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https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/5998
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Algoritmo de variável instrumental nebulosa tipo-2 no espaço de estados para identificação evolutiva de sistemas dinâmicos não-estacionários |
Título(s) alternativo(s): | State-space type-2 fuzzy instrumental variable algorithm for evolutionary identification of nonstationary dynamical systems |
Autor: | EVANGELISTA, Anderson Pablo Freitas ![]() |
Primeiro orientador: | SERRA, Ginalber Luiz de Oliveira |
Primeiro membro da banca: | SERRA, Ginalber Luiz de Oliveira |
Segundo membro da banca: | PAIVA, Anselmo Cardoso de |
Terceiro membro da banca: | SOUZA, Francisco das Chagas de |
Quarto membro da banca: | CORTES, Omar Andres Carmona |
Quinto membro da banca: | MESQUITA, Marcos Eduardo Ribeiro do Valle |
Resumo: | Nesta tese, é apresentado um algoritmo de variável instrumental nebulosa tipo-2 no espaço de estados para a identificação evolutiva de sistemas dinâmicos não estacionários. O modelo neuro nebuloso tipo-2 intervalar adotado possui cinco camadas: 1) A camada de pré-processamento aplica o algoritmo Recursivo de Análise Espectral Singular para calcular as componentes não observáveis dos dados experimentais. Dentre essas componentes, as mais significativas são escolhidas para calcular o sinal livre de ruído. 2) A camada de estimação evolutiva do antecedente realiza a partição do espaço dos dados por meio do algoritmo de agrupamento nebuloso para definir o número de regras do modelo e estimar os parâmetros das funções de pertinência tipo-2 intervalar. A partição do espaço de dados utiliza uma abordagem multiescala para evitar a etapa de normalização dos dados, o que reduz o esforço computacional e melhora o desempenho para problemas não estacionários. 3) A camada de ativação das regras calcula o grau de ativação de cada regra, fornecendo informações úteis para a atualização dos parâmetros do modelo proposto. 4) A camada do cálculo recursivo dos submodelos realiza a estimação dos parâmetros do modelo de observador de estados do consequente. Essa estimação é realizada pelo método de estimação dos parâmetros de Markov do observador, utilizando variáveis instrumentais nebulosas tipo-2 para obter polarização assintótica nula. Os instrumentos do algoritmo são obtidos a partir dos dados processados na camada 1. 5) A camada de composição das regras realiza a estimação dos limites inferior e superior da saída do modelo neuro-nebuloso, limites estes que definem a região de confiança da saída. Esse aspecto é inovador dentro da literatura de sistemas nebulosos tipo-2 intervalar. Na tese, também são abordados os aspectos de inicialização do algoritmo, complexidade computacional e a análise de convergência. Para demonstrar a aplicabilidade e eficiência da metodologia proposta, foram realizados os seguintes experimentos: Identificação de um sistema dinâmico SISO não linear, identificação de sistema não linear SISO com função descontínua em ambiente ruidoso, estimação online da posição de um foguete de teste em ambiente ruidoso, estimação online de um helicóptero de dois graus de liberdade e a identificação online de um sistema multivariável não linear e variante no tempo em ambiente ruidoso. A partir dos resultados, a metodologia proposta demonstrou ser uma potencial abordagem para a modelagem de sistemas dinâmicos não lineares não estacionários variantes no tempo. |
Abstract: | In this thesis, a type-2 fuzzy instrumental variable algorithm in the state space is presented for the evolving identification of non-stationary dynamic systems. The adopted interval type-2 neuro-fuzzy model has five layers: 1) The preprocessing layer applies the Singular Spectrum Analysis Recursive Algorithm to compute the unobservable components of experimental data. Amongthesecomponents,the mostsignificant are chosen to compute the noise-free signal. 2) The evolving antecedent estimation layer partitions the data space using the fuzzy clustering algorithm to define the number of rules and estimate the parameters of type-2 interval fuzzy membership functions of the proposed model. The data space partitioning uses a multiscale approach to avoid data normalization, reducing computational effort and improving performance for non-stationary problems. 3) The rules activation layer computes the activation degree of each rule, providing useful information for updating the parameters of the proposed model. 4) The recursive submodel estimation layer updates the parameters of the state observer model of the consequent. This estimation is performed by the method of estimating the Markov parameters of the observer, using type-2 fuzzy instrumental variables to obtain asymptotic non-polarization. The instruments of the algorithm are obtained from the data processed in layer 1. 5) The rule composition layer estimates the lower and upper bounds of the neuro-fuzzy model output, defining the uncertainty region of the output. This aspect is innovative in the literature of type-2 interval fuzzy systems. The thesis also addresses aspects of algorithm initialization, computational complexity, and convergence analysis. To demonstrate the applicability and efficiency of the proposed methodology, the following experiments were performed: Identification of a non-linear SISO dynamic system, identification of a non-linear SISO system with a discontinuous function in a noisy environment, Online estimation of the position of a test rocket in a noisy environment, Online estimation of the 2DOF Helicopter, and online identification of a non-linear and time-varying multivariable system in a noisy environment. The results showed that the proposed methodology is a potential approach for modeling non-linear, non-stationary, and time-varying dynamic systems. |
Palavras-chave: | identificação de sistemas não-Lineares; conjunto nebuloso tipo-2 intervalar0; variável instrumental nebulosa tipo-2; aprendizado incremental nebuloso; Nonlinear systems identification; interval Type-2 Fuzzy Sets; type-2 fuzzy instrumental variable; incremental fuzzy learning. |
Área(s) do CNPq: | Circuitos Elétricos, Magnéticos e Eletrônicos |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal do Maranhão |
Sigla da instituição: | UFMA |
Departamento: | DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET |
Programa: | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET |
Citação: | EVANGELISTA, Anderson Pablo Freitas. Algoritmo de variável instrumental nebulosa tipo-2 no espaço de estados para identificação evolutiva de sistemas dinâmicos não-estacionários. 2024. 130 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, Sâo Luís, 2024. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/5998 |
Data de defesa: | 13-Ago-2024 |
Aparece nas coleções: | TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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AndersonEvangelista.pdf | Tese de Doutorado | 6,93 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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