Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/46427
Registro completo de metadados
Campo DCValorIdioma
dc.creatorCastro, Henrique Carvalho de-
dc.date.accessioned2021-05-31T13:10:50Z-
dc.date.available2021-05-31T13:10:50Z-
dc.date.issued2021-05-31-
dc.date.submitted2021-03-29-
dc.identifier.citationCASTRO, H. C. de. A modified MGGP algorithm for structure selection of NARMAX models. 2021. 98 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e Automação) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/46427-
dc.description.abstractIn the area of system identification, the input-output Nonlinear Autoregressive Moving Average with Exogenous Variables (NARMAX) models are of great interest. The most challenging task faced when working with such models is to select the appropriate model structure that best represent the underlying system in the data. This structure selection is usually made via Error Reduction Ratio (ERR)-based algorithms. These algorithms suffer from the curse of dimensionality when high degree of nonlinearity and long-term dependencies are required. Further, some nonlinearities require specific functions or terms in the model structure to be reproduced, i.e. the hysteretic behavior. The ERR-based algorithm may leave these fundamental terms out of the selected structure. Alternatively, Evolutionary Algorithms (EAs) can be used to perform the structure selection process. They are methods that evolves a population of individuals through generations (or epochs) via selection, mutation, and reproduction phenomena. In the case of system identification, each individual would be a candidate model. This dissertation proposes the hybridization of an EA called Multi-Gene Genetic Programming (MGGP) with an ERR-based algorithm to perform the identification process even for those cases in which specific functions are required. In total, four experiments are performed. The first two experiments analyse noise level and soft input problems using stochastic test systems to generate data. As result we verify that the increment of equation noise level does not interfere in the structure selection outcome and that the hybridization MGGP/ERR is beneficial in comparison with the standalone MGGP for the soft input problem. The MGGP/ERR yields more parsimonious models that perform better in free- run simulation. The third experiment is the identification of a hydraulic pumping system benchmark. It is shown that the MGGP/ERR is able to explore a wide range in search space for which the traditional ERR-based algorithm would require a very high computational power. And finally, the last experiment is the identification of a piezoelectric actuator, which is characterized by the hysteretic behavior. It is included specific functions in the search space so that the MGGP/ERR is able to identify hysteresis. A novel and easy-to-use toolbox based on Python was developed and is available under GPL.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Lavraspt_BR
dc.rightsacesso abertopt_BR
dc.subjectNonlinear system identificationpt_BR
dc.subjectMulti-gene genetic programmingpt_BR
dc.subjectError reduction ratiopt_BR
dc.subjectNARMAX modelspt_BR
dc.subjectIdentificação de sistemas não linearespt_BR
dc.subjectProgramação genética multi-genept_BR
dc.subjectTaxa de redução de erropt_BR
dc.subjectModelos NARMAXpt_BR
dc.titleA modified MGGP algorithm for structure selection of NARMAX modelspt_BR
dc.title.alternativeUm algoritmo MGGP modificado para seleção de estrutura em modelos NARMAXpt_BR
dc.typedissertaçãopt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e Automaçãopt_BR
dc.publisher.initialsUFLApt_BR
dc.publisher.countrybrasilpt_BR
dc.contributor.advisor1Barbosa, Bruno Henrique Groenner-
dc.contributor.referee1Barbosa, Bruno Henrique Groenner-
dc.contributor.referee2Nepomuceno, Erivelton Geraldo-
dc.contributor.referee3Ferreira, Danton Diego-
dc.description.resumoNa área de identificação de sistemas, os modelos de entrada-saída NARMAX (Nonlinear Autoregressive Moving Average with Exogenous Variables) são de grande interesse. A tarefa mais desafiadora quando se trabalha com esses modelos é a seleção da estrutura adequada do modelo que melhor represente o sistema subjacente aos dados. Normalmente, essa seleção de estrutura é feita por meio de algoritmos baseados no critério ERR (Error Reduction Ratio). Esses algoritmos sofrem com a maldição da dimensionalidade quando são requeridos alto grau de não linearidade e dependências de longo prazo. Ademais, algumas não linearidades necessitam de funções ou termos específicos na estrutura do modelo para serem reproduzidas, i.e., o comportamento de histerese. O algoritmo baseado em ERR pode deixar esses termos fundamentais fora da estrutura selecionada. Alternativamente, Algoritmos Evolucionários (AE) podem ser usados para realizar o processo de seleção de estrutura. Eles são métodos que evoluem uma população de indivíduos através das gerações por meio dos fenômenos de seleção, mutação e reprodução. No caso da identificação de sistemas, cada indivíduo seria um candidato a modelo. Essa dissertação propõe a hibridização de um EA chamado MGGP (Multi-Gene Genetic Programming) com um algoritmo baseado em ERR para desempenhar o processo de identificação mesmo naqueles casos em que funções específicas são requeridas. No total, são realizados quatro experimentos. Os dois primeiros analisam os problemas de nível de ruído e entrada suave utilizando sistemas de teste estocásticos para gerar os dados. Como resultado, verificamos que o incremento do nível de ruído na equação não interfere no resultado da seleção de estrutura e que a hibridização MGGP/ERR é benéfica em comparação com o MGGP autônomo para o problema de entrada suave. O MGGP/ERR produz modelos mais parcimoniosos que apresentam melhor desempenho em simulação livre. O terceiro experimento é a identificação de um benchmark de sistema de bombeamento hidráulico. É mostrado que o MGGP/ERR é capaz de explorar um amplo espaço de busca para o qual um método tradicional baseado em ERR requeriria um poder computacional muito alto. E finalmente, o último experimento é a identificação de um atuador piezoelétrico, que se caracteriza pelo comportamento de histerese. São incluídas funções específicas no espaço de busca de tal forma que o MGGP/ERR seja capaz de identificar a histerese. Uma toolbox nova e fácil de usar baseada em Python foi desenvolvida e está disponível sob Licença Pública Geral.pt_BR
dc.publisher.departmentDepartamento de Engenhariapt_BR
dc.subject.cnpqEngenharia de Softwarept_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9645833239796587pt_BR
Aparece nas coleções:Engenharia de Sistemas e automação (Dissertações)

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
DISSERTAÇÃO_A modified MGGP algorithm for structure selection of NARMAX models.pdf2,08 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.