurais artificiais para a topologia de redes de múltiplas camadas (MLP - multilayer perceptron), baseados na teoria de controle de sistemas de estrutura variável, mais especificamente, controle por modos deslizantes. A característica fundamental dos algoritmos propostos á a obtenção de um ganho (taxa de aprendizado) adaptativo, determinado iterativamente, a cada passo de atualização dos pesos, dispensando a necessidade do uso de métodos heurísticos na determinacão do ganho da rede. Foram desenvolvidos dois algoritmos para treinamento em tempo real de redes MLP de duas camadas com a camada de saída linear, permitindo que a rede neural adapte continuamente seus parâmetros livres as variações do sinal de entrada. Os algoritmos propostos seguem a mesma metodologia para a obtenção do ganho adaptativo diferindo, principalmente, na definição da superfície de deslizamento e na expressão usada para atualização dos pesos da rede. Assim, a primeira proposta é mais generalista, possibilitando o uso de redes com múltiplas saídas, enquanto a segunda é limitada a apenas uma saída escalar. Por seu vez, a segunda proposta atualiza os pesos da rede usando uma lei que permite a estabilidade assintótica de acordo com a teoria de estabilidade de Lyapunov, para um conjunto de pesos que corresponde ao mínimo global. Os algoritmos propostos foram validados na aproximação de uma função periódica e no acionamento elétrico de um motor de indução (MI). Nesta última aplicação, a rede foi usada como neurocontrolador e como observador neural do fluxo de estator do MI. Estas aplicações necessitam que o treinamento da rede seja feito em tempo real, impondo um contínuo ajuste dos pesos da rede as exigências do sistema no qual a rede neural está inserida. Pode-se, portanto, distinguir duas características interessantes nos algoritmos propostos: facilidade de uso, sem a necessidade da escolha, pelo projetista, de um ganho para o treinamento da RNA e, um comportamento adaptativo, sem a necessidade de qualquer informação do modelo matemático no qual o rede neural está inserida.
Abstract: This work presents new algorithms for training multilayer perceptron artificial neural networks based on stability properties of sliding mode variable structure systems. The main feature of the proposed algorithms is the adaptability of the gain (learning rate), which is obtained from each update step of the network weights, without the use of heuristics methods to obtain this gain. Two algorithms for continuous time learning multilayer perceptron artificial neural networks with two layer and with linear output layer are developed, allowing the neural network continuously to adapt the network parameters following the input signal variation. The proposed algorithms pursue the same methodology to obtain the adaptive gain. The difierences between them are related with the sliding mode definition and the network weight update rule. In such a manner, the first algorithm is associated with multiple output networks, and the second is used only with the single output networks. In its turn, the second algorithm update the network weights using one expression that guarantee the asymptotical stability around the global minimum weight according to the Lyapunov stability theory. In order to verify the performance of the proposed algorithms, both algorithms were applied to periodic function approximation and induction motor drive. In this last application, the neural network was used as neurocontroller and as induction motor stator flux neural observer. These applications need that neural training has to be made in continuous time, imposing a continuous network weight update according to the overall system requirements. Therefore, the algorithms present two interesting features: easy to use, without the necessity to choose the learning rate parameter by designer; and, adaptive behaviour, without requiring any information about mathematical model of the overall system.
Subject: Engenharia elétrica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8CVEYD
Issue Date: 9-Mar-2007
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