RU2821616C1 - Self-training system for intelligent agents of ship engine control - Google Patents

Self-training system for intelligent agents of ship engine control Download PDF

Info

Publication number
RU2821616C1
RU2821616C1 RU2023132355A RU2023132355A RU2821616C1 RU 2821616 C1 RU2821616 C1 RU 2821616C1 RU 2023132355 A RU2023132355 A RU 2023132355A RU 2023132355 A RU2023132355 A RU 2023132355A RU 2821616 C1 RU2821616 C1 RU 2821616C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
fuzzy
ship engine
ship
intelligent
Prior art date
Application number
RU2023132355A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Иванович Епихин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2821616C1 publication Critical patent/RU2821616C1/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: ship engine intelligent control agents self-training system comprises engine units and assemblies simulation unit based on fuzzy neural network, intelligent agent unit, training unit, fuzzy classifier formation unit, control signal generating unit, control pulse parameters matching unit, fuzzy knowledge base, ship engine convergent network, connected in a certain manner.
EFFECT: providing development of own solutions for control of ship engine taking into account internal and external disturbing effects of environment.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к системам интеллектуального управления судовыми двигателями с возможностью цифровых вычислений или обработки данных с использованием нечеткой логики, в частности, для процедуры сбора, накопления, передачи и централизации диагностических и функциональных параметров судовых двигателей.The invention relates to systems for intelligent control of ship engines with the ability to digitally calculate or process data using fuzzy logic, in particular, for the procedure for collecting, accumulating, transmitting and centralizing diagnostic and functional parameters of ship engines.

Основу двигателей нового поколения составляют интеллектуальные агенты, которые позволяют подсистемам связывать гребные винты с машинным отделением и пунктом управления двигателем, а также с мостиком или даже удаленными объектами. Интеллектуальный агент - это агент, действующий разумным образом, который воспринимает окружающую среду, автономно предпринимает действия для достижения целей и может улучшать свою работу с помощью обучения или приобретения знаний. Интеллектуальные агенты эффективно объединяют средства регулирования пусковых воздушных клапанов, последовательности запуска и реверса, функции управления и другие. Благодаря использованию этих высокоинтегрированных систем представляется возможным контролировать и повышать прозрачность работы судовых установок, кроме того, они обеспечивают мониторинг состояния двигателя в режиме реального времени, поддерживают интеллектуальную оптимизацию и облегчают принятие решений. Все это дает возможность операторам судов и поставщикам двигателей более эффективно эксплуатировать бортовые системы. В изобретении решаются проблемы, связанные с интеллектуализацией автоматической системы управления корабельными силовыми установками.At the heart of the new generation of engines are intelligent agents that allow subsystems to communicate with the propellers to the engine room and engine control room, as well as to the bridge or even remote objects. An intelligent agent is an agent that acts in an intelligent manner, that perceives its environment, autonomously takes actions to achieve goals, and can improve its performance through learning or knowledge acquisition. Intelligent agents effectively integrate control of starting air valves, start and reverse sequences, control functions and others. These highly integrated systems make it possible to monitor and increase visibility of ship installations, as well as provide real-time engine health monitoring, support intelligent optimization and facilitate decision-making. All this enables ship operators and engine suppliers to operate onboard systems more efficiently. The invention solves problems associated with the intellectualization of an automatic control system for ship power plants.

На сегодняшний день в таких областях, как экономика, медицина, в автомобилестроении широко применяют диагностические и экспертные системы с использованием «искусственного интеллекта» на основе нейро-нечетких сетей.Today, in such areas as economics, medicine, and the automotive industry, diagnostic and expert systems using “artificial intelligence” based on neuro-fuzzy networks are widely used.

Известна СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЗНАНИЯМИ ДЛЯ РАЗРЕШЕНИЯ СИТУАЦИЙ по патенту RU 2480826 от 27.04.2013Known KNOWLEDGE MANAGEMENT SYSTEM FOR RESOLVING SITUATIONS under patent RU 2480826 dated 04/27/2013

