KR20000051941A - Real time learing fuzzy controller - Google Patents

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KR20000051941A
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박영민
이세현
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김형벽
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Abstract

PURPOSE: A real time learning controller is provided to construct an optimum controller for a changed system while performing identification between real time control and real time plant on line without constructing any off-line data base even though a parameter of the system is changed and improve the learning speed by using a neural emulator. CONSTITUTION: First and second comparators(10,20) compare a target speed and a real speed of an induction motor(1) to output error items. A time delay part(30) delays the error item output from the first comparator. A third comparator(40) compares the error item of the first comparator with the delayed item for outputting a change amount of the error item. A self-learning fuzzy controller(50) outputs a reference current value of torque component for real time plant identification to control the speed of the induction motor according to the error items output from the first and third comparators. A fourth comparator(60) compares an estimation speed with the real speed for outputting an error item. A neural emulator(70) outputs the estimation speed according to the reference current value and the error items of the first and third comparators while changing the estimation speed closely to the real speed, and controls error of the reference current value of the torque component.

Description

실시간 학습형 제어기{REAL TIME LEARING FUZZY CONTROLLER}REAL TIME LEARING FUZZY CONTROLLER}

본 발명의 실시간 학습형 제어기에 관한 것으로서, 시변계 시스템에 적용 가능한 실시간 학습형 제어기에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time learning type controller, and more particularly, to a real-time learning type controller applicable to a time varying system.

특히, 본 발명은 시변계 시스템에 적용 가능한 실시간 학습형 제어기로서 유도 전동기의 속도제어에 적용한 유도 전동기의 속도 제어기에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a speed controller of an induction motor applied to the speed control of an induction motor as a real time learning type controller applicable to a time varying system.

심한 비선형 특성을 가지고 있는 유도 전동기는 PI제어기를 사용할 때 제어이득 선정이 어렵고 최적의 이득에서도 파라미터 변동시에는 만족할 만한 제어특성을 얻기 어렵기 때문에 고성능 운전을 위하여 새로운 제어기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Induction motors with severe nonlinear characteristics are difficult to select the control gain when using the PI controller and to obtain satisfactory control characteristics in case of parameter variation even at the optimum gain. have.

퍼지이론은 기존의 제어방식으로는 해결하기 어렵거나 시스템의 모델이 복잡한 경우에도 구현이 비교적 간단하여 실제 산업분야에서 응용되고 있다.Fuzzy theory is applied in the real industrial field because it is relatively simple to implement even in the case that it is difficult to solve by the existing control method or the system model is complicated.

그러나, 퍼지 제어기는 제어규칙, 소속함수, 정규화 및 비정규화 상수를 결정하기 위한 일반적인 규칙이 체계화되어 있지 않고, 전문가의 직관이나 경험에 의존하는 시행착오적인 제어기 설계가 이루어지는 문제점이 있었다.However, the fuzzy controller has a problem in that a general rule for determining control rules, membership functions, normalization and denormalization constants is not organized, and trial and error controller design is dependent on expert intuition or experience.

이러한 문제점으로 인하여 1980년대 말부터 퍼지 이론과 신경회로망 이론을 결합하여 상호 단점을 보완하고자 하는 노력이 활발히 이루어져 왔다.Due to these problems, efforts have been made to make up for the shortcomings by combining fuzzy theory and neural network theory since the late 1980s.

퍼지추론과 신경회로망의 유사성은 퍼지추론의 최소-최대 연산(Min-Max Operation)이 신경회로망의 곱셈-덧셈 연산(Product-Sum Operation)에 해당되며, 또한 부분적인 특성함수인 소속함수를 시그모이드 함수에 의해 시스템 전체의 복잡한 비선형성을 표현한다.The similarity between fuzzy inference and neural network is that the min-max operation of fuzzy inference is equivalent to the product-sum operation of neural network, and also the sigmo The function deduces complex nonlinearities throughout the system.

그리고, 퍼지추론이 논리구조를 취급하는 반면에, 신경회로망은 학습기능을 가지는 상호 보완관계가 있다.And while fuzzy reasoning deals with logic, neural networks have a complementary relationship with learning.

기존의 고정된 이득값을 갖는 PID제어기는 시스템의 파라미터가 변하는 경우 이득값을 스스로 수정할 수 없는 문제점이 있고, 이득값을 변경할 시에는 미리 오프 라인으로 데이타 베이스를 구축해야 하는 문제점이 있다.The conventional PID controller having a fixed gain has a problem in that the gain cannot be modified by itself when a parameter of the system is changed, and when the gain is changed, a database must be offline beforehand.

