In this paper, we present a novel approach for the structure of Fuzzy Neural Network(FNN) based on wavelet function and apply this network structure to the solution of the tracking problem for mobile robots. Generally, the wavelet fuzzy model(WFM) has the advantage of the wavelet transform by constituting fuzzy basis function(FBF) and the conclusion part to equalize the linear combination of FBF with the linear combination of wavelet functions. However, it is very difficult to identify the fuzzy rules and to tune the membership functions of the fuzzy reasoning mechanism. Neural networks, on the other hand, utilize their learning capability for automatic identification and tuning. Therefore, we design a wavelet based FNN structure(WFNN) that merges these advantages of neural network, fuzzy model and wavelet. To verify the efficiency of our network structure, we evaluate the tracking performance for mobile robot and compare it with those of the FNN and the WFM.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.1
no.3
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pp.69-76
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2008
This paper concerns Fuzzy Radial Basis Function Neural Network (FRBFNN) and automatic rule generation of extraction of the FRBFNN by means of mountain clustering. In the proposed network, the membership functions of the premise part of fuzzy rules do not assume any explicit functional forms such as Gaussian, ellipsoidal, triangular, etc., so its resulting fitness values (degree of membership) directly rely on the computation of the relevant distance between data points. Also, we consider high-order polynomial as the consequent part of fuzzy rules which represent input-output characteristic of sup-space. The number of clusters and the centers of clusters are automatically generated by using mountain clustering method based on the density of data. The centers of cluster which are obtained by using mountain clustering are used to determine a degree of membership and weighted least square estimator (WLSE) is adopted to estimate the coefficients of the consequent polynomial of fuzzy rules. The effectiveness of the proposed model have been investigated and analyzed in detail for the representative nonlinear function.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.11
no.1
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pp.12-18
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2011
This paper deals with a new adaptive fuzzy sliding mode controller and its application to an inverted pendulum. We propose a new method of adaptive fuzzy sliding mode control scheme that the fuzzy logic system is used to approximate the unknown system functions in designing the SMC of uncertain nonlinear systems. The controller's construction and its analysis involve sliding modes. The proposed controller consists of two components. Sliding mode component is employed to eliminate the effects of disturbances, while a fuzzy model component equipped with an adaptation mechanism reduces modeling uncertainties by approximating model uncertainties. To demonstrate its performance, the proposed control algorithm is applied to an inverted pendulum. The results show that both alleviation of chattering and performance are achieved.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.18
no.10
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pp.902-911
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2012
This paper proposes a robust adaptive fuzzy backstepping control scheme for trajectory tracking of an electrically driven nonholonomic mobile robot with uncertainties and actuator dynamics. A complete model of an electrically driven nonholonomic mobile robot described in this work includes all models of the uncertain robot kinematics with a nonholonomic constraint, the uncertain robot body dynamics with uncertain frictions and unmodeled disturbances, and the uncertain actuator dynamics with disturbances. The proposed control scheme uses the backstepping control approach through a kinematic controller and a robust adaptive fuzzy velocity tracking controller. The presented control scheme has a voltage control input with an auxiliary current control input rather than a torque control input. It has two FBFNs(Fuzzy Basis Function Networks) to approximate two unknown nonlinear robot dynamic functions and a robust adaptive control input with the proposed adaptive laws to overcome the uncertainties such as parameter uncertainties and external disturbances. The proposed control scheme does not a priori require the accurate knowledge of all parameters in the robot kinematics, robot dynamics and actuator dynamics. It can also alleviate the chattering of the control input. Using the Lyapunov stability theory, the stability of the closed-loop robot control system is guaranteed. Simulation results show the validity and robustness of the proposed control scheme.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.6
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pp.1230-1237
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2009
In this paper, we develop a design methodology of Granular-based Radial Basis Function Neural Networks(GRBFNN) by context-based clustering. In contrast with the plethora of existing approaches, here we promote a development strategy in which a topology of the network is predominantly based upon a collection of information granules formed on a basis of available experimental data. The output space is granulated making use of the K-Means clustering while the input space is clustered with the aid of a so-called context-based fuzzy clustering. The number of information granules produced for each context is adjusted so that we satisfy a certain reconstructability criterion that helps us minimize an error between the original data and the ones resulting from their reconstruction involving prototypes of the clusters and the corresponding membership values. In contrast to "standard" Radial Basis Function neural networks, the output neuron of the network exhibits a certain functional nature as its connections are realized as local linear whose location is determined by the values of the context and the prototypes in the input space. The other parameters of these local functions are subject to further parametric optimization. Numeric examples involve some low dimensional synthetic data and selected data coming from the Machine Learning repository.