Изобретение относится к системам управления знаниями для разрешения ситуаций (СУЗ PC) и предназначено для поддержки разрешения проблемных ситуаций, связанных с неудовлетворительным качеством конкретных объектов. Технический результат заключается в улучшении характеристик обрабатываемой информации, а также в повышении качества визуализации ситуаций. Система управления знаниями для разрешения ситуаций содержит блок создания знаний, блок организации знаний, с входом которого соединен выход блока создания знаний, блок локализации знаний, с входом которого соединен выход блока организации знаний, блок позиционирования знаний, с входом которого соединен выход блока локализации знаний, и блок повторного использования знаний, с входами которого соединены выходы блоков локализации и позиционирования знаний. Блок системной интеграции, входы и выходы которого соединены, соответственно, с входами и выходами блоков создания знаний, организации знаний, локализации знаний, позиционирования знаний, повторного использования знаний, и блок системной визуализации, вход которого соединен с выходом блока системной интеграции.The invention relates to knowledge management systems for resolving situations (KMS PC) and is intended to support the resolution of problem situations associated with the unsatisfactory quality of specific objects. The technical result is to improve the characteristics of the processed information, as well as to improve the quality of visualization of situations. The knowledge management system for resolving situations contains a knowledge creation block, a knowledge organization block, to the input of which the output of the knowledge creation block is connected, a knowledge localization block, to the input of which the output of the knowledge organization block is connected, a knowledge positioning block, to the input of which the output of the knowledge localization block is connected, and a knowledge reuse block, the inputs of which are connected to the outputs of knowledge localization and positioning blocks. A system integration block, the inputs and outputs of which are connected, respectively, to the inputs and outputs of the blocks of knowledge creation, knowledge organization, knowledge localization, knowledge positioning, knowledge reuse, and a system visualization block, the input of which is connected to the output of the system integration block.

Недостатками данного технического решения является отсутствие независимой связи системы управления знаниями с окружающей средой.The disadvantages of this technical solution are the lack of an independent connection between the knowledge management system and the environment.

Известна ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ВЫБОРА "ОПТИМЭЛЬ" по патенту RU 2564641 от 10.10.2015Known INTELLIGENT INFORMATION SYSTEM OF SELECTION "OPTIMEL" under patent RU 2564641 dated 10.10.2015

Изобретение относится к компьютерным системам, использующим модели, основанные на знаниях, а именно к системам, синтезирующим интеллектуальные решения в виде выбора нужного знания из заданной области знания. Техническим результатом является обеспечение ускоренного доступа к сформированным знаниям для пользователя при решении задач выбора. Интеллектуальная информационная система выбора «Оптимэль» состоит из последовательно соединенных машиночитаемого носителя, в котором находятся блок распределения заданий, блок базы знаний, блок ввода знаний, блок базы данных словарей, блока рабочей части диалога, и компьютера, через технические возможности которого пользователь имеет доступ к интеллектуальной информационной системе «Оптимэль» и ее результатам работы.The invention relates to computer systems that use knowledge-based models, namely to systems that synthesize intelligent solutions in the form of selecting the desired knowledge from a given field of knowledge. The technical result is to provide accelerated access to generated knowledge for the user when solving selection problems. The intelligent information selection system "Optimel" consists of a sequentially connected machine-readable medium, which contains a task distribution block, a knowledge base block, a knowledge input block, a dictionary database block, a working part of the dialogue block, and a computer, through the technical capabilities of which the user has access to intellectual information system "Optimel" and its results.

Недостатком реализации данного технического решения является необходимость ручного пополнения базы данных экспертом.The disadvantage of implementing this technical solution is the need for manual replenishment of the database by an expert.

Известен СПОСОБ ПОИСКА МЕТОДОВ РАЗРЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ И СИСТЕМА НА ОСНОВЕ ОБУЧАЕМОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ по патенту RU 2707917 от 02.12.2019, где система содержит модуль приема запроса пользователя системы, модуль распознавания языка интерфейса с запросом пользователя, модуль создания алгоритма для формирования кода запроса, модуль формирования кода запроса, модуль формирования соответствующей коду запроса структуры баз данных, модуль формирования приоритетов для обучения нейронной сети, модуль дообучения нейронной сети по соответствующим коду запроса параметрам 1-n, нейронная сеть, модуль формирование кода ответа, модуль перевода кода ответа в язык интерфейса, модуль выдачи ответа пользователю.There is a known METHOD FOR SEARCHING METHODS FOR RESOLVING TECHNICAL CONTRADICTIONS AND A SYSTEM BASED ON A LEARNING NEURAL NETWORK FOR ITS IMPLEMENTATION under patent RU 2707917 dated 12/02/2019, where the system contains a module for receiving a system user request, a module for recognizing the interface language with a user request, a module for creating an algorithm for generating a request code , module for generating the request code, module for generating the database structure corresponding to the request code, module for generating priorities for training the neural network, module for additional training of the neural network using parameters 1-n corresponding to the request code, neural network, module for generating the response code, module for translating the response code into language interface, module for issuing a response to the user.

