مقاله کامل مدل سازی رآگتور شیمیایی با شبگه‌های عصبی مصنوعی word

فرمت فایل : ورد

تعداد صفحه :

قسمتی از متن :149

چکیده:

در این پروژه، ورودی‌ها و خروجی‌های یک سیستم چند ورودی و چند خروجی غیر خطی، برای ایجاد یک مدل دینامیکیِ هوشمند، استفاده شده است. بنابراین انتخاب شبکه‌های عصبی مصنوعی[1] از نوع پرسپترون‌های چندلایه[2] برای این منظور مناسب است. در کنار این نوع از مدل‌سازی، استفاده از یک شیوه‌ی مناسب برای کنترل پیشگویانه (پیش بینانه)ی مدل یاد شده، ضروری است.

مدل‌های برگشتی تصحیح شونده که از قوانین تعدیل ماتریس‌های وزنی مسیرهای ارتباطی بین نرون‌های مدل استفاده می‌کنند، در این پروژه به کار گرفته شده‌اند.

این قوانین برای آموزش سیستم، جهت کنترل و دستیابی به خروجی مطلوب در زمان‌های بعدی به کار می‌روند.

فراگیری در این سیستم نیز از نوع فراگیری با سرپرست[3] می‌باشد؛ به این صورت که معادله‌ی دیفرانسیل دینامیکیِ سیستم در دسترس است و بنابراین مقادیر مطلوب برای متغیر هدف، که سیستم باید به آن برسد، برای زمان‌های آینده مشخص می‌باشد و خروجی سیستم با استفاده از یک کنترل‌کننده‌ی پیش‌بین، همواره باید به این اهداف دست یابد. سیستم مورد مطالعه در این پروژه، یک رآکتور شیمیایی است که برای اختلاط پیوسته‌ی مواد شیمیایی واکنش دهنده با غلظت‌ها و مقادیر تعریف شده و تولید یک ماده‌ی محصول با یک غلظت متغیر با زمان[4] به کار می‌رود؛ که میزان مطلوب این غلظت در یک زمان خاص، به‌عنوان هدف مطلوبی است که سیستم باید به آن دست یابد.

همچنین به‌جای یک سیستم واقعی، از یک مدل نرم‌افزاری برای جمع‌آوری داده‌های ورودی و خروجی استفاده می شود و در نهایت، نتایج این مدل سازی موفقیت‌آمیز، توانایی روش‌های مدل سازی هوشمند را همان‌گونه که در این تحقیق آمده است، اثبات می‌کند.

کلمات کلیدی: هوش مصنوعی، شبکه های عصبی مصنوعی، رآکتور شیمیایی، کنترل پیش‌بین، نرون، پتانسیل فعالیت، پرسپترون چندلایه غیر خطی، تورش، سیستم‌های غیر خطی، بازشناسی الگو، دستگاه‌های طبقه‌بندی خطی و غیر خطی، قاعده‌ی پس انتشار خطا، تعدیل ضرایب وزنی، شبیه‌سازی، مدل دینامیکی کامل / ناکامل شبکه‌‌ی عصبی مصنوعی

KEY WORDS: Artificial Intelligence, Artificial Neural Networks, Chemical Reactor, Predictive Control, Neuron, Action potential, Nonlinear Multilayer perceptrons, Bias , Nonlinear systems, Pattern Recognition, linear and Nonlinear classifiers, Backpropagation Rule, Adjusting the Connection Weights, Simulation, complete / Incomplete Artificial Neural Network models.

فصل اوّل:

مقدمه

مقدمه:

در کنترل با پسخور[5]، که به عنوان معمول‌ترین نوع کنترل سیستم‌های دینامیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد، فرمان کنترل سیستم، با در نظر گرفتن میزان خطای محاسبه شده بین خروجی واقعی و مطلوب، صادر می‌شود.

کنترل پیش‌بین نیز که با استفاده از روش‌های هوش محاسباتی انجام می‌شود، نوعی کنترل با پسخور است. در این روش کنترلی، خطای سیستم قبل از اینکه اتفاق بیفتد، پیش‌بینی شده و برای تعیین دستور کنترل خطا، پیش از آنکه خطایی اتفاق بیفتد، استفاده می‌شود.

کنترل پیش بین در ابتدا به عنوان مدل کنترلی پیش بین کلاسیک که به یک مدل خطی، از سیستم، در فضای حالت نیاز داشت، معرفی شد.

در هر حال طبیعت غیرخطی بسیاری از سیستم‌ها، قابل صرف نظر کردن نیست؛ بنابراین مدل‌های خطیِ فضای حالت نمی‌توانند به‌درستی، خواص غیر خطی سیستم‌ها را ارائه دهند.

در چنین مواردی، تقریب کامل یا قسمتی از مدُل خطی ممکن است استفاده شود ولی در حالت کلی مدل‌های غیر خطی برای پیش بینیِ خروجی سیستم‌های غیر خطی برای اهداف کنترلی استفاده می‌شوند.

برخی از روش‌هایی که از اساس قواعد فیزیک استفاده می‌کنند، وجود دارند که می‌توانند مُدل برخی از سیستم‌ها را به طور کامل، و یا تا اندازه‌‌ی قابل قبولی، توصیف کنند و ساختارهای مدل را به‌وجود آورند.