종래의 오프 라인 학습형 퍼지-신경회로망 제어시스템의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 실시간 제어와 실시간 플랜트(예: 유도전동기)의 동정(identification)이 가능하고, 학습속도가 빠르며, 학습시 과도특성이 우수한 실시간 학습형 제어기를 구현하고자 한다.In order to solve the problems of the conventional off-line learning type fuzzy-neural network control system, the present invention enables real-time control and identification of a real-time plant (eg induction motor), learning speed is fast, and transient characteristics during learning. We want to implement this excellent real-time learning type controller.

특히 본 발명의 자기 학습형 퍼지 제어시스템은 속도 제어를 위한 퍼지-신경회로망 제어기와 유도 전동기 시스템을 모의하기 위한 신경회로망 에뮬레이터로 구성된다.In particular, the self-learning fuzzy control system of the present invention is composed of a fuzzy neural network controller for speed control and a neural network emulator for simulating an induction motor system.

그리고, 퍼지-신경회로망을 온라인 실시간 제어기로써 이용하기 위해서는 매 샘플링 시간마다 제어기 출력단에서의 오차항을 실시간으로 계산하여야 하며, 이를 위해서는 실시간으로 플랜트 입출력 관계를 모의하고 이를 통하여 플랜트 출력단의 오차항을 역전파시킬 수 있는 신경회로망 에뮬레이터의 구성을 가진다.In order to use the fuzzy-neural network as an on-line real-time controller, an error term at the controller output stage must be calculated in real time at every sampling time. For this purpose, the input / output relationship of the plant output stage is simulated and the error term of the plant output stage is reversed. It can be configured as a neural network emulator.

또한, 유도 전동기의 실시간 속도제어를 위해서는 학습시간이 짧고 학습시 과도특성이 우수하며 간단한 구조의 제어기가 요구되는데, 본 발명에서는 유도 전동기의 속도제어를 위해 실시간 플랜트 동정이 가능하도록 하기 위한 신경회로망 에뮬레이터를 이용하여 퍼지제어기의 소속함수와 제어규칙을 실시간으로 학습시키는 자기 학습형 퍼지 제어기를 사용하였다.In addition, the real-time speed control of the induction motor requires a short learning time, excellent transient characteristics during learning, and a simple structure controller. In the present invention, a neural network emulator for real-time plant identification for speed control of an induction motor is possible. A self-learning fuzzy controller is used to learn the membership function and control rules of fuzzy controller in real time.

본 발명은 신경망의 학습이론을 적용하는 방법으로 시스템의 파라미터가 변화하는 경우 최적의 제어기를 변화하는 시스템에 맞추어서 재구성하는 방법이다.The present invention is a method of applying the learning theory of neural networks and reconfiguring the optimal controller to the changing system when the parameters of the system change.

기존의 고정된 이득값을 갖는 PID제어기는 시스템의 파라미터가 변하는 경우 이득값을 스스로 수정할 수 없는 문제점이 있고, 이득값을 변경할 시에는 미리 오프 라인으로 데이타 베이스를 구축해야 하는 문제점이 있다.The conventional PID controller having a fixed gain has a problem in that the gain cannot be modified by itself when a parameter of the system is changed, and when the gain is changed, a database must be offline beforehand.

이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법으로써 시스템의 파라미터가 변화하는 경우에도 오프 라인으로 데이타 베이스를 구축할 필요없이 온 라인으로 플랜트를 동정하면서 변화된 시스템에 적합한 최적의 제어기를 스스로 구성하는 방법을써 신경망 에뮬레이터를 이용하여 실시간으로 신경망 제어기를 학습하여 실시간 플랜트 동정이 가능하게 하며, 또한 강인성을 부가하기 위하여 퍼지이론을 접목시킬 수도 있는 실시간 학습형 제어기를 제공한다.In order to solve this problem, the neural network emulator can be configured by identifying the plant on-line and configuring the optimal controller for the changed system by itself, without having to build the database offline even if the system parameters change. It provides a real-time learning type controller that can learn the neural network controller in real time to enable real-time plant identification, and can also incorporate fuzzy theory to add robustness.