Система работает следующим образом. Запрос вводится через модуль приема запроса в виде текста интерфейса. Следующий, последовательный модуль распознает язык интерфейса с запросом пользователя, в следующих модулях создается алгоритм для формирования кода запроса и код запроса. Затем сигнал поступает в модуль формирования структуры баз данных, а следующий модуль формирует приоритеты для обучения нейронной сети. Дообучение нейронной сети по соответствующим коду запросу параметрам осуществляют с помощью предыдущего модуля. Далее нейронная сеть осуществляет поиск методов разрешения технических противоречий с использованием принципов морфологического анализа и нечеткой логики. Метод морфологического анализа основан на комбинаторике. Суть его состоит в идее получения детального описания всех существующих и возможных (допустимых) технических систем исследуемого класса с последующим поиском на этом множестве описания технической системы, наиболее полно соответствующего поставленной цели. Для этого в интересующем изделии или объекте выделяют группу основных технических и/или социальных и/или экономических, характеристик. Для каждой характеристики выбирают альтернативные варианты, то есть возможные варианты исполнения объекта. Комбинируя их между собой, получают множество различных решений, в том числе представляющих практический интерес. Предварительно нейронная сеть формирует устойчивые взаимосвязи характеристик соответствующего коду запроса предмета с его техническими и/или социальными и/или экономическими, характеристиками в виде наслоения псевдоплоскостей, обучается на полученных взаимосвязях и осуществляет поиск решения преодоления того или иного технического противоречия или технической проблемы и уточняет различными видами фильтров направление их решения, затем нейронная сеть устанавливает взаимосвязи между исследуемым предметом и упоминанием его в базах патентов и каждая совокупность формируется в своем информационном пространстве, после чего с помощью метода морфологического проектирования формируют совокупность матриц, каждая из которых сформирована путем упорядоченных переборов по исчерпывающему и конечному перечню технических и/или социальных и/или экономических, характеристик, учитываемых при применении технических решений с установлением типа зависимости между ними, после чего на основе зафиксированных взаимосвязей осуществляют работу с четкой и нечеткой логикой, создают систему ранжирования, которая является базой для обучения нейросети и основой материала для формирования детализированного ответа на запрос. Далее формируется код ответа, который переводится в язык интерфейса, и выходной модуль выдает ответ пользователю.The system works as follows. The request is entered through the request receiving module in the form of interface text. The next, sequential module recognizes the interface language with the user's request, in the following modules an algorithm is created for generating the request code and the request code. Then the signal goes to the database structure generation module, and the next module generates priorities for training the neural network. Additional training of the neural network using the parameters corresponding to the request code is carried out using the previous module. Next, the neural network searches for methods for resolving technical contradictions using the principles of morphological analysis and fuzzy logic. The method of morphological analysis is based on combinatorics. Its essence lies in the idea of obtaining a detailed description of all existing and possible (admissible) technical systems of the class under study, followed by a search in this set for a description of the technical system that most fully corresponds to the goal. To do this, a group of basic technical and/or social and/or economic characteristics is identified in the product or object of interest. For each characteristic, alternative options are selected, that is, possible versions of the object. By combining them, many different solutions are obtained, including those of practical interest. Previously, the neural network forms stable relationships between the characteristics of the object corresponding to the request code and its technical and/or social and/or economic characteristics in the form of layering of pseudo-planes, learns from the resulting relationships and searches for a solution to overcome a particular technical contradiction or technical problem and clarifies it in various ways filters, the direction of their solution, then the neural network establishes the relationship between the subject under study and its mention in patent databases and each set is formed in its own information space, after which, using the morphological design method, a set of matrices is formed, each of which is formed by ordered searches for exhaustive and finite a list of technical and/or social and/or economic characteristics taken into account when applying technical solutions with establishing the type of dependency between them, after which, based on the recorded relationships, they work with clear and fuzzy logic, create a ranking system, which is the basis for training the neural network and the basis of material for generating a detailed response to the request. Next, a response code is generated, which is translated into the interface language, and the output module provides a response to the user.