شبکه‌های عصبی مصنوعی 2] و [11 و سیستم‌های منطق فازی[6] (شبکه‌های نوروفازی) 8] [نیز می‌توانند برای مدل کردن سیستم‌ها به کار روند که به عنوان روش‌های مدل سازی هوشمند طبقه‌بندی می‌شوند. این گونه مدل‌ها باید پس از طراحی مقدماتی، توسط داده‌های ورودی و خروجی آموزش ببینند.

سیگنال داده‌های ورودی و خروجی در آموزش سیستم، به‌صورت آرایه‌ای‌از اعداد استفاده می‌شوند. آموزش سیستم به این شیوه، برای بهبود عملکرد سیستم، به شدت وابسته به خروجی مُدل می‌باشد.

در این پروژه، سیستم مورد مطالعه برای مُدل‌سازی هوشمند، یک رآکتور شیمیایی در نظر گرفته شده است که مدل نرم‌افزاری آن، در دسترس می‌باشد [2] و داده‌های ورودی و خروجی این سیستم، با داده‌های حاصل از آزمایش یک رآکتور واقعی، جایگزین می‌شود.

رآکتور شیمیایی مورد مطالعه، یک سیستم دینامیکی غیر خطی با چند ورودی و چند خروجی[7] است.

هدف این تحقیق، آشکار ساختن توانایی یک مدل هوشمند، برای مقاصد پیش‌بینی غیر خطی کمیت‌های سیستم دینامیکی و پیشنهاد راه‌کارهای مفیدی جهت کاربرد سیستم‌های هوشمند است.

در واقع روش‌ پیشنهادی می‌تواند در مواقعی که مدل ریاضی دقیقی از سیستم با استفاده از روش‌های مشخص و معمول (مانند معادله‌های موازنه جرم و انرژی) در دسترس نیست، و یا اینکه ساختار ریاضی و یا پارامترهای غیر قابل اندازه‌گیری و تأثیرگذار مدل به طور قابل توجهی نامشخص باشد (مانند ایجاد خوردگی در برخی نقاط خطوط انتقال یا بدنه سیستم) مورد استفاده قرار گیرد.

یکی از ویژگی‌های برجسته‌ی این مدل هوشمند در مقایسه با روش‌های مدل سازی کلاسیک، بی‌نیازی آن در اندازه‌گیری پارامترهای سیستم (مانند پارامترهای مربوط به انتقال جرم و حرارت) است.[8]

مرور اجمالی فصل‌های این پایان‌نامه به قرار زیر است:

فصل اول، مقدمه‌ای شامل شرح عنوان پایان‌نامه، روش تحقیق، و تشریح کامل صورت مسأله می‌باشد که از نظر گذشت. در فصل دوم مقایسه‌ای بین شبکه‌های عصبی طبیعی و مصنوعی و نحوه‌ی پردازش داده‌ها در آنها صورت گرفته است. همچنین شیوه‌های یادگیری در انسان و ماشین نیز بررسی شده‌اند.

[1] . Artificial Neural Networks

[2] . Multi Layer Perceptrons

[3] . Supervised Learning

[4] . Catlaytic Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)

[5] . Feedback.

[6] . Fuzzy inference systems.

[7] . Multi in put multi output (MIMO).

مراجع:

Russell Beale, Tom Jackson, “Neural Computing: An Introduction”; CRC Press 1990; ISBN: 0852742622
Howard Demuth, Mark Beale, Martin Hagan “Neural Networks Toolbox 5, User's Guide”, The MathWorks, march 2007, Online. 6-3.
فیلیپ پیتکن؛ شبکه‌های عصبی (اصول و کارکردها)، ویرایش دوم؛ مترجم دکتر غضنفری، مهندس ارکات، انتشارات دانشگاه علم و صنعت. سال 1383، شابک: 4-468-454-964
L. McClelland & D.E.Rumelhart, “Parallel Distributed Processing”, Volumes 1, 2, and 3, 1989; ISBN: 0262631296.
Teuvo Kohonen, “An Introduction to Neural Computing”. In Neural Networks, Volume 1, number1, 1988. ISBN: 3540679219.
Donald Hebb & Lawrence Erlbaum; “Organization of Behaviour “Associates; 2002, ISBN: 0805843000.
Minsky & S. Papert. “Perceptrons “MIT Press 1969. ISBN: 1422333442.
Ali Ghaffari, Ali Reza Mehrabian, And Morteza Mohammad-Zaheri, “Identification and Control of Power Plant De-Super Heater Using Soft computing techniques,” Engineering Applications of artificial Intelligence, Special Issue in Applications of A.I. in Process Engineering, vol. 20, no. 2, March 2007, pp. 273-287.
ایلین ریچ، مترجم دکتر مهرداد فهیمی؛ «هوش مصنوعی» انتشارات جلوه؛ پاییز 1379؛ شابک: 9-18-6618-964.
Omid Omidvar and Judith E. Dayhoff; Elservier; 1998, ISBN: 0125264208.
Morteza Mohammadzaheri and Lei chen, “Design of an Intelligent controller for a Model Helicopter Using Neuro-Predictive Method with Fuzzy Compensation”, World Congress of Engineering, London. 2~4 July 2007