도 1은 본 발명의 실시간 학습형 제어기를 유도전동기의 속도 제어기에 적용한 실시예의 블럭 구성도.1 is a block diagram of an embodiment in which the real-time learning type controller of the present invention is applied to a speed controller of an induction motor.

도 2는 본 발명의 실시간 학습형 제어기의 유도전동기의 속도 제어기에 적용한 실시예의 동작과정을 나타낸 플로우차트.Figure 2 is a flow chart showing the operation of the embodiment applied to the speed controller of the induction motor of the real-time learning type controller of the present invention.

도 3은 본 발명에 적용된 신경회로망 에뮬레이터(Neural Emulator)의 구조를 나타낸 도면.3 is a view showing the structure of a neural network emulator (Neural Emulator) applied to the present invention.

도 4는 본 발명에 적용된 자기학습형 퍼지 제어기(Self-Learning Fuzzy Controller)의 구조를 나타낸 도면.Figure 4 is a view showing the structure of a self-learning fuzzy controller (Self-Learning Fuzzy Controller) applied to the present invention.

도 1은 본 발명의 실시간 학습형 제어기를 유도전동기의 속도 제어기에 적용한 실시예의 블럭 구성도로서,1 is a block diagram of an embodiment in which the real-time learning type controller of the present invention is applied to a speed controller of an induction motor.

유도전동기(1)의 목표속도{Wre(k)}와 실제속도{W(k)}를 비교한 후 그 오차항(x1){e(k)}을 출력하는 제 1 및 제 2 비교기(10)(20)와;The first and second comparators 10 for comparing the target speed {Wre (k)} and the actual speed {W (k)} of the induction motor 1 and outputting an error term x1 {e (k)}. 20;

상기 제 1 비교기(10)에 의해 비교되어 출력된 오차항(x1)을 지연시키는 시간지연부(30)와;A time delay unit (30) for delaying the error term (x1) compared and output by the first comparator (10);

제 1 비교기(10)에서 출력된 오차항(x1)과 상기 시간지연부(30)에 의해 지연된 이전 오차항을 비교한 후 그 오차항(x1)의 변화량(x2)을 출력하는 제 3 비교기(40)와;A third comparator 40 comparing the error term x1 output from the first comparator 10 with a previous error term delayed by the time delay unit 30 and outputting a change amount x2 of the error term x1; ;

상기 제 1 및 제 3 비교기(10)(40)에서 출력된 오차항(x1)(x2)에 따라 유도전동기(1)의 속도제어를 위해 실시간 플랜트 동정이 가능하도록 토오크성분의 전류기준값{u(k)}을 출력하는 자기학습 퍼지제어기(Self-Learning Fuzzy Controller) (50)와;The current reference value of the torque component {u (k) to enable real-time plant identification for speed control of the induction motor 1 according to the error terms (x1) (x2) output from the first and third comparators 10 and 40. Self-Learning Fuzzy Controller (50) for outputting;

유도전동기(1)의 구동을 모사하는 추정속도{y^(k)}와 실제속도{W(k)}를 비교한 후 그 오차항{e^(k)}을 출력하는 제 4 비교기(60)와;A fourth comparator 60 comparing the estimated speed {y ^ (k)} and the actual speed {W (k)} to simulate driving of the induction motor 1 and outputting the error term {e ^ (k)} Wow;

제 1 및 제 3 비교기(10)(40)에서 출력된 오차항(x1)(x2)과 자기학습 퍼지제어기(50)에서 출력된 토오크성분의 전류기준값{u(k)}에 따라 유도전동기(1)의 구동을 모사하는 추정속도{y^(k)}를 출력하되, 상기 제 4 비교기(60)에 의해 비교된 오차항{e^(k)}에 따라 추정속도{y^(k)}를 유도전동기(1)의 실제속도{W(k)}와 유사하도록 가변하고,The induction motor 1 according to the error term (x1) (x2) output from the first and third comparators 10 and 40 and the current reference value {u (k)} of the torque component output from the self-learning fuzzy controller 50. Outputs an estimated speed {y ^ (k)} that simulates the driving, and calculates the estimated speed {y ^ (k)} according to the error term {e ^ (k)} compared by the fourth comparator 60. Variable to be similar to the actual speed {W (k)} of the induction motor 1,

유도전동기(1)의 실제속도{W(k)}가 목표속도{Wref(k)}와 동일하게 이루어지도록 상기 제 2 비교기(60)에 의해 비교된 오차항{e(k)}을 자기학습 퍼지제어기(50)로 역전파시켜 그 출력의 토오크성분 전류기준값{u(k)} 오차를 제어하는 신경망회로망 에뮬레이터(Neural Emulator)(70); 로 구성된다.Self-learning purge the error term {e (k)} compared by the second comparator 60 so that the actual speed {W (k)} of the induction motor 1 is made equal to the target speed {Wref (k)}. A neural network emulator 70 which backpropagates to the controller 50 and controls the torque component current reference value {u (k)} error of its output; It consists of.