Недостатком этой системы является использование перебора вариантов, имеющихся в базе знаний, вместо решения, сформированного из текущего состояния окружающей среды.The disadvantage of this system is the use of enumeration of options available in the knowledge base, instead of a solution formed from the current state of the environment.

ТЕХНИЧЕСКОЙ ЗАДАЧЕЙ предлагаемого изобретения является создание системы самообучения интеллектуальных агентов управления судовым двигателем, обеспечивающей выработку собственных решений, адекватных окружающей обстановке, для управления судовым двигателем.The TECHNICAL PROBLEM of the proposed invention is to create a self-learning system for intelligent agents for controlling a ship's engine, ensuring the development of its own solutions, adequate to the environment, for controlling a ship's engine.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ заключается в том, что построенная интеллектуальная система управления двигателем за счет использования самообучения интеллектуального агента формирует собственное решение исходя из внутренних и внешних возмущающих воздействий окружающей среды.The TECHNICAL RESULT lies in the fact that the constructed intelligent engine control system, through the use of self-learning of an intelligent agent, forms its own solution based on internal and external disturbing influences of the environment.

Технический результат достигается использованием совокупности отличительных признаков предложенной системы и взаимосвязи ее блоков и узлов.The technical result is achieved by using a set of distinctive features of the proposed system and the interconnection of its blocks and nodes.

Для решения поставленной технической задачи и достижения технического результата предложена система самообучения интеллектуальных агентов управления судовым двигателем.To solve the set technical problem and achieve a technical result, a self-learning system for intelligent ship engine control agents is proposed.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ заключается в следующем.THE ESSENCE OF THE INVENTION is as follows.

Данная система позволяет реализовать контроль, анализ, диагноз технического состояния и управление всей сложной динамической системы, состоящей из главных, вспомогательных элементов СЭУ, элементов систем поддержания груза, элементов систем пожарной безопасности,This system allows for monitoring, analysis, diagnosis of the technical condition and management of the entire complex dynamic system, consisting of main and auxiliary elements of the control system, elements of load support systems, elements of fire safety systems,

Блочная структура системы обеспечивает процедуру сбора, накопления, передачи и централизации диагностических и функциональных параметров элементов СЭУ. В условиях реальной эксплуатации судна, при любом предусмотренном для эксплуатируемого типа судов режиме (ходовом, маневренном, движении во льдах и т.д.), производится непрерывный сбор информации от всех датчиков, установленных на судовой энергетической установке, а также от датчиков, отражающих внешние условия работы (температура наружного воздуха, влажность, скорость и направление ветра, волнение моря и др.).The block structure of the system provides a procedure for collecting, accumulating, transferring and centralizing diagnostic and functional parameters of the elements of the control system. In real operation conditions of the vessel, in any mode provided for the type of vessel being operated (sailing, maneuvering, movement in ice, etc.), information is continuously collected from all sensors installed on the ship's power plant, as well as from sensors reflecting external operating conditions (outside temperature, humidity, wind speed and direction, sea waves, etc.).

Вся информация от датчиков поступает на блок моделирования узлов и агрегатов двигателя, где обрабатывается и сортируется по принадлежности к подсистемам и узлам судовой энергетической установки и синхронно, по нескольким параллельным каналам, передается на интеллектуальный модуль.All information from the sensors is supplied to the engine components and assemblies modeling unit, where it is processed and sorted according to their belonging to the subsystems and components of the ship's power plant and synchronously, through several parallel channels, transmitted to the intelligent module.

В отличие от обычного агента, реагирующего на внешнее воздействие путем перебора имеющихся в базе знаний правил, которые самостоятельно не пополняются, интеллектуальный агент содержит блоки, позволяющие самостоятельно вырабатывать новые знания в ходе его работы.Unlike a conventional agent, which reacts to external influences by searching through the rules available in the knowledge base, which are not replenished independently, an intelligent agent contains blocks that allow it to independently develop new knowledge in the course of its work.