Seo, Sam-Jun;Kim, Dong-Sik;Kim, Dong-Won;Yoo, Ji-Yoon;Park, Gwi-Tae
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2004.08a
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pp.646-651
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2004
This paper deals with a new adaptive fuzzy sliding mode controller and its application to an inverted pendulum. We propose new method of adaptive fuzzy sliding mode control scheme that the fuzzy logic system is used to approximate the unknown system functions in designing the SMC of uncertain nonlinear systems. The controller's construction and its analysis involve sliding modes. The proposed controller consists of two components. Sliding mode component is employed to eliminate the effects of disturbances, while a fuzzy model component equipped with an adaptation mechanism reduces modeling uncertainties by approximating model uncertainties. To demonstrate its performance, the proposed control algorithm is applied to an inverted pendulum. The results show that both alleviation of chattering and performance are achieved
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.5
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pp.981-989
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2010
In this study, we introduce a new architecture of fuzzy inference system. In the fuzzy inference system, we use Fuzzy C-Means clustering algorithm to form the premise part of the rules. The membership functions standing in the premise part of fuzzy rules do not assume any explicit functional forms, but for any input the resulting activation levels of such radial basis functions directly depend upon the distance between data points by means of the Fuzzy C-Means clustering. As the consequent part of fuzzy rules of the fuzzy inference system (being the local model representing input output relation in the corresponding sub-space), four types of polynomial are considered, namely constant, linear, quadratic and modified quadratic. This offers a significant level of design flexibility as each rule could come with a different type of the local model in its consequence. Either the Least Square Estimator (LSE) or the weighted Least Square Estimator (WLSE)-based learning is exploited to estimate the coefficients of the consequent polynomial of fuzzy rules. In fuzzy modeling, complexity and interpretability (or simplicity) as well as accuracy of the obtained model are essential design criteria. The performance of the fuzzy inference system is directly affected by some parameters such as e.g., the fuzzification coefficient used in the FCM, the number of rules(clusters) and the order of polynomial in the consequent part of the rules. Accordingly we can obtain preferred model structure through an adjustment of such parameters of the fuzzy inference system. Moreover the comparative experimental study between WLSE and LSE is analyzed according to the change of the number of clusters(rules) as well as polynomial type. The superiority of the proposed model is illustrated and also demonstrated with the use of Automobile Miles per Gallon(MPG), Boston housing called Machine Learning dataset, and Mackey-glass time series dataset.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.16
no.2
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pp.335-348
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2009
Fuzzy regression is used as a complement or an alternative to represent the relation between variables among the forecasting models especially when the data is insufficient to evaluate the relation. Such phenomenon often occurs in seasonal time series data which require large amount of data to describe the underlying pattern. Semiparametric model is useful tool in the case where domain knowledge exists about the function to be estimated or emphasis is put onto understandability of the model. In this paper we propose fuzzy semiparametric support vector regression so that it can provide good performance on forecasting of the seasonal time series by incorporating into fuzzy support vector regression the basis functions which indicate the seasonal variation of time series. In order to indicate the performance of this method, we present two examples of predicting the seasonal time series. Experimental results show that the proposed method is very attractive for the seasonal time series in fuzzy environments.
Studies upto date for estimating the reliability by means of one accarate value contain risks of many erroneous options. The objective of this paper is to presents a fault tree analueis model on the basis of the membership functions of trape Zoidal fuzzy number after imposing an interval of Confidence on the residual possibility theory. The results from the model Show that the value of Stability was reliable.
Kim, Tae-Woo;Lee, Oh-Gul;Chung, Hyeng-Hwan;Lee, Joon-Tark
Proceedings of the KIEE Conference
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1991.07a
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pp.699-702
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1991
A servo system requires faster and more accurate dynamic responses. Generally a PD control is mainly used to obtain the precision, and in the other hand a fuzzy control to improve the transient response and to cope with the nonlinearity of systems. Recently hybrid control, which is attempted to combine the advantages of PD control and a Fuzzy control was proposed, but this technique requires complicate design procedures. Therefore in this paper, a Fuzzy controller with a series of membership functions, and various sampling periods and rules, was designed on the basis of Lyapunov stability theory and auto tuning methods of input scale factors. And also it was showed to have the excellent adaptive performances against internal-external disturbances and the usefulness of this controller from the results of simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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