Control of Complex Dynamic Systems by Neural Networks

This paper considers the use of neural networks (NN's) in controlling a nonlinear, stochastic system with unknown process equations. The NN is used to model the resulting unknown control law. The approach here is based on using the output error of the system to train the NN controller without the need to construct a separate model (NN or other type) for the unknown process dynamics. To implement such a direct adaptive control approach, it is required that connection weights in the NN be estimated while the system is being controlled. As a result of the feedback of the unknown process dynamics, however, it is not possible to determine the gradient of the loss function for use in standard (back-propagation-type) weight estimation algorithms. Therefore, this paper considers the use of a new stochastic approximation algorithm for this weight estimation, which is based on a 'simultaneous perturbation' gradient approximation that only requires the system output error. It is shown that this algorithm can greatly enhance the efficiency over more standard stochastic approximation algorithms based on finite-difference gradient approximations

Ajuste temporal de matrices OD basado en una aproximación del gradiente

XI Premi Abertis d’investigació en infraestructures (2014), atorgat "ex aequo" en la modalitat de tesines i treballs de final de carrera o màsterModelar la demanda del transporte en función de una matriz Origen-Destino (OD) es un aspecto clave en casi todos los modelos de transporte. Cuando realizamos una planificación estratégica del transporte hacemos uso de los modelos de Asignación de Tráfico en equilibrio de usuario, que utilizan una matriz OD que define la demanda de transporte. La utilidad de estos modelos reside en que permiten asignar esa demanda en forma de matriz sobre una red vial, y para unas condiciones determinadas de utilización de los arcos podemos obtener los flujos resultantes en los mismos. En este trabajo se presenta un nuevo método para resolver el ajuste simultáneo de una matriz de demanda dinámica de tráfico, buscando una solución realista usando como entrada conteos de tráfico, velocidades, tiempos de viaje entre rutas determinadas, matrices O-D a priori y otros datos de demanda agregados. El procedimiento de resolución propuesto es una modificación del Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation (SPSA), método de optimización binivel que utiliza una Asignación Dinámica de Tráfico en Equilibrio de Usuario para el ajuste de una matriz origen-destino particionada en intervalos temporales mediante las medidas de variables de tráfico en esos intervalos. El procedimiento puede encontrar una buena solución cuando la matriz de partida (la matriz semilla) se asume cercana a la óptima, trabajando con una aproximación del gradiente basada en una perturbación simultánea de cada variable de demanda. El problema aquí presentado se basa en una estimación simultánea de matrices temporales O-D formulada sin matrices de asignación, usando medidas como volúmenes en arcos o velocidades e introduciendo nuevas restricciones con respecto a los datos de demanda agregados (producción de demanda de tráfico por zona). La implementación de este procedimiento conlleva la interacción entre dos entornos informáticos: la herramienta matemática Matlab para operar con las matrices y el software de simulación Aimsun. El desarrollo de una función que permita lanzar simulaciones en Aimsun desde Matlab resulta un aspecto clave para recoger datos de la simulación. Con estos datos simulados y otros reales se implementan varios algoritmos que operan con ellos para calcular las aproximaciones del gradiente necesarias con las que realizar una estimación adecuada de la matriz origen-destino. Todo ello implica la compleción y mantenimiento de un modelo de simulación de una red vial de dimensiones importantes, como la de Barcelona. L'Eixample ha sido la red escogida para la realización de los test computacionales. Las modificaciones propuestas han demostrados ser efectivas y eficientes para la estimación dinámica de la demanda. Los tiempos de computación son aceptables en redes de prueba pero elevados en caso de redes grandes como la de Barcelona, lo que muestra la idoneidad del método propuesto para aplicaciones off-line.Award-winnin

Technology 2002: the Third National Technology Transfer Conference and Exposition, Volume 1

The proceedings from the conference are presented. The topics covered include the following: computer technology, advanced manufacturing, materials science, biotechnology, and electronics