Общая архитектура управления судовым двигателем включает три части: 1) модели установки/подсистемы, которые могут имитировать характеристики силовой установки и ее приводов, 2) отдельные алгоритмы распределенной системы управления, 3) мультиагентная база знаний, которая может поддерживать исследование и применение передовой интеллектуальной стратегии управления. Различные модели и элементы управления, составляющие ее, могут быть легко заменены, поскольку их интерфейсы будут четко определены картой взаимозависимости. Целью этой интеллектуальной платформы является создание интегрированной среды моделирования и имитации, которая объединяет различные взаимозависимые установки и подсистемы судового двигателя, кроме того, эта платформа может отслеживать состояния основных узлов и систем и на основании этого разрабатывать передовые интеллектуальные стратегии управления.The overall marine engine control architecture includes three parts: 1) plant/subsystem models that can simulate the characteristics of the propulsion system and its drives, 2) individual distributed control system algorithms, 3) a multi-agent knowledge base that can support the exploration and application of advanced intelligent control strategy . The various models and controls that make up it can be easily replaced because their interfaces will be clearly defined by the interdependency map. The purpose of this intelligent platform is to create an integrated modeling and simulation environment that integrates various interdependent plant and subsystems of a marine engine, in addition, this platform can monitor the states of major components and systems and based on this develop advanced intelligent control strategies.

Информация о состоянии и изменениях окружающей среды, о текущем режиме работы двигателя и других ключевых параметрах судовой энергетической установки и внешнего окружения с помощью интерфейсной части распределяется на несколько потоков. База знаний предназначена для накопления информации об управлении двигателем. Основным элементом системы самообучения является нечеткий классификатор, задача которого заключается в выработке управляющего сигнала для интеллектуального агента.Information about the state and changes in the environment, about the current operating mode of the engine and other key parameters of the ship's power plant and external environment is distributed into several streams using the interface. The knowledge base is designed to accumulate information about engine control. The main element of the self-learning system is a fuzzy classifier, the task of which is to generate a control signal for an intelligent agent.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено:The essence of the invention is illustrated by graphic materials that show:

Фиг. 1 - система самообучения интеллектуального агента Фиг. 2 - схема управления судовым двигателем Фиг. 3 - схема интеллектуального агента Фиг. 4 - архитектура конвергентной судовой сетиFig. 1 - self-learning system of an intelligent agent FIG. 2 - marine engine control diagram FIG. 3 - diagram of the intelligent agent FIG. 4 - converged ship network architecture

СИСТЕМА СОСТОИТ из блока моделирования 1 узлов и агрегатов двигателя на основе нечеткой нейронной сети, блока интеллектуального агента 2, блока обучения 3, блока формирования нечеткого классификатора 4, блока формирования управляющего сигнала 5, блока согласования параметров импульсов управления 6, нечеткой базы знаний 7, конвергентной сети судового двигателя 8. Выход блока моделирования 1 соединен с блоком интеллектуального агента 2, а вход блока моделирования 1 подсоединен к датчикам параметров судового двигателя и элементам судовой единой конвергентной сети 8, а выход интеллектуального агента 2 соединен с блоком обучения 3 и со входом нечеткой базы знаний 7, где для самообучения нейронной сети используют возможность быстрого обучения на основе глубоких сетей доверия и ограниченной машины Больцмана, при этом расположение выхода блока обучения 1 обеспечивает возможность поступления сигнала на блок формирования нечеткого классификатора 4, который взаимообразно связан с блоком нечеткой базы данных 7, а также поступление сигнала на блок формирования управляющего сигнала 5, который взаимообразно соединен с блоком согласования параметров импульсов управления 6, установленный с возможностью получения информации от датчиков судового двигателя 8.THE SYSTEM CONSISTS of a modeling block 1 of engine components and assemblies based on a fuzzy neural network, an intelligent agent block 2, a training block 3, a fuzzy classifier generation block 4, a control signal generation block 5, a control pulse parameters matching block 6, a fuzzy knowledge base 7, convergent network of the ship engine 8. The output of the modeling block 1 is connected to the intelligent agent block 2, and the input of the modeling block 1 is connected to the ship engine parameter sensors and elements of the ship's unified convergent network 8, and the output of the intelligent agent 2 is connected to the training block 3 and to the input of the fuzzy base knowledge 7, where for self-training of the neural network they use the possibility of fast learning based on deep trust networks and a limited Boltzmann machine, while the location of the output of the training block 1 provides the possibility of receiving a signal to the fuzzy classifier generation block 4, which is interconnected with the fuzzy database block 7, as well as the receipt of a signal to the control signal generating unit 5, which is interconnected with the control pulse parameters matching unit 6, installed with the ability to receive information from the sensors of the ship engine 8.

