Cẩm nang Điện tử Công nghiệp, Tập Hệ thống Thông minh: Tác giả Bogdan M. Wilamowski, J. David Irwin

Người đăng

Ẩn danh

2011

572
0
0

Phí lưu trữ

135 Point

Tóm tắt

I. Tổng quan về sách Intelligent Systems của Wilamowski và Irwin

The Industrial Electronics Handbook Second Edition: Intelligent Systems là cuốn sách thuộc serie Electrical Engineering Handbook, do Bogdan M. Wilamowski và J. David Irwin biên soạn, xuất bản năm 2011 bởi CRC Press thuộc Taylor & Francis Group. Cuốn sách này nằm trong bộ năm tập của The Industrial Electronics Handbook, bao gồm Fundamentals of Industrial Electronics, Power Electronics and Motor Drives, Control and Mechatronics, Industrial Communication Systems và Intelligent Systems. Nội dung tập trung vào các hệ thống thông minh ứng dụng trong công nghiệp điện tử, trình bày các phương pháp tính toán sinh học, mạng nơ-ron nhân tạo, hệ miễn dịch nhân tạo, tác tử thông minh và trí tuệ phân tán. Đây là tài liệu tham khảo quan trọng dành cho kỹ sư, nhà nghiên cứu và sinh viên trong lĩnh vực điện tử công nghiệp và trí tuệ nhân tạo ứng dụng.

1.1. Vị trí trong serie Electrical Engineering Handbook

The Industrial Electronics Handbook nằm trong serie lớn do Richard C. Dorf từ Đại học California, Davis làm chủ biên. Serie này bao gồm nhiều cuốn handbook nổi tiếng như The Control Handbook, The Biomedical Engineering Handbook, The Communications Handbook và The VLSI Handbook. Mỗi cuốn handbook chuyên sâu một lĩnh vực kỹ thuật cụ thể, tạo thành bộ bách khoa toàn thư về kỹ thuật điện tử. Cuốn Industrial Electronics Handbook Second Edition được đánh giá là nguồn tài liệu tổng hợp toàn diện nhất về điện tử công nghiệp hiện đại, cập nhật các tiến bộ mới nhất trong thập kỷ đầu thế kỷ 21.

1.2. Đối tượng và phạm vi nội dung

Cuốn sách hướng đến đối tượng chính là kỹ sư công nghiệp, nhà nghiên cứu và giảng viên đại học trong lĩnh vực điện tử và tự động hóa. Phạm vi nội dung trải rộng từ lý thuyết cơ bản đến ứng dụng thực tiễn của các hệ thống thông minh. Người đọc được tiếp cận với các phương pháp tính toán tiên tiến như tối ưu hóa bầy kiến, hệ miễn dịch nhân tạo, mạng nơ-ron học sâu và kiến trúc tác tử thông minh. Nội dung được trình bày theo phong cách học thuật nghiêm túc nhưng vẫn đảm bảo tính ứng dụng cao trong môi trường công nghiệp thực tế.

II. Các phương pháp tính toán sinh học trong hệ thống thông minh

Một nội dung trọng tâm của cuốn sách là các phương pháp tính toán sinh học (bio-inspired computation) ứng dụng trong trí tuệ nhân tạo công nghiệp. Phương pháp tối ưu hóa bầy kiến (Ant Colony Optimization) được giới thiệu chi tiết, mô phỏng hành vi hợp tác giữa các kiến trong tự nhiên để giải quyết bài toán tối ưu phức tạp. Máy tính mô hình hóa các quy tắc tương tác đơn giản giữa kiến, từ đó chuyển đổi hành vi có mục đích của cả đàn kiến thành giải pháp thông minh cho bài toán cụ thể. Phương pháp thứ hai là hệ miễn dịch nhân tạo (Artificial Immune Systems), mô hình hóa hệ miễn dịch tự nhiên có khả năng học và ghi nhớ. Hệ miễn dịch tự nhiên là hệ thống chống xâm nhập mạnh nhất bảo vệ cơ thể sống khỏi vi khuẩn, virus và các yếu tố ngoại lai. Hệ miễn dịch nhân tạo áp dụng nguyên lý tương tự lên dữ liệu máy tính, chương trình và quy trình truyền thông.

