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Stable-by-Design Neural Network-Based LPV State-Space Models for System Identification

Created by
  • Haebom
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저자

Ahmet Eren Sertba\c{s}, Tufan Kumbasar

안정적 설계 LPV 신경망 기반 상태 공간 모델

개요

본 논문은 신뢰할 수 있는 제어를 위해 비선형 시스템의 정확한 모델링이 필수적이지만, 기존 식별 방법은 잠재 역학을 포착하고 안정성을 유지하는 데 어려움을 겪는다는 문제점을 제기한다. 이를 해결하기 위해, 데이터로부터 잠재 상태와 내부 스케줄링 변수를 직접 학습하는 \textit{안정적 설계 LPV 신경망 기반 상태 공간} (NN-SS) 모델을 제안한다. 학습된 스케줄링 변수를 사용하여 신경망이 생성한 상태 전이 행렬은 Schur 기반 매개변수를 통해 안정성이 보장된다. 이 아키텍처는 초기 상태 추정을 위한 인코더와 스케줄링 종속 시스템 행렬 전체를 구성하는 상태 공간 표현 네트워크를 결합한다. NN-SS 훈련을 위해, 다단계 예측 손실과 상태 일관성 정규화 항을 통합하여 드리프트에 대한 견고성을 보장하고 장기 예측 정확도를 향상시키는 프레임워크를 개발했다. 제안된 NN-SS는 벤치마크 비선형 시스템에서 평가되었으며, 고전적인 부분 공간 식별 방법 및 최근의 기울기 기반 접근 방식을 일관되게 능가하는 결과를 보였다.

시사점, 한계점

시사점:
데이터로부터 잠재 상태와 내부 스케줄링 변수를 직접 학습하는 안정적인 비선형 시스템 모델링 프레임워크 제안.
Schur 기반 매개변수를 사용하여 안정성이 보장되는 상태 전이 행렬 생성.
다단계 예측 손실과 상태 일관성 정규화 항을 통합한 훈련 프레임워크 개발.
고전적인 방법론과 최신 기법을 능가하는 벤치마크 시스템에서의 우수한 성능 입증.
한계점:
구체적인 한계점 언급 없음.
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