Интеллектуальная система управления двигателем РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ.The Intelligent Engine Control System OPERATES AS follows.

На блок интеллектуального агента поступает 2 текущая информация от блока моделирования узлов и агрегатов двигателя 1, отражающая параметры их работы. Интеллектуальный агент 2, анализирует данные о состоянии параметров, влияющих на работу двигателя, после чего генерирует управляющие сигналы, наиболее целесообразные в текущей ситуации, которые через интерфейсную часть подаются в базу знаний 7 для последующей проверки их на адекватность и эффективность. Одновременно сигнал поступает на блок формирования нечеткого классификатора 4.The intelligent agent block receives 2 current information from the modeling block of engine components and assemblies 1, reflecting the parameters of their operation. Intelligent agent 2 analyzes data on the state of parameters affecting engine operation, after which it generates control signals that are most appropriate in the current situation, which are fed through the interface to the knowledge base 7 for subsequent verification of their adequacy and efficiency. At the same time, the signal is sent to the fuzzy classifier generation block 4.

Обучение нечеткого классификатора 4 заключается в нахождении вектора К, который минимизирует расстояние между опытными данными и результатами логического вывода.Training the fuzzy classifier 4 consists of finding the vector K that minimizes the distance between the experimental data and the results of logical inference.

Нечеткий классификатор формируется из нескольких слоев D, каждый из которых имеет ширину Ni нейронов.The fuzzy classifier is formed from several layers D, each of which has a width of N i neurons.

Самообучение сети состоит в поиске правильных весов, которые могут быть использованы для корректной классификации входных примеров.Self-learning of the network consists of finding the correct weights that can be used to correctly classify input examples.

В данном случае для самообучения нейронной сети используется быстрое обучение на основе глубоких сетей доверия (DBN) и ограниченной машины Больцмана (RBM).In this case, fast learning based on deep belief networks (DBN) and restricted Boltzmann machine (RBM) is used to self-train the neural network.

Метод основан на изменении модели искусственной нейронной сети с дискриминантной на генеративную. Дискриминантная модель - это модель, которая моделирует классификационные характеристики сети. Объективная функция, которую необходимо минимизировать, - это ошибка между требуемыми целями классификации и полученными целями. С другой стороны, генеративная модель - это модель, которая моделирует способность сети генерировать исходные данные. Целью является минимизация ошибки между данными, генерируемыми моделью, и исходными данными.The method is based on changing the artificial neural network model from discriminant to generative. A discriminant model is a model that models the classification characteristics of a network. The objective function that needs to be minimized is the error between the required classification targets and the resulting targets. On the other hand, a generative model is a model that models the ability of a network to generate input data. The goal is to minimize the error between the data generated by the model and the original data.

Генеративная модель способна повторно генерировать исходные данные, учитывая состояния скрытых единиц, что является ее представлением о данных реального мира. Такая модель называется глубокой сетью доверия (DBN). Модель DBN позволяет сети генерировать видимые активации на основе состояний ее скрытых единиц, что представляет собой убеждение сети.The generative model is able to regenerate the original data given the states of the hidden units, which is its representation of the real world data. This model is called a deep trust network (DBN). The DBN model allows the network to generate visible activations based on the states of its hidden units, which represents the network's belief.

Чтобы получить состояния скрытых блоков, соответствующих видимым данным, используется ограниченная машина Больцмана между каждыми двумя последовательными слоями сети.To obtain the states of the hidden blocks corresponding to the visible data, a restricted Boltzmann machine is used between every two successive layers of the network.

Чтобы оптимизировать заданную конфигурацию видимых и скрытых блоков, энергия модели должна быть минимизирована.To optimize a given configuration of visible and hidden blocks, the energy of the model must be minimized.

Функция предварительного обучения заключается в том, чтобы применить данные на входной слой двухслойной RBM и в результате получить скрытые активации, а затем повторно генерировать модель видимых активации, и, наконец, генерировать модель скрытых активации. Таким образом, веса модель могут быть обновлены для заданных входных данных.The function of pre-training is to apply the data to the input layer of the two-layer RBM and obtain the hidden activations as a result, and then regenerate the visible activation model, and finally generate the hidden activation model. In this way, the model's weights can be updated for given input data.