2.1. Tối ưu hóa bầy kiến và ứng dụng

Tối ưu hóa bầy kiến (ACO) lấy cảm hứng từ hành vi tìm kiếm thức ăn của loài kiến trong tự nhiên. Khi kiến di chuyển, chúng để lại pheromone trên đường đi, tạo thành tín hiệu hóa học指引 cho các kiến khác. Thuật toán ACO mô phỏng nguyên lý này bằng cách sử dụng các đại lý ảo tương tác đơn giản để giải quyết bài toán tổ hợp phức tạp như bài toán người bán hàng, lập lịch sản xuất hay định tuyến mạng. Trong công nghiệp điện tử, ACO được ứng dụng để tối ưu hóa thiết kế mạch, điều khiển quá trình sản xuất và quản lý chuỗi cung ứng. Ưu điểm lớn nhất là khả năng tìm nghiệm gần tối ưu trong không gian tìm kiếm rộng lớn.

2.2. Hệ miễn dịch nhân tạo trong bảo mật công nghiệp

Hệ miễn dịch nhân tạo (AIS) mô hình hóa cơ chế phòng thủ tự nhiên của cơ thể sống để ứng dụng vào bảo vệ hệ thống máy tính và mạng công nghiệp. Hệ miễn dịch tự nhiên có khả năng phân biệt tế bào ngoại lai và tế bào cơ thể, học cách nhận diện mối đe dọa mới và ghi nhớ để phản ứng nhanh hơn trong tương lai. AIS áp dụng nguyên lý tương tự để phát hiện xâm nhập mạng, nhận dạng bất thường trong dữ liệu cảm biến công nghiệp và bảo vệ hệ thống điều khiển công nghiệp trước các mối đe dọa mạng ngày càng tinh vi. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong môi trường công nghiệp nơi yêu cầu bảo mật cao.

III. Mạng nơ ron và tác tử thông minh trong công nghiệp

Cuốn sách trình bày chi tiết mạng nơ-ron nhân tạo và kiến trúc tác tử thông minh như hai trụ cột của hệ thống thông minh công nghiệp. Về mạng nơ-ron, thuật toán Levenberg-Marquardt được giới thiệu như phương pháp huấn luyện hiệu quả cho mạng nơ-ron tiến feedforward. Thuật toán này giải quyết hạn chế lớn nhất của phương pháp lan truyền ngược truyền thống là tốc độ hội tụ chậm. Levenberg-Marquardt sử dụng ma trận Jacobian và vector lỗi để cập nhật trọng số synapse, đạt tốc độ hội tụ vượt trội cho mạng có N tham số điều chỉnh và P cặp dữ liệu huấn luyện. Về tác tử thông minh, sách nhấn mạnh xu hướng chuyển đổi từ trí tuệ nhân tạo tập trung sang trí tuệ phân tán. Ví dụ kinh điển là Deep Blue của IBM đánh bại kiện tướng cờ vua Garry Kasparov năm 1997, nhưng tương lai thuộc về AI phân tán và trí tuệ lan tỏa.

3.1. Thuật toán Levenberg Marquardt cho mạng nơ ron

3.2. Tác tử thông minh và AI phân tán

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của cuốn sách

The Industrial Electronics Handbook Second Edition: Intelligent Systems là tài liệu tham khảo giá trị cho ngành điện tử công nghiệp và trí tuệ nhân tạo ứng dụng. Cuốn sách cung cấp nền tảng lý thuyết vững chắc về tính toán sinh học, mạng nơ-ron, hệ miễn dịch nhân tạo và tác tử thông minh, đồng thời nhấn mạnh tính ứng dụng thực tiễn trong môi trường công nghiệp. Các phương pháp được trình bày trong sách đã trở thành công cụ tiêu chuẩn trong thiết kế hệ thống điều khiển thông minh, tối ưu hóa quy trình sản xuất và bảo mật mạng công nghiệp. Xu hướng AI phân tác và trí tuệ lan tỏa được dự báo trong sách đã trở thành hiện thực với sự phát triển của Internet of Things và công nghiệp 4.0. Cuốn sách vẫn giữ nguyên giá trị tham khảo cho kỹ sư và nhà nghiên cứu trong thời đại chuyển đổi số công nghiệp.