여기서, 상기 자기학습 퍼지제어기(50)는 도 4에 도시된 바와같이, 신경회로망 에뮬레이터(70)를 이용하여 접속강도(Weight)(Wj)를 변경시키면서 소속함수와 제어규칙을 실시간으로 학습하는 바, 이는 퍼지화에 해당하는 입력층(P), 제어규칙을 구성하는 다수{Aj(x1)}{Bj(x2)}의 은닉층(Q), 비퍼지화에 해당하는 출력층(R)으로 구성하되, 상기 입력층(P)은 범종형 출력층(R)은 싱글톤형으로 구성한다.Here, as shown in FIG. 4, the self-learning fuzzy controller 50 learns the membership function and the control rule in real time while changing the connection strength Wj using the neural network emulator 70. It is composed of an input layer (P) corresponding to the fuzzy, a hidden layer (Q) of a plurality of {Aj (x1)} {Bj (x2)} constituting the control rule, and an output layer (R) corresponding to the non-fuging. In addition, the input layer (P) is composed of a vertical type output layer (R) of a singleton type.

그리고, 상기 신경회로망 에뮬레이터(70)는 도 3에 도시된 바와같이, 제 2 비교기(60)에 의해 비교된 오차항{e(k)}을 줄여가는 방향으로 접속강도(Wi1)(Wi2) (Wj1)(Wj2)(Wj3)를 조정하고 상위층에서 역전파하여 하위층에서 이를 근거로 다시 자기학습 퍼지제어기(5)의 접속강도(Wj)를 조정하게 되는 바,As shown in FIG. 3, the neural network emulator 70 has connection strengths Wi1, Wi2, and Wj1 in a direction of decreasing an error term {e (k)} compared by the second comparator 60. (Wj2) (Wj3) is adjusted and back propagated in the upper layer, and the connection strength Wj of the self-learning fuzzy controller 5 is adjusted again based on the lower layer.

이는 제 1 및 제 3 비교기(10)(40)에서 출력된 오차항(x1)(x2)과 자기학습 퍼지제어기(50)에서 출력된 토오크성분의 전류기준값{u(k)}이 입력되는 세개의 입력층 뉴런(L)과, 다섯개의 은닉층 뉴런(M) 및 유도전동기(1)의 실제속도{W(k)}를 모사한 추정속도{y^(k)}를 출력하는 한개의 출력층 뉴런(N)으로 구성되어 있다.This means that the error term x1 (x2) output from the first and third comparators 10 and 40 and the current reference value {u (k)} of the torque component output from the self-learning fuzzy controller 50 are input. One output layer neuron that outputs an input layer neuron (L), an estimated speed {y ^ (k)} that simulates the actual velocity {W (k)} of the five hidden layer neurons (M) and the induction motor 1 ( N).

그리고, 도 2는 본 발명의 실시간 학습형 제어기의 유도전동기 속도 제어기에 적용한 실시예의 동작과정을 나타낸 플로우차트로서 그 진행과정을 설명하면 다음과 같다.2 is a flowchart showing the operation of the embodiment applied to the induction motor speed controller of the real-time learning type controller of the present invention.

먼저, 실시간 학습형 제어기의 전체 시스템을 초기화시킨 후 신경회로망 에뮬레이터(70)를 예비 학습시키는 단계와;First, initializing the entire system of the real-time learning type controller and preliminarily learning the neural network emulator 70;

상기 단계에 의해 신경회로망 에뮬레이터(70)의 예비학습이 완료되면 자기학습 퍼지제어기(50)의 출력으로서 임의의 값을 인가하여 매 샘플링 시간마다 신경회로망 에뮬레이터(70)의 추정치 출력과 유도전동기(1)의 출력 오차를 최소화하는 방향으로 오차항을 계산하는 단계와;When the pre-learning of the neural network emulator 70 is completed by the above steps, an arbitrary value is applied as the output of the self-learning fuzzy controller 50 to output the estimated value of the neural network emulator 70 and the induction motor 1 at each sampling time. Calculating an error term in a direction that minimizes the output error