После обучения текущего слоя его веса замораживаются, а активации скрытого слоя используются в качестве видимых входов следующего слоя, и применяется тот же алгоритм обучения. Полученные веса сети глубинного обучения используются для инициализации этапа тонкой настройки.After training the current layer, its weights are frozen and the hidden layer's activations are used as visible inputs to the next layer, and the same training algorithm is applied. The resulting deep learning network weights are used to initialize the fine-tuning stage.

Фаза тонкой настройки представляет собой обычный алгоритм обратного распространения. Для задач классификации поверх сети добавляется слой, ширина которого равна количеству целей или классов. Каждый нейрон этого слоя активируется для каждой метки класса, а остальные деактивируются. Обратное распространение начинается с весов, полученных на этапе предварительного обучения. Активации верхнего слоя получаются для каждого примера обучающего набора или партии примеров, полученных в прямом пути, а затем сигнал ошибки между полученными активациями и требуемыми целями передается обратно в сеть для корректировки весов.The fine-tuning phase is a conventional backpropagation algorithm. For classification tasks, a layer is added on top of the network, the width of which is equal to the number of targets or classes. Each neuron in this layer is activated for each class label, and the rest are deactivated. Backpropagation starts with the weights obtained in the pre-training phase. Top layer activations are obtained for each example of the training set or batch of examples obtained in the forward path, and then the error signal between the obtained activations and the required targets is passed back to the network to adjust the weights.

Процесс самообучения заключается в том, что в ходе работы двигателя интеллектуальным агентом выполняется периодический опрос значений датчиков и контролеров на входе и сигналов положения систем управления на выходе. Затем выполняется сравнение текущего значения сигналов органов управления для данного правила со значениями в базе знаний. Далее раздел базы знаний «необходимое положение органов управления» корректируется с учетом нового опыта, полученного во время работы и в согласовании с которыми формируются импульсы управления судовым двигателем.The self-learning process consists in the fact that during engine operation, an intelligent agent periodically polls the values of sensors and controllers at the input and position signals of control systems at the output. It then compares the current value of the controls for this rule with the values in the knowledge base. Next, the knowledge base section “required position of controls” is adjusted taking into account new experience gained during operation and in accordance with which ship engine control impulses are formed.

Конечной целью процесса самообучения является анализ характеристик установок и систем судового двигателя, настройка алгоритма оптимизации параметров его работы и в конечном итоге разработка интеллектуальной стратегии управления автоматизацией и эксплуатацией.The ultimate goal of the self-learning process is to analyze the characteristics of marine engine installations and systems, configure an algorithm for optimizing its operating parameters, and ultimately develop an intelligent automation and operation management strategy.

Claims (1)

Система самообучения интеллектуальных агентов управления судовым двигателем, включающая блок моделирования узлов и агрегатов двигателя на основе нечеткой нейронной сети, блок интеллектуального агента, блок обучения, блок формирования нечеткого классификатора, блок формирования управляющего сигнала, блок согласования параметров импульсов управления, нечеткую базу знаний, конвергентную сеть судового двигателя, при этом выход блока моделирования соединен с блоком интеллектуального агента, а вход блока моделирования подсоединен к датчикам параметров судового двигателя и элементам судовой единой конвергентной сети, выход интеллектуального агента соединен с блоком обучения и со входом нечеткой базы знаний, где для самообучения нейронной сети используют возможность быстрого обучения на основе глубоких сетей доверия и ограниченной машины Больцмана, расположение выхода блока обучения обеспечивает возможность поступления сигнала на блок формирования нечеткого классификатора, который взаимообразно связан с блоком нечеткой базы данных, а также поступление сигнала на блок формирования управляющего сигнала, который взаимообразно соединен с блоком согласования параметров импульсов управления, установленный с возможностью получения информации от датчиков судового двигателя.A self-learning system for intelligent agents for controlling a ship engine, including a block for modeling engine components and assemblies based on a fuzzy neural network, an intelligent agent block, a training block, a fuzzy classifier generation block, a control signal generation block, a block for matching control pulse parameters, a fuzzy knowledge base, a convergent network ship engine, while the output of the modeling block is connected to the intelligent agent block, and the input of the modeling block is connected to the parameter sensors of the ship engine and elements of the ship's unified convergent network, the output of the intelligent agent is connected to the training block and to the input of the fuzzy knowledge base, where for self-learning of the neural network use the possibility of fast learning based on deep trust networks and a limited Boltzmann machine, the location of the output of the training block provides the possibility of receiving a signal to the fuzzy classifier generation block, which is interconnected with the fuzzy database block, as well as receiving a signal to the control signal generation block, which is interconnected with a block for matching control pulse parameters, installed with the ability to receive information from ship engine sensors.
RU2023132355A 2023-12-04 Self-training system for intelligent agents of ship engine control RU2821616C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2821616C1 true RU2821616C1 (en) 2024-06-25