4.1. Ứng dụng trong công nghiệp 4.0

4.2. Giá trị học thuật và thực tiễn

21/04/2026

Trích đoạn nội dung tài liệu

The Industrial Electronics Handbook SEcond EdITIon IntellIgent systems © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC The Industrial Electronics Handbook SEcond EdITIon Fundamentals oF IndustrIal electronIcs Power electronIcs and motor drIves control and mechatronIcs IndustrIal communIcatIon systems IntellIgent systems © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC The Electrical Engineering Handbook Series Series Editor Richard C. Dorf University of California, Davis Titles Included in the Series The Avionics Handbook, Second Edition, Cary R. Spitzer The Biomedical Engineering Handbook, Third Edition, Joseph D. Bronzino The Circuits and Filters Handbook, Third Edition, Wai-Kai Chen The Communications Handbook, Second Edition, Jerry Gibson The Computer Engineering Handbook, Vojin G. Oklobdzija The Control Handbook, Second Edition, William S. Levine CRC Handbook of Engineering Tables, Richard C. Dorf Digital Avionics Handbook, Second Edition, Cary R. Spitzer The Digital Signal Processing Handbook, Vijay K. Madisetti and Douglas Williams The Electric Power Engineering Handbook, Second Edition, Leonard L. Grigsby The Electrical Engineering Handbook, Third Edition, Richard C. Dorf The Electronics Handbook, Second Edition, Jerry C. Whitaker The Engineering Handbook, Third Edition, Richard C. Dorf The Handbook of Ad Hoc Wireless Networks, Mohammad Ilyas The Handbook of Formulas and Tables for Signal Processing, Alexander D. Poularikas Handbook of Nanoscience, Engineering, and Technology, Second Edition, William A. Goddard, III, Donald W. Lyshevski, and Gerald J. Iafrate The Handbook of Optical Communication Networks, Mohammad Ilyas and Hussein T. Mouftah The Industrial Electronics Handbook, Second Edition, Bogdan M. David Irwin The Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook, John G. Webster The Mechanical Systems Design Handbook, Osita D. Nwokah and Yidirim Hurmuzlu The Mechatronics Handbook, Second Edition, Robert H. Bishop The Mobile Communications Handbook, Second Edition, Jerry D. Gibson The Ocean Engineering Handbook, Ferial El-Hawary The RF and Microwave Handbook, Second Edition, Mike Golio The Technology Management Handbook, Richard C. Dorf Transforms and Applications Handbook, Third Edition, Alexander D. Poularikas The VLSI Handbook, Second Edition, Wai-Kai Chen © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC The Industrial Electronics Handbook SEcond EdITIon IntellIgent systems Edited by Bogdan M. david Irwin © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC MATLAB® is a trademark of The MathWorks, Inc. and is used with permission. The MathWorks does not warrant the accuracy of the text or exercises in this book. This book’s use or discussion of MATLAB® software or related products does not constitute endorsement or sponsorship by The MathWorks of a particular pedagogical approach or particular use of the MATLAB® software. CRC Press Taylor & Francis Group 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300 Boca Raton, FL 33487-2742 © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC CRC Press is an imprint of Taylor & Francis Group, an Informa business No claim to original U. Government works Printed in the United States of America on acid-free paper 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 International Standard Book Number: 978-1-4398-0283-0 (Hardback) This book contains information obtained from authentic and highly regarded sources. Reasonable efforts have been made to publish reliable data and information, but the author and publisher cannot assume responsibility for the valid- ity of all materials or the consequences of their use. The authors and publishers have attempted to trace the copyright holders of all material reproduced in this publication and apologize to copyright holders if permission to publish in this form has not been obtained. If any copyright material has not been acknowledged please write and let us know so we may rectify in any future reprint. Except as permitted under U. Copyright Law, no part of this book may be reprinted, reproduced, transmitted, or uti- lized in any form by any electronic, mechanical, or other means, now known or hereafter invented, including photocopy- ing, microfilming, and recording, or in any information storage or retrieval system, without written permission from the publishers. For permission to photocopy or use material electronically from this work, please access www.com (http:// www.com/) or contact the Copyright