상기 단계에 의해 계산된 오차항에 따라 신경회로망 에뮬레이터(70)의 접속강도를 조정한 후 자기학습 퍼지제어기(50)에 유도전동기(1)의 목표속도와 실제속도와의 오차항을 역전파시켜 자기학습 퍼지제어기(50)의 출력 오차항을 계산하는 단계와;After adjusting the connection strength of the neural network emulator 70 according to the error term calculated by the above step, the self-learning fuzzy controller 50 back propagates the error term between the target speed and the actual speed of the induction motor 1 and performs self-learning. Calculating an output error term of the fuzzy controller 50;

상기 단계에 의해 계산된 출력 오차항에 따라 자기학습 퍼지제어기(50)의 제어규칙과 소속함수를 학습한 후 리턴하여 상기 단계 전(全) 과정을 반복하는 단계; 로 진행되는 것이다.Repeating the entire process by learning and returning a control rule and a membership function of the self-learning fuzzy controller 50 according to the output error term calculated by the step; It is going to be.

이와같이 구성된 본 발명 실시간 학습형 제어기의 유도전동기 속도 제어기에 적용한 실시예의 작용에 대하여 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 1 to 4 attached to the operation of the embodiment applied to the induction motor speed controller of the real-time learning type controller of the present invention configured as described above are as follows.

먼저, 실시간 학습형 제어기의 전체 시스템을 초기화시킨 후 신경회로망 에뮬레이터(70)를 예비 학습시킨다.First, after initializing the entire system of the real-time learning type controller, the neural network emulator 70 is preliminarily trained.

즉, 자기학습 퍼지제어기(50)의 출력으로서 임의의 값을 인가하여 매 샘플링 시간마다 신경회로망 에뮬레이터(70)의 출력과 유도전동기(1)의 출력 오차를 최소화하는 방향으로 상기 신경회로망 에뮬레이터(70)의 예비 학습을 진행하게 되는 것이다.That is, the neural network emulator 70 is applied in a direction to minimize an output error of the neural network emulator 70 and the induction motor 1 at every sampling time by applying an arbitrary value as the output of the self-learning fuzzy controller 50. We will proceed to preliminary learning.

이후, 상기의 예비학습이 종료되면 제 1 비교기(10)에서 유도전동기(1)의 목표속도{Wre(k)}와 실제속도{W(k)}를 비교한 오차항(x1)을 자기학습 퍼지제어기(50)와 신경회로망 에뮬레이터(70)로 출력하되,Subsequently, when the preliminary learning is completed, the self-learning purge of the error term x1 comparing the target speed {Wre (k)} and the actual speed {W (k)} of the induction motor 1 in the first comparator 10. Output to the controller 50 and the neural network emulator 70,

상기 제 1 비교기(10)에 의해 출력된 오차항(x1)은 시간지연부(30)를 통해 지연시킨 이전의 오차항과 제 3 비교기(40)를 통해 비교한 후 그 오차항(x1)의 변화량(x2)을 상기 자기학습 퍼지제어기(50)와 신경회로망 에뮬레이터(70)로 출력시킨다.The error term x1 output by the first comparator 10 is compared with the previous error term delayed through the time delay unit 30 through the third comparator 40, and then the amount of change (x2) of the error term x1. ) Is output to the self-learning fuzzy controller 50 and the neural network emulator 70.

이때, 상기 자기학습 퍼지제어기(50)에서는 비교되어 입력되는 오차항(x1)(x2)에 따라 유도전동기(1)를 구동시키기 위한 토오크성분의 전류기준값{u(k)}을 유도전동기(1)와 신경회로망 에뮬레이터(70)로 출력시키게 되는 바,At this time, the self-learning fuzzy controller 50 calculates the current reference value {u (k)} of the torque component for driving the induction motor 1 according to the error term (x1) (x2) inputted in comparison with the induction motor (1). And output to the neural network emulator 70,

상기 유도전동기(1)에서는 입력되는 토오크성분의 전류기준값(u(k)}에 따라 구동하게 되는 것이다.In the induction motor 1, the induction motor 1 is driven according to the current reference value u (k)} of the torque component.

그리고, 상기 신경회로망 에뮬레이터(70)에서는 제 1 및 제 3 비교기(10) (40)에서 출력된 오차항(x1)(x2)과 자기학습 퍼지제어기(50)에서 출력된 토오크성분의 전류기준값{u(k)}에 따라 유도전동기(1)의 실제속도{W(k)}와의 오차를 최소화하는 방향으로 추정속도{y^(k)}를 출력시키므로서 에뮬레이터의 학습을 종료하게 되는 것이다.In addition, in the neural network emulator 70, an error reference value x 1 (x 2) output from the first and third comparators 10 and 40 and a current reference value of the torque component output from the self-learning fuzzy controller 50 {u According to (k)}, the learning of the emulator is terminated by outputting the estimated speed {y ^ (k)} in the direction of minimizing the error with the actual speed {W (k)} of the induction motor 1.

다시말해, 유도전동기(1)의 구동을 모사하는 추정속도{y^(k)}와 실제속도{W(k)}를 비교한 후 그 오차항{e^(k)}을 제 4 비교기(60)에서 출력되는 바,In other words, after comparing the estimated speed {y ^ (k)} and the actual speed {W (k)} to simulate the driving of the induction motor 1, the error term {e ^ (k)} is compared with the fourth comparator 60 ) Is output from

상기 신경회로망 에뮬레이터(70)에서는 상기 제 4 비교기(60)에 의해 비교된 오차항{e^(k)}에 따라 추정속도{y^(k)}를 유도전동기(1)의 실제속도{W(k)}와 유사하도록 가변하게 되는 것이다.In the neural network emulator 70, the estimated speed {y ^ (k)} is calculated according to the error term {e ^ (k)} compared by the fourth comparator 60, and the actual speed {W ( k)}.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 신경회로망 에뮬레이터(70)에서는 유도전동기(1)의 실제속도{W(k)}와 추정속도{y^(k)}의 오차를 최소화하도록 일반화된 델타규칙에 의해 구동하는 바,In more detail, the neural network emulator 70 uses a delta rule generalized to minimize the error between the actual speed {W (k)} and the estimated speed {y ^ (k)} of the induction motor 1. Driven bar,

상기 제 4 비교기(60)에 의해 비교되어 출력되는 오차항{e^(k)}에 대한 기울기를 감소시키도록 상기 신경회로망 에뮬레이터(70)는 접속강도(Wi1)(Wi2)(Wj1) (Wj2)(Wj3)를 조정하여 유도전동기(1)의 실제속도{W(k)}를 모사한 추정속도{y^(k)}를 출력하는 한개의 출력층 뉴런(N)의 오차항을 가변시키면서 계산한다.The neural network emulator 70 has connection strengths Wi1 (Wi2) (Wj1) (Wj2) to reduce the slope of the error term {e ^ (k)} compared and output by the fourth comparator 60. By adjusting (Wj3), it is calculated while varying the error term of one output layer neuron (N) outputting the estimated speed {y ^ (k)} which simulates the actual speed {W (k)} of the induction motor 1.

그리고, 상기 신경회로망 에뮤레이터(70)에 있어 다섯개의 은닉층 뉴런(M)의 경우에는 지도 출력값을 알수 없으므로 이미 알고 있는 출력층 뉴런(N)에서의 오차항을 이용하므로서 상기 은닉층 뉴런(M)의 오차항을 계산하되,In the neural network emulator 70, since the map output values are not known in the case of the five hidden layer neurons M, the error terms of the hidden layer neurons M are used by using the known error terms in the output layer neurons N. Calculate

보다 빠른 학습속도를 위해 모멘텀(momentum)항을 추가한 후 이에 가중치를 부여하므로서 학습을 완료하게 되는 것이다.For faster learning speed, the momentum is added and weighted to complete the learning.

이후, 상기 신경회로망 에뮬레이터(70)의 학습이 완료되면, 자기 학습형 퍼지제어기(50)의 학습을 위하여 유도전동기(1)의 목표속도{Wref(k)}와 실제속도{W(k)}를 제 2 비교기(20)에서 비교한 후 그 오차항{e(k)}을 신경회로망 에뮬레이터(70)에 입력시키는 바,Then, when the learning of the neural network emulator 70 is completed, the target speed {Wref (k)} and the actual speed {W (k)} of the induction motor 1 for the learning of the self-learning fuzzy controller 50. Is compared in the second comparator 20 and the error term {e (k)} is input to the neural network emulator 70.