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2266558C2 (en) * 2003-12-31 2005-12-20 Кубанский государственный технологический университет Intellectual controller with neuron network and self-modification rules
CN100489702C (en) * 2005-07-07 2009-05-20 上海交通大学 Ship power-positioning control system based on fuzzy self-adaption algorithm
CN107748498A (en) * 2017-10-09 2018-03-02 上海海事大学 A kind of energy management method of the hybrid power ship based on Model Predictive Control
RU2648544C1 (en) * 2016-12-09 2018-03-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Control system for electromotive complex of ice-class vessels and icebreakers
RU2737457C1 (en) * 2020-06-26 2020-11-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" Automatic system with neuro-fuzzy network for complex technical diagnostics and control of ship power plant

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2266558C2 (en) * 2003-12-31 2005-12-20 Кубанский государственный технологический университет Intellectual controller with neuron network and self-modification rules
CN100489702C (en) * 2005-07-07 2009-05-20 上海交通大学 Ship power-positioning control system based on fuzzy self-adaption algorithm
RU2648544C1 (en) * 2016-12-09 2018-03-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Control system for electromotive complex of ice-class vessels and icebreakers
CN107748498A (en) * 2017-10-09 2018-03-02 上海海事大学 A kind of energy management method of the hybrid power ship based on Model Predictive Control
RU2737457C1 (en) * 2020-06-26 2020-11-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" Automatic system with neuro-fuzzy network for complex technical diagnostics and control of ship power plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8788446B2 (en) Fuzzy inference methods, and apparatuses, systems and apparatus using such inference apparatus
Stengel Toward intelligent flight control
US8892496B2 (en) Fuzzy inference apparatus and methods, systems and apparatuses using such inference apparatus
Hu et al. Deep bidirectional recurrent neural networks ensemble for remaining useful life prediction of aircraft engine
Díaz-Álvarez et al. Modelling the human lane-change execution behaviour through multilayer perceptrons and convolutional neural networks
CN112231489B (en) Knowledge learning and transferring method and system for epidemic prevention robot
Werbos Neurocontrol and elastic fuzzy logic: capabilities, concepts, and applications
Du et al. Implementation of fuzzy logic systems and neural networks in industry
Huang et al. Neural-expert hybrid approach for intelligent manufacturing: a survey
Figueiredo et al. Learning algorithms for a class of neurofuzzy network and application
Galavi et al. Neuro-fuzzy modelling and forecasting in water resources
CN114839881A (en) Intelligent garbage cleaning and environmental parameter big data internet of things system
Sayah et al. Towards distribution clustering-based deep LSTM models for RUL prediction
RU2821616C1 (en) Self-training system for intelligent agents of ship engine control
Wang et al. Premonition-driven deep learning model for short-term ship violent roll motion prediction based on the hull attitude premonition mechanism
Zhang et al. Learning to discover task-relevant features for interpretable reinforcement learning
Nayyeri et al. Modeling aircraft jet engine and system identification by using genetic programming
Shmelova et al. Concept of building intelligent control systems for aircraft, unmanned aerial vehicles and aircraft engines
Tweedale Using multi-agent systems to pursue autonomy with automated components
CN112580702A (en) Multi-sensor cooperative sensing method and device
Vermesan et al. Industrial AI Technologies for Next-Generation Autonomous Operations with Sustainable Performance
Antsaklis The quest for autonomy revisited
Ferrandino et al. Improving Simulation Realism in Developing a Fuzzy Modular Autonomous Driving System for Electric Boats
Vladov et al. Helicopters Turboshaft Engines Intelligent Control Algorithms Synthesis, Taking into Account Required Quality Provision.
KR102200726B1 (en) Apparatus and method for managing power of plant