Clearance Center, Inc. (CCC), 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923, 978-750-8400. CCC is a not-for-profit organization that provides licenses and registration for a variety of users. For organizations that have been granted a photocopy license by the CCC, a separate system of payment has been arranged. Trademark Notice: Product or corporate names may be trademarks or registered trademarks, and are used only for identification and explanation without intent to infringe. Library of Congress Cataloging‑in‑Publication Data Intelligent systems / editors, Bogdan M.” Includes bibliographical references and index. Intelligent control systems.3’2--dc22 2010020581 Visit the Taylor & Francis Web site at http://www.com and the CRC Press Web site at http://www.com © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC Contents Preface. xiii Editorial Board. xvii Contributors����������������������������������尓������������������������������������尓������������������������������������尓� xxi Part Iâ•… Introductions 1 Introduction to Intelligent Systems. 1-1 Ryszard Tadeusiewicz 2 From Backpropagation to Neurocontrol. Werbos 3 Neural Network–Based Control. 3-1 Mehmet Önder Efe 4 Fuzzy Logic–Based Control Section. 4-1 Mo-Yuen Chow Part IIâ•… Neural Networks 5 Understanding Neural Networks. Wilamowski 6 Neural Network Architectures. Wilamowski 7 Radial-Basis-Function Networks. Eide, Thomas Lindblad, and Guy Paillet 8 GMDH Neural Networks. 8-1 Marcin Mrugalski and Józef Korbicz vii © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC viii Contents 9 Optimization of Neural Network Architectures. 9-1 Andrzej Obuchowicz 10 Parity-N Problems as a Vehicle to Compare Efficiencies of Neural Network Architectures. Wilamowski, Hao Yu, and Kun Tao Chung 11 Neural Networks Learning. Wilamowski 12 Levenberg–Marquardt Training. 12-1 Hao Yu and Bogdan M. Wilamowski 13 NBN Algorithm. Wilamowski, Hao Yu, and Nicholas Cotton 14 Accelerating the Multilayer Perceptron Learning Algorithms. 14-1 Sabeur Abid, Farhat Fnaiech, and Barrie W. Jervis 15 Feedforward Neural Networks Pruning Algorithms. 15-1 Nader Fnaiech, Farhat Fnaiech, and Barrie W. Jervis 16 Principal Component Analysis. 16-1 Anastasios Tefas and Ioannis Pitas 17 Adaptive Critic Neural Network Control. 17-1 Gary Yen 18 Self-Organizing Maps. 18-1 Gary Yen Part IIIâ•… Fuzzy Systems 19 Fuzzy Logic Controllers. 19-1 Teresa Orlowska-Kowalska and Krzysztof Szabat 20 Neuro-Fuzzy System. 20-1 Tiantian Xie, Hao Yu, and Bogdan M. Wilamowski 21 Introduction to Type-2 Fuzzy Logic Controllers. 21-1 Hani Hagras 22 Fuzzy Pattern Recognition. 22-1 Witold Pedrycz 23 Fuzzy Modeling of Animal Behavior and Biomimcry: The Fuzzy Ant. 23-1 Valeri Rozin and Michael Margaliot Part IVâ•… Optimizations 24 Multiobjective Optimization Methods.24-1 Tak Ming Chan, Kit Sang Tang, Sam Kwong, and Kim Fung Man © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC Contents ix 25 Fundamentals of Evolutionary Multiobjective Optimization. Coello Coello 26 Ant Colony Optimization. 26-1 Christian Blum and Manuel López-Ibáñez 27 Heuristics for Two-Dimensional Bin-Packing Problems. 27-1 Tak Ming Chan, Filipe Alvelos, Elsa Silva, and J. Valério de Carvalho 28 Particle Swarm Optimization. 28-1 Adam Slowik Part Vâ•…Applications 29 Evolutionary Computation. 29-1 Adam Slowik 30 Data Mining. 30-1 Milos Manic 31 Autonomous Mental Development. 31-1 Juyang Weng 32 Synthetic Biometrics for Testing Biometric Systems and User Training. Yanushkevich, Adrian Stoica, Ronald R. Yager, Oleg Boulanov, and Vlad P. Index-1 © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC Preface The field of industrial electronics covers a plethora of problems that must be solved in industrial prac- tice. Electronic systems control many processes that begin with the control of relatively simple devices like electric motors, through more complicated devices such as robots, to the control of entire fabrica- tion processes. An industrial electronics engineer deals with many physical phenomena as well as the sensors that are used to measure them. Thus, the knowledge required by this type of engineer is not only traditional electronics but also specialized electronics, for example, that required for high-power appli- cations. The importance of electronic circuits extends well beyond their use as a final product in that they are also important building blocks in large systems, and thus the industrial electronics engineer must also possess knowledge of the areas of control and mechatronics. Since most fabrication processes are relatively complex, there is an inherent requirement for