상기 신경회로망 에뮬레이터(70)에서는 유도전동기(1)의 실제속도{W(k)}가 목표속도{Wref(k)}와 동일하게 이루어지도록 상기 제 2 비교기(60)에 의해 비교된 오차항{e(k)}을 자기학습 퍼지제어기(50)로 역전파시키게 된다.In the neural network emulator 70, the error term {e compared by the second comparator 60 such that the actual speed {W (k)} of the induction motor 1 is equal to the target speed {Wref (k)}. (k)} is backpropagated to the self-learning fuzzy controller 50.

이때, 상기 자기학습 퍼지제어기(50)에서는 역전파되어 입력된 오차항{e(k)}에 따라 그 출력의 토오크성분 전류기준값{u(k)} 오차항을 계산하게 된다.At this time, the self-learning fuzzy controller 50 calculates the torque component current reference value {u (k)} error term of the output according to the error term {e (k)} which is back propagated.

즉, 상기 자기학습 퍼지제어기(50)는 도 4에 도시된 바와같이, 신경회로망 에뮬레이터(70)를 이용하여 접속강도(Wj)를 변경시키면서 소속함수와 제어규칙을 실시간으로 학습하도록 퍼지화에 해당하는 입력층(P), 제어규칙을 구성하는 다수{Aj(x1)}{Bj(x2)}의 은닉층(Q), 비퍼지화에 해당하는 출력층(R)으로 구성되어 있는 바,That is, the self-learning fuzzy controller 50 corresponds to the fuzzy to learn the membership function and the control rule in real time while changing the connection strength Wj using the neural network emulator 70 as shown in FIG. 4. The input layer P is composed of a plurality of {Aj (x1)} {Bj (x2)} hidden layers Q constituting a control rule, and an output layer R corresponding to a non-fuge.

상기 제 1 및 제 3 비교기(10)(40)에 의해 입력층(P)으로 입력되는 오차항(x1)(x2)에 대한 퍼지변수의 소속함수값을 구한 후 이를 은닉층(Q)에 전달하므로서, 상기 은닉층(Q)에서는 이를 곱셈{Aj(x1)}×{Bj(x2)}으로 연산하면서 가중치(Wj)를 부여하여 출력층(R)으로 전달하여 무게중심법에 의한 비퍼지화를 실행하게 되는 것이다.By obtaining the belonging function value of the fuzzy variable for the error term (x1) (x2) input to the input layer (P) by the first and third comparators (10) and (40), and passing it to the hidden layer (Q), The hidden layer Q calculates this by multiplication {Aj (x1)} × {Bj (x2)} and gives a weight Wj to the output layer R to perform the defocusing by the center of gravity method. will be.

따라서, 상기 출력층(R)에서 실행하는 비퍼지화에 따라 계산된 역전파의 오차항을 통해 상기 자기학습 퍼지제어기(50)의 제어규칙과 소속함수 학습이 실시간으로 실행되는 바,Therefore, the control rule and the belonging function learning of the self-learning fuzzy controller 50 are performed in real time through the error term of the backpropagation calculated according to the non-fuzzy operation performed in the output layer R.

상기 유도 전동기(1)의 속도제어를 위해 실시간 플랜트 동정이 가능하게 되는 것이다.Real-time plant identification is possible for speed control of the induction motor 1.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 속도 제어를 위한 퍼지-신경회로망 제어기와 유도 전동기 시스템을 모의하기 위한 신경회로망 에뮬레이터와, 상기 신경망 에뮬레이터를 이용하여 실시간으로 신경망 제어기를 학습하는 실시간 학습형 제어기를 제공하므로서, 실시간 제어 및 플랜트 동정을 가능하게 하면서 학습속도를 빠르게 하고, 학습시 과도특성이 우수한 실시간 학습형 제어기를 구현하는 효과가 있다.As described above, the present invention provides a neural network emulator for simulating a fuzzy-neural network controller and an induction motor system for speed control, and a real-time learning type controller for learning a neural network controller in real time using the neural network emulator. In addition, it has the effect of real-time learning type controller that enables the real-time control and plant identification, speeds up the learning speed, and has excellent transient characteristics during learning.