the use of communication systems that not only link the various elements of the industrial process but are also tailor-made for the specific indus- trial environment. Finally, the efficient control and supervision of factories require the application of intelligent systems in a hierarchical structure to address the needs of all components employed in the production process. This need is accomplished through the use of intelligent systems such as neural networks, fuzzy systems, and evolutionary methods. The Industrial Electronics Handbook addresses all these issues and does so in five books outlined as follows: 1. Fundamentals of Industrial Electronics 2. Power Electronics and Motor Drives 3. Control and Mechatronics 4. Industrial Communication Systems 5. Intelligent Systems The editors have gone to great lengths to ensure that this handbook is as current and up to date as pos- sible. Thus, this book closely follows the current research and trends in applications that can be found in IEEE Transactions on Industrial Electronics. This journal is not only one of the largest engineering publications of its type in the world, but also one of the most respected. In all technical categories in which this journal is evaluated, it is ranked either number 1 or number 2 in the world. As a result, we believe that this handbook, which is written by the world’s leading researchers in the field, presents the global trends in the ubiquitous area commonly known as industrial electronics. An interesting phenomenon that has accompanied the progression of our civilization is the system- atic replacement of humans by machines. As far back as 200 years ago, human labor was replaced first by steam machines and later by electrical machines. Then approximately 20 years ago, clerical and sec- retarial jobs were largely replaced by personal computers. Technology has now reached the point where intelligent systems are replacing human intelligence in decision-making processes as well as aiding in the solution of very complex problems. In many cases, intelligent systems are already outperforming human activities. The field of computational intelligence has taken several directions. Artificial neural networks are not only capable of learning how to classify patterns, for example, images or sequences of xi © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC xii Preface events, but they can also effectively model complex nonlinear systems. Their ability to classify sequences of events is probably more popular in industrial applications where there is an inherent need to model nonlinear system behavior—as an example, measuring the system parameters that are easily obtainable and using a neural network to evaluate parameters that are difficult to measure but essential for system control. Fuzzy systems have a similar application. Their main advantage is their simplicity and ease of implementation. Various aspects of neural networks and fuzzy systems are covered in Parts II and III. Part IV is devoted to system optimization, where several new techniques including evolutionary meth- ods, swarm, and ant colony optimizations are covered. Part V is devoted to several applications that deal with methods of computational intelligence. For MATLAB • and Simulink• product information, please contact The MathWorks, Inc. 3 Apple Hill Drive Natick, MA, 01760-2098 USA Tel: 508-647-7000 Fax: 508-647-7001 E-mail: info@mathworks.com Web: www.com © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC Acknowledgments The editors wish to express their heartfelt thanks to their wives Barbara Wilamowski and Edie Irwin for their help and support during the execution of this project. xiii © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC Editorial Board Mo-Yuen Chow Witold Pedrycz North Carolina State University University of Alberta Raleigh, North Carolina Edmonton, Alberta, Canada Jósef Korbicz Ryszard Tadeusiewicz University of Zielona Góra AGH University of Science and Technology Zielona Góra, Poland Krakow, Poland Kim Fung Man Paul J. Werbos City University of Hong Kong National Science Foundation Kowloon, Hong Kong Arlington, Virginia Milos Manic Gary Yen University of Idaho, Idaho Falls Oklahoma State University Idaho Falls, Idaho Stillwater, Oklahoma xv © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC Editors Bogdan M. Wilamowski received his MS in computer engineering in 1966, his PhD in neural computing in 1970, and Dr. in integrated circuit design in 1977. He received the title of full professor from the president of Poland in 1987.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