Claims (3)

유도전동기의 목표속도와 실제속도를 비교한 후 그 오차항을 출력하는 제 1 및 제 2 비교기와;First and second comparators for comparing a target speed and an actual speed of the induction motor and outputting an error term; 상기 제 1 비교기에 의해 비교 출력된 오차항을 지연시키는 시간지연부와;A time delay unit for delaying the error terms compared and output by the first comparator; 제 1 비교기에서 출력된 오차항과 상기 시간지연부에 의해 지연된 이전 오차항을 비교한 후 그 오차항의 변화량을 출력하는 제 3 비교기와;A third comparator for comparing an error term output from the first comparator with a previous error term delayed by the time delay unit and outputting a change amount of the error term; 상기 제 1 및 제 3 비교기에서 출력된 오차항에 따라 유도전동기의 속도제어를 위해 실시간 플랜트 동정이 가능하도록 토오크성분의 전류기준값을 출력하는 자기학습 퍼지제어기와;A self-learning fuzzy controller for outputting a current reference value of a torque component to enable real-time plant identification for speed control of an induction motor according to the error terms output from the first and third comparators; 유도전동기의 구동을 모사하는 추정속도와 실제속도를 비교한 후 그 오차항을 출력하는 제 4 비교기와;A fourth comparator for comparing the estimated speed to simulate the driving of the induction motor and the actual speed, and outputting an error term; 제 1 및 제 3 비교기에서 출력된 오차항과 자기학습 퍼지제어기에서 출력된 토오크성분의 전류기준값에 따라 유도전동기의 구동을 모사하는 추정속도를 출력하되, 상기 제 4 비교기에 의해 비교된 오차항에 따라 추정속도를 유도전동기의 실제속도와 유사하도록 가변하고,According to the error terms output from the first and third comparators and the current reference value of the torque component output from the self-learning fuzzy controller, an estimated speed that simulates driving of the induction motor is output, and estimated according to the error terms compared by the fourth comparator. The speed is varied to be similar to the actual speed of the induction motor, 유도전동기의 실제속도가 목표속도와 동일하게 이루어지도록 상기 제 2 비교기에 의해 비교된 오차항을 자기학습 퍼지제어기로 역전파시켜 그 출력의 토오크성분 전류기준값 오차를 제어하는 신경망회로망 에뮬레이터; 로 구성됨을 특징으로 하는 실시간 학습형 제어기.A neural network emulator for propagating the error term compared by the second comparator to a self-learning fuzzy controller to control the torque component current reference value error of its output such that the actual speed of the induction motor is equal to the target speed; Real-time learning type controller, characterized in that consisting of. 제 1 항에 있어서, 상기 자기학습 퍼지제어기는, 신경회로망 에뮬레이터를 이용하여 접속강도를 변경시키면서 소속함수와 제어규칙을 실시간으로 학습하도록 퍼지화에 해당하는 입력층, 제어규칙을 구성하는 다수의 은닉층, 비퍼지화에 해당하는 출력층으로 구성함을 특징으로 하는 실시간 학습형 제어기.2. The self-learning fuzzy controller according to claim 1, wherein the self-learning fuzzy controller uses an neural network emulator to change the connection strength while learning the belonging function and the control rule in real time, and a plurality of hidden layers constituting the control rule. Real-time learning type controller, characterized in that configured as an output layer corresponding to the de-fuzzy. 제 1 항에 있어서, 상기 신경회로망 에뮬레이터는, 제 2 비교기에 의해 비교된 오차항을 줄여가는 방향으로 접속강도를 조정하고 상위층에서 역전파하여 하위층에서 이를 근거로 다시 자기학습 퍼지제어기의 접속강도를 조정하도록,2. The neural network emulator of claim 1, wherein the neural network emulator adjusts the connection strength in a direction of reducing the error term compared by the second comparator and back propagates in the upper layer to adjust the connection strength of the self-learning fuzzy controller based on the lower layer. so, 상기 제 1 및 제 3 비교기에서 출력된 오차항과 자기학습 퍼지제어기에서 출력된 토오크성분의 전류기준값이 입력되는 세개의 입력층 뉴런, 다섯개의 은닉층 뉴런 및 유도전동기의 실제속도를 모사한 추정속도를 출력하는 한개의 출력층 뉴런으로 구성함을 특징으로 하는 실시간 학습형 제어기.Outputs an estimated speed that simulates the actual speeds of three input layer neurons, five hidden layer neurons, and induction motors, into which the error terms output from the first and third comparators and the current reference value of the torque component output from the self-learning fuzzy controller are input. Real-time learning type controller, characterized in that composed of one output layer